Biología de secundaria · Grades 10–12

1La composición química de los seres vivos

Deja una rebanada de pan demasiado tiempo en la parrilla y se vuelve negra: lo que queda es casi todo carbono. Pesa una rodaja de manzana fresca, sécala un día en un horno templado y vuelve a pesarla: cinco sextos de su masa se han ido en forma de vapor de agua. Pan, manzana, roble, medusa, tú — todo ser vivo está construido, en el fondo, con la misma lista corta de ingredientes químicos, y esa lista no es la lista de la que están hechas las rocas. Este capítulo desmonta la materia viva, ingrediente a ingrediente, y pregunta qué la distingue.

1.1 Elementos: los mismos átomos que las rocas, en otras proporciones

Definición 1.1 (Composición química de la materia viva)

La composición química de una muestra de materia viva es la lista de los elementos químicos que contiene, con la fracción de la masa de la muestra que representa cada uno. Se mide desmontando la muestra químicamente — quemándola, pesando lo que se evapora y lo que queda, analizando los gases desprendidos — y no mirándola.

Proposición 1.2 (Cuatro elementos forman el 96% de un cuerpo vivo)

En masa, la materia viva está hecha casi por completo de cuatro elementos: oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). En el cuerpo humano suponen alrededor del 65%, 18,5%, 9,5% y 3,2% de la masa — un 96% en total. El calcio, el fósforo, el potasio, el azufre, el sodio, el cloro y el magnesio se reparten casi todo el 4% restante, y una docena de oligoelementos (hierro, cinc, yodo, cobre…) están presentes muy por debajo del 0,1% y aun así son imprescindibles. Los mismos cuatro elementos dominan en una bacteria, en una planta de trigo o en una ballena, en proporciones parecidas.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Los mismos elementos, dos recetas muy distintas: fracciones de masa de los elementos principales en un cuerpo humano y en las rocas de la corteza terrestre (las barras pequeñas no llevan etiqueta: el calcio es el 1,5% de un cuerpo; el carbono es el 0,02% de la corteza, el hidrógeno el 0,14%, el nitrógeno el 0,002%; el silicio, el aluminio y el hierro son trazas en un cuerpo). El carbono, el hidrógeno y el nitrógeno abundan en la materia viva y escasean en la roca; el silicio, el aluminio y el hierro hacen lo contrario.

Ejemplo 1.3 (Materia viva frente a roca)

La corteza terrestre también es un 46% de oxígeno, pero sus elementos siguientes son el silicio (28%), el aluminio (8%) y el hierro (5,6%). El carbono supone el 0,02% de la corteza y el nitrógeno el 0,002%, frente al 18,5% y al 3,2% de un cuerpo. Un ser vivo no es, por tanto, una muestra de su entorno: concentra unos pocos elementos por un factor de mil o más. Esa selección es la primera firma química de la vida.

Observación 1.4 (De dónde vienen los átomos)

Cada uno de esos átomos es corriente: el carbono de tus músculos era dióxido de carbono del aire antes de que una planta lo fijara, y el nitrógeno de tus proteínas era nitrógeno del aire antes de que lo capturaran las bacterias del suelo. Lo propio de la vida no son los átomos, sino la manera de ensamblarlos y las proporciones en que los reúne.

1.2 El agua y las sales minerales

Definición 1.5 (Materia mineral y materia orgánica)

Las moléculas de un ser vivo se reparten en dos grupos. La materia mineral está hecha de moléculas que existen también fuera de los seres vivos: el agua y las sales minerales disueltas (iones como $\mathrm{Na^+}$ , $\mathrm{K^+}$ , $\mathrm{Ca^{2+}}$ , $\mathrm{Cl^-}$ , fosfato y bicarbonato). La materia orgánica está hecha de moléculas construidas sobre un esqueleto de átomos de carbono unidos a hidrógeno, y por lo general a oxígeno y nitrógeno — moléculas que, en la Tierra, solo fabrican los seres vivos o proceden de sus restos.

