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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano 13

Glándula
mamaria

Riñón Ducto Ovario
Uréter deferente Útero
Vulva
Vejiga Vesícula
urinaria seminal
Uretra
Próstata
Testículos
en el escroto Tubo
uterino
Pene
Vagina

Sistema urinario riñones, uréteres, Sistema reproductivo masculino: Sistema reproductivo femenino: © Delmar/Cengage Learning
vejiga urinaria y uretra. testículos, epidídimo, ductos ovarios, tubos uterinos, útero,
deferentes, ductos eyaculatorios, vagina, genitales externos y
pene, vesículas seminales, próstata glándulas mamarias.
y glándulas bulbouretrales.

FIGURA 1-9. Los sistemas reproductivo y urinario del cuerpo.

uretra en los hombres (Figura 1-9). Sus funciones inclu- organismo fue el francés Claude Bernard (1813-1878).
yen el mantenimiento de las características sexuales y la La homeostasis es esencial para la supervivencia; por lo
perpetuación de nuestra especie. tanto, muchos de los sistemas corporales se preocupan
por mantener este ambiente interno. Algunos ejemplos
HOMEOSTASIS de homeostasis son los niveles de azúcar en sangre, la
temperatura corporal, tasa cardiaca y el ambiente de flui-
La homeostasis es el mantenimiento (dentro de un estrecho dos de las células. Cuando se mantiene la homeostasis el
margen de límites variables) del ambiente interno del cuerpo se encuentra saludable. Ésta es la razón por la que
cuerpo. Uno de los primeros científicos que discutió la tu doctor te toma la temperatura y la presión sanguínea
importancia de la homeostasis en la supervivencia de un como parte de un examen rutinario.

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14 CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

Analizaremos dos ejemplos del mantenimiento de la que cada célula reciba la cantidad correcta de oxígeno
homeostasis. Después de ingerir una comida, predomi- y nutrientes, y que sus productos de desecho sean eli-
nante en carbohidratos (ensalada, pan y tal vez alguna minados con rapidez para que no se acumulen en nive-
fruta), el nivel de glucosa en sangre incrementa dramá- les tóxicos. Si no se mantiene la homeostasis, el cuerpo
ticamente debido a la degradación de los carbohidratos puede experimentar enfermedad y eventualmente la
complejos en azúcares simples como la glucosa en el muerte.
sistema digestivo. Las células toman, a partir de la san-
gre, la glucosa que requieren, pero hay tanta glucosa en RESUMEN
la sangre que el páncreas secreta insulina, la cual mueve
el exceso de glucosa en la sangre hacia el hígado, donde INTRODUCCIÓN
se almacena en forma de glucógeno o almidón animal.
Entre las comidas, cuando los niveles de glucosa en san- 1. Los cuatro sistemas de referencia básica de
gre vuelven a la normalidad, el páncreas secreta glucagón, organización corporal son direcciones, planos,
que descompone el glucógeno en glucosa, la cual regresa cavidades y unidades estructurales.
al sistema circulatorio para su distribución a las células
corporales. Por lo tanto, el nivel de glucosa en el plasma TÉRMINOS DE DIRECCIÓN
sanguíneo permanece en un nivel casi constante, y de esta
forma, no permanece elevado después de una comida, ni 1. El término superior se refiere a estar por encima
desciende demasiado en el tiempo que pasa entre éstas. de; el término inferior se refiere a estar por
debajo de.
La regulación de la temperatura corporal es otro
ejemplo importante de homeostasis. Cuando salimos 2. El término anterior significa hacia el frente; el
en un día caluroso de verano y nuestra temperatura cor- término ventral es sinónimo de anterior. Posterior
poral se eleva más allá de los 98.6°F (37°C), el hipotá- significa hacia la espalda o dorso; dorsal es
lamo del cerebro detecta este cambio y manda señales sinónimo de posterior.
a varios órganos para que sudemos (sudar es un proceso
de enfriamiento). Conforme se excreta agua por las glán- 3. Cefálico o craneal significa hacia la cabeza; es
dulas sudoríparas de la piel, ésta se evapora en el aire (la sinónimo de superior.
evaporación es un mecanismo de enfriamiento). Además,
nuestros vasos sanguíneos se dilatan para llevar la sangre 4. Medial significa cercano a la línea media; lateral
cerca de la superficie de la piel y así disipar el calor cor- significa hacia un lado.
poral. Cuando nuestra temperatura corporal disminuye
por debajo de los 98.6°F (37°C), como cuando salimos en 5. Proximal se refiere a cercano al sitio de unión;
un día frío de invierno, el hipotálamo manda señales a distal significa alejado del sitio de unión.
los músculos, causando que tiritemos para elevar nuestra
temperatura corporal; también hace que los vasos sanguí- PLANOS
neos se contraigan y así conserven el calor del cuerpo.
1. Un plano medio sagital o plano medio, divide
Nuestro cuerpo debe automonitorearse constan- verticalmente al cuerpo en dos mitades iguales. Un
temente para corregir cualquier desviación importante plano sagital es paralelo a un plano medio o medio
en la homeostasis. Lo hace utilizando lo que se conoce sagital.
como circuito de retroalimentación negativa. Las res-
puestas de retroalimentación que revisan las perturba- 2. Un plano transversal u horizontal divide al cuerpo
ciones de nuestra condición corporal son ejemplos de en las porciones superior e inferior.
retroalimentación negativa. Un buen ejemplo de un cir-
cuito de retroalimentación negativa es la relación entre 3. Un plano frontal o coronal divide las porciones
el termostato casero y tu horno. Supón que colocas el anterior o ventral y posterior o dorsal del cuerpo en
termostato a una temperatura de 72°F (22°C). Cuando la ángulos rectos a los planos sagitales.
temperatura en tu casa baja a menos de 72°F, el horno se
enciende para elevar la de la casa. Cuando la tempera- CAVIDADES
tura sube por encima de los 72°F, el termostato hace que
el horno se apague. La retroalimentación positiva es un 1. El cuerpo tiene dos cavidades principales: la
incremento en la función en respuesta a un estímulo. Por cavidad dorsal y la cavidad ventral.
ejemplo, después de la primera contracción durante el
parto, el útero continúa contrayéndose con mayor fuerza 2. La cavidad dorsal se subdivide en la cavidad
y frecuencia. craneal, que contiene al encéfalo, y en la cavidad
espinal, que contiene la médula espinal.
Nuestros sistemas orgánicos ayudan a controlar el
ambiente interno del cuerpo y las células para que per- 3. La cavidad ventral se divide en dos cavidades
manezca constante. Nuestros sistemas digestivo, urina- menores. La primera es la cavidad torácica, que
rio, circulatorio y respiratorio trabajan en conjunto para contiene al corazón en la cavidad pericárdica y
a los dos pulmones, cada uno en una cavidad
pleural. La segunda es la cavidad abdominopélvica,
que contiene muchos de los órganos digestivos y
algunos órganos urinarios y reproductivos.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano 15

4. El término parietal se refiere a las paredes de una 14. El sistema urinario incluye riñones, uréteres, vejiga
cavidad. y uretra. Funciona en la regulación química de la
sangre.
5. El término visceral se refiere a la cubierta de un
órgano. 15. El sistema reproductivo incluye los ovarios,
tubos uterinos, útero y vagina, en las mujeres,
UNIDADES ESTRUCTURALES y testículos, vesículas seminales, próstata, pene y
uretra en los hombres. Se encarga de mantener
1. La célula es la unidad básica para la organización las características sexuales y de perpetuar a la
del cuerpo. especie.

2. Distintos tipos de células componen los cuatro HOMEOSTASIS
tejidos del cuerpo: epitelial, conectivo, muscular y
nervioso. 1. La homeostasis es el mantenimiento del ambiente
interno del cuerpo dentro de rangos estrechos.
3. Los órganos se componen de células integradas en
tejidos que tienen una función común. 2. Algunos ejemplos de homeostasis son los niveles
de azúcar en sangre, temperatura corporal, tasa
4. Un sistema es un grupo de órganos que realizan cardiaca y el ambiente de fluidos de una célula.
una función común.
PREGUNTAS DE REPASO
5. El sistema tegumentario incluye la piel, cabello,
uñas, así como las glándulas sebáceas y 1. Nombra los sistemas del cuerpo y sus funciones.
sudoríparas. Se encarga de proteger, aislar y Indica los órganos principales de cada sistema.
regular la temperatura, así como de la salida de
agua. 2. El cuerpo tiene dos cavidades principales, cada
una dividida en dos cavidades menores. Haz
6. El sistema esquelético incluye huesos y cartílagos. una lista de ellas y explica el contenido de cada
Permite el movimiento, produce las células cavidad.
sanguíneas, almacena las grasas, protege y da
soporte. *3. Discute cómo el cuerpo mantiene la homeostasis
en términos del nivel de glucosa en sangre.
7. El sistema muscular se compone de músculo
esquelético, liso y cardiaco. Origina el *4. Discute cómo el cuerpo mantiene la homeostasis
movimiento. con respecto al mantenimiento de la temperatura
corporal normal.
8. El sistema nervioso incluye al encéfalo, la médula
espinal y los nervios craneales y espinales. Es 5. Explica qué es una célula.
el sistema encargado de controlar, regular y 6. Enlista y define los principales términos
correlacionar al cuerpo.
direccionales del cuerpo.
9. El sistema endocrino consiste de glándulas 7. Enlista y define los tres planos de división del
endocrinas y sus hormonas. Regula los aspectos
químicos del cuerpo, actúa a la par del sistema cuerpo.
nervioso.
*Preguntas de pensamiento crítico
10. El sistema cardiovascular consiste del corazón,
arterias, venas y capilares. Se encarga de distribuir RELACIONA LAS COLUMNAS
sangre, transportar oxígeno, nutrientes y desechos
hacia y desde las células del cuerpo. Coloca el número más apropiado en los espacios en

11. El sistema linfático o inmune se compone blanco de la columna izquierda.
de nódulos linfáticos, vasos linfáticos, el timo y
el bazo. Se encarga de drenar tejidos con exceso _____ Superior 1. Hacia la parte posterior,
de fluidos, transportar grasas y desarrollar
inmunidad. _____ Anterior dorsal

12. El sistema respiratorio incluye nariz, faringe, _____ Inferior 2. Por encima
laringe, tráquea, bronquios y pulmones. Transporta
oxígeno y elimina el dióxido de carbono de la _____ Posterior 3. Hacia un lado o costado
sangre.
_____ Medial 4. Cercano al sitio de unión u
13. El sistema digestivo se compone de los órganos
del tracto digestivo, desde los labios hasta el ano, _____ Lateral origen
así como de sus glándulas asociadas. Convierte los
alimentos en sustancias más simples que puedan _____ Proximal 5. Cualquier plano que divida
ser absorbidas, junto con otros nutrientes, por las
células del cuerpo. _____ Distal al cuerpo en porciones

superior e inferior

6. Lejano del sitio de unión

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16 CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

_____ Horizontal 7. Hacia el frente, ventral Investiga y explora
_____ Medio sagital 8. El plano que divide
Busca en internet los conceptos clave
verticalmente al cuerpo en del capítulo para descubrir información
dos porciones iguales, la adicional y encontrar ejercicios inter-
izquierda y la derecha activos. Los conceptos clave pueden
9. Hacia el corazón incluir homeostasis, planos corporales y
10. Cercano a la línea media posiciones anatómicas.
del cuerpo
11. Por debajo
12. Frontal

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La química
de la vida

OBJETIVOS DEL CAPÍTULO

Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de:
1. Definir la estructura de un átomo y las partículas
subatómicas que lo componen.
2. Enlistar los principales elementos químicos encontrados en
los sistemas vivos.
3. Comparar las diferencias entre los enlaces iónicos y
covalentes, y saber cómo reaccionan en agua las moléculas
formadas ya sea por enlaces iónicos o covalentes.
4. Entender la estructura química básica del agua, dióxido de
carbono, amoníaco, sales minerales, carbohidratos, lípidos,
proteínas, los ácidos nucleicos ADN y ARN, el compuesto
químico ATP y su función en los sistemas vivos.
5. Explicar la diferencia entre difusión, ósmosis y transporte
activo, y conocer su papel en el mantenimiento de la
estructura y de la función celular.
6. Definir el concepto de pH y su importancia en el cuerpo
humano.
7. Explicar por qué el agua es tan importante para el cuerpo.
8. Definir los términos ácido, base y sal.
9. Explicar cómo los números de la escala de pH se relacionan
con la acidez y la alcalinidad.

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CONCEPTOS CLAVE Enlace covalente Movimiento browniano
Enlace de hidrógeno Neutrones
Aceptores de electrones Enlace iónico Niveles de energía
Ácido desoxirribonucleico Enlaces peptídicos Nucleótidos
Enlaces Número atómico
(ADN) Enzimas Orbitales
Ácido nucleico Estructura cuaternaria Ósmosis
Ácido ribonucleico (ARN) Estructura primaria Oxígeno molecular
Ácido Estructura secundaria pH
Ácidos grasos Estructura terciaria Pirimidinas
Adenosín trifosfato (ATP) Fructosa Proteínas
Agua Glicerol Protones
Amoníaco Glucógeno Purinas
Amortiguadores Glucosa Ribosa
Grupo amino Sales minerales
químicos Grupo carboxilo Saturaciones
ARN de transferencia Grupo hidroxilo Solución hipertónica
ARN mensajero Insaturado Solución hipotónica
Átomos Iones Solución isotónica
Base Isótopos Soluto
Carbohidratos Lípidos Solvente
Catalizadores Lluvia ácida Tabla periódica
Compuesto Membrana Transportadores de
Desoxirribosa
Difusión selectivamente electrones
Dióxido de carbono permeable Transporte activo
Donadores de electrones Molécula Triacilglicerol
Electrones
Elemento
Energía

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20 CAPÍTULO 2 La química de la vida

INTRODUCCIÓN Protón Electrón

Debido a que todas las estructuras del cuerpo (células, Hidrógeno (H) © Delmar/Cengage Learning
tejidos y órganos) están compuestas de sustancias quí-
micas, es necesario tener un entendimiento básico de FIGURA 2-1. El átomo de hidrógeno es único porque en su
la ciencia de la Química. Aunado a eso, el cuerpo fun- núcleo solamente contiene un protón.
ciona por medio de reacciones químicas. Por ejemplo,
en el proceso digestivo, los alimentos complejos se des- cuando cepillas tu cabello en un día seco, cargas iguales
componen a través de reacciones químicas cuyos pro- se acumulan en el cepillo y en tu cabello, haciendo que
ductos son sustancias más simples, tales como azúcares éste se aleje del cepillo. Por el contrario, cargas distintas
que pueden ser absorbidos y usados por las células del se atraen; la adherencia que tiene la ropa recién salida de
cuerpo. Posteriormente, estas sustancias simples son una secadora se debe a la atracción de cargas distintas.
transformadas en otro tipo de combustible químico, el
adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina (ATP), que le ELEMENTOS, ISÓTOPOS, COMPUESTOS
permite a las células del cuerpo realizar trabajo y funcio-
nar. La Química es la ciencia que estudia los elementos, Cada elemento posee un número de protones distin-
sus compuestos, las reacciones químicas que ocurren tivo. Un elemento es una sustancia en la cual todos sus
entre elementos y compuestos, y la estructura molecular átomos contienen el mismo número de protones y elec-
de toda la materia. Los estudiantes de Anatomía necesi- trones. Debido a que el número de protones es igual al
tan contar con un conocimiento básico de este campo número de electrones, un átomo es eléctricamente neu-
de estudio. tro. La teoría que sugirió que toda la materia consiste de
átomos fue propuesta en 1808 por John Dalton (1766-
Este capítulo te introduce a algunos principios bási- 1844). Él declaró que los átomos eran los responsables
cos de Química que te ayudarán en la comprensión de la de las combinaciones de elementos encontradas en los
anatomía y fisiología humanas. Para entender el cuerpo compuestos. La teoría atómica fue desarrollada a partir
humano, es necesario entender las bases químicas de la de su propuesta. Esta teoría atómica propuso que:
vida. Daremos un vistazo a la estructura del átomo, a la
interacción entre ellos para formar compuestos y la forma ● Toda la materia está compuesta de pequeñas partícu-
en que estos compuestos conforman los bloques de cons- las llamadas átomos.
trucción de la vida. Toda la materia viva e inanimada está
conformada por materia. La materia está compuesta de ● Todos los átomos de un elemento dado son simi-
elementos que son sustancias primarias a partir de las lares entre sí pero diferentes de los átomos de otros
cuales todas las demás cosas están construidas. Los ele- elementos.
mentos no pueden ser destruidos para formar sustancias
más simples. Hay 92 elementos que se encuentran de ● Los átomos de dos o más elementos se combinan para
manera natural. Sin embargo, se han creado otros tantos formar compuestos.
de manera artificial en el laboratorio.
● Una reacción química involucra el reacomodo, la
ESTRUCTURA ATÓMICA separación o la combinación de átomos.

