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La relaciónsuperficie-volumen, también conocida como sa/vol o SA:V, se refiere a cuánta superficie tiene un objeto o conjunto de objetos por unidad de volumen.
¿Cuál es la diferencia entre el tamaño de la célula, la superficie y el volumen?
Entonces, ¿cuál es la diferencia entre tamaño celular, superficie y volumen? ¡Echemos un vistazo!
La superficie y el volumen determinan el tamaño celular. La mayoría de las células animales y vegetales tienen un tamaño de entre 0,01 y 0,10 mm y no pueden verse a simple vista (lo más pequeño que serías capaz de ver es de unos 0,05 mm). El tamaño celular suele medirse en micrómetros (μm).
En geometría, la superficie de un objeto es el área ocupada por la superficie del objeto, mientras que su volumen es la cantidad de espacio que hay en su interior.
Superficie y volumen
En biología, tanto el área superficial como el volumen desempeñan un papel importante en el intercambio de materiales de una célula. En este caso, el área superficial se refiere al área total del organismo que está expuesta al medio externo. El volumen se refiere a la cantidad total de espacio dentro del organismo.
Relación superficie/volumen (SA:Vol)
La relación superficie/volumen (relación S/V) se refiere a la cantidad de superficie que tiene un objeto en relación con su tamaño. Para calcular la relación superficie/volumen (relación S/V), puedes dividir la superficie por el volumen.
Cuanto menor sea la relación, más lento será el transporte de las moléculas dentro de la célula y con el medio circundante.
Para ayudarte a comprender la relación superficie/volumen, utilizaremos el ejemplo de un cubo. A medida que aumenta el tamaño del cubo, el volumen aumentará más rápidamente que la superficie, y la relación disminuirá.
Fig. 1 - Relación superficie/volumen de un cubo
Cálculo de la relación de un cubo (Figura 1):
SA = superficie de un lado x 6 lados (ejemplo: 1 cm x 1 cm x 6 cm) = 6 cm2)
Vol = longitud x anchura x altura (ejemplo: 1 cm x 1 cm x 1 cm = 1 cm2)
Importante: ¡el área siempre estará en unidades cuadradas, y el volumen siempre estará en unidades cúbicas!
$$ \textbf{Relación S/V} = \frac{\textbf{Área superficial}}{\textbf{Volumen}} $$
Para calcular la relación SA/vol: divide la superficie por el volumen. Por ejemplo, en el caso de un organismo con una superficie de 4 metros cuadrados (m2) y un volumen de 2 metros cúbicos (m3), la relación SA:Vol es 2.
$$ \text{relación SA/vol} = \frac{text{Área de superficie}}{text{Volumen}} = \frac{text{4 m}^{2}}{\text{2 m}^{3}} = \text{2 } $$
Como hemos visto, a medida que aumente la longitud del lado del cubo, la relación disminuirá. Las células tienen más bien forma de esfera, pero no son perfectamente esféricas.
Imagina que una célula es una esfera. Aquí tienes un ejemplo.
Para una esfera:
$$ \textbf{Área de la superficie = 4}\times \Pi\times r^{3} $$
$$ \textbf{Volumen = }\frac{4}{4} veces \Pi veces r^{2} $$
Nota: π (pi) ~3,14 (3 s.f.)
Al aumentar el radio de una esfera, la superficie aumentará como una función al cuadrado, y el volumen será al cubo. Así, al aumentar el radio, el volumen aumentará más rápidamente. En algún momento, con el tamaño en aumento, la relación será demasiado baja, y las sustancias no podrán entrar o salir en un tiempo suficiente para que la célula sobreviva. Las sustancias no se distribuirán con la suficiente rapidez por difusión dentro de la célula.
La célula dejará de crecer cuando tenga la superficie suficiente para distribuir eficazmente las sustancias dentro de la célula y en el entorno circundante.
¿Qué importancia biológica tienen el tamaño y la relación superficie/volumen?
Los organismos transfieren materiales entre el medio interno y el externo para sobrevivir. Las células procariotas y eucariotas requieren un tamaño más pequeño. Esto es así para facilitar el intercambio eficaz de sustancias. Los organismos unicelulares más pequeños pueden confiar en la difusión para el intercambio de gases y materiales. Una mayor relación superficie/volumen permite a estos organismos ser más eficaces. Los organismos más grandes, como los animales, necesitan órganos especializados para facilitar el intercambio de sustancias.