Proposición 1.6 (El agua es el constituyente principal)

El agua es la molécula más abundante de todo ser vivo: entre el 60% y el 65% de la masa de un humano adulto, el 75% de la de un recién nacido, el 85% de la de una manzana, el 95% de la de una medusa, pero solo el 13% de la de un grano de trigo latente. El contenido de agua de una muestra se mide pesándola, secándola a unos $105\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ hasta que su masa deja de bajar y volviéndola a pesar: la masa perdida es el agua.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Ejemplo 1.7 (Secar una rodaja de manzana)

Una rodaja de manzana fresca de masa $24.0\,\mathrm{g}$ se seca hasta que su masa se estabiliza en $3.6\,\mathrm{g}$ . Agua perdida: $24.0 - 3.6 = 20.4\,\mathrm{g}$ , es decir $20.4/24.0 = 0.85$ , un 85% de la masa fresca. Los $3.6\,\mathrm{g}$ que quedan son la materia seca: moléculas orgánicas más sales minerales. Al quemar esa materia seca sobreviven unos $0.1\,\mathrm{g}$ de ceniza clara — las sales minerales —; el resto, la parte orgánica, se ha ido como dióxido de carbono y vapor de agua.

Una rodaja de manzana fresca y la misma rodaja después de secarla: lo que queda es la materia seca, un sexto de la masa inicial. El resto era agua.

Proposición 1.8 (Para qué sirve el agua)

El agua es el lugar donde ocurre la química de una célula: disuelve sales, azúcares y casi todas las moléculas orgánicas pequeñas, de modo que puedan encontrarse y reaccionar; las transporta de un sitio a otro (el plasma sanguíneo es agua en un 90%, y la savia mucho más); y, como cuesta mucha energía calentarla, amortigua la temperatura del organismo frente a los cambios bruscos. Perder el 10% del agua del cuerpo es una urgencia médica; una semilla latente, con su 13%, simplemente ha apagado su química hasta que vuelva el agua.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Ejemplo 1.9 (Sales minerales con nombre propio)

El fosfato de calcio endurece los huesos y los dientes (el calcio es el 1,5% de la masa corporal, casi todo en el esqueleto). Los iones sodio y cloruro fijan la salinidad de la sangre, cercana a $9\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ ; los iones potasio se concentran dentro de las células; el hierro ocupa el centro de la hemoglobina; el yodo hace falta para fabricar la hormona de la glándula tiroides. Una sal mineral nunca es una fuente de energía, pero un cuerpo privado de una de ellas falla en una tarea precisa.

1.3 Las moléculas orgánicas: cuatro familias

Definición 1.10 (Glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos)

Las moléculas orgánicas pertenecen a cuatro familias.

Los glúcidos (azúcares) contienen solo carbono, hidrógeno y oxígeno. Los azúcares sencillos son unidades sueltas, como la glucosa $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$ ; los glúcidos complejos son cadenas de cientos o miles de unidades de glucosa — almidón y celulosa en las plantas, glucógeno en los animales.
Los lípidos (grasas y aceites) contienen también solo C, H y O, pero con mucho menos oxígeno, y no se disuelven en agua. Los más comunes son los triglicéridos, cada uno formado por una molécula de glicerol unida a tres cadenas largas de ácido graso.
Las proteínas son cadenas de aminoácidos: veinte clases de aminoácido, todas con nitrógeno, enlazadas en un orden preciso en cadenas de cincuenta a varios miles de unidades que se pliegan en una forma definida.
Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son cadenas de nucleótidos, con fósforo además de C, H, O y N; almacenan y transmiten la información genética, y son el tema del Capítulo 3.

Las cuatro familias de moléculas orgánicas. Cada molécula grande es una cadena de unidades pequeñas; la identidad de la unidad, y la manera de disponer la cadena, deciden qué hace la molécula.