Los átomos son las partículas más pequeñas de un ele- ● Los átomos nunca son creados o destruidos durante
mento que mantienen todas sus propiedades y que, una reacción química.
gracias a sus electrones, participan en las reacciones quí-
micas. Cada átomo consiste de un núcleo de protones y En los átomos de algunos elementos, el número de
neutrones, es relativamente pesado y compacto. Partícu- neutrones varía. El carbono es el elemento presente en
las más ligeras llamadas electrones, orbitan el núcleo a toda la materia viva. La vida en la Tierra está basada en
cierta distancia de su centro. el átomo del carbono. De hecho, toda una rama de la
Química llamada Química Orgánica estudia la natura-
Los electrones prácticamente no tienen peso y cada leza del átomo del carbono y sus reacciones químicas.
uno acarrea una carga eléctrica negativa (–). Los núcleos Diferentes átomos de carbono pueden tener diferentes
atómicos están compuestos de protones y neutrones, números de neutrones. Los átomos de carbono pueden
con la excepción del núcleo de hidrógeno, que cuenta
únicamente con un protón (Figura 2-1). Cada protón y
cada neutrón tienen una unidad de peso atómico que es
casi 1 800 veces más pesada que un electrón. Por lo tanto,
el peso de un átomo es el resultado casi en su totalidad
de la suma del peso atómico de sus protones y neutro-
nes. Los protones tienen cargas positivas (+), mientras
que los neutrones no tienen carga. Las cargas iguales se
repelen —se alejan unas de las otras—; es por esto que,

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 21

tener uno de tres pesos atómicos diferentes —12, 13 o tones o el número de electrones. En la segunda mitad
del siglo XVII, los científicos descubrieron similitudes
14— dependiendo del número de neutrones. Los tipos en el comportamiento de los elementos conocidos. Fue
un químico ruso, Dimitri Mendeleev (1834–1907), quien
de átomos distintos de un mismo elemento se conocen sugirió que los elementos podían ordenarse en grupos
como isótopos y son designados como C12, C13 y C14. que mostraran propiedades físicas y químicas similares.
Fue gracias a su trabajo que se escribió la moderna tabla
Cada uno de estos isótopos contiene seis protones y seis periódica de los elementos, la cual ordena los elementos
electrones, pero C12 tiene seis neutrones, C13 tiene siete de manera creciente según su número atómico, de tal
neutrones y C14 tiene ocho neutrones. El C14 es ligera- forma que propiedades similares se repiten en interva-
los periódicos (Figura 2-2).
mente radiactivo y se usa para estimar la edad de los

restos fósiles de humanos. Un isótopo radiactivo de

iodo (yodo) es usado para tratar trastornos de la glán-
dula tiroides. El número atómico es el número de pro-

Símbolo H1 Número
químico Hidrógeno atómico

Nombre
químico

N7
Nitrógeno

Número de O 8
e– en cada Oxígeno
nivel de
energía

1 Mg 12 C 6
Masa at. 1.00 Magnesio Carbono
Masa
atómica

H 2•5
Masa at. 14.00
Na 11 2•6
Sodio B C N O F Ne Masa at. 16.00
Li Be

Na Mg 2 • 8 • 2 2•4 Al Si P S Cl Ar
Masa at. 24.30 Masa at. 12.01
Cl 17
Cloro

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

2•8•1 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sb Te Xe
Masa at. 22.99

P 15
Fósforo
K 19 Cs Ba (L) Hf Ta W Re Os Ir Pt Bi Pg At Rn
Potasio S
16 2•8•7
Azufre Masa at. 35.45
Ca 20
Fr Ra (A) Calcio

La Sm Eu Go 2 • 8 • 5 Tm Y
(L) Masa at. 30.97
2•8•8•1 © Delmar/Cengage Learning
Masa at. 39.10 Ac Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md NM2 a• s8a• 6
(A) 2 • 8 • 8 • 2 at.
32.06

Masa at. 40.08

Tabla periódica

FIGURA 2-2. La tabla periódica de los elementos.

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22 CAPÍTULO 2 La química de la vida

En resumen, los protones y neutrones conforman el Na Cl
núcleo de un átomo; los electrones orbitan el núcleo. Es Átomo de sodio Átomo de cloro
imposible conocer exactamente dónde se encuentra un
determinado electrón en un momento dado, pero el área Na+ Cl- © Delmar/Cengage Learning
en la que se le puede encontrar se conoce como la órbita
del electrón. Las órbitas se agrupan y forman niveles de + _
energía que consisten de electrones. Los niveles pueden Ion de sodio
contener más de un electrón. Por esto, los átomos son Ion de cloro
representados como núcleos redondos (que contienen
protones y neutrones) rodeados por círculos concéntricos FIGURA 2-3. La formación de un enlace iónico entre el sodio
que representan los niveles de energía. El carbono tiene y el cloro forma Na+Cl– (cloruro de sodio o sal de mesa).
dos electrones en el primer nivel y cuatro en el segundo
nivel. El hidrógeno solamente cuenta con un nivel y en Muchas sustancias requeridas por las células humanas
éste se alberga un solo electrón. El oxígeno tiene dos elec- existen en la naturaleza en forma de iones. Algunos ejem-
trones en su primer nivel y seis electrones en el segundo. plos son las sales minerales como sodio, cloro, potasio,
calcio y fosfato.
ENLACES Y ENERGÍA
Un segundo tipo de enlace comúnmente encontrado
Los átomos se combinan químicamente entre ellos y for- en muchas moléculas es el enlace covalente. En este tipo
man enlaces. Los enlaces químicos se forman cuando de enlace, los átomos comparten electrones para llenar o
los electrones más externos son transferidos (ganados o completar sus niveles externos de energía. Las moléculas
perdidos) o compartidos entre los átomos. Cuando los que contienen enlaces covalentes no se disocian cuando
átomos de dos o más elementos diferentes se combinan son sumergidas en agua. Cuatro de los elementos más
así, forman un compuesto (como el agua, H2O). El sím- importantes encontrados en las células forman este tipo
bolo H2O también representa una molécula, que es la de enlaces. Éstos son carbono (C), oxígeno (O), hidró-
combinación más pequeña o partícula que retiene todas geno (H) y nitrógeno (N). Dichos elementos constitu-
las propiedades del compuesto mismo. yen alrededor del 95% de los materiales encontrados en
las células. Todas las moléculas de gran tamaño que se
Existen distintos tipos de enlaces, uno de ellos es el encuentran en una célula, y muchas de sus moléculas
enlace iónico. Este tipo de enlace se forma cuando un más pequeñas, contienen dichos enlaces; por ejemplo,
átomo gana electrones de otro átomo que los pierde de la formación del enlace covalente entre dos átomos de
su nivel u órbita más externa. Los átomos que ganan elec- hidrógeno da como resultado el compuesto gas de hidró-
trones adquieren carga negativa, mientras que aquellos geno (H2) (Figura 2-4).
que los pierden, se cargan positivamente. Esto es, si cada
uno de ellos era eléctricamente neutro originalmente. Otro tipo de enlace son los puentes de hidrógeno. Éstos
Estos nuevos átomos con carga son llamados iones. Los son enlaces muy débiles y ayudan a mantener juntas las
iones cargados negativamente (Cl–, por ejemplo) son moléculas del agua formando un puente entre el átomo
atraídos a los iones positivamente cargados (Na+). La negativo de oxígeno de una molécula y los átomos positivos
fuerza resultante que une estos iones es un enlace iónico. de hidrógeno de otra. Los puentes de hidrógeno también
Haciendo referencia a la Figura 2-3, notarás que el átomo ayudan a unir varias partes de una molécula de manera que
de sodio tiene su primer nivel de energía completamente adquieran una conformación tridimensional como puede
lleno con dos electrones, un segundo nivel totalmente lleno ser una molécula de proteína como una enzima.
con ocho electrones, pero sólo un electrón en el tercer
nivel. El átomo de cloro tiene el nivel más interno (pri- Los elementos o moléculas que proporcionan elec-
mer nivel) completamente lleno con dos electrones, un trones durante una reacción son llamados donadores de
segundo nivel lleno con ocho electrones, pero sólo siete electrones (ejemplo: sodio); aquellos que ganan elec-
en su tercer nivel. Debido a que ocho electrones llenan el trones durante el proceso se conocen como aceptores
nivel más externo del átomo para formar el enlace iónico, de electrones (ejemplo, el cloro cuando se forma la sal).
el sodio pierde su electrón para cederlo al nivel de ener-
gía externo del átomo de cloro, llenando así el nivel más
externo del átomo de cloro con ocho electrones. El com-
puesto resultante, cloruro de sodio (Na+Cl–), es la sal de
mesa común formada por un enlace iónico, mantenién-
dose unida por la atracción de cargas eléctricas opuestas
de los iones. Cuando se sumergen en agua, los compues-
tos que se mantienen como tales debido a enlaces ióni-
cos, tienden a separarse o disociarse en los iones que los
constituyen debido a la atracción de la molécula del agua
(la cual discutiremos más adelante en este capítulo).

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 23

+ SUSTANCIAS COMUNES
EN LOS SISTEMAS VIVOS
Hidrógeno (H) Hidrógeno (H)
Existen 10 sustancias comunes encontradas en los siste-
mas vivos: agua, carbono, dióxido de carbono, oxígeno
molecular, amoníaco, sales minerales, carbohidratos,
lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y trifosfato de adeno-
sina.

o © Delmar/Cengage Learning Agua

HH HH El agua es la sustancia más abundante en los seres vivos,
aproximadamente entre el 60 y el 80%, el plasma sanguí-
FIGURA 2-4. La formación de compuestos mediante enlaces neo es la porción líquida de la sangre y está compuesto
covalentes. en un 92% por agua. El agua es una molécula simple
compuesta por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno
Algunas moléculas muy especiales ganarán electrones unidos por un enlace covalente. Debido a que el átomo
únicamente para perderlos a favor de otra molécula en de oxígeno es más electronegativo que los de hidrógeno,
un periodo muy corto; éstos son designados como trans- esto significa que el agua es una molécula polar, pues
portadores de electrones. Estas moléculas se discutirán tiene una carga parcial negativa y otra positiva (Figura
en el Capítulo 4 y son muy importantes en la formación 2-5). Esta característica única determina el por qué los
de la molécula energética ATP. enlaces iónicos moleculares se disocian en agua. Los
iones con carga negativa (ej., el cloruro) son atraídos por
Los enlaces contienen energía, es decir, la habilidad la carga positiva de los átomos de hidrógeno, y los iones
para realizar trabajo. Esto resulta de la interacción de los con carga positiva (ej., el sodio) son atraídos por la carga
electrones y los núcleos de los átomos que se encuentran negativa de los átomos de oxígeno. De este modo los enla-
unidos. Si medimos la cantidad de energía presente entre ces iónicos moleculares de la sal se disocian en agua.
dos átomos, descubrimos que varía a medida que cambia
la distancia entre ellos. Cuando los átomos están cerca El agua cumple varias funciones en las células. Par-
uno del otro, las trayectorias de sus electrones se super- ticipa en algunas reacciones, como la de fotosíntesis en
ponen. La repulsión natural entre estos electrones nega- las células de las plantas, la cual provee a nuestra atmós-
tivamente cargados tiende a separar a los átomos. De
manera que la energía necesaria para mantenerlos juntos ++
es relativamente alta. Este tipo de enlace contiene un alto
grado de energía. Si rompemos estos enlaces, como en la Hidrógeno (H) Oxígeno (O) Hidrógeno (H)
degradación de una molécula de glucosa (C6H12O6) den-
tro de una célula, los transportadores de electrones en el Parte de oxígeno +
interior de la célula usarán la energía de los electrones Partes de
liberados para construir una molécula de ATP. El ATP es Carga parcial hidrógeno
la molécula de alta energía que sirve como el combustible negativa en el
que las células necesitan para funcionar. Esta molécula extremo de oxígeno Carga parcial
de alta energía es llamada trifosfato de adenosina y está de la molécula positiva en el
siendo sintetizada y degradada constantemente para libe- extremo de
rar su energía en la realización del trabajo de las células. Molécula de agua (H2O) hidrógeno © Delmar/Cengage Learning
Se abrevia como ATP. Se sintetiza mediante la adición de de la molécula
un fosfato al difosfato de adenosina. Cuando se descom- +
pone (ATP → ADP + PO4), libera la energía contenida en
el enlace que mantiene con el difosfato. Este tema se dis- oH
cutirá a detalle en el Capítulo 4.
HOH OH

FIGURA 2-5. La particularidad de la molécula de agua.

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24 CAPÍTULO 2 La química de la vida

fera de oxígeno molecular; y como la de respiración en Oxígeno molecular
las células animales como en las células de las plantas,
proceso mediante el cual se produce energía. El oxígeno molecular (O2), se forma cuando dos átomos
de oxígeno se unen de manera covalente y es requerido
Fotosíntesis: por todos los organismos que respiran aire. Es necesario
para convertir la energía química (alimentos), y la que se
6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O encuentra en una molécula de glucosa (C6H12O6), en otra
forma de energía química, el ATP, que puede ser utilizada
Respiración: por las células para realizar su trabajo. Debido a que el
O2 es un producto de la fotosíntesis, resulta evidente qué
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 6H2O + energía en forma de ATP tan dependientes somos los animales de las plantas para
nuestra sobrevivencia. Sin las plantas no habría oxígeno
La digestión de los alimentos requiere de agua para molecular en nuestra atmósfera, y sin O2 no habría vida
degradar las moléculas más grandes. Este proceso se en nuestro planeta tal y como la conocemos. Gracias a los
conoce como hidrólisis. El agua sirve como medio o sol- diferentes tipos de plantas que habitan nuestro planeta,
vente para otras reacciones, por eso es a menudo referida el nivel de O2 en la atmósfera se mantiene en un nivel casi
como el solvente universal. La química de la vida está constante (alrededor de 21% del gas en la atmósfera es
dominada por la química del agua. Las reacciones quí- oxígeno).
micas ocurren en las células, entre átomos individuales,
iones, o moléculas, no entre grandes agregados de estas Amoniaco
partículas. Las reacciones químicas suceden cuando
estas partículas se mueven en agua y se encuentran con La molécula de amoníaco (NH3) proviene de la degrada-
otras partículas. Además de eso, el agua es la base para el ción de las proteínas por medio del proceso digestivo y de
transporte de materiales tales como las hormonas y las la conversión de aminoácidos a moléculas de ATP en el
enzimas presentes en el plasma celular. proceso de respiración celular. Nótese que un elemento
importante presente en el amoníaco es el nitrógeno. Éste
El agua también absorbe y libera grandes niveles de es un elemento esencial en los aminoácidos, es decir, en
calor antes de que su temperatura cambie, ayudando así las unidades básicas que forman las proteínas. Ya que
a controlar la temperatura corporal. El ejercicio vigoroso incluso una pequeña cantidad de amoníaco es dañina
libera calor de las células musculares en contracción que para las células, el cuerpo humano debe eliminar rápi-
es absorbido por el agua de otras células y lo libera des- damente este material. Por medio de enzimas, el hígado
pués. Por otra parte, el agua es parte del líquido amnió- convierte el amoníaco tóxico en una sustancia inofensiva
tico que protege al feto en desarrollo. También forma llamada urea. Debido a que la urea es soluble en agua, la
parte del líquido cefalorraquídeo que protege al cerebro sangre la lleva a los riñones para ser filtrada y eliminada
y la médula espinal, funcionando como un amortiguador del cuerpo como orina. El amoníaco es un constituyente
de impactos. Finalmente, el agua es la base para todos común en los fertilizantes ya que muchas plantas pueden
los lubricantes del cuerpo tales como el moco del tracto utilizar el NH3 como fuente de nitrógeno para la síntesis
digestivo y del líquido sinovial de las articulaciones. proteica.

Dióxido de carbono Sales minerales

La pequeña molécula de dióxido de carbono (CO2) con- Las sales minerales están compuestas de iones pequeños.
tiene un átomo de carbono unido de manera covalente a Éstos son esenciales para la supervivencia y el funciona-
dos átomos de oxígeno. Es generado como un producto miento de las células del cuerpo. Funcionan en nume-
residual de la respiración celular y debe ser eliminado rosas formas como porción de algunas enzimas o como
rápidamente del cuerpo a través de la exhalación por parte del ambiente celular necesario para la acción de
medio de los sistemas respiratorio y cardiovascular. El una enzima o de una proteína. El calcio (Ca+) es nece-
dióxido de carbono también es necesario para la fotosín- sario para la contracción muscular y la transmisión ner-
tesis que realizan las células de las plantas para convertir viosa así como para formar huesos fuertes. Es el quinto
la energía radiante del sol en energía química útil, como la elemento más abundante en el cuerpo. El fosfato (PO4–)
glucosa tanto para células de plantas como de animales. es necesario para producir la molécula de alta energía
Es también fuente de carbono encontrado en todos los ATP. El cloro (Cl–) es necesario para la transmisión ner-
compuestos orgánicos de los sistemas vivos. Si el dióxido viosa. De igual manera, el sodio (Na+) y el potasio (K+)
de carbono se acumula en las células, se vuelve tóxico también son necesarios para la contracción de las células
formando ácido carbónico al reaccionar con el agua. Por musculares y la transmisión nerviosa.
ello, lo exhalamos rápidamente de los pulmones.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 25

Carbohidratos Los carbohidratos tienen dos funciones importantes:
como almacenamiento de energía (azúcares, almidón,
Los carbohidratos están compuestos por átomos de car- glucógeno) y en el fortalecimiento celular (la celulosa
bono, hidrógeno y oxígeno en una proporción 1:2:1 (como de las paredes celulares en las plantas y la quitina en el
glucosa o C6H12O6, por ejemplo). Los carbohidratos más exoesqueleto de los artrópodos). La función más común
pequeños son los azúcares simples que no pueden de los carbohidratos es la de almacenamiento de ener-
hacerse reaccionar con agua para producir otra forma gía.
más simple. Los azúcares son generalmente cadenas de
cinco o seis átomos de carbono. La ribosa y la desoxirri- Lípidos
bosa son los azúcares importantes de cinco carbonos,
las cuales forman parte de las moléculas de los ácidos Existen diferentes tipos de lípidos. Los lípidos son sustan-
nucleicos, ARN y ADN. Los azúcares importantes de seis cias insolubles en agua. Las grasas, fosfolípidos, esteroi-
carbonos son la glucosa y la fructosa (el sufijo osa denota des y prostaglandinas son ejemplos de estos diferentes
un azúcar) (Figura 2-6). Nótese la repetición de la unidad tipos de moléculas. Nos concentraremos en las grasas,
H-C-OH en la molécula. Esto es típico de los azúcares. El que son un tipo importante de lípidos. De las grasas del
glucógeno (almidón animal), la celulosa (el material de la cuerpo, 95% son triglicéridos, ahora llamados triacilgli-
pared celular de una célula vegetal que conforma la fibra ceroles. Consisten de dos tipos de unidades básicas: gli-
en nuestra dieta), la quitina (el exoesqueleto de artrópo- cerol y ácidos grasos. El glicerol es una molécula simple,
dos como los insectos y las langostas), así como muchos similar a un azúcar, excepto que tiene una cadena for-
otros carbohidratos complejos, son formados por la mada únicamente por tres carbonos. Cada carbono de la
unión de cierto número de moléculas de glucosa. Ade- cadena está unido a un hidrógeno y a un grupo hidroxilo
más de la glucosa, existen otros azúcares de seis carbo- (–OH) así como a los carbonos de la cadena (Figura 2-7).
nos. Las combinaciones de estos azúcares con la glucosa Los ácidos grasos están compuestos de cadenas largas
resulta en otra serie de azúcares conocidos comúnmente, de átomos de carbono de distintas longitudes. Todos los
como el disacárido sacarosa o azúcar de mesa.

