BIOLOGÍA JUNIO 2002 TIEMPO: 1 hora y 30 minutos. INSTRUCCIONES: La prueba se compone de dos opciones “A” y “B”, cada una de las cuales consta de 5 preguntas, que a su vez comprenden varias cuestiones. Sólo se podrá contestar una de las dos opciones, desarrollando íntegramente su contenido. En el caso de mezclar preguntas de ambas opciones la prueba será calificada con 0 puntos PUNTUACIÓN: La calificación máxima total será de 10 puntos, estando indicada en cada pregunta su puntuación parcial.
OPCIÓN A 1.
Existen sustancias proteicas que se sintetizan en la célula y posteriormente son segregadas el exterior. a) Cite, por orden de actuación, las estructuras orgánulos citoplásmicos que intervienen en este proceso (1 punto). Solución. La síntesis de proteinas en la célula se lleva a cabo en el RER que presenta ribosomas situados sobre la superficie de las membranas (hacia el citosol), que le confieren su característico aspecto rugoso. El RER consiste en un conjunto de laminas paralelas fenestradas de canales, tubos, vesículas y cisternas aplanadas intercomunicadas entre si. El interior del RER se comunica con el espacio perinuclear. Se encarga de sintetizar, almacenar y transportar las proteinas, que se introducen en su espacio interior tras ser sintetizadas en los ribosomas de superficie. Las proteinas encapsuladas en el RER se desplazan hasta los dictiosomas (del aparato de Golgi) desde zonas especializadas. Desde allí saldrán al exterior atravesando el aparato de Golgi y la membrana plasmática dentro de lisosomas.
b) En su paso a través del complejo de Golgi, ¿por qué cara del complejo entra estas moléculas y por cuál salen? (0,5 puntos). Solución. Estas sustancias entran en la primera cisterna del aparato de Golgi por su cara cis. Por gemación periférica, otras vesículas transportan proteinas a las cisternas medianas y a la cara trans. Según van atravesando cisternas las proteinas se van codificando en relación con su destino final. En el extremo trans son finalmente clasificadas y empaquetadas para convertirse en gránulos de secreción, lisosomas primarios o vesículas para reparar la membrana.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
c)
¿Con que denominación se conoce el proceso más habitual de excreción de sustancias al exterior y qué estructuras celulares intervienen en él? (0,5 puntos).
Solución. El método más habitual para la excreción de sustancias es la exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho.
2.
Respecto al catabolismo de los glúcidos en una célula eucariótica: a) Nombre las etapas que experimentará una molécula de glucosa hasta que se convierte por completo en CO 2 y H 2 O (1 punto). Solución. Etapas de la oxidación de la Glucosa: 1. 2. 3. 4. 5.
Glucolisis (en sustrato). Glucolisis (NADH- lanzadera malato). Paso de piruvato a acetil-CoA. Ciclo de Krebs. (en este paso ya esta oxidada a CO2. Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa.
b) Cite los compartimentos celulares por los que transcurren dichas etapas (0,5 puntos). Solución. La glucolisis se produce en el citosol. El paso de piruvato a acetil-CoA se produce en la mitocondria. El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de la mitocondria. La cadena respiratoria y la fosforilación acoplada tienen lugar en la membrana interna de la mitocondria.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
c)
Indique dos mecanismos mediante los cuales se sintetiza ATP a lo largo de esas etapas (0,5 puntos) Solución.
la lanzadera malato, que se encuentra en hígado y corazón, donde el NADH cede los hidrógenos al oxalacetato y se forma malato. Este penetra en la mitocondria, donde cede los hidrógenos al NAD+ intramitocondrial, que en la cadena respiratoria rendirá 3 ATP. Lanzadera Glicerolfosfato. El músculo emplea otro sistema de lanzadera, la del glicerolfosfato, que cede los electrones al Complejo II, por lo que se producirá un ATP menos: 2ATP.
3.