Ejemplo 1.11 (Leer una etiqueta de alimentos)

La etiqueta de un pan integral indica, por $100\,\mathrm{g}$ : glúcidos $41\,\mathrm{g}$ (de los cuales azúcares $3\,\mathrm{g}$ ), grasas $3\,\mathrm{g}$ , proteínas $9\,\mathrm{g}$ , fibra $7\,\mathrm{g}$ , sal $1.1\,\mathrm{g}$ . El resto — unos $39\,\mathrm{g}$ — es agua. Los “glúcidos” de la etiqueta son sobre todo almidón; los “azúcares”, los sencillos; la “fibra” es celulosa (un glúcido que no podemos digerir); las “grasas” son los lípidos, y la “sal” es una sal mineral. Una etiqueta es un análisis químico, redondeado.

Proposición 1.12 (Para qué sirve cada familia)

Las familias se reparten el trabajo de una célula, con solapamientos:

los glúcidos son el combustible de cada día (la glucosa) y su reserva a corto plazo (almidón, glucógeno), y la celulosa es el material de construcción de la pared de las células vegetales;
los lípidos son la reserva compacta de energía a largo plazo ( $38\,\mathrm{kJ}$ por gramo, frente a $17\,\mathrm{kJ}$ por gramo de glúcidos y proteínas), y los lípidos de membrana forman la envoltura de toda célula;
las proteínas son las máquinas: las enzimas que llevan cada reacción, las fibras que contraen el músculo, los transportadores, los anticuerpos, los receptores;
los ácidos nucleicos guardan las instrucciones para construir las proteínas.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Composición de un cuerpo humano adulto en masa, en tanto por ciento. Las cifras varían con la edad y la constitución (un atleta enjuto lleva menos lípido, un recién nacido más agua), pero el agua domina siempre y el glúcido libre nunca pasa de un 1%.

Observación 1.13 (Moléculas grandes y la forma de la vida)

Las moléculas de la roca son pequeñas y repetitivas (un cristal de cuarzo es $\mathrm{SiO_2}$ repetido sin fin). Las moléculas propias de la vida son enormes — una sola proteína puede tener diez mil átomos, y una molécula de ADN miles de millones — y además informativas: el orden de sus unidades lleva un mensaje. Nada en el mundo mineral se parece a una molécula cuya secuencia significa algo.

1.4 Identificar los constituyentes

Método 1.14 (Pruebas de referencia para las familias)

Cada familia tiene una prueba sencilla que da un resultado visible.

Agua: una tira de papel de cloruro de cobalto azul se vuelve rosa; o bien se seca la muestra y se mide la masa perdida.
Almidón: una gota de agua yodada pasa de pardo amarillento a azul muy oscuro.
Azúcares sencillos (glucosa, fructosa…): se calienta con licor de Fehling o reactivo de Benedict; la disolución azul da un precipitado rojo ladrillo.
Proteínas: la reacción del biuret — unas gotas de sulfato de cobre en medio alcalino se vuelven violeta.
Lípidos: la muestra deja en el papel una mancha translúcida que no se seca; el colorante rojo Sudán III la tiñe.
Sales minerales: se quema del todo la materia seca; la ceniza que sobrevive es mineral. Los iones concretos se identifican por precipitación (nitrato de plata para el cloruro, por ejemplo).

Hay que hacer siempre un ensayo testigo con agua pura, y otro con una muestra positiva conocida, para asegurarse de que el reactivo funciona y de que un cambio de color significa lo que se cree.

Ejemplo 1.15 (Analizar una patata)

Una rodaja de patata cruda: el papel de cloruro de cobalto se vuelve rosa (agua); el agua yodada vira enseguida a azul muy oscuro (almidón, abundante); el licor de Fehling da apenas un tinte anaranjado (poco azúcar libre); el biuret da un violeta pálido (algo de proteína, un 2% de la masa fresca); no hay mancha translúcida (casi nada de lípido). Al secarla queda el 22% de la masa; al quemar ese resto queda un 1% de ceniza. La patata es una reserva de almidón envuelta en agua — justo lo que una planta necesita para pasar el invierno bajo tierra.