CH2OH CH2OH

H O H OHCH2 O H H O H HO1CH2 O H

H H HO + H2O H + 2 H HO 5 © Delmar/Cengage Learning
OH H OH H
O
HO CH2OH HO OH HO 3 4 6CH2OH
H OH OH H
H OH OH H

Sacarosa Glucosa Fructosa

FIGURA 2-6. La estructura química de los azúcares, glucosas y fructosas de seis carbonos. Cuando se combinan producen el disa-
cárido sacarosa.

H OHHHHH H OHHHHH

H C OH HO C C C C C C H HCO CCCCCCH

HHHHH HHHHH
OHHHHH OHHHHH

H C OH HO C C C C C C H HCO CCCCCCH
HCO HHHHH
Enzimas
OHHHHH
+ HHHHH CCCCCCH

OHHHHH 3H2O © Delmar/Cengage Learning
HO C C C C C C H
H C OH

H HHHHH H HHHHH
Glicerol Ácidos grasos Molécula de triglicérido

FIGURA 2-7. La estructura de un triglicérido se compone de una molécula de glicerol y de ácidos grasos.

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26 CAPÍTULO 2 La química de la vida

átomos de carbono están unidos a átomos de hidrógeno al interior de una célula le permiten funcionar apropia-
excepto el átomo de carbono localizado en un extremo damente. Estas reacciones químicas no ocurrirían en las
de la cadena. Este átomo de carbono está unido al grupo células sin la asistencia de las enzimas. Las enzimas son
carboxilo (–COOH), el cual hace a estas moléculas lige- proteínas catalizadoras, que incrementan la tasa de una
ramente ácidas. La mayoría de los ácidos grasos que se reacción química sin ser afectadas por la misma. Ade-
encuentran en la naturaleza tienen un número par de más de esto, nuestro sistema inmune funciona debido
átomos de carbono, de 14 a 18. Un ácido graso es satu- a que los anticuerpos, que son proteínas de alto peso
rado si contiene únicamente enlaces covalentes simples molecular, son creados para combatir proteínas ajenas
como los que se encuentran en la leche entera, mantequi- que entran al cuerpo llamadas antígenos. Algunos ejem-
lla, huevos, carne, puerco así como en los aceites del coco plos de estas proteínas ajenas son las que se encuentran
y de las palmas. Un gran número de estos ácidos grasos en las membranas celulares de las bacterias, en las cáp-
contribuyen a enfermedades cardiovasculares. Las grasas sulas proteicas de los virus, y en los flagelos bacterianos.
saturadas tienden a ser sólidas a temperatura ambiente. Finalmente, las proteínas son también una fuente de
Sin embargo, si la cadena de carbono contiene uno o más energía que puede ser convertida en ATP tal como los
enlaces covalentes dobles entre los átomos de carbono, es carbohidratos y las grasas.
un ácido graso insaturado. Estos ácidos grasos son buenos
para ti y se encuentran en la semilla de girasol, de maíz y Las proteínas también pueden clasificarse en térmi-
en aceites de pescado. Las grasas insaturadas tienden a nos de su estructura (Figura 2-10). La estructura prima-
ser líquidas a temperatura ambiente. Las grasas realizan ria de una proteína está determinada por su secuencia
varias funciones importantes en el cuerpo. Al igual que de aminoácidos. La estructura secundaria está determi-
los carbohidratos, éstos contienen energía química alma- nada por los puentes de hidrógeno entre aminoácidos
cenada. La grasa que se encuentra por debajo de la piel que causan que ésta adquiera forma helicoidal o de hoja
actúa como un aislante para prevenir la pérdida de calor. laminada. Esta forma es crucial para su funcionamiento.
Cualquier animal que vive en las regiones Ártica o Antár- Si esos puentes de hidrógeno son destruidos, la proteína
tica (osos polares, focas, ballenas o pingüinos) cuenta con deja de ser funcional. Los puentes de hidrógeno pueden
una capa gruesa de grasa aislante. La joroba del camello destruirse por altas temperaturas o por un ambiente muy
es un depósito grueso de grasa que protege a los órganos ácido, resultando en cambios en el pH. La estructura
internos de las excesivas elevaciones de temperatura en el terciaria es un plegamiento secundario causado por las
ardiente desierto. La grasa también protege directamente interacciones entre los enlaces peptídicos y entre los áto-
a los órganos, como la capa que se encuentra alrededor de mos de azufre de diferentes aminoácidos. Los cambios
los riñones y que los protege de sacudidas severas. que afecten esta estructura pueden afectar también la
función de la proteína. Finalmente, la estructura cuater-
Proteínas naria es determinada por las relaciones espaciales entre
unidades individuales.
Las proteínas están compuestas de carbono, hidrógeno,
oxígeno y nitrógeno unidos de manera covalente. La Ácidos nucleicos
mayoría de las proteínas también contienen azufre. Las
unidades básicas que constituyen las proteínas son 20 Dos ácidos nucleicos muy importantes se encuentran en
aminoácidos distintos. Éstos difieren, tanto en la longitud las células. El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el mate-
de sus cadenas de carbono, como en los átomos conecta- rial genético de las células localizado en el núcleo de las
dos a dicha cadena. En común, cada aminoácido cuenta mismas; éste determina todas las funciones y caracterís-
con un grupo carboxilo (–COOH), un grupo amino (–NH2), ticas de la célula. El ácido ribonucleico (ARN) está rela-
un átomo de hidrógeno y un grupo funcional R. El gru- cionado estructuralmente al ADN. Dos tipos importantes
po R se refiere a los átomos que los hacen diferentes y a de ARN son el ARN mensajero y el ARN de transferencia,
la longitud de su cadena (Figura 2-8). Los aminoácidos los cuales son moléculas importantes y necesarias para la
se unen entre sí mediante la formación de enlaces cova- síntesis proteica (discutida en el Capítulo 3).
lentes para sintetizar las proteínas. Nos referimos a estos
enlaces como enlaces peptídicos (Figura 2-9). Los ácidos nucleicos son moléculas muy grandes que
se componen de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno
Las proteínas funcionan de maneras diversas e y de átomos de fósforo. La estructura básica de un ácido
importantes en el cuerpo humano. Muchas proteí- nucleico es una cadena de nucleótidos. La molécula del
nas son estructurales. Forman parte de las estructuras ADN es una doble cadena helicoidal; mientras que las
membranosas de una célula: la membrana plasmática, moléculas de ARN son cadenas sencillas de nucleótidos.
la membrana nuclear, el retículo endoplásmico y la Un nucleótido es una combinación compleja de un azú-
mitocondria. Además de ello, algunas proteínas, como car (desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN), una
la actina y la miosina, son proteínas estructurales que base nitrogenada y un grupo fosfato unido al azúcar. Exis-
se encuentran en una célula muscular. No podríamos ten dos categorías de bases nitrogenadas, las cuales con-
movernos, hablar, caminar, digerir o hacer circular san- sisten de una compleja estructura de átomos de carbono
gre sin la actina y la miosina. Las reacciones químicas y de átomos de nitrógeno con forma de anillo. Las purinas
consisten de un anillo doble fusionado de nueve átomos.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 27

Estructura general Propiedad especial de la estructura

R CH3
H2N C C OH
S
HO
CH2 CH2 CH2 SH
Grupo Grupo
amino carboxilo CH2 CH C OH CH2 CH2
N
O H2N C C OH H2N C C OH
H
Prolina HO HO
(pro) Metionina Cisteína

(met) (cys)

No aromáticos Aromáticos

No polares CH3 CH3 CH3

CH3 CH3 CH CH2

CH3 CH CH2 H C CH3

H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH NH
C CH

HO HO HO HO CH2 CH2

Alanina Valina Leucina Isoleucina H2N C C OH H2N C C OH
(ala) (val) (leu) (ile)

Polares sin carga CH3 O NH3 O NH2 HO HO
H H C OH C C Fenilalanina
Triptófano
CH2 CH2 (phe) (trp)
CH2
OH OH
CH2

H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH

HO HO HO HO HO CH2
H2N C C OH
Glicina Serina Treonina Asparagina Glutamina
(gly) (ser) (thr) (asn) (gln)

Polares con carga NH2 HO
C NH
NH Tirosina
CH2 (tyr)
CH2
O OH O OH HC N CH2 NH2 CH2
C C CH CH2 C C OH
CH2
CH2 CN CH2
C C OH
CH2 CH2 CH2 H © Delmar/Cengage Learning

H2N C C OH H2N C C OH H2N C C OH H2N H2N

HO HO HO HO HO

Ácido glutámico Ácido aspártico Histidina Lisina Arginina
(glu) (asp) (his) (lys) (arg)

FIGURA 2-8. La estructura general de un aminoácido y la lista de 20 aminoácidos que se encuentran en el cuerpo humano.

Las dos bases nitrogenadas púricas son la adenina y la Trifosfato de adenosina
guanina. Las pirimidinas consisten de un anillo sencillo
de seis átomos. Las tres bases nitrogenadas pirimídicas El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (ATP) es
son la tiamina, la citosina y el uracilo (Figura 2-11). La la molécula de alta energía o el combustible que hace
molécula de ADN contiene adenina, tiamina, guanina funcionar la maquinaria celular. Todo el alimento que
y citosina. La molécula de ARN sustituye la tiamina por ingerimos (el cual ya es una forma de energía química)
uracilo y también contiene adenina, citosina y guanina. debe ser transformado a otra forma de energía química
En la molécula de ADN, la adenina se une a la tiamina, (ATP) que le permite a nuestras células mantenerse,
mientras que la citosina se une a la guanina para la for- repararse y reproducirse. La molécula de ATP consiste
mación de la doble cadena helicoidal. Discutiremos esta del azúcar ribosa, de la purina adenina y de tres grupos
estructura a detalle en el Capítulo 4. fosfato (Figura 2-12). La energía de la molécula es alma-

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28 CAPÍTULO 2 La química de la vida

Grupo Grupo Grupo Grupo
carboxilo amino carboxilo amino

OR OR OR OR OR OR OR OR

HO C C N C C N C C N H + HO C C N C C N C C N C C N C C N H

HH HH HH H HH HH HH HH

H2O

Grupo OR OR OR OR OR OR Grupo © Delmar/Cengage Learning
carboxilo amino

OR OR

HO C C N C C N C C N C C N C C N C C N C C N C C N H

H HH HH H H HH HH HH HH

FIGURA 2-9. Formación de enlaces peptídicos para formar una proteína.

Lys Asn Gly Gln Thr Asn Cys Tyr Gln Ser Estructura primaria
Cadena polipeptídica

Hélice α Lámina b-plegada

Estructura secundaria

Puente de
hidrógeno

Estructura terciaria

Puente disulfuro

Estructura cuaternaria © Delmar/Cengage Learning

FIGURA 2-10. Los cuatro niveles de la estructura proteica.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 29

HOCH2 O OH HOCH2 O OH

HH HH

(A) H H (B) H H

OH H OH OH

Desoxirribosa Ribosa

O CH2 O Base
(C) –O P O nitrogenada

–O Desoxirribosa
OH
Grupo
fosfato

(A)

Purinas Pirimidinas

NH2 Adenina O Timina
(ADN y ARN) (únicamente ADN)

C C
N CN
HN C CH3

CH

HC CN OC CH

N N

H

H

O Guanina NH2 Citosina
C (ADN y ARN)
(ADN y ARN) NC
H
C

HN CN

CH

H2N CC OC CH
N
N
N
H
H

O Uracilo
(únicamente ARN)
C
H
HN C © Delmar/Cengage Learning

OC CH

N

H
(B)

FIGURA 2-11. (A) La estructura de un nucleótido y (B) sus bases nitrogenadas.

cenada en el segundo y en el tercer enlaces del grupo las de ATP (discutido a mayor detalle en el Capítulo 4).
fosfato.
Una molécula de ATP se sintetiza uniendo un difosfato de
La degradación de la molécula de glucosa y de otros adenosina (ADP) con un grupo fosfato (PO4–): ADP + PO4
nutrientes provee la energía para la síntesis de molécu- + energía → ATP. Posteriormente, la energía almacenada

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30 CAPÍTULO 2 La química de la vida

Adenina tienen un movimiento más rápido que las que están en
estado líquido. En el aire de la habitación, también hay
NH2 moléculas en movimiento como vapor de agua, oxígeno,
nitrógeno y dióxido de carbono. Cuando se abre la bote-
3 grupos fosfato N N lla, las moléculas de perfume se mueven aleatoriamente
OOO H hacia el exterior de la botella y de manera azarosa tam-
bién colisionan con aquellas moléculas en el aire. Ima-
NN H gina estas colisiones como si fueran pelotas chocando
unas con otras en una mesa de billar. Las colisiones aza-
OϪ P O P O P O CH2 O rosas eventualmente empujan las moléculas de perfume
OϪ OϪ OϪ hacia las paredes de la habitación y eventualmente por
H H © Delmar/Cengage Learning toda la habitación. Si se abre la botella de perfume en un
H H extremo de la habitación y te encuentras parado en el otro
extremo, eventualmente sentirás el perfume una vez que
OH OH las moléculas hayan llegado al extremo donde estás. Otra
persona que se pare cerca de la botella de perfume en el
Azúcar de ribosa momento de abrirla, deberá oler el perfume antes que tú.
A las colisiones aleatorias de las moléculas en difusión
Molécula de adenosín trifosfato (ATP) se le conoce como movimiento browniano gracias a Sir
Robert Brown, un científico inglés quien describiera este
FIGURA 2-12. La estructura molecular del adenosín trifosfato tipo de movimiento en 1827.
(ATP).
A pesar de lo aleatorio de estas colisiones, con el
en la molécula de ATP se utiliza para el funcionamiento tiempo hay un desplazamiento neto de las moléculas de
de la célula y para realizar actividades como reparaciones perfume desde las áreas de alta concentración (en y cerca
estructurales, para la reproducción, para la asimilación de la botella de perfume) hacia las áreas de baja concen-
y para el transporte de materiales a través de las mem- tración (en el otro extremo de la habitación). Esto es el
branas celulares. Esto ocurre cuando al degradarse una proceso de difusión. Eventualmente, la proporción de
molécula de ATP se libera la energía contenida en los moléculas de perfume que serán empujadas dentro de la
enlaces fosfato: ATP → ADP + PO4 + energía (para reali- botella llegará a ser igual a la proporción de moléculas
zar procesos celulares). que salen de ella, y las moléculas quedarán distribuidas
de manera uniforme en la habitación.
TRANSPORTE DE MATERIALES
DENTRO Y FUERA DE LA CÉLULA La temperatura tiene un efecto sobre la difusión. A
mayor temperatura, el movimiento es más rápido. Piensa
La membrana plasmática de las células es una membrana en un trozo de hielo. La temperatura baja mantiene a las
selectivamente permeable. Esto significa que sólo los moléculas moviéndose muy lento, de esta manera el agua
materiales seleccionados son capaces de entrar y salir se encuentra en estado sólido. A medida que la tempe-
de las células. La estructura química de una membrana ratura aumenta, el movimiento molecular aumenta y el
celular es responsable de su calidad. La membrana celu- agua pasa a estado líquido y el hielo se derrite. El calen-
lar está compuesta de una bicapa lipídica con proteínas tamiento prolongado, como el poner una olla con agua
en ambos lados de la membrana. Este arreglo químico sobre una estufa, incrementa aún más el movimiento
permite que el agua pase con facilidad al interior o al molecular de tal manera que el agua pasa al estado
exterior de la célula. Sin embargo, el agua no es el único gaseoso y se convierte en vapor de agua.
material necesario para la supervivencia de la célula. Las
células necesitan de alimentos como azúcares y aminoá- Un ejemplo de una difusión importante en el cuerpo
cidos para fabricar proteínas y de nutrientes como sales humano es la captación de oxígeno en la sangre que se
minerales. Los materiales pasan a través de la membrana encuentra en los pulmones y la liberación de dióxido de
celular en tres diferentes maneras: por difusión, por carbono a los pulmones desde la sangre. La sangre que
ósmosis y por transporte activo. regresa a los pulmones es baja en oxígeno pero tiene altas
concentraciones de dióxido de carbono como resultado
Difusión de la respiración celular. Cuando inhalamos aire, recibi-
mos oxígeno, así que los pulmones tendrán mucho oxí-
La difusión es el movimiento de moléculas de un área geno pero poco dióxido de carbono. El oxígeno se mueve
donde se encuentran en alta concentración a un área de de un área de alta concentración (los pulmones) a un
menor concentración. Como un ejemplo de difusión, área de baja concentración (la sangre) por difusión. De
piensa en una botella de perfume cerrada en una habita- manera similar, el dióxido de carbono se mueve de un
ción. Dentro de la botella sellada, las moléculas de per- área de alta concentración (la sangre) a un área de baja
fume están en constante movimiento; se encuentran en concentración (los pulmones) por difusión. Exhalamos
el estado líquido y gaseoso. Aquellas en estado gaseoso para deshacernos del dióxido de carbono que se encuen-
tra ahora en los pulmones.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 31

Ósmosis medida de la presión osmótica. La solución deja de subir
cuando el peso de la columna es igual a la presión osmó-
La ósmosis es un tipo especial de difusión. Pertenece tica.
únicamente al movimiento de moléculas de agua a tra-
vés de una membrana selectivamente permeable (ej., la El mecanismo de la ósmosis es simple. La sal en la
membrana plasmática) de un área de alta concentra- columna de agua en solución no puede pasar a través
ción de moléculas de agua (ej., agua pura) hacia un área de la membrana selectivamente permeable. La sal se
de baja concentración de moléculas de agua (ej., agua encuentra en mayor concentración en la solución y el
a la que un soluto, como puede ser sal o azúcar, ha sido agua se encuentra en menor concentración en la columna
agregado). debido a que se le ha agregado sal. El agua en el vaso de
precipitado es agua destilada pura; no hay solutos en ella.
La ósmosis puede demostrarse de manera rela- El agua, la cual puede moverse a través de la membrana
tivamente simple separando agua destilada con una selectivamente permeable, causa el incremento de altura
membrana selectivamente permeable (una barrera que observado en la columna de agua en el matraz. El agua
permita pasar al agua, pero no a solutos como la sal) y “intenta” igualar su concentración tanto en el matraz
añadiendo una solución de sal en agua al 3% del otro lado como en el vaso de precipitado. Así, el agua se mueve a
de la membrana (Figura 2-13). El nivel de agua del lado través de la membrana selectivamente permeable de un
del soluto subirá, y el nivel del agua del lado del agua des- área de alta concentración en el vaso de precipitado a un
tilada bajará. El ascenso de agua en el matraz se opone a área de baja concentración en el matraz (la solución de
la presión atmosférica y a la gravedad y eventualmente sal en el matraz).
se detendrá. En este nivel de equilibrio, el número de
moléculas de agua que penetra al área del soluto es igual Muchas membranas biológicas son selectivamente
al número de moléculas de agua que sale de ella. La can- permeables, como las membranas de las células. Los
tidad de presión requerida para detener la ósmosis es una efectos de la ósmosis en los glóbulos rojos de la san-
gre pueden demostrarse con facilidad (Figura 2-14). Si

Solución salina al 3% La solución deja de elevarse
cuando el peso de la columna
Membrana selectivamente
permeable iguala la presión osmótica

Solución salina
elevándose

Agua © Delmar/Cengage Learning
destilada

Agua

FIGURA 2-13. Un experimento sencillo para ilustrar la ósmosis.