Con referencias al ciclo celular y a los procesos de división: a) Defina los siguientes términos: Periodo G1; cromosoma homólogo; sobrecruzamiento; haploide (1 punto) Solución. Periodo G1: Es el intervalo de tiempo que transcurre entre el final de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. En ella la célula aumenta de volumen hasta alcanzar el tamaño de su forma celular típica, al tiempo que se produce la acumulación de las sustancias necesarias para la división celular. Cromosoma homologo: en las células diploides, cada pareja de cromosomas iguales constituye un par de homólogos, y contienen información genética para los mismos caracteres en el mismo loci. Sobrecruzamiento: Sucede en la fase de Paquiteno. Los pares de cromosomas homólogos aparecen íntimamente unidos: bivalentes. Se puede ya observar que cada cromosoma tiene sus dos cromátidas. Mientras están estrechamente unidos tienen lugar roturas entre cromátidas próximas de cromosomas homólogos que intercambian material cromosómico. Este intercambio se llama entrecruzamiento o sobrecruzamiento (crossing-over) y supone una redistribución cromosómica del material genético. Aunque los sobrecruzamientos se producen en esta fase no aún visibles y se apreciarán más tarde en forma de quiasmas. Haploide: son aquellos organismos que solo tienen una copia de cada cromosoma por célula.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
b) Haga un esquema gráfico de una anafase II meiótica y de una anafase mitótica en un vegetal con una dotación cromosómica 2n = 6 (0,5 puntos). Solución.
ANAFASE II MEIOTICA.
ANAFASE MITOTICA
Como podemos observar, en la anafase mitótica los cromosomas no han sufrido sobrecruzamiento. c) Explique el significado biológico de la mitosis (0,5 puntos) Solución. Todos los organismos vivos utilizan la división celular, bien como mecanismo de reproducción, o como mecanismo de crecimiento del individuo. Lo seres unicelulares utilizan la división celular para la reproducción y perpetuación de la especie, una célula se divide en dos células hijas genéticamente idénticas entre sí e idénticas a la original, manteniendo el número cromosómico y la identidad genética de la especie. En organismos pluricelulares la división celular se convierte en un proceso cíclico destinado a la producción de múltiples células, todas idénticas entre sí, pero que posteriormente pueden derivar en una especialización y diferenciación dentro del individuo. Desde un punto de vista puramente evolutivo un organismo unicelular es simplemente una estructura dentro de la cual se realizan las funciones vitales básicas de nutrición y reproducción. Las únicas presiones selectivas son la adquisición de alimento y las fuerzas de tensión superficial. El organismo unicelular debe por tanto aislarse del medio mediante una membrana o pared que le permita adquirir alimento a la vez que soporte las fuerzas de tensión superficial del medio en que se desarrolla. Dicho organismo, en su lucha contra el medio, y para poder crecer y optimizar sus funciones, va adquiriendo nuevas funciones como la excreción, la relación, etc., para ello va adquiriendo o desarrollando diversos orgánulos, pero llega un momento en que la célula no podría albergar en su interior tantos orgánulos y funciones, pues la presión del medio impediría que la célula adquiriera el tamaño y volumen necesario para ello. Bajo este supuesto los organismos evolucionan convirtiéndose de unicelulares a pluricelulares, así cada célula puede especializarse en diversas funciones y diferenciarse en un trabajo específico. Los organismos pasan de luchar contra las fuerzas de tensión superficial, a combatir contra la fuerza de la gravedad, para ello se convierten en organismos pluricelulares, en el cual las células
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
se agrupan en tejidos, órganos y sistemas, cada uno especializado en una función determinada y cada célula diferenciada en realizar una actividad concreta. Para un organismo pluricelular, la división celular es un mecanismo cíclico el cual le permite el aumento del número de células, y a partir de esas células lograr una especialización y una funcionalidad concreta. 4.
En el proceso de replicación del ADN en bacterias (Escherichia coli): a) Explique el significado de los siguientes términos: replicación semiconservativa y replicación bidireccional (0,5 puntos) Solución. Replicación semiconservativa: Según esta hipótesis, cada hebra de la doble hélice sirve de plantilla a una nueva cadena. De esta forma, las dobles hélices resultantes resultantes contienen una