Proposición 1.16 (Unidad de composición)

Sea cual sea el organismo — bacteria, seta, planta, animal —, las mismas pruebas encuentran las mismas cuatro familias, hechas de las mismas unidades: los mismos veinte aminoácidos, la misma glucosa, los mismos cuatro nucleótidos. Un ser vivo no se distingue por tener átomos especiales ni unidades especiales, sino por las proporciones que mantiene, por las moléculas enormes que ensambla y por la información que esas moléculas llevan. Esta unidad química es uno de los argumentos más fuertes de que todos los seres vivos comparten un origen común, un argumento que retomará el Capítulo 6.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Pan dejado demasiado tiempo en la parrilla. El residuo negro es casi todo carbono: las moléculas orgánicas del pan han perdido su hidrógeno y su oxígeno como vapor de agua y dióxido de carbono, y han dejado atrás el esqueleto de carbono.

1.5 Ejercicios

Ejercicio 1.1 ★

Nombra los cuatro elementos que forman el 96% de la masa de un cuerpo vivo, con sus porcentajes aproximados en un humano.

Solución

Solución de Ejercicio 1.1.

Oxígeno (un 65% aproximadamente), carbono (18,5%), hidrógeno (9,5%) y nitrógeno (3,2%): juntos, el 96% de la masa corporal.

Ejercicio 1.2 ★

Clasifica en materia mineral y materia orgánica: agua, glucosa, cloruro de sodio, un triglicérido, fosfato de calcio, un aminoácido, dióxido de carbono.

Solución

Solución de Ejercicio 1.2.

Mineral: agua, cloruro de sodio, fosfato de calcio, dióxido de carbono (es un compuesto de carbono, pero se forma fuera de la vida y no tiene esqueleto carbono–hidrógeno). Orgánica: la glucosa, el triglicérido, el aminoácido.

Ejercicio 1.3 ★

Una hoja de lechuga fresca de masa $12.0\,\mathrm{g}$ se seca hasta masa constante: $0.6\,\mathrm{g}$ . ¿Cuál es su contenido de agua, en tanto por ciento?

Solución

Solución de Ejercicio 1.3.

Agua perdida $12.0 - 0.6 = 11.4\,\mathrm{g}$ ; $11.4/12.0 = 0.95$ : la hoja es agua en un 95%.

Ejercicio 1.4 ★

¿Qué prueba usarías para mostrar que una semilla de judía contiene (a) almidón, (b) proteína, (c) lípidos? Da el resultado esperado en cada caso.

Solución

Solución de Ejercicio 1.4.

(a) Agua yodada sobre la semilla triturada: azul muy oscuro. (b) Reactivo del biuret: violeta. (c) Se tritura la semilla sobre papel: mancha translúcida que no se seca; el Sudán III la tiñe de rojo.

Ejercicio 1.5 ★

Da la unidad constructiva de cada familia: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos.

Solución

Solución de Ejercicio 1.5.

Glúcidos: azúcares sencillos como la glucosa. Lípidos: glicerol y ácidos grasos. Proteínas: aminoácidos (veinte clases). Ácidos nucleicos: nucleótidos (cuatro clases).

Ejercicio 1.6 ★★

Con la primera figura del capítulo, ¿por qué factor está más concentrado el carbono en un cuerpo humano que en la corteza terrestre? ¿Y el nitrógeno? Comenta.

Solución

Solución de Ejercicio 1.6.

Carbono: $18.5/0.02 \approx 900$ veces más concentrado. Nitrógeno: $3.2/0.002 = 1600$ veces. La materia viva no es una muestra de su entorno: reúne unos pocos elementos escasos por factores de mil, y esa es una firma química de la vida.