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32 CAPÍTULO 2 La química de la vida

ALERTA SANITARIA LLUVIA ÁCIDA

Todos conocemos el término lluvia ácida. El exceso de contaminantes industriales emitidos a la
atmósfera procedente de las instalaciones eléctricas de carbón y de los automóviles, pueden
cambiar el pH del medio ambiente. Estos contaminantes caen a la tierra como una precipitación
ácida (lluvia, nieve o neblina) que puede causar problemas respiratorios cuando la respiramos o
problemas gástricos al llegar al estómago y al sistema digestivo. Nos damos cuenta de la grave-
dad de este problema cuando observamos que se han muerto los peces de un lago o cuando
bosques enteros que están cerca de las plantas industriales que emiten altas tasas de contami-
nación han sido destruidos. La precipitación ácida es un tema de preocupación global.

Los edificios y monumentos de piedra caliza (carbonato de calcio) se erosionan con
facilidad gracias a los ácidos (incluso ácidos débiles). En 1990, en Estados Unidos se aprobó
e implementó la Ley de Aire Limpio para ayudar a reducir los niveles de la lluvia ácida y así
proteger la salud y el medio ambiente.

se coloca un glóbulo rojo en una solución salina nor- nismo necesita de energía en forma de ATP para superar
mal (una solución isotónica) en donde la concentración las barreras osmóticas/y de difusión, otra gran razón de
afuera del glóbulo rojo es igual a la concentración de sal por qué el ATP es tan importante para la supervivencia
interna, las moléculas de agua pasarán dentro y fuera del de la célula. El transporte activo es el transporte de mate-
glóbulo rojo a tasas iguales, y no se observarán cambios riales en contra de un gradiente de concentración o en
en su forma (Figura 2-14A). En cambio, si el glóbulo rojo oposición a otros factores que normalmente impedirían
es colocado en agua destilada pura (una solución hipo- que el material entrara a la célula. En este caso, las molécu-
tónica) donde las moléculas de agua se encuentran en las se mueven de un área de baja concentración a un área
mayor concentración afuera que adentro de la célula, el de alta concentración (como en una vacuola alimenticia).
agua se moverá hacia el interior del glóbulo rojo, cau-
sando que se hinche y eventualmente explote (Figura pH
2-14B). Si el glóbulo rojo es colocado en una solución
salina al 5% (una solución hipertónica) en donde hay El pH está definido como el logaritmo negativo de la
más agua libre al interior de la célula que fuera de ella, concentración del ion hidrógeno en una solución: pH =
el glóbulo rojo perderá agua a favor de la solución y se –log [H+]. El agua pura tiene un pH de 7. Recuerda que
encogerá o arrugará (Figura 2-14C). cuando el agua destilada (H2O) se disocia, por cada ion
H+ formado, se forma un ion OH– también. En otras pala-
Debido a que la sangre en el sistema circulatorio bras, la disociación del agua produce H+ y OH– en canti-
se encuentra bajo presión por los latidos del corazón, se dades iguales. Por ello, un pH de 7 indica neutralidad en
pierde mucho plasma sanguíneo (la parte líquida de la una escala de pH. La Figura 2-15 muestra el pH de varias
sangre, que en su mayoría está compuesta por agua con soluciones.
materiales disueltos y en suspensión coloidal) en los teji-
dos circundantes y los capilares los cuales son altamente Si una sustancia se disocia formando un exceso de
permeables y apenas de una célula de grosor. Las pro- iones H+ cuando se disuelve en agua, nos referimos a
teínas suspendidas de manera coloidal en la sangre no ella como un ácido. Todas las soluciones ácidas tienen
pueden pasar a través de las membranas celulares de los valores de pH por debajo de 7. Mientras más fuerte es
capilares; causando así una presión osmótica lo suficien- un ácido, produce más iones H+ y su valor de pH es más
temente grande como para reabsorber la mayor parte del bajo. Debido a que la escala de pH es logarítmica, un
líquido que escapa de los capilares. cambio de pH de una unidad significa un cambio de 10
veces de magnitud en la concentración de iones de hidró-
A pesar de que el agua y algunas otras sustancias con geno. De modo que el jugo de limón con un pH de dos es
pesos moleculares pequeños pueden entrar por ósmosis 100 veces más ácido que el jugo de tomate con un pH de
en las células que las necesitan, el transporte osmótico cuatro.
es insuficiente para la mayoría de las necesidades de la
célula. Los azúcares, aminoácidos, proteínas grandes Una sustancia que se combina con los iones H+
y grasas son necesarias para producir ATP y mantener y cuando se disuelve en agua es llamada base o álcali. Por
crear estructuras. Las células obtienen estos materiales ende, gracias a su combinación con los iones H+, una base
no osmóticos o no difusibles por medio de un meca- disminuye la concentración de los iones H+ en esa solu-
nismo especial llamado transporte activo. Este meca-

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 33

(A) Solución isotónica 10 μm

(B) Solución hipotónica 10 μm

(C) Solución hipertónica 10 μm © Delmar/Cengage Learning

FIGURA 2-14. Efecto de la ósmosis sobre los eritrocitos cuando son colocados en soluciones salinas de diferente concentración.

ción. Las soluciones básicas, también llamadas alcalinas, ácido con un valor de pH próximo a 1. Nuestra sangre por
tienen valores de pH por arriba de 7. El agua de mar tiene otra parte, tiene un valor de pH de 7.4, haciéndola ligera-
un pH de 8 y es 10 veces más básica que el agua destilada mente básica. La orina tiene un pH de 6, la cual, a pesar
pura con un pH de 7. En nuestros cuerpos, la saliva tiene de ser ácida, no es tan ácida como el jugo de tomate con
un valor de pH ligeramente por debajo de 7, de manera un pH de 4.
que es ligeramente ácida, mientras que el ambiente del
estómago con su jugo gástrico y ácido clorhídrico es muy El pH en el interior de la mayoría de las células y en
el fluido que las rodea es bastante cercano a 7. Debido

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34 CAPÍTULO 2 La química de la vida

Agua destilada

Sangre 7.4

Leche 6.6 Clara de huevo 8.0

Café negro 5.0 Bicarbonato de sodio 9.0

Jugo de tomate 4.6 Leche de magnesia 10.5

Vinagre 3.0 Amoníaco doméstico 11.0

Jugo gástrico 2.0 Blanqueador 13.0
Ácido clorhídrico 0.8 Quita grasa 13.8

3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0
14.0
1.0 2.0
0.0

Neutro

Ácido fuerte Base fuerte

© Delmar/Cengage Learning

FIGURA 2-15. El pH de varias soluciones. Un pH arriba de 7 indica que es una base; un valor debajo de 7 indica que es un ácido.

a que las enzimas son extremadamente sensibles al pH, tiguadores consisten de pares de sustancias, un ácido y
un pequeño cambio puede hacerlas no funcionales; por
lo tanto, nuestros cuerpos cuentan con amortiguadores. una base. Por ejemplo, el amortiguador clave en la sangre
Un amortiguador es una sustancia que actúa como una
reserva de iones de hidrógeno, donándolos a una solu- humana es el par ácido-base de bicarbonato (una base)
ción cuando su concentración baja repentinamente y
aceptando iones de hidrógeno de una solución cuando y de ácido carbónico (un ácido). Ácido carbónico y agua
la concentración de éstos aumenta. Los amortiguadores
son necesarios porque las reacciones químicas en las se combinan químicamente para formar ácido carbónico
células producen constantemente ácidos y bases. Los
amortiguadores mantienen la homeostasis de las células (H2CO3). El ácido carbónico puede entonces disociarse
con respecto a los niveles de pH. La mayoría de los amor- en agua, liberando iones H+ además de iones bicarbo-
nato HCO3–. El pH de la sangre puede estabilizarse por el
equilibrio entre estas reacciones que convierten el ácido
carbónico H2CO3 en el ion bicarbonato HCO3– (base) y
viceversa.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 35

Campo Existen muchas oportunidades a nivel profesional para aquellos individuos interesa-
dos en la química.
PROFESIONAL
● Técnico de laboratorio: Trabaja como asistente de investigación en la industria y
en las universidades.

● Profesor de preparatoria: Se especializa en la enseñanza de los principios bási-
cos de la Química a jóvenes adolescentes.

● Profesor de universidad: Conduce investigación, enseña a los adultos principios
químicos de nivel superior y asesora proyectos de investigación química en los
niveles de licenciatura y posgrado.

● Químico orgánico: Se especializa y estudia la química del átomo de carbono y
de todos los compuestos que contienen carbono como parte de su estructura
molecular.

● Químico ambiental: Estudia los efectos de la contaminación química del medio
ambiente.

● Bioquímico: Estudia las bases químicas de la vida en la genética, en la biología
molecular, la microbiología o en la tecnología de alimentos.

RESUMEN 3. Un isótopo es un átomo del mismo elemento pero
cuyo número de neutrones en el núcleo varía.
INTRODUCCIÓN
4. El carbono es un elemento que se encuentra en
1. Debido a que los órganos, tejidos y células del toda la materia viva.
cuerpo están conformados por sustancias químicas
y funcionan por medio de reacciones, es necesario 5. La tabla periódica organiza a los elementos en
entender un poco de Química básica. categorías con propiedades similares.

2. La Química es la ciencia que estudia a los ENLACES Y ENERGÍA
elementos, sus componentes y las reacciones
que se generan entre ellos, así como la estructura 1. Los átomos se combinan químicamente entre sí
molecular de la materia. formando enlaces al ganar, perder o compartir
electrones.
ESTRUCTURA ATÓMICA
2. Un enlace iónico se forma cuando un átomo de
1. Los átomos son las partículas más pequeñas de un compuesto gana electrones mientras que otro
los elementos (mantienen todas las características átomo en el mismo compuesto los pierde. Las
de dicho elemento) y participan en reacciones moléculas enlazadas por iones se disocian cuando
químicas a través de sus electrones. se sumergen en el agua. Las sales minerales forman
enlaces iónicos.
2. Un átomo está constituido por un núcleo que
contiene protones cargados positivamente y por 3. Un enlace covalente se forma cuando los átomos
neutrones que son partículas sin carga. comparten electrones. El carbono, oxígeno,
hidrógeno y nitrógeno forman enlaces covalentes.
3. Los electrones poseen carga negativa y orbitan Estos enlaces no se disocian en presencia de agua.
al núcleo de los átomos en determinados niveles
energéticos, que se ecuentran a cierta distancia de 4. Los puentes de hidrógeno son débiles. Ayudan a
los núcleos pesados y compactos. mantener juntas las moléculas de agua y unen
a otras moléculas haciendo que adquieran formas
ELEMENTOS, ISÓTOPOS, COMPUESTOS tridimensionales.

1. Un elemento es una sustancia cuyos átomos 5. Se les llama donadores de electrones a aquellas
contienen el mismo número de protones y moléculas que suministran electrones durante una
electrones. Los átomos son eléctricamente neutros. reacción química; en cambio, a aquellas que ganan
electrones se les llama aceptores de electrones.
2. Un compuesto es una combinación de átomos de
dos o más elementos. 6. Los enlaces contienen energía; es decir, son los
electrones los que contienen la energía presente en
los enlaces químicos.

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36 CAPÍTULO 2 La química de la vida

7. Existen moléculas especiales llamadas 3. El amoníaco, el cual es tóxico, es convertido a urea
transportadores de electrones, las cuales aceptan inofensiva por enzimas presentes en el hígado.
electrones por un periodo corto y usan la energía de
éstos para sintetizar moléculas de ATP. Sales minerales

SUSTANCIAS COMUNES EN LOS SISTEMAS 1. Las sales minerales son calcio (Ca+), fosfato (PO4–),
cloruro(Cl–), sodio (Na+) y potasio (K+).
VIVOS
2. El calcio es necesario para la contracción muscular
1. Las sustancias que comúnmente podemos y para tener huesos fuertes.
encontrar en los sistemas vivos son: agua, dióxido
de carbono, oxígeno, amoníaco, sales minerales, 3. El fosfato es necesario para producir ATP.
carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y
trifosfato de adenosina. 4. El sodio, el potasio y el cloro son necesarios para la
contracción muscular y la transmisión nerviosa.
Agua
Carbohidratos
1. Una célula está compuesta de aproximadamente
entre 60 a 80% de agua (H2O), que es una molécula 1. Los carbohidratos están compuestos de carbono,
ligeramente polar: los dos átomos de hidrógeno hidrógeno y oxígeno en una proporción de 1:2:1.
tienen una carga parcial positiva y el átomo de Los carbohidratos más simples son azúcares de
oxígeno una carga parcial negativa. Esto explica por cinco y seis carbonos.
qué las moléculas de enlaces iónicos se disocian
cuando se les coloca en el agua. 2. La desoxirribosa y la ribosa son azúcares
importantes de cinco carbonos, mientras que la
2. El agua tiene muchas funciones importantes en las glucosa y la fructosa son azúcares importantes de
células: forma parte en algunas de las reacciones, seis carbonos.
sirve como un medio o solvente para que otras
reacciones se produzcan, sirve de base para el 3. Los carbohidratos tienen dos funciones
transporte de materiales, absorbe y libera el calor importantes: el almacenamiento de energía y el
manteniendo la temperatura corporal, protege, y es fortalecimiento estructural de la célula.
la base para todos los lubricantes del cuerpo.
Lípidos
Dióxido de carbono
1. La grasa es uno de los más importantes tipos de
1. El gas dióxido de carbono (CO2) se produce como lípidos , el 95% de las grasas en el cuerpo humano
desecho de la respiración celular. son triglicéridos, compuestos de glicerol y de ácidos
grasos.
2. Es necesario para las plantas, las cuales producen
oxígeno gaseoso en la reacción de fotosíntesis, 2. Se llama grasa saturada cuando los ácidos grasos
que convierte la energía radiante del sol en contienen sólo enlaces covalentes simples.
energía química utilizable como la glucosa para la Éstos pueden contribuir a enfermedades
supervivencia de plantas y animales. cardiovasculares. No obstante, se llama grasa no
saturada o insaturada cuando los ácidos grasos
3. Todo el carbono en las moléculas que contienen, tienen uno o más enlaces covalentes dobles. Éstos
proviene directa o indirectamente del dióxido de son buenos para la salud.
carbono.
3. Las grasas son fuente de energía; actúan como
Oxígeno aislantes para el cuerpo y protegen a los órganos.