Los pulmones son órganos adaptados al intercambio de gases en los seres humanos.
Excepto por el calor, el intercambio se producirá de dos maneras:
- Pasivo (no requiere energía) por difusión (movimiento de moléculas) u ósmosis (movimiento de moléculas de agua).
- Activo por transporte activo (requiere energía metabólica).
Puedes encontrar más información sobre el movimiento de energía en nuestros artículos sobre transporte activo, difusión y ósmosis.
El tamaño y la tasa metabólica del organismo afectarán a la cantidad de material intercambiado. Los organismos con tasas metabólicas más elevadas necesitarán intercambiar una mayor cantidad de sustancias y, a su vez, requerirán una mayor relación SA:Vol.
Aumentar la relación superficie/volumen
Las células y los tejidos especializados en el intercambio de gases y materiales tendrán diferentes adaptaciones para facilitar un intercambio eficaz.
Podemos utilizar el ejemplo del tejido intestinal. El intestino delgado tiene adaptaciones para absorber los nutrientes y minerales de los alimentos. La pared interna del intestino delgado, la mucosa, está revestida de tejido epitelial columnar simple. La mucosa está recubierta de pliegues que son características permanentes de la pared que aumentan la superficie. Los pliegues proyectan un tejido en forma de dedo, llamado vellosidades, que aumenta aún más la superficie. Las vellosidades están llenas de capilares sanguíneos para aumentar la cantidad de alimento disuelto y digerido que puede absorberse en el torrente sanguíneo.
Fig. 3 - Estructura simplificada de las vellosidades intestinales
Los pulmones tienen alvéolos, que son pequeños sacos al final de los bronquiolos. La sangre y los pulmones intercambian oxígeno y dióxido de carbono en los alvéolos. Las paredes de los alvéolos son muy finas, y además tienen unas prolongaciones membranosas llamadas microvellosidades, que aumentan la superficie total de la membrana.
Peligros del aumento de la superficie
Hemos establecido que una célula con un volumen elevado no sobreviviría, ya que no facilitaría el movimiento eficaz de materiales dentro de la célula y con el entorno exterior. El aumento de la superficie también puede causar problemas. Más superficie significa más contacto con el medio exterior, lo que conlleva más pérdida de agua, de calor y de sustancias disueltas. Además, especialmente en los extremófilos, el control de la temperatura podría verse afectado en condiciones desfavorables.
Los extremófilos, organismos que viven en entornos extremos, tienen una relación superficie/volumen pequeña. Viven en entornos difíciles o imposibles, como el lecho oceánico profundo, las fuentes termales geotérmicas y los desiertos.
Por ejemplo, los osos polares del Polo Norte tienen una relación superficie/volumen pequeña para minimizar la pérdida de calor de los tejidos y una gruesa capa de grasa para mantenerse calientes.
Relación superficie-volumen - Puntos clave
- La relaciónsuperficie/volumen, también conocida como sa/vol o SA:V, se refiere a cuánta superficie tiene un objeto o conjunto de objetos por unidad de volumen.
- El tamaño celular, el área superficial y el volumen son factores esenciales del intercambio de sustancias. El área superficial y el volumen determinan el tamaño celular.
- La relación entre el área superficial y el volumen determinará la velocidad de intercambio de materia, que se calcula dividiendo el área superficial por el volumen.
- La superficie y el volumen no aumentarán proporcionalmente a medida que aumente el tamaño del objeto.
- Los organismos vivos tienen una serie de adaptaciones para aumentar el área superficial. Por ejemplo, los alvéolos de los pulmones tienen microvellosidades, prolongaciones membranosas para aumentar la superficie de intercambio gaseoso.
- Una mayor superficie conlleva un mayor contacto con el entorno. El mayor contacto de una célula u órgano con el medio ambiente aumentará la pérdida de agua, de calor y de sustancias disueltas.
(1) KeyStageWiki (2021). Relación entre superficie y volumen. Disponible en: https://keystagewiki.com/index.php/Surface_Area_to_Volume_Ratio [Consultado: 03/11/2021].
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