Ejercicio 1.7 ★★

Un adulto de masa $70\,\mathrm{kg}$ es agua en un 62%. Calcula la masa de agua del cuerpo y después la masa de materia seca. Si las proteínas son el 17% de la masa corporal, ¿cuál es la masa de proteína?

Solución

Solución de Ejercicio 1.7.

Agua: $0.62 \times 70 = 43.4\,\mathrm{kg}$ . Materia seca: $70 - 43.4 = 26.6\,\mathrm{kg}$ . Proteína: $0.17 \times 70 = 11.9\,\mathrm{kg}$ .

Ejercicio 1.8 ★★

Una barrita de cereales contiene, por $100\,\mathrm{g}$ , $60\,\mathrm{g}$ de glúcidos, $12\,\mathrm{g}$ de lípidos y $8\,\mathrm{g}$ de proteínas. Con los valores energéticos de la Proposición 1.12, calcula la energía que aportan $100\,\mathrm{g}$ de la barrita y la fracción que procede de los lípidos.

Solución

Solución de Ejercicio 1.8.

Glúcidos $60 \times 17 = 1020\,\mathrm{kJ}$ ; lípidos $12 \times 38 = 456\,\mathrm{kJ}$ ; proteínas $8 \times 17 = 136\,\mathrm{kJ}$ ; en total $1612\,\mathrm{kJ}$ , unos $1600\,\mathrm{kJ}$ . Los lípidos aportan $456/1612 \approx 28\%$ de la energía con solo el 12% de la masa.

Ejercicio 1.9 ★★

Se añade agua yodada a una rebanada de pan, a una loncha de queso y a un terrón de azúcar. Predice el resultado en cada caso y explícalo.

Solución

Solución de Ejercicio 1.9.

Pan: azul muy oscuro — la harina es casi toda almidón. Queso: sin más cambio de color que el propio tinte del yodo — proteínas y lípidos, nada de almidón. Azúcar: sin cambio — la sacarosa es un azúcar sencillo, no almidón; el yodo solo detecta la cadena larga del almidón.

Ejercicio 1.10 ★★

¿Por qué arde la materia seca de una planta y no arde la ceniza que deja? ¿Qué familia de materia es cada una?

Solución

Solución de Ejercicio 1.10.

La materia seca es casi toda orgánica: moléculas de carbono e hidrógeno que se combinan con el oxígeno y liberan energía, dióxido de carbono y agua. La ceniza son las sales minerales, ya combinadas del todo con oxígeno; en ellas no queda nada que pueda arder.

Ejercicio 1.11 ★★

Se dan dos disoluciones: una de glucosa y otra de almidón. La prueba de Fehling es positiva solo para la primera, y el yodo solo para la segunda. Y sin embargo el almidón está hecho de glucosa. Propón una explicación.

Solución

Solución de Ejercicio 1.11.

El licor de Fehling reacciona con un grupo químico libre que llevan las moléculas sueltas de glucosa; en el almidón las unidades de glucosa están unidas entre sí y esos grupos quedan encerrados dentro de la cadena, de modo que el reactivo no encuentra nada. El yodo, al revés, se aloja en la larga cadena enrollada del almidón, que las moléculas sueltas de glucosa no forman. Cada prueba detecta una estructura, no un elemento.

Ejercicio 1.12 ★★★

Un grano de trigo contiene un 13% de agua; una plántula de trigo, tres días después de germinar, contiene un 88%. Explica el cambio y qué te dice sobre el papel del agua en la química del grano.

Solución

Solución de Ejercicio 1.12.

El grano ha absorbido agua de forma masiva. Con un 13% las reservas están sólidas y las enzimas no pueden trabajar: la química del grano está apagada y sobrevive latente. El agua disuelve las reservas, deja actuar a las enzimas y lleva los productos al embrión que crece: la química solo se reanuda cuando el agua es abundante.