1. El oxígeno molecular (O2) es requerido por todos Proteínas
los organismos que respiran aire.
1. Las proteínas contienen carbono, oxígeno,
2. Es necesario para que pueda ocurrir la respiración hidrógeno, nitrógeno y azufre.
celular, convirtiendo la glucosa en moléculas de ATP
C6H12O6 + 6O2 → ATP (energía) + 6CO2 + 6H2O. 2. Los aminoácidos son los componentes básicos de
las proteínas.
3. El oxígeno proviene del proceso de fotosíntesis de
las plantas 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 (glucosa) + 3. Las proteínas son una fuente de energía y son
6O2 + 6H2O. parte esencial de las estructuras membranosas
de la célula. Existen proteínas estructurales como
Amoníaco la actina y la miosina presentes en las células
musculares.
1. El amoniaco (NH3) se produce como un
subproducto de la descomposición de los 4. Las enzimas son catalizadores proteicos que hacen
aminoácidos. que las reacciones químicas se produzcan en las
células. El funcionamiento de nuestro sistema
2. Los aminoácidos contienen nitrógeno y son los inmunológico se basa en las proteínas.
componentes básicos de las proteínas.
5. Las proteínas tienen cuatro tipos de estructura
en base a sus enlaces: primaria (secuencia de
aminoácidos), secundaria (basada en la formación

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 37

de puentes de hidrógeno entre aminoácidos, Ósmosis
causándole enrollamiento), terciaria (plegamiento
secundario basado en los enlaces formados entre 1. La ósmosis es un tipo especial de difusión.
sus átomos de azufre), y cuaternaria (basada en las
relaciones espaciales entre las unidades). 2. La ósmosis es el movimiento de moléculas de
agua a través de una membrana selectivamente
Ácidos nucleicos permeable, como la membrana plasmática, de una
zona de mayor concentración de moléculas de
1. El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el material agua (por ejemplo, agua pura) a un área de baja
genético de la célula. Se encuentra en el núcleo que concentración de moléculas de agua (por ejemplo,
determina todas las características y funciones de la agua mezclada con sal o azúcar).
célula.
3. Una solución isotónica (por ejemplo, solución
2. El ácido ribonucleico (ARN) existe en dos formas salina normal) es una solución en la que la
necesarias para la síntesis de proteínas: el ARN concentración de sal afuera de la célula es la misma
mensajero y el ARN de transferencia. que dentro de la célula. De tal forma que no se
ganan ni se pierden grandes cantidades de agua.
3. Los ácidos nucleicos están formados por cadenas
de nucleótidos. 4. Una solución hipotónica (por ejemplo, agua
destilada pura) es una solución en que la
4. Un nucleótido es una molécula compleja que se concentración de sal dentro de la célula es mayor
forma por la combinación de una base nitrogenada que fuera de la célula. La célula absorberá agua en
(purina o pirimidina), un azúcar (desoxirribosa) y este tipo de solución.
un grupo fosfato.
5. Una solución hipertónica (por ejemplo, una
5. Las dos bases de purina son adenina y guanina. solución salina al 5%) es aquella en que la
Las tres bases de pirimidina son timina, citosina concentración de sal es mayor fuera de la célula
y uracilo (el uracilo se encuentra únicamente que dentro de la célula. La célula perderá agua en
en el ARN y sustituye a la timina presente en el esta solución.
ADN).
6. El transporte activo es el transporte de materiales
Adenosín trifosfato en contra de una gradiente de concentración
en oposición a otros factores que normalmente
1. El ATP es una molécula de alta energía, es el impiden que el material penetre la célula. Este
combustible que permite a las células funcionar y mecanismo requiere energía en forma de ATP y es
mantenerse. el mecanismo principal por el cual la mayoría de las
células obtienen los materiales que necesitan para
2. La molécula de ATP está formada por un azúcar su correcto funcionamiento.
ribosa, por adenina, y por tres grupos fosfato. La
energía de la molécula se almacena en el segundo y pH
en el tercer enlace de los grupos fosfato.
1. El pH es el logaritmo negativo de la concentración
3. El desdoblamiento de la molécula de glucosa y de iones de hidrógeno en una solución: pH =
otros nutrientes proporciona la energía para la –log [H+].
síntesis de moléculas de ATP.
2. Si una sustancia se disocia y forma un exceso de
TRANSPORTE DE MATERIALES DENTRO iones H+ cuando se disuelve en agua, se conoce
como ácido. Los ácidos tienen valores de pH por
Y FUERA DE LAS CÉLULAS debajo de 7.

Los materiales se mueven a través de las membranas 3. Una sustancia que se combina con los iones H+
plasmáticas de tres maneras diferentes: difusión, ósmosis cuando se disuelve en agua se denomina base. Las
y transporte activo. soluciones básicas tienen un valor de pH superior a
7.
Difusión
4. El agua destilada pura tiene un pH de 7 y es
1. La difusión es el movimiento de moléculas a través neutra.
de un medio, de una zona de alta concentración a
un área de baja concentración de moléculas. 5. Los amortiguadores son sustancias especiales
que actúan como reserva de iones de hidrógeno,
2. La colisión al azar de las moléculas por difusión se donándolos a una solución cuando la
conoce como movimiento browniano. concentración disminuye y aceptándolos cuando
la concentración aumenta. Los amortiguadores
3. El aumento de la temperatura acelera la velocidad ayudan a mantener la homeostasis dentro
de difusión de moléculas. de las células respecto a los niveles de pH,
manteniéndolos cercanos a 7.
4. Un ejemplo de difusión en el cuerpo humano
es la captación de oxígeno por la sangre en los
pulmones y la liberación de dióxido de carbono a
los pulmones provenientes de la sangre.

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38 CAPÍTULO 2 La química de la vida

PREGUNTAS DE REPASO 5. Un ____________________ es una sustancia cuyos
átomos contienen el mismo número de protones y
1. Describe la naturaleza y estructura del átomo. el mismo número de electrones.

2. Enlista los principales elementos químicos que se 6. En los átomos de algunos elementos, el número de
encuentran en los sistemas vivos. neutrones varía. Estos diferentes tipos de átomos
se conocen como ____________________.
*3. Compara los enlaces iónicos y covalentes e
indica los cuatro principales elementos que 7. Los dos tipos de enlaces químicos que
se encuentran en los enlaces covalentes de las se encuentran en la materia viva son
células. los enlaces____________________ y
____________________.
*4. ¿Por qué es necesario para la célula tener ácidos
nucleicos en el núcleo? 8. La molécula más abundante en los seres vivos es el
____________________.
*5. Explica las funciones que tiene el agua en los
sistemas vivos. 9. Los carbohidratos tienen dos funciones básicas:
___________________ y ____________________.
6. ¿Cuáles son las dos funciones principales que
tienen los carbohidratos en las células vivas? 10. Los nucleótidos enlazados entre sí mediante
el grupo fosfato de uno y el azúcar del otro
7. Enlista tres funciones de las grasas en el cuerpo forman largas cadenas moleculares llamadas
humano. ____________________.

*8. Enlista cuatro funciones de las proteínas que RELACIONA AMBAS COLUMNAS
son necesarias para el buen funcionamiento y
supervivencia del cuerpo humano. Coloca el número más apropiado en el espacio en

*9. Describe cuáles son las diferencias y similitudes blanco.
que existen entre la ósmosis y la difusión, y
menciona cómo funcionan en el cuerpo. _____ NH3 1. Carbohidrato vegetal
_____ C6H12O6 2. Grupo hidroxilo
*10. ¿Cuál es la importancia del transporte activo para _____ Glucógeno 3. Grupo amino
la supervivencia de una célula?
_____ Almidón 4. Amoníaco
*11. ¿Por qué es importante el pH para el
mantenimiento de la homeostasis en el cuerpo? _____ CO2 5. Glicerol
_____ OH– 6. Grupo carboxilo
12. Discute el pH de un ácido, una base y una sal.
_____ COOH 7. Grupo de fosfato inorgánico
*Preguntas de pensamiento crítico
_____ NH2 8. Carbohidrato animal
LLENA LOS ESPACIOS EN BLANCO _____ PO4– 9. Ácidos grasos
10. Ribosa
Llena los espacios en blanco con el término más apro- _____ C5 11. Glucosa
piado.
12. Dióxido de carbono
1. Las moléculas que contienen carbono, hidrógeno
y oxígeno se conocen como ____________________. Investiga y explora
La glucosa (un azúcar) es una de estas moléculas.
● Busca en internet palabras clave del
2. Las moléculas conocidas como capítulo para descubrir información
____________________ son los componentes adicional y generar ejercicios inter-
básicos de las proteínas. activos. Las palabras clave pueden
incluir ADN, difusión y ósmosis.
3. Todo el carbono de los compuestos orgánicos
más grandes que se encuentran en los sistemas ● Visita el sitio http://www.acid-base.
vivos proviene directa o indirectamente de com para un tutorial de ácido-base.
____________________.

4. Las partículas más pequeñas de los elementos
que intervienen en las reacciones químicas son
____________________.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida 39

Conexión con StudyWARE™

Toma una prueba de evaluación o juega al ahorcado con tu CD-ROM de StudyWareTM.

EJERCICIO DE LA QUÍMICA DE LA VIDA
LABORATORIO:

Material necesario: Un medidor de pH, equipo la ayuda de un equipo proporcionado por
de ósmosis, modelos de moléculas químicas. una empresa de suministros biológicos.
El experimento de la figura 2-13 se puede
1. Medición del pH: Con la ayuda de un medidor demostrar utilizando primero una solución
de pH (potenciómetro) provisto por tu profe- salina al 3% y luego una solución de azúcar
sor, mide el pH del agua del grifo, agua desti- al 3%.
lada, jugo de tomate, jugo de naranja, jugo de
manzana, saliva, solución de bicarbonato 3. Examina los modelos químicos (propor-
de sodio, amoníaco y cloro de uso doméstico. cionados por tu profesor) que ilustran las
Prepara una tabla para colocar estas sustan- estructuras moleculares y los enlaces de
cias en la categoría de ácido o base. algunas sustancias comunes que se encuen-
tran en los sistemas vivos.
2. Demostración de ósmosis: Tu profesor
demostrará los efectos de la ósmosis con

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Estructura
de la célula

OBJETIVOS DEL CAPÍTULO

Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de:
1. Nombrar a los principales contribuyentes de la teoría
celular.
2. Enlistar los principios de la teoría celular moderna.
3. Explicar la estructura molecular de la membrana celular.
4. Describir la estructura y función de los siguientes organelos
celulares: núcleo, retículo endoplásmico, aparato de Golgi,
mitocondria, lisosomas, ribosomas y centriolo.
5. Explicar la importancia y el proceso de la síntesis proteica.

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CONCEPTOS CLAVE Eucarionte Organelos
Flagelos Plasmalema
Ácido desoxirribonucleico Grana Polar
Ácido ribonucleico Lamela Procarionte
Aparato de Golgi Leucoplastos Protoplasma
ARN de transferencia Lisosomas RE liso (agranular)
ARN mensajero Membrana nuclear RE rugoso (granular)
Autólisis Membrana plasmática Retículo endoplásmico
Caroteno Micra Ribosomas
Celulosa Micrómetro Síntesis proteica
Centriolos Microtúbulos Tilacoide
Centrosoma Mitocondria Traducción
Cilios Modelo de mosaico fluido Transcripción
Cisternas No polar Tubulina
Citoplasma Núcleo Vacuolas
Cloroplastos Nucleolo Xantofilas
Crestas Nucleoplasma
Cromatina
Cromoplastos

INTRODUCCIÓN básicas que constituyen las estructuras que se encuentran
dentro del protoplasma, es decir, los organelos. Algunos

La célula es la unidad básica en la organización biológica se encuentran en la mayoría de las células. Las células

del cuerpo humano. Durante nuestra vida, éste se com- superiores, como las que componen el cuerpo humano,

pone de trillones de células. Aunque éstas tienen distintas se denominan eucariontes (eu = verdadero); las que no

funciones, todas poseen ciertas propiedades estructu- poseen organelos rodeados por membranas (ej., bacte-

rales en común. Todas las células se componen de un rias) se denominan procariontes.

protoplasma, que es una solución acuosa coloidal de Los organelos que son comunes a todas las células

carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y sales eucariontes son el núcleo, las mitocondrias, el retículo

inorgánicas rodeadas por una membrana celular que endoplásmico, los ribosomas, el aparato de Golgi y los

las delimita. El protoplasma (proto significa “primero” y lisosomas. Si una célula tiene una función especializada

plasma quiere decir “formado”) es predominantemente que otras células no comparten, como por ejemplo, el

una suspensión coloidal de agua con compuestos orgá- movimiento, la célula tendrá organelos especializados.

nicos e inorgánicos en solución. Éstos son las unidades Las células de nuestro cuerpo que mueven materiales a

41

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42 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

través de su superficie expuesta o libre, serán cubiertas un metro). Los microscopios fotónicos nos permiten ver
con filas de cientos de cilios. (Por ejemplo, las células en las características generales de las células con magnifi-
nuestro tracto respiratorio producen moco para atrapar caciones de 10× a 1000×. Este tipo de microscopios es
polvo y microorganismos que pasen los vellos nasales, el que más comúnmente usamos en el laboratorio. Sin
después mueven el material hacia nuestra garganta para embargo, para “ver” o estudiar los detalles de las células
que sea tragado y pase al sistema digestivo.) El esperma- se debe utilizar un microscopio electrónico. Estos micros-
tozoide humano que debe viajar por todo el útero hasta el copios son bastante complejos. En general usan un haz
tercio superior de las trompas de Falopio o tubo uterino, de electrones para visualizar estructuras. Las personas
para fertilizar al óvulo, tiene un flagelo que lo impulsa a se deben entrenar para poder hacer uso de estos sofisti-
lo largo de su trayectoria. Las células vegetales que foto- cados instrumentos. Nuestro conocimiento actual sobre
sintetizan (convierten la energía luminosa en energía las estructuras celulares proviene de investigaciones
química, p. ej., en alimentos como los azúcares) tienen hechas con microscopios electrónicos . En los diagramas
organelos especializados llamados cloroplastos. de una célula animal (Figura 3-1) y de una célula vegetal
(Figura 3-2) típicas, se ilustra una vista tridimensional de
Cuando se observa una célula al microscopio, la la ultraestructura celular.
estructura que predomina es el núcleo, que es el centro
de control de la célula. Por esta razón, el protoplasma de Conexión con StudyWARE™
ésta se subdivide en dos secciones: el protoplasma den-
tro del núcleo, llamado nucleoplasma, y el protoplasma En tu CD-ROM de StudyWARE™ encon-
fuera del núcleo, llamado citoplasma. Las células varían trarás un juego interactivo donde podrás
en tamaño y la mayoría son demasiado pequeñas como marcar las partes principales de una célula
para verlas a simple vista. Las células se miden en tér- vegetal.
minos de micrómetros, que comúnmente se denominan
micras (μ). Un micrómetro (μm) equivale a una milésima
parte (10–3) de un milímetro. La mayoría de las células
eucariontes tienen un tamaño que va de los 10 a los 100
micrómetros de diámetro (10 a 100 millonésima parte de

Ribosomas Centriolo Lisosoma

Nucleolo
Núcleo

Retículo endoplásmico
rugoso

Aparato Mitocondria © Delmar/Cengage Learning
(complejo)
de Golgi

Membrana plasmática

Retículo endoplásmico liso

FIGURA 3-1. Diagrama de una célula animal típica que muestra una vista tridimensional de la ultraestructura celular.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 43

Pared celular

Pared Cloroplasto
de la célula Vacuola
adyacente Mitocondria

Membrana
plasmática

Cadena
citoplásmica

Citoplasma

Poro nuclear Complejo de Golgi
Núcleo

Retículo © Delmar/Cengage Learning
endoplásmico
liso

Nucléolo Retículo
endoplásmico
rugoso Ribosoma

FIGURA 3-2. Diagrama de una célula vegetal típica que ilustra una vista tridimensional de su ultraestructura celular.

HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR hoek. Él observó agua de un estanque bajo su microsco-
pio y se asombró de ver tantas cosas en lo que el creía
Debido a que las células son demasiado pequeñas como agua pura. Los pequeños organismos que vio fueron
para ser observadas a simple vista, éstas no se observaron llamados animálculos (que significan animales peque-
hasta la invención del primer microscopio, a mediados ños). Sin embargo, pasaron casi 150 años antes de que se
del siglo XVII. Robert Hooke fue el científico inglés que conociera la importancia de las células como las unida-
describió las células por primera vez en 1665. Él construyó des básicas de la organización biológica.
uno de los primeros microscopios primitivos para obser-
var una delgada rebanada de corcho, que es tejido vegetal Dos alemanes establecieron los cimientos de lo que
muerto que proviene de la corteza de los árboles. Por lo hoy en día llamamos teoría celular. En 1838, Matthias
que sólo pudo observar las paredes de las células muertas. Schleiden, un botánico, después de estudiar cuidadosa-
Le parecieron como pequeñas celdas, así que las llamó mente los tejidos vegetales, declaró que todas las plantas
cellulae (pequeñas celdillas), un vocablo que proviene del se componen de unidades individuales llamadas célu-
latín. El término célula se ha usado desde entonces. las. En 1839, Theodor Schwann, un zoólogo, declaró que
todos los animales también se componen de unidades
Las células vivas fueron observadas años más tarde, individuales llamadas células. Así fue como se dieron las
por un naturalista alemán llamado Anton Von Leeuwen- bases de nuestra teoría celular moderna.

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44 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

La teoría celular moderna consiste de los siguientes Conexión con StudyWARE™
principios:
Observa la animación de una célula típica
1. Las células son los seres vivos más pequeños en tu CD-ROM de StudyWARE™.
y completos. Son las unidades básicas de
organización de todos los organismos. La membrana celular

2. Todos los organismos se componen de una o más Todas las células están rodeadas por una membrana celu-
células, en donde pueden ocurrir todos los procesos lar. Esta membrana se denomina membrana plasmática o
de la vida. plasmalema (Figura 3-3). Bajo alta magnificación en un
microscopio electrónico, se observa que esta membrana
3. Las células surgen de una célula preexistente, se compone de una doble capa de fosfolípidos con pro-
mediante un proceso llamado división celular. teínas embebidas en ella. Los fosfolípidos parecen esferas
con colas. La parte esférica, es la parte hidrofílica (que
4. Todas las células que existen en la actualidad son atrae el agua) y las colas son hidrofóbicas (que repelen el
descendientes de las primeras células, formadas en el agua). Este arreglo permite el paso de moléculas de agua
origen de la historia evolutiva de la vida en la Tierra. a través de la membrana, mediante ósmosis (discutida
en el Capítulo 2). Las proteínas embebidas en la bicapa
ANATOMÍA DE UNA CÉLULA de fosfolípidos permite el paso de moléculas e iones a
EUCARIONTE TÍPICA través de la membrana celular (Figura 3-4). Algunas pro-
teínas crean canales de transporte para pequeños iones
Las siguientes estructuras son partes de una célula euca-
rionte típica: membrana celular, citoplasma, núcleo,
membrana nuclear, nucleoplasma, cromatina, nucleolo,
mitocondria, lisosomas, retículo endoplásmico (liso y
rugoso), aparato de Golgi y ribosomas.

Cadenas de
carbohidratos

Fosfolípido

Proteína globular periférica Colesterol © Delmar/Cengage Learning

FIGURA 3-3. La estructura de una membrana (celular) plasmática. Región no polar de
la proteína de membrana

Cadena de
una proteína
integral

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 45

disueltos, otras actúan como enzimas para el transporte rial cementante para mantener la adhesión con otras
activo de materiales al interior de la célula en contra de células; otras actúan como soporte estructural dentro de
un gradiente de concentración, y requieren de trifosfato la célula, uniéndose a las estructuras del citoesqueleto,
de adenosina (ATP) para poder funcionar, otras proteí- que sostienen a los organelos en el citoplasma. Las pro-
nas actúan como sitios receptores para que las hormonas teínas también constituyen la estructura de la bomba de
puedan entrar a la célula, y otras más actúan como mar- sodio-potasio, una característica única de ciertas mem-
cadores de identidad. Además, algunas proteínas en la branas celulares, como las membranas de las células
superficie de la bicapa de fosfolípidos actúan como mate- musculares y nerviosas (Figura 3-5).