Ejercicio 1.13 ★★★

El plasma sanguíneo contiene unos $9\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ de cloruro de sodio y unos $1\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ de glucosa. Un paciente recibe $500\,\mathrm{mL}$ de una disolución intravenosa. ¿Qué masas de sal y de glucosa debe contener para igualar al plasma? ¿Por qué sería peligrosa el agua pura?

Solución

Solución de Ejercicio 1.13.

Sal: $9 \times 0.5 = 4.5\,\mathrm{g}$ ; glucosa: $1 \times 0.5 = 0.5\,\mathrm{g}$ . El agua pura diluiría el plasma; entonces entraría agua en los glóbulos rojos, que se hincharían y estallarían.

Ejercicio 1.14 ★★★

Los lípidos almacenan $38\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ y el glucógeno $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ ; además, cada gramo de glucógeno del cuerpo se almacena con unos $3\,\mathrm{g}$ de agua. Una persona lleva $0.5\,\mathrm{kg}$ de glucógeno y $10\,\mathrm{kg}$ de lípido. Calcula la energía de cada reserva y la masa que un cuerpo tendría que llevar para guardar la energía de la reserva de lípido en forma de glucógeno hidratado. Concluye por qué los animales acumulan grasa.

Solución

Solución de Ejercicio 1.14.

Glucógeno: $500 \times 17 = 8500\,\mathrm{kJ}$ . Lípido: $10000 \times 38 = 3.8 \times 10^{5}\,\mathrm{kJ}$ . Para guardar $3.8 \times 10^{5}\,\mathrm{kJ}$ como glucógeno: $380000/17 \approx 22.4\,\mathrm{kg}$ de glucógeno, más tres veces esa masa de agua, unos $90\,\mathrm{kg}$ en total — más que la propia persona. La grasa guarda unas nueve veces más energía por kilogramo transportado, y por eso los animales que deben moverse acumulan sus reservas en forma de lípido.

Ejercicio 1.15 ★★★

“Los seres vivos están hechos de los mismos átomos que las rocas, así que no hay nada químicamente especial en la vida.” Discute esta afirmación en un párrafo corto, con tres argumentos precisos del capítulo.

Solución

Solución de Ejercicio 1.15.

Los átomos son en efecto corrientes, pero (1) las proporciones no lo son: la materia viva concentra el carbono mil veces y el nitrógeno mucho más, frente a una corteza de oxígeno y silicio; (2) las moléculas tampoco: solo los seres vivos ensamblan el carbono en cadenas gigantes — proteínas, almidón, ADN — cuyo tamaño no tiene equivalente mineral; (3) esas moléculas llevan información en el orden de sus unidades, y ningún cristal la lleva. La vida es químicamente especial por su organización, no por sus átomos.

1.6 Problema: El carbono de un ser humano

Problema 1.1

Problema de fin de semana — de un campo de trigo a un cuerpo: una auditoría de la materia, del agua de un grano a los kilogramos de carbono que lleva una persona

Una clase sigue la materia desde un campo de trigo hasta el cuerpo de uno de sus alumnos. Datos: un grano de trigo es agua en un 13%, y su materia seca es aproximadamente un 70% de almidón, un 12% de proteína, un 2% de lípido y un 2% de mineral; el resto, celulosa. La harina panificable conserva más o menos la composición de la parte interna del grano. La alumna, Lea, tiene una masa de $60\,\mathrm{kg}$ ; usa la composición adulta de la segunda figura (agua 60%, proteínas 17%, lípidos 16%, minerales 6%, glúcidos 1%). Fracciones de masa de cada elemento dentro de cada familia: toma los glúcidos como un 40% de carbono, los lípidos como un 77% de carbono y las proteínas como un 53% de carbono y un 16% de nitrógeno.

Parte I — El grano.

Se seca un grano de masa $45\,\mathrm{mg}$ . ¿Qué masa de agua pierde y cuál es su masa seca?
Calcula las masas de almidón, de proteína y de lípido de la materia seca de un grano.
¿Qué pruebas del Método 1.14 confirmarían cada uno de esos tres constituyentes sobre un grano triturado?
Se siembra el grano y se riega; tres días después la plántula es agua en un 88%. Explica por qué la germinación no puede empezar con un 13%.
Una hectárea rinde $8\,\mathrm{t}$ de grano. ¿Qué masa de agua se cosecha con él y qué masa de materia seca?

Parte II — El pan.

Se hornea una hogaza con $500\,\mathrm{g}$ de harina, $320\,\mathrm{g}$ de agua y $10\,\mathrm{g}$ de sal; en el horno pierde $130\,\mathrm{g}$ de agua. ¿Cuál es la masa de la hogaza cocida y su contenido de agua en tanto por ciento?
Con la composición seca del grano para la harina, estima las masas de almidón y de proteína de la hogaza.
Con $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ para glúcidos y proteínas y $38\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ para lípidos, estima el contenido energético de la hogaza.
Lea come $120\,\mathrm{g}$ de este pan. ¿Qué fracción de una necesidad diaria de unos $10\,000\,\mathrm{kJ}$ cubre?
¿Por qué la sal de la hogaza no es una fuente de energía, y para qué sirve en el cuerpo?

Parte III — El cuerpo: agua y familias.

Calcula la masa de agua del cuerpo de Lea.
Calcula las masas de proteína, de lípido, de mineral y de glúcido.
Lea pierde $1.2\,\mathrm{kg}$ sudando durante una carrera larga. ¿Qué fracción de su agua corporal es? ¿Por qué hay que reponerla deprisa?
Su sangre, unos $4.5\,\mathrm{L}$ , es plasma en un 55%, y el plasma es agua en un 90%. Estima la masa de agua de su sangre (toma $1\,\mathrm{kg}$ por litro). ¿Qué fracción de su agua corporal es? ¿Dónde está el resto?
Un recién nacido es agua en un 75%. Explica en una frase por qué un lactante es más vulnerable a la deshidratación que un adulto.

Parte IV — El cuerpo: elementos.

Con las fracciones de carbono de cada familia, calcula la masa de carbono de los glúcidos, de los lípidos y de las proteínas de Lea, y después la masa total de carbono.
¿Qué fracción de su masa corporal es carbono? Compárala con el 18,5% de la Proposición 1.2 y comenta el acuerdo.
Calcula la masa de nitrógeno de sus proteínas. ¿De dónde vino en último término ese nitrógeno?
El agua es oxígeno en un 89% en masa. Calcula la masa de oxígeno que lleva su agua corporal sola y compárala con el 65% de la Proposición 1.2. ¿Qué molécula explica casi todo el oxígeno del cuerpo?
Enuncia el resultado en una frase: ¿cuántos kilogramos de carbono lleva una persona de $60\,\mathrm{kg}$ , y por qué dos procesos biológicos salió ese carbono del aire y entró en el cuerpo?

Solución

Solución de Problema 1.1.

1. Agua $0.13 \times 45 = 5.9\,\mathrm{mg}$ ; masa seca $39.2\,\mathrm{mg}$ .

2. Almidón $0.70 \times 39.2 \approx 27.4\,\mathrm{mg}$ ; proteína $0.12 \times 39.2 \approx 4.7\,\mathrm{mg}$ ; lípido $0.02 \times 39.2 \approx 0.8\,\mathrm{mg}$ .

3. Yodo (azul muy oscuro) para el almidón; biuret (violeta) para la proteína; mancha translúcida en el papel o Sudán III para el lípido.

4. Con un 13% las reservas están sólidas y las enzimas inactivas; el agua tiene que disolver las reservas y dejar correr las reacciones antes de que el embrión pueda crecer. La germinación empieza por absorber agua, y el 88% de la plántula es la señal de que su química está encendida.