Exterior

Membrana
plasmática

Interior

Canal de transporte Enzima Sitio receptor

Marcador de identidad celular Unión a © Delmar/Cengage Learning
citoesqueleto
Adhesión celular

FIGURA 3-4. Las funciones de las proteínas asociadas a la bicapa lipídica de la membrana celular.

K+ K+ Na+
Na+ Na+

K+
2 3 K+

4

1 © Delmar/Cengage Learning
P

Na+ ADP P
Na+ Na+ K+ K+
ATP

FIGURA 3-5. La naturaleza proteica de la bomba de sodio-potasio de la membrana celular de las células musculares y nerviosas.

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46 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Estas moléculas de proteínas y de fosfolípidos se denominan no polares y no se disuelven con facilidad en
arreglan en lo que se denomina modelo de mosaico el agua. Los compuestos orgánicos con enlaces C-H son
fluido. Las moléculas de fosfolípidos son como las pie- no polares y entran en suspensión coloidal en el medio
zas de un mosaico, pero en lugar de estar embebidas en acuoso del citoplasma. Las proteínas, los carbohidratos,
un cemento sólido, se encuentran en un fluido y se pue- grasas y los ácidos nucleicos están suspendidos coloidal-
den mover ligeramente para permitir el paso de molé- mente en el citoplasma, mientras que las sales minerales
culas de agua a través de la membrana celular y por como sodio, potasio, calcio, cloro y fósforo se encuentran
ende hacia el citoplasma de la célula. Esta estructura en solución.
molecular básica de la membrana celular es la misma
para todos los organelos delimitados por membranas Algunos componentes celulares, como los gránulos
dentro de una célula. de almacén y las micelas de grasa, no se disuelven ni se
suspenden en el citoplasma. Estos compuestos son pro-
Citoplasma ducto de las funciones que se han acumulado en ciertos
sitios específicos del citoplasma. El citoplasma también
La porción líquida de la célula se denomina proto- contiene estructuras llamadas vacuolas. Una vacuola es
plasma. El protoplasma fuera del núcleo se llama un área, dentro del citoplasma, que se encuentra rodeada
citoplasma; el que se encuentra dentro del núcleo se por una membrana vacuolar. Esta membrana tiene la
denomina nucleoplasma. El principal constituyente del misma estructura que la membrana celular. General-
citoplasma es el agua. Sin embargo, ésta tiene muchos mente, una vacuola se llena de una mezcla acuosa, pero
tipos de compuestos químicos distribuidos entre sus también puede contener alimentos almacenados (vacuola
moléculas. Algunos de éstos son ácidos nucleicos como alimenticia) o productos de deshecho celular (vacuola de
el ácido ribonucleico de transferencia (ARNt) y el ARN desecho).
mensajero, enzimas, hormonas y otras sustancias quí-
micas diferentes involucradas en el funcionamiento El núcleo
celular. Algunos de estos compuestos se encuentran en
solución con el agua, mientras que otros están en sus- El núcleo es la estructura más prominente de la célula. Es
pensión coloidal. Tanto en solución como en forma de claramente visible bajo el microscopio fotónico. Es una
coloide, las sustancias se distribuyen uniformemente estructura llena de líquido que se separa del citoplasma
en el medio acuoso. Sin embargo, en una solución, los mediante una membrana nuclear, también llamada envol-
átomos individuales o iones, se distribuyen en todo el tura nuclear. El núcleo es el centro de control de la célula.
medio. En cambio, en un coloide, en lugar de atomos Las células a las que se les extrae el núcleo pierden sus
individuales, son grupos de átomos los que se distribu- funciones. Las células a las que se les trasplanta el núcleo
yen en el medio. de otra célula, toman las características de la célula que
donó el núcleo.
El factor que determina si una sustancia irá a en solu-
ción o formará un coloide, es la interacción electrónica Membrana nuclear
entre las moléculas de la sustancia y las moléculas del
agua. Debido a que en la molécula de H2O el átomo de Una característica distintiva de la membrana nuclear
oxígeno tiene una mayor atracción por los electrones que es que se compone de dos membranas (Figura 3-6). La
el átomo de hidrógeno en el enlace H-O (pues comparten membrana interna rodea y contiene el nucleoplasma y
los electrones de manera desigual), el átomo de oxígeno sus materiales. La membrana externa es la continuación
será parcialmente negativo, y los dos átomos de hidró- del retículo endoplásmico (RE), un organelo que dis-
geno serán parcialmente positivos. Observa la Figura 2-5 cutiremos más adelante. El microscopio electrónico ha
del Capítulo 2. Se dice que una molécula con una dis- revelado la presencia de poros o aperturas en la doble
tribución desigual de electrones es una molécula polar. membrana nuclear. Estos poros tienen una partición
Gracias a esta polaridad de la molécula de agua, otros muy fina que dificulta el transporte libre o la filtración de
compuestos polares, como los compuestos unidos ióni- materiales al nucleoplasma, pero sí permiten el paso
camente, como la sal (cloruro de sodio) son fácilmente de materiales que provienen de éste, y que deben llegar al
solubles en agua y entran en solución. La polaridad de las citoplasma. Por ejemplo, cuando se lleva a cabo la sínte-
moléculas de agua disminuye las fuerzas electrostáticas sis de proteínas, el código para sintetizar una proteína se
que mantienen unidas a las moléculas por enlaces ióni- encuentra en el ADN, que se localiza en el núcleo, pero la
cos, por lo que éstas se disocian en iones individuales y proteína se sintetiza en el sitio ribosomal del citoplasma.
se disuelven en agua. El código es copiado del ADN en una molécula especial
llamada ARN mensajero (ARNm), que sale del núcleo a
Otros compuestos, como las moléculas unidas por través de un poro para llegar al ribosoma. Este proceso
enlaces covalentes, se componen de átomos que ejercen se discute con mayor detalle más adelante dentro de este
una atracción igual por los electrones del enlace que las mismo capítulo. La estructura de la membrana nuclear
mantiene juntas. Por lo tanto, los electrones no son atraí- tiene el mismo patrón que el modelo de mosaico fluido
dos con mayor fuerza hacia uno u otro de los átomos del de la membrana plasmática.
enlace. Los compuestos con enlaces no polarizados se

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 47

Nucleoplasma ácido ribonucleico; enzimas y otras sustancias químicas
El medio líquido del núcleo se denomina nucleoplasma. del núcleo. En el nucleoplasma ocurren muchas reaccio-
Consiste de una suspensión coloidal de proteínas; los nes químicas que son esenciales para la función y super-
ácidos nucleicos ADN, ácido desoxirribonucleico, y ARN, vivencia de la célula, incluyendo su reproducción.

Núcleo Cromatina
Poros nucleares
Cuando se tiñe una célula se pueden observar hilos del-
Las dos membranas Núcleo gados en el núcleo. Este material se llama cromatina y es
de la envoltura Poro el material genético de la célula. Las células del cuerpo
nuclear humano contienen 46 cromosomas (22 pares de auto-
somas y un par de cromosomas sexuales: un miembro
Cromatina de cada par proviene del padre y el otro de la madre).
Nucléolo El óvulo y el espermatozoide contienen la mitad de ese
número, es decir, 23 cromosomas. Los cromosomas se
componen de moléculas de ADN y proteínas. Cuando las
moléculas de ADN se duplican, durante la división celu-
lar, se acortan y engrosan, haciéndose visibles. Es cuando
llamamos cromosomas al ADN. Cuando la célula no se
está dividiendo, las moléculas de ADN son largas y del-
gadas, visibles solamente como cromatina. Todos los tér-
minos utilizados anteriormente sirven para describir los
distintos niveles de organización cromosómica (Figura
3-7). Esto se discute con mayor detalle en el Capítulo 4.
El ADN controla muchas funciones celulares.

(A) Cisterna de Cromosomas
retículo de humano
endoplásmico

Núcleo Superenrollamiento
Membrana interna dentro del cromosoma
Membrana externa
Cromatina
Complejo
del poro Enrollamiento dentro
del superenrollamiento
© Delmar/Cengage Learning
(B) © Delmar/Cengage Learning

FIGURA 3-6. La estructura de la membrana o envoltura Fibra de cromatina
nuclear. A) Diagrama de la anatomía interna del núcleo y de
la conexión de la membrana nuclear externa con el retículo FIGURA 3-7. Algunos de los distintos niveles de la organiza-
endoplásmico rugoso. B) Diagrama del complejo del poro. ción cromosómica.

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48 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Nucleolo bajos requisitos energéticos, como las que recubren las
El nucleolo es una partícula esférica dentro del nucleo- mejillas (células epiteliales), tendrán mitocondrias con
plasma que no tiene una membrana que lo delimite. Prin- menos invaginaciones o crestas. Todas las células poseen
cipalmente se compone de ADN, ARN y proteínas. Una aproximadamente el mismo número de mitocondrias.
célula puede tener más de un nucleolo. Esta estructura Son heredadas de la madre, a través del óvulo. Las mito-
es el sitio de síntesis ribosómica. Participa en la síntesis condrias también contienen ADN mitocondrial.
de proteínas porque ensambla los ribosomas que son los
sitios de síntesis proteica. Lisosomas

La mitocondria Los lisosomas son pequeños cuerpos en el citoplasma
que contienen poderosas enzimas digestivas que pro-
Las mitocondrias son estructuras pequeñas de forma mueven la lisis de componentes celulares (Figura 3-1).
oblonga que están constituidas por dos membranas La estructura y el tamaño de los lisosomas varían, pero
(Figura 3-8). La membrana exterior confiere a la mito- generalmente son esféricos. Tienen tres funciones gene-
condria su forma de cápsula; la membrana interior se rales:
invagina sobre sí misma para proveer una superficie
sobre la cual ocurren las reacciones químicas que libe- 1. Actúan junto con las vacuolas alimenticias.
ran energía. Cuando se observan bajo un microscopio Cuando una célula necesita más energía, un
fotónico, las mitocondrias parecen pequeños granos lisosoma se fusiona con una vacuola alimenticia
oscuros en el citoplasma. El microscopio electrónico nos para descomponer los alimentos en una forma
ha revelado su verdadera naturaleza. Las invaginaciones utilizable que pueda ir a la mitocondria y ser
de la membrana interna se denominan crestas. En las convertida en ATP. Por ejemplo, el almidón, un
crestas ocurre la respiración celular, donde los alimen- carbohidrato complejo, se desdobla en azúcares
tos (energía química) son convertidos en otra forma útil simples, las proteínas se degradan a aminoácidos
de energía química, el ATP. Por esta razón, las mitocon- y las grasas son convertidas a ácidos grasos y
drias son conocidas como las centrales eléctricas de la glicerol.
célula.
2. Los lisosomas también participan en el
En su expresión más simple, la respiración celular mantenimiento y reparación de los componentes
puede describirse de la siguiente forma: celulares. Si una sección del retículo endoplásmico
necesita reconstruirse, el lisosoma degradará la
Alimentos (como glucosa) + oxígeno → energía membrana en aminoácidos, ácidos grasos,
+ desecho. glicerol, y así sucesivamente; el material puede
reciclarse para construir nuevas proteínas y
C6H12O6 + 6O2 → ATP + 6CO2 + 6H2O. fosfolípidos.

Esta reacción química se discute con más detalle en 3. Los lisosomas también actúan como agentes
el Capítulo 4. suicidas en las células viejas y debilitadas. Este
proceso se conoce como autólisis. El lisosoma
Gran parte de las reacciones que producen energía, liberará todas sus enzimas directamente al
que ocurren en la mitocondria, tienen lugar en la superfi- citoplasma de la célula y la destruirá junto con sus
cie de las crestas. Las células con altos requisitos energé- organelos.
ticos (como las células musculares) tendrán mitocondrias
con muchas invaginaciones o crestas. Las células con

Compartimento Membrana externa Retículo endoplásmico

externo Membrana interna El retículo endoplásmico, o RE, es un complejo sistema
de membranas que forma una colección de cavida-
Crestas Matriz des delimitadas por membranas. Con frecuencia éstas
se interconectan para formar un sistema de canales en
© Delmar/Cengage Learning el citoplasma. El tamaño y la forma de estas cavidades
varían con el tipo de célula. Cuando las cavidades son de
FIGURA 3-8. La estructura de las membranas de una mito- tipo saco o de canal, se denominan cisternas y se utili-
condria típica. zan para almacenar y transportar materiales sintetiza-
dos por la célula. El RE se puede unir a la membrana
externa de la membrana o envoltura nuclear, e interco-
nectarse con la membrana celular (Figura 3-9). Con el
uso del microscopio electrónico, se descubrió que existen
dos tipos de RE: el liso y el rugoso.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 49

Productos secretorios en las células de las gónadas, en donde se sintetizan las
(polisacáridos, hormonas sexuales. Parece que una de sus funciones es
proteínas, etc.) participar en la síntesis de hormonas sexuales. También
se encuentra en las células de los lacteales de las vellosi-
Vesículas dades del intestino delgado. Por eso también se cree que
secretorias participa en el transporte de grasas.

Cisterna El aparato de Golgi

Golgi El aparato de Golgi también se llama cuerpo de Golgi.
Consiste en un ensamble de cisternas planas tipo saco
Proteína que se parecen a una pila de hot-cakes (Figura 3-9). Los
sintetizada cuerpos de Golgi pueden diferir en tamaño y compac-
para ser usada tación. Funcionan como los sitios donde se acumulan
internamente y concentran los compuestos que serán secretados por
la célula. Suelen observarse unidos al RE. Cuando las
Proteína RE liso secreciones de la célula son una combinación de pro-
sintetizada RE rugoso teínas y carbohidratos, los carbohidratos serán sinteti-
para ser zados en el aparato de Golgi y los complejos de proteínas
exportada Núcleo con carbohidratos se ensamblan ahí. En el páncreas, las
enzimas sintetizadas por los ribosomas se recolectan en
Ribosomas las membranas del aparato de Golgi y después se secre-
tan. También se pueden originar lisosomas a partir del
aparato de Golgi, cuando las enzimas digestivas se acu-
mulan en él.

Poro nuclear © Delmar/Cengage Learning Ribosomas

FIGURA 3-9. La estructura y la naturaleza del retículo endo- Los ribosomas son pequeños gránulos distribuidos por
plásmico y del cuerpo de Golgi. todo el citoplasma, éstos se encuentran unidos al RE
rugoso o granular. No se encuentran rodeados por una
El RE rugoso o granular membrana. Los ribosomas se componen de ARN ribo-
Todas las células tendrán un RE granular o rugoso. Se somal y de proteínas. Durante la síntesis de proteínas el
denomina rugoso o granular porque tiene ribosomas ARN mensajero se une a los ribosomas. Existe una gran
unidos a éste. Éstos son los gránulos observados en el cantidad de ribosomas en la célula porque son esencia-
RE. Por lo tanto, el RE rugoso es uno de los sitios de sín- les para la función celular, pues son los sitios de síntesis
tesis proteica. Las proteínas que serán secretadas por la proteica.
célula se sintetizan ahí. Las cavidades y las vesículas del
RE rugoso funcionan en la segregación y el transporte de Síntesis de proteínas
estas proteínas en la preparación para su posterior des-
carga o procesamiento. El RE rugoso también puede estar Las proteínas son esenciales para la función y la estruc-
involucrado en la síntesis de enzimas digestivas que for- tura celular. Éstas forman parte de las estructuras mem-
marán parte de los lisosomas. branales (las proteínas se encuentran asociadas a la
bicapa lipídica). Las enzimas son proteínas catalizadoras
El RE liso o agranular (todas las reacciones químicas celulares requieren enzi-
Ocasionalmente, un RE agranular o liso, se unirá a un mas), y nuestro sistema inmune funciona gracias a la pro-
RE granular (Figura 3-9). Estructuralmente, la forma lisa ducción de anticuerpos (proteínas de gran tamaño) que
difiere de la forma rugosa. La forma lisa no tiene riboso- atacan a las proteínas extrañas (antígenos).
mas unidos. También tiene funciones diferentes. Sólo
ciertas células tienen RE liso o agranular. Se encuentra El código para sintetizar una proteína particular se
encuentra en la molécula de ADN, dentro del núcleo.
Los genes en la molécula de ADN contienen el código
genético. Sin embargo las proteínas son sintetizadas en
los ribosomas. Por lo tanto, este código debe ser copiado
y transportado hacia los ribosomas. Una molécula espe-
cial, llamada ARN mensajero (ARNm) copia el código
a partir de la molécula de ADN dentro del núcleo. Este
proceso se denomina transcripción, y ocurre con la ayuda

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50 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

de una enzima llamada polimerasa de ARN o ARN poli- acarrean aminoácidos a ciertos sitios de la molécula
merasa. Después, el ARNm sale del núcleo a través de de ARNm. Este proceso se llama traducción (lectura del
un poro nuclear, y se dirige al citoplasma, hacia un ribo- código y transferencia de los aminoácidos apropiados
soma o un grupo de ribosomas. El ribosoma ayudará a a la secuencia que marca el codón en el ARNm). Ense-
ensamblar las proteínas, ya que ahora tiene el código o guida, los ribosomas, con la asistencia de algunas enzimas,
receta para producirlas. Para sintetizar una proteína, el van posicionando y uniendo los aminoácidos para formar
ribosoma requiere de ingredientes que son los aminoá- una cadena polipeptídica (Figura 3-11). Los numerosos
cidos. ribosomas que se encuentran en la célula indican la
importancia de la síntesis proteica para la supervivencia
Otra molécula llegará al citoplasma y reunirá cada y funcionalidad de la célula.
aminoácido. Esta molécula es el ARN de transferencia
(ARNt). Contiene el código para un aminoácido particular Centriolos
especificado por tres bases nitrogenadas en un extremo
de la molécula conocido como el anticodón (Figura 3-10). En las células animales se encuentran dos centriolos dis-
Estas tres bases establecen complementariedad con tres puestos en ángulo recto cerca de la membrana nuclear. En
de las bases de la molécula del ARNm, denominadas el conjunto el par se denomina centrosoma. Se componen
codón. De esta forma, una serie de moléculas de ARNt

Extremo de unión
OH al aminoácido

Asa
Asa

Asa del A G U Anticodón
anticodón
UCA Codón © Delmar/Cengage Learning
FIGURA 3-10. La estructura de una molécula de ARN de transferencia. ARNm

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 51

Nucleolo Núcleo
Cadena de ADN

Transcripción

Citoplasma

Cadena de ARNm

Cadena de ARNm Ribosoma

ARNt ARNt
ARNt

Poza de Traducción
aminoácidos

© Delmar/Cengage Learning

FIGURA 3-11. Una visión general del proceso de síntesis de proteínas.

de nueve juegos de fibras triples (Figura 3-12). La fibra Cilios y flagelos
interna de cada triplete se conecta con la fibra externa del
triplete adyacente mediante una subfibrilla. Los cilios y flagelos son organelos celulares ubicados en
la superficie celular. Se componen de fibrillas que sobre-
Durante la división celular los centriolos se mueven salen de la célula y que vibran o se mueven como látigos.
a cada lado de la célula que se divide, y se posicionan en Algunos organismos unicelulares usan estas estructuras
los polos opuestos de la célula. A partir de este momento para moverse en su medio. Por ejemplo, euglena tiene
forman un sistema de microtúbulos, que son cilindros lar- un flagelo que la mueve en el agua, mientras que para-
gos y huecos hechos de una proteína llamada tubulina. mecium está cubierto con varias filas de cientos de cilios
Estas fibras, o microtúbulos, redistribuyen los cromoso- que le permiten nadar en el agua estancada. En el cuerpo
mas duplicados en las células hijas apropiadas, durante humano, el espermatozoide se mueve gracias a un flagelo
la división celular.

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52 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula Doblete
externo
Triplete de
microtúbulos

Brazo entre Membrana
dobletes plasmática

Microtúbulo
central

Cilio o
flagelo

FIGURA 3-12. La estructura de un centriolo. © Delmar/Cengage Learning
© Delmar/Cengage Learning
que lo ayuda a alcanzar el óvulo en la parte superior de Membrana
las trompas de Falopio, donde se unen para llevar a cabo plasmática
la fertilización. Las células estacionarias, como las que
recubren nuestro tracto respiratorio, están cubiertas con FIGURA 3-13. La anatomía interna de un cilio o de un flagelo.
cilios en su borde libre para mover el paquete de moco-
polvo hacia arriba, a través de las superficies celulares y Plástidos en las células vegetales
llevar este material a la garganta, donde será tragado y
posteriormente desechado por el cuerpo. En nuestro ejercicio de laboratorio sobre las células ana-
lizaremos y compararemos las células animales con las
Aunque los cilios y flagelos son similares anatómica- vegetales. Por lo tanto, es necesario discutir los organelos
mente, un flagelo es considerablemente más grande que que sólo se encuentran en las células vegetales. El más
un cilio. Una célula con cilios tendrá varias filas de cilios, común y más numeroso es el cloroplasto, que origina el
pero una célula con flagelos tendrá uno (como los esper- color verde de las plantas.
matozoides), o dos o cuatro, como algunos protozoarios
unicelulares. Los cloroplastos son organelos grandes que se
encuentran principalmente en las células vegetales
Externamente, estas estructuras son protuberancias (Figura 3-14). Éstos contienen el pigmento verde cloro-
de la membrana celular parecidas a un cabello. Interna- fila. Estos organelos son el sitio donde se lleva a cabo la
mente se componen de nueve fibrillas dobles dispuestas fotosíntesis. Es aquí donde la energía luminosa del sol
en un anillo cilíndrico alrededor de dos fibrillas centrales se convierte en energía química y alimento para el uso
(Figura 3-13). Los microtúbulos o fibrillas del flagelo se tanto de plantas como de animales. Sin las plantas y sus
originan en una estructura llamada cuerpo basal, que
se encuentra justo debajo del área que conecta el fla-
gelo con la membrana celular. El cuerpo basal tiene una
estructura cilíndrica, como el centriolo, es decir, también
se compone de nueve juegos de fibrillas triples.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 53

Membrana Tilacoide Lamela Grana © Delmar/Cengage Learning conectan entre sí por un sistema diferente de membra-
doble nas, llamadas lamelas. Las granas se componen de pro-
teínas, enzimas, clorofila y otros pigmentos organizados
FIGURA 3-14. La anatomía interna de un cloroplasto. en una estructura laminar.

cloroplastos, los animales no podrían sobrevivir en este Las células vegetales también tienen otros dos tipos
planeta. El proceso de fotosíntesis ocurre dentro del clo- de plástidos. Los cromoplastos tienen una estructura
roplasto. La ecuación química es la siguiente: parecida a la de los cloroplastos pero contienen otros
pigmentos, como los carotenoides. Los pigmentos carote-
6CO2 + 12H2O → C6H12O6 o glucosa (azúcar, alimentos) noides son xantofilas, que producen un color amarillo (la
+ 6O2 (el aire que respiramos) + 6H2O piel de los plátanos), y carotenos, que producen un color
rojo (jitomates y zanahorias). Estos pigmentos también
Los cloroplastos son lo suficientemente grandes producen los colores de los pétalos de las flores y de las
como para ser vistos bajo el microscopio. Están deli- frutas. Otro tipo de plástido son los leucoplastos. Los leu-
mitados por una membrana externa, pero la segunda coplastos no tienen ningún pigmento, son plástidos de
estructura membranosa interna es bastante compleja. El almacenamiento. El bulbo de una cebolla está lleno de leu-
interior contiene muchas pilas de membranas llamadas coplastos donde se almacena azúcar y la papa contiene
grana. Una grana se compone de una pila de membra- leucoplastos donde almacena almidón.
nas dobles individuales llamadas tilacoides. Las granas se
La pared celular de las células vegetales

La membrana celular de una célula vegetal está rodeada
por una cubierta semirrígida llamada pared celular, com-
puesta por un carbohidrato complejo, la celulosa. Ésta se
sintetiza en el aparato de Golgi mediante la reunión de
unidades de glucosa. Este material es el que llamamos
fibra y es la parte no digerible de nuestra dieta, por lo que
mantiene nuestras heces firmes. Debemos comer frutas y
vegetales para mantener un balance de fibras en nuestra
dieta. Esta fibra puede ayudar a prevenir el desarrollo del
cáncer de colon. A diferencia de las células vegetales, las
células animales no tienen pared celular.

CONFORME EL CUERPO ENVEJECE

La apoptosis es un proceso natural mediante el cual, las células del cuerpo mue-
ren. Éste se encuentra controlado por genes específicos. Durante este proceso se
eliminan las células dañadas, las células que han sobrepasado su tiempo natural
de vida y que necesitan ser sustituidas, las células que han sido infectadas por
patógenos y ciertas células cancerígenas. Conforme envejecemos, los procesos
de reparación y de división celular para sustituir las células viejas son mas difí-
ciles de lograr. Algunos biólogos creen que en realidad existen “genes de la
muerte” que se activan a lo largo de la vida, dando como resultado el deterioro y la muerte
celular.

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54 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Campo Éstos son los campos profesionales disponibles para los individuos interesados en la
estructura celular y su función:
PROFESIONAL
● Biólogo celular; estudia la anatomía y función de los organelos celulares. Esta
área se trabaja en las universidades y centros médicos ya sea como investigadores
o técnicos.

● Microscopista electrónico, equipado con un entrenamiento especial para operar
el microscopio electrónico, puede encontrar empleo en hospitales, universidades,
industria y compañías farmacéuticas.

RESUMEN 3. Este arreglo molecular de la membrana celular
se conoce como patrón de mosaico fluido y es el
INTRODUCCIÓN responsable de la permeabilidad selectiva de la
membrana. A través de la membrana entran y salen
1. La célula es la unidad básica de organización materiales de la célula.
biológica. Está compuesta de un medio fluido
llamado protoplasma, que a su vez se encuentra CITOPLASMA CELULAR
rodeado por una membrana celular o plasmática.
Las estructuras dentro de este protoplasma se 1. El principal constituyente del citoplasma es el
denominan organelos. agua. Los compuestos químicos como las sales
minerales se disuelven en solución en este
2. El protoplasma dentro del núcleo se denomina líquido; los compuestos químicos con enlaces
nucleoplasma; el protoplasma fuera del núcleo es el C-H (moléculas orgánicas) se encuentran en
citoplasma. suspensión coloidal.

HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR 2. En una solución, los átomos individuales o iones,
se distribuyen a través del medio acuoso; en un
1. Dos alemanes, Matthias Schleiden, un botánico, y coloide, son grupos de átomos, en lugar de átomos
Theodor Schwann, un zoólogo, fueron los primeros individuales, los que se distribuyen en un medio
biólogos en proponer la teoría celular en la década acuoso.
de 1830.
3. La molécula del agua tiene propiedades únicas,
2. La teoría celular moderna establece que las células las cuales determinan si las moléculas se
son las unidades básicas de organización de todos disolverán en solución o en suspensión coloidal.
los organismos; todos los organismos se componen El átomo de oxígeno en el H2O tiene una mayor
de una o más células; las células surgen sólo de atracción de electrones que los átomos de
células preexistentes mediante la división celular; y hidrógeno en el enlace H-O; por lo tanto, el átomo
todas las células existentes son descendientes de las de oxígeno es ligeramente negativo, mientras que
primeras células formadas en la historia evolutiva los dos átomos de hidrógeno son ligeramente
de nuestra vida en la Tierra. positivos.

LA MEMBRANA CELULAR 4. Los compuestos polares, como las sales minerales
con enlaces iónicos, se disolverán en agua
1. La membrana celular o membrana plasmática, se y entrarán en una solución; los compuestos
compone de una doble capa de fosfolípidos con no polares, como las moléculas con enlaces
proteínas asociadas a ésta. covalentes, como las proteínas, carbohidratos,
grasas y ácidos nucleicos, entrarán en una
2. La capa de fosfolípidos permite el paso libre de suspensión coloidal.
moléculas de agua a través de la membrana celular
por vía ósmosis, mientras que las proteínas actúan 5. El citoplasma de la célula también contiene
como canales, áreas de transporte activo, sitios gránulos de almacenamiento, micelas de grasa y
receptores y marcadores de identidad para la célula. vacuolas.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 55

EL NÚCLEO de cavidades o canales delimitados por una
membrana. Estos canales son llamados
1. El núcleo es el centro de control celular. Está cisternas.
rodeado por una membrana nuclear doble. La
membrana nuclear interna rodea la parte fluida 2. El RE se conecta con la membrana externa nuclear
del núcleo, llamada nucleoplasma, mientras que y con la membrana celular.
la membrana externa se conecta con el retículo
endoplásmico. 3. Existen dos tipos de RE. Todas las células tienen
un RE rugoso o granular con ribosomas unidos
2. La membrana nuclear se encuentra perforada con a sus membranas. La función de un RE rugoso
poros que permiten el paso de materiales, como el es la síntesis proteica. Algunas células tienen
ARN mensajero, para que salga del núcleo y llegue un RE liso o agranular, que no tiene ribosomas
al citoplasma de la célula. unidos. La función de un RE liso puede ser el
transporte de grasas o la síntesis de hormonas
3. El material genético dentro del nucleoplasma sexuales.
se observa como hebras oscuras de ácido
nucleico conocidas como cromatina. Esta EL APARATO DE GOLGI
cromatina se duplicará, acortará y engrosará
durante la división celular y se hará visible como 1. El cuerpo o aparato de Golgi es un conjunto de
cromosomas. sacos planos tipo cisterna que parecen una pila
de hot cakes.
4. El nucleolo es una partícula esférica dentro
del nucleoplasma que no tiene una membrana 2. Funcionan como puntos dentro del citoplasma
protectora. Es el sitio donde se forman los donde se concentran los compuestos que
ribosomas. serán secretados por la célula. Actúan como los
almacenes de la célula.
LAS MITOCONDRIAS
3. Si la célula se encuentra sintetizando carbohidratos
1. Las mitocondrias son la planta generadora de y proteínas, los carbohidratos serán sintetizados en
energía celular. Cada mitocondria se compone de el aparato de Golgi.
dos membranas. La membrana externa le da forma
de cápsula, y la membrana interna se invagina sobre RIBOSOMAS
sí misma para incrementar su área superficial.
1. Los ribosomas son pequeños gránulos distribuidos
2. Los dobleces internos de la mitocondria se llaman en todo el citoplasma y unidos al RE rugoso. No
crestas. En la mitocondria ocurre la fase aeróbica de están cubiertos por una membrana.
la respiración celular:
2. Los ribosomas son el sitio de la síntesis proteica.
C6H12O6 + 6O2 → ATP (energía) + 6CO2 + 6H2O
SÍNTESIS PROTEICA
3. Las células con mayores requisitos energéticos,
como las células musculares, tendrán mitocondrias 1. Las proteínas funcionan en las vías principales y
con muchas crestas; aquellas con menores esenciales para el funcionamiento y la supervivencia
requisitos tendrán menos crestas. celular. Son parte de la estructura de las membranas;
actúan como enzimas o catalizadores que originan
LISOSOMAS reacciones químicas en las células; también
participan en nuestra respuesta inmunológica.
1. Los lisosomas son estructuras pequeñas en el
citoplasma rodeadas por una membrana, éstos 2. El código para sintetizar una proteína particular se
contienen enzimas digestivas poderosas. encuentra contenido en un gen de la molécula de
ADN. El ADN se encuentra en el núcleo, mientras
2. Los lisosomas funcionan en tres diferentes que la proteína se forma en un ribosoma localizado
formas en las células: funcionan junto con las en el citoplasma.
vacuolas alimenticias para digerir los alimentos
almacenados; funcionan en el mantenimiento y 3. Una molécula especial, llamada ARN mensajero,
reparación de los organelos celulares; y actúan copia el código de la molécula de ADN en un
como agentes suicidas para eliminar las células proceso llamado transcripción. El ARNm sale del
viejas y debilitadas. núcleo a través de un poro nuclear y lleva el código
a un ribosoma o grupo de ribosomas.
RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
4. Otras moléculas, llamadas ARN de transferencia,
1. El retículo endoplásmico o RE es un complejo van al citoplasma y acarrean aminoácidos
sistema de membranas que consiste en un conjunto particulares. Cada molécula de ARNt, en uno de

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56 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

sus extremos contiene una secuencia LA PARED CELULAR EN LAS
conocida como anticodón, la cual es específica CÉLULAS VEGETALES
para reconocer un aminoácido particular.
El extremo con el anticodón sólo podrá 1. La membrana celular de las células vegetales está
complementar un sitio en la molécula de ARNm rodeada por una cubierta semirrígida llamada
llamado codón. Este proceso se conoce como pared celular. Se compone de celulosa, sintetizada
traducción. por el aparato de Golgi, que a su vez es secretada a
través de la membrana celular.
5. Los ribosomas unirán los aminoácidos que llevó
cada ARNt al ARNm, y con la ayuda de enzimas, 2. La celulosa es el material de nuestra dieta que
construirán las proteínas. llamamos fibra.

CENTRIOLOS PREGUNTAS DE REPASO

1. En la célula se pueden encontrar dos centriolos 1. Define una célula.
dispuestos en ángulo recto, cerca de la membrana 2. Enlista los puntos principales de la teoría celular
nuclear. El par de centriolos se conoce como un
centrosoma. moderna.
*3. ¿Por qué se le llama modelo de mosaico fluido a la
2. Cada centriolo se compone de nueve juegos de
fibras triples. estructura molecular de la membrana celular?
*4. Explica por qué algunos compuestos químicos
3. Los centriolos forman el huso mitótico durante
la división celular y guían a los cromosomas se disuelven en solución y otros se suspenden en
duplicados hacia las células hijas. estado coloidal dentro del citoplasma celular.
*5. ¿Por qué se considera al núcleo como el centro de
CILIOS Y FLAGELOS control celular?
*6. Basándote en su estructura, ¿por qué se compara
1. Los cilios son proyecciones cortas semejantes a un a las mitocondrias con plantas generadoras de
cabello, mientras que los flagelos son proyecciones energía?
largas, ambas se originan en la membrana celular. 7. Enlista tres funciones de los lisosomas.
Internamente se componen de nueve fibrillas 8. ¿Cuáles son los dos tipos de retículo endoplásmico
dobles arregladas dispuestas en anillo alrededor de y cuál es su función en la célula?
dos fibras centrales. 9. ¿Cuál es la función del aparato de Golgi?
*10. ¿Por qué son tan numerosos los ribosomas en el
2. Una célula con cilios tendrá varias filas de cilios que citoplasma de las células?
mueven materiales por el borde libre de la célula, 11. Enlista tres funciones importantes de las proteínas
como lo hacen las células del tracto respiratorio, en la célula.
que mueven el paquete de moco y polvo hasta que 12. ¿Qué es un centrosoma?
llega a nuestra garganta. 13. Enlista las funciones de cilios y flagelos.
14. Nombra y define los tres tipos de plástidos
3. Una célula flagelada, como las células espermáticas, encontrados en las células vegetales.
puede hacer uso de su flagelo para moverse en su *15. ¿Por qué se deben estudiar las células vegetales en
medio. las clases de Anatomía y Fisiología?

PLÁSTIDOS DE LAS CÉLULAS VEGETALES *Preguntas de pensamiento crítico

1. El plástido más común de las células vegetales LLENA LOS ESPACIOS EN BLANCO
es el cloroplasto, que contiene el pigmento verde Llena los espacios en blanco con el concepto apropiado.
clorofila, que le permite a las células vegetales
realizar la fotosíntesis. 1. La teoría celular fue propuesta en la
década de 1830 por ____________________ y
2. La fotosíntesis es la conversión de energía luminosa ____________________.
(del sol) en energía química (alimentos como la
glucosa). 2. Los detalles modernos de la estructura celular
han sido estudiados en gran parte gracias a la
3. Los cromoplastos son plástidos que contienen invención del microscopio ____________________.
los pigmentos carotenoides xantofila (amarillo) y
caroteno (naranja-rojo).

4. Los leucoplastos son plástidos que almacenan
alimentos (ejs., azúcar y almidón). No contienen
pigmentos y son incoloros.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 57

3. Las membranas celulares se componen de 17. La síntesis proteica ocurre en los
capas, una bicapa de ____________________ con ____________________, que se componen de ARN
____________________ asociadas en esta doble y proteínas, y no se encuentran rodeados por una
capa. membrana.