5. Agua $0.13 \times 8 = 1.04\,\mathrm{t}$ ; materia seca $6.96\,\mathrm{t}$ , unas $7\,\mathrm{t}$ .

6. Masa $500 + 320 + 10 - 130 = 700\,\mathrm{g}$ . Agua de la hogaza: de la harina $0.13 \times 500 = 65\,\mathrm{g}$ , más $320\,\mathrm{g}$ , menos $130\,\mathrm{g}$ : $255\,\mathrm{g}$ , es decir $255/700 \approx 36\%$ .

7. Materia seca de la harina $0.87 \times 500 = 435\,\mathrm{g}$ ; almidón $0.70 \times 435 \approx 305\,\mathrm{g}$ ; proteína $0.12 \times 435 \approx 52\,\mathrm{g}$ (lípido, unos $9\,\mathrm{g}$ ).

8. $305 \times 17 + 52 \times 17 + 9 \times 38 \approx 5185 + 884 + 342 \approx 6400\,\mathrm{kJ}$ .

9. $120/700 \approx 0.17$ de la hogaza: unos $1100\,\mathrm{kJ}$ , es decir el 11% de $10\,000\,\mathrm{kJ}$ .

10. La sal es mineral: ya está oxidada del todo y no tiene enlaces carbono–hidrógeno que quemar. En el cuerpo, sus iones fijan la salinidad de la sangre y hacen falta para las señales nerviosas y musculares.

11. $0.60 \times 60 = 36\,\mathrm{kg}$ de agua.

12. Proteína $0.17 \times 60 = 10.2\,\mathrm{kg}$ ; lípido $0.16 \times 60 = 9.6\,\mathrm{kg}$ ; minerales $3.6\,\mathrm{kg}$ ; glúcidos $0.6\,\mathrm{kg}$ .

13. $1.2/36 \approx 3.3\%$ de su agua. De ella dependen el volumen de sangre y el control de la temperatura; una pérdida del 10% es peligrosa, así que hay que reponerla bebiendo en unas pocas horas.

14. Plasma $0.55 \times 4.5 \approx 2.5\,\mathrm{L}$ ; agua $0.9 \times 2.5 \approx 2.2\,\mathrm{kg}$ , en torno al 6% del agua corporal. El resto está dentro de las células (unos dos tercios de toda el agua del cuerpo) y en el líquido entre las células.

15. Un lactante intercambia cada día una fracción de su agua mucho mayor que un adulto (bebida, orina, piel), de modo que unas pocas horas de pérdidas sin ingesta le quitan una fracción peligrosa del total.

16. Glúcidos $0.40 \times 0.6 = 0.24\,\mathrm{kg}$ ; lípidos $0.77 \times 9.6 \approx 7.4\,\mathrm{kg}$ ; proteínas $0.53 \times 10.2 \approx 5.4\,\mathrm{kg}$ . En total, unos $13\,\mathrm{kg}$ de carbono.

17. $13/60 \approx 22\%$ , frente al 18,5%. El acuerdo es bueno dadas las fracciones redondeadas de cada familia y la variación del contenido de lípido de unas personas a otras; un cuerpo más enjuto da una cifra menor.

18. $0.16 \times 10.2 \approx 1.6\,\mathrm{kg}$ de nitrógeno. Venía del nitrógeno del aire, capturado por bacterias del suelo, tomado por las plantas y comido a lo largo de la cadena alimentaria.

19. $0.89 \times 36 \approx 32\,\mathrm{kg}$ de oxígeno, es decir $32/60 \approx 53\%$ de la masa corporal. El agua sola explica casi todo el 65%; el resto es el oxígeno del interior de las moléculas orgánicas.

20. Una persona de $60\,\mathrm{kg}$ lleva unos $13\,\mathrm{kg}$ de carbono. Salió del aire como dióxido de carbono gracias a la fotosíntesis de las plantas, y entró en el cuerpo por la alimentación y la digestión a lo largo de la cadena alimentaria.

Términos definidos en este capítulo

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