4. El principal componente del citoplasma es 18. El interior de los cloroplastos consiste de
____________________. muchas pilas de membranas llamadas
____________________.
5. En una solución, los átomos o iones
____________________ de una sustancia se 19. Internamente, un flagelo se compone
distribuyen en todo el medio. de ____________________ fibras dobles
arregladas en un anillo cilíndrico alrededor
6. En un coloide, los _______________________ de de ____________________ fibrillas individuales
átomos se distribuyen en todo el medio. centrales.

7. Gracias a que el átomo de oxígeno, en la 20. Los centriolos forman la ____________________,
molécula de H2O, atrae con mayor fuerza a que distribuye a las cromosomas hijas durante la
los electrones que el átomo de H en el enlace división celular a las células hijas
H-O, el átomo de oxígeno tiene una carga
ligeramente ____________________ y los átomos RELACIONA LAS COLUMNAS
de hidrógeno tienen una carga ligeramente
____________________. Coloca el número con el concepto apropiado en la

8. Las moléculas con enlaces iónicos se llaman columna izquierda.
____________________, mientras que las moléculas
con enlaces covalentes se denominan moléculas _____ Mitocondria 1. Lisosomas
____________________.
_____ Células 2. Lacteales
9. La membrana o envoltura nuclear se
compone de dos membranas; la membrana musculares 3. Síntesis de proteínas
externa generalmente se continúa con el
____________________, que con frecuencia _____ Enzimas 4. Redistribución
presenta ribosomas unidos a él.
_____ Hormonas cromosómica
10. El medio fluido del núcleo se
denomina____________________. sexuales 5. Planta generadora de la

11. Durante la división celular, la cromatina se _____ Ribosomas célula
condensa en estructuras gruesas tipo varilla
llamadas ____________________, que se vuelven _____ Cloroplastos 6. Movimiento
visibles bajo el microscopio fotónico.
_____ Centriolo 7. Pigmentos carotenoides
12. Una partícula esférica dentro del núcleo que
no posee una membrana que la recubra es un _____ Flagelo 8. Cisternas
____________________; es el sitio de síntesis de
ribosomas. _____ Pared celular 9. Muchas crestas

13. Las convoluciones de la membrana interna de la _____ Canales del RE 10. Retículo endoplásmico liso
mitocondria se denominan ____________________.
11. Celulosa
14. Los _______________________ son pequeños
cuerpos en el citoplasma que contienen enzimas 12. Sitio de fotosíntesis
que promueven la lisis de los componentes
celulares. Investiga y explora

15. Cuando las cavidades unidas a la membrana del Busca en internet como palabras clave
retículo endoplásmico tienen forma de canal o “biólogos celulares” y descubre a los
saco se denominan ____________________. expertos en esta área de investigación.
Realiza una presentación oral con tus
16. El ____________________ parece funcionar como hallazgos.
un sitio de la célula donde los compuestos que
van a ser secretados por ella se acumulan y
concentran, así como el sitio de síntesis de los
carbohidratos.

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58 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Conexión con StudyWARE™

Contesta un cuestionario de autoevaluación o practica un juego interactivo que refuerce el
contenido de este capítulo. Los encontrarás en tu CD-ROM de StudyWARE™.

EJERCICIO DE ESTRUCTURA CELULAR
LABORATORIO:

Material necesario: Microscopio fotónico Tubo de Oculares
compuesto, preparaciones microscópicas de observación
la letra “e”, hilos de colores, una planta Elodea binocular Revólver
o Cabomba viva así como un bulbo de cebolla, Brazo Objetivos
cultivo vivo de Paramecium, mondadientes de Platina
terminación plana y tinción azul de metileno, Clips de
microscopio estereoscópico (de disección) y Sistema la platina
musgo, un video o CD-ROM sobre “Cómo usar de ajuste Lámpara
un microscopio”. macro/ de
micrométrico iluminación
I. USO DE UN MICROSCOPIO FOTÓNICO con filtros
COMPUESTO Base
© Delmar/Cengage Learning
Tu microscopio compuesto es un equipo caro y
delicado que por ende debe ser manejado con FIGURA 3-15. Las partes de un microscopio fotó-
cuidado. La Figura 3-15 muestra las partes de un nico compuesto.
microscopio fotónico compuesto.
3. Debajo del cuerpo tubular se encuentra
A. PARTES DE UN MICROSCOPIO la platina, que es la pieza plana donde se
COMPUESTO colocan las preparaciones. Puede ser una
platina mecánica móvil. La platina tendrá
1. Toma tu microscopio del área donde se clips para sostener la preparación en su
almacenan. Usa tus dos manos. Toma el lugar. Habrá una perforación en la platina
brazo con una mano y apoya la base con tu para permitir que la luz se refleje a par-
otra mano. Lleva el microscopio a tu mesa
de laboratorio y colócalo con cuidado. Des- (continúa)
enrolla el cable de luz y conéctalo.

2. Identifica el cuerpo tubular. En la parte
superior de éste se encuentran los lentes
oculares, que en general vienen con una
magnificación de 10×. Al final del cuerpo
tubular se encuentran los otros elementos
de magnificación atornillados en el revólver.
Estos elementos se llaman lente objetivo.
Aunque el número de las lentes objetivo
varía, generalmente podemos encontrar un
objetivo con baja resolución (magnificación
10×) y uno de alta resolución (magnifica-
ción de 40×).

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 59

ESTRUCTURA CELULAR (Continuación)

tir de la lámpara a través de la apertura en C. USO DEL MICROSCOPIO
la platina. Por lo tanto la luz pasa a través
del espécimen que se encuentra en la pre- 1. Después de haber revisado sus partes, ahora
paración del microscopio y llega al cuerpo estás listo para usar el microscopio. Ase-
tubular, resultando en una imagen en la gúrate de que el microscopio se encuentre
retina de tu ojo. conectado a la corriente eléctrica; coloca el
microscopio en tu mesa de laboratorio con
4. La importancia de la luz hace necesario los lentes oculares hacia ti. Enciende el foco.
que se ajuste cuidadosamente. Tu micros- Limpia los lentes oculares y los objetivos con
copio puede o no tener un condensador, el papel para lentes que te provea tu maestro.
que concentra la luz. Justo debajo de la
platina se puede encontrar el iris del dia- 2. Obtén una preparación microscópica con
fragma. Practica moviendo la palanca del la letra e y colócala en la platina sobre la
iris del diafragma y observa los cambios apertura de ésta. Asegúrate de que la letra e
de luz al mirar a través del lente ocular. Si esté cubierta con un cubreobjetos y quede
tienes un diafragma de placa o disco, prac- en el centro de la apertura. Asegura la pre-
tica cambiando los distintos tamaños para paración con los clips. Coloca los objetivos
observar los cambios en la intensidad de la de baja resolución en su lugar. Sonará un
luz. clic y se bloquearán en su posición. Baja el
objetivo girando la perilla macroscópica. Tu
5. Cuando se observa un objeto bajo el mi- microscopio debe tener un tope automático
croscopio se requiere que tengas las lentes para que no rompas el cubreobjetos. Mira a
a cierta distancia del objeto. Esto se deno- través del lente ocular. Nota la apariencia
mina trabajo a distancia. A la distancia de la letra e bajo esta resolución. Enfócala
correcta de trabajo, el objeto se encuentra ajustando lentamente la perilla de ajuste
enfocado. Los cambios y ajustes en el foco se micrométrico. Ahora observa de nuevo la
logran al usar las manijas de ajuste micro- letra e, está de cabeza, pero cuando la vez
métrico y macrométrico ubicadas en el a través del microscopio se encuentra en
brazo. el sentido correcto. Ahora mueve la platina
hacia la derecha; la letra e se mueve hacia
B. MAGNIFICACIÓN la izquierda; ahora mueve la platina hacia la
izquierda y observarás que la letra e se
1. El poder de magnificación de la mayoría mueve hacia la derecha. Mueve la platina
de los objetivos y oculares está grabado en lejos de ti (hacia arriba), la letra e se mueve
ellos. El lente ocular estará marcado en la hacia ti (abajo). Mueve la platina hacia
parte superior. Los objetivos están marcados ti (abajo); la letra e se aleja de ti (arriba).
en un lado. Estos fenómenos se llaman inversiones.
Practica moviendo la platina para que te
2. Los objetivos de baja resolución tendrán gra- acostumbres a las inversiones.
bado un 10×, que significa que este objetivo
producirá una imagen 10 veces más grande 3. Si quieres ver con mayor detalle debes
que el objeto en la preparación del micros- cambiar el objetivo de mayor resolución.
copio. Usando tu pulgar y dedo índice desblo-
quea el objetivo de baja resolución y mueve
3. Cuando se usa un microscopio compuesto, el objetivo de alta resolución a la posición
se usan dos juegos de magnificadores. El adecuada rotando el revolver. Ahora usa
lente ocular tiene una magnificación de solamente la perilla del ajuste micrométrico
10×, y los objetivos de baja resolución para llevar esa parte de la letra e a un punto
de 10×. Bajo estos lentes, el objetivo forma de enfoque. Podrás notar como el campo
una imagen en el cuerpo tubular 10 veces de visión disminuyó conforme el objeto
más grande que el objeto en la prepara- que se analiza se observa de mayor tamaño.
ción; el lente ocular de 10× magnifica esta Tu magnificación en alta resolución es de
imagen otras 10 veces. Por lo tanto, la ima- 10× (lente ocular) × 40× del objetivo de alta
gen que alcanza tu ojo tiene una magnifi- resolución = 400. Recuerda ajustar la luz
cación total de 100 veces. si es necesario.

(continúa)

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60 CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

ESTRUCTURA CELULAR (Continuación)

D. PRECAUCIONES IMPORTANTES de disección binocular. Tu maestro tendrá
listo uno para hacer una demostración para
1. Usa solamente la perilla de ajuste micromé- todos. Este microscopio tiene un par de ocu-
trico para enfocar bajo el objetivo de alta lares, uno para cada ojo. La distancia entre
resolución. Nunca uses la de ajuste macro- los oculares puede ajustarse juntándolos o
métrico bajo esta resolución. separándolos hasta que los hayas ajustado
a la posición correcta de tus ojos. El par
2. Utiliza sólo papel especial para limpiar los ocular tiene una magnificación de 10×. La
lentes y los objetivos; nunca uses pañue- parte movible de los lentes objetivos gene-
los desechables o servilletas ni ningún otro ralmente es de 1× o 2×.
material no adecuado. Éstos pueden rayar
los delicados lentes. Siempre limpia los lentes 2. Coloca un musgo pequeño en la platina
antes y después de la práctica de laboratorio. del microscopio (usualmente es una placa
redonda de vidrio). Mueve la planta y cam-
3. Mantén la base del microscopio seca todo bia el lente objetivo para observar el arreglo
el tiempo para prevenir la corrosión de las de las venas en las hojas.
partes metálicas.

E. PROFUNDIDAD DEL FOCO III. EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

1. Obtén una preparación microscópica con Los microscopios fotónicos sólo pueden mag-
tres hilos de colores montados juntos. En nificar cerca de 2000×. Gran parte de nuestro
baja potencia (100×), enfoca el punto donde conocimiento de la estructura fina ha sido deri-
los tres hilos se cruzan. Ahora, usando la vada de las imágenes tomadas con el microsco-
perilla de ajuste micrométrico, enfoca hacia pio electrónico. Éste usa un haz de electrones
arriba y hacia abajo. Conforme haces esto, en lugar de luz, e imanes en lugar de lentes de
nota las diferentes partes de los hilos y vidrio. Los haces de electrones tienen una longi-
observa como se diferencia un hilo del otro. tud de onda mucho más corta que la luz visible,
Cuando una hebra se encuentra enfocada, y al refractarlos con imanes se produce una reso-
las otras dos se encuentran borrosas. Al lución miles de veces mayor a la que se produce
enfocar continuamente las hebras, puedes con un haz de luz. Se requiere entrenamiento
percibir la dimensión de profundidad que especial para utilizarlo.
no es evidente cuando el foco se encuentra
descansando en una sola posición. Observa las fotografías de los detalles celu-
lares que se pueden tomar con un microscopio
2. Ahora pon el objetivo de alta resolución y nota electrónico. Tu maestro hará una presentación
que puedes ver mucho menos profundidad con varias diapositivas que contengan imágenes
que bajo la de menor resolución. De hecho, tomadas con este microscopio.
puede ser que no seas capaz de distinguir cla-
ramente una hebra bajo esta resolución. IV. PREPARANDO TUS PROPIAS MUESTRAS
HÚMEDAS
3. La distancia vertical que permanece en foco
en cualquier momento se denomina pro- Las muestras húmedas se preparan colocando
fundidad del foco o profundidad de campo. una gota de material sobre un portaobjetos lim-
El medio en el que se encuentran embebi- pio. Si el material está seco, coloca una gota de
das las hebras de hilo entre el cubreobjetos agua al centro de la preparación. Se coloca un
y el portaobjetos es como la profundidad cubreobjetos en la parte superior del material,
del agua en una alberca. Cuando el espé- sosteniéndolo en un ángulo de 45° hasta que el
cimen se encuentra cerca de la superficie o borde del cubreobjetos toque la gota de agua.
del cubreobjetos, se encuentra enfocado; se Después deja caer lentamente el cubreobjetos
irá desenfocando si se aleja de éste (si es un sobre el material. El agua empujará el aire en
espécimen vivo, como el Paramecium, que frente de ella, de esta manera se previenen las
observarás más tarde). burbujas de agua.

II. EL MICROSCOPIO DE DISECCIÓN A. CÉLULAS DE EPIDERMIS HUMANAS

1. Otro microscopio común en los cursos 1. Frota suavemente el interior de tu mejilla
de Anatomía y Biología es el microscopio con un mondadientes plano. Prepara un

(continúa)

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula 61

ESTRUCTURA CELULAR (Continuación)

portaobjetos colocando una gota de agua en celular se oscurece. En las hojas jóvenes, el
su centro. Coloca el frotis en la gota de agua. citoplasma se mueve en corrientes; por lo
Añade una pequeña cantidad de tinción tanto, los cloroplastos se moverán en una
azul de metileno a la gota de agua, dejando corriente dentro de la célula. De nuevo nota
caer una gota de la tinción en la gota de la pared celular rígida hecha de celulosa. La
agua con las células. Mezcla la tinción, el membrana celular es empujada contra la
agua, y el frotis con el mismo mondadien- pared celular por lo que no es visible como
tes. Cúbrelos con el cubreobjetos. Ésta es la una entidad separada.
única preparación en la que utilizaremos
tinción. C. ANIMAL UNICELULAR VIVO:
PARAMECIUM
2. Has removido algunas células epiteliales
que recubren tu boca. Estas células se des- Haz un montaje húmedo de Paramecium colo-
gastan continuamente y son reemplazadas cando una gota del cultivo (tu maestro lo pro-
por nuevas. Por lo tanto, es fácil que se des- veerá) en un portaobjetos cubierto por un
prendan en grandes cantidades. cubreobjetos. El Paramecium es un animal
ciliado unicelular (Figura 3-16). Examina tu pre-
3. Bajo el objetivo de baja resolución, observa paración con el objetivo de baja resolución por-
tu preparación hasta que encuentres células que los Paramecia son nadadores activos en el
individuales. Ahora obsérvalas con el obje- medio acuoso. Observa las estructuras del ani-
tivo de alta resolución. Nota que las células mal, especialmente los cilios que se observan en
son planas y de forma irregular. Ubica el el borde de la membrana celular, el gran macro-
núcleo, el nucleolo, la membrana nuclear, el núcleo y el surco oral.
citoplasma y la membrana celular. Los grá-
nulos oscuros en el citoplasma seguramente
son mitocondrias. También podrías obser-
var algunas vacuolas.

B. CÉLULAS VEGETALES Cilios Vacuola
Tricocistos alimenticia
1. Corta una cebolla en cuartos; con los fórceps Citoplasma
pela un pedazo de epidermis del interior de Macronúcleo
una de las hojas del bulbo. Crea una prepa- Micronúcleo Surco oral
ración húmeda montando este pedazo de
epidermis sobre una gota de agua; trata de Vacuola Citofaringe © Delmar/Cengage Learning
evitar que el tejido se doble. contráctil
Poro
2. Compara esto con el epitelio celular humano. anal
Estas células vegetales tienen paredes celu-
lares rígidas, que se pueden observar con FIGURA 3-16. La estructura de un Paramecium.
facilidad bajo el objetivo de baja resolu-
ción. Cambia al objetivo de alta resolución
y observa el núcleo y varios nucleolos. Nota
la gran vacuola celular y el citoplasma lim-
pio. No existen cloroplastos en el bulbo de
la cebolla.

3. Toma una hoja joven de la parte superior
de una Elodea acuática o de una Cabomba.
Haz una preparación húmeda y observa los
grandes cloroplastos verdes en las células de
esta planta. Nota el gran número de cloro-
plastos en el citoplasma de las células, aun
vistos con baja resolución. Existen tantos
cloroplastos que cualquier otro contenido

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Metabolismo celular
y reproducción:
Mitosis y meiosis

OBJETIVOS DEL CAPÍTULO

Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de:

1. Definir metabolismo.

2. Describir las etapas básicas de la glucólisis e indicar los
principales productos y la producción de ATP.

3. Describir el ciclo de Krebs del ácido cítrico, sus principales
productos y producción de ATP.

4. Describir el sistema de transporte de electrones y cómo es
producido el ATP.

5. Comparar la glucólisis con la producción anaeróbica de ATP
en las células musculares y la fermentación.

6. Explicar cómo otros compuestos alimenticios, además de la
glucosa, son usados como fuentes de energía.

7. Nombrar a los descubridores de la estructura de la
molécula del ADN.

8. Conocer la estructura básica de la molécula de ADN.

9. Nombrar los pares de bases nitrogenadas y la manera en
que se emparejan en la molécula de ADN.

10. Definir las etapas del ciclo celular.

11. Explicar el significado de la mitosis en la supervivencia de
la célula y el crecimiento en el cuerpo humano.

12. Entender el significado de la meiosis como una reducción
del material genético y en la formación de células sexuales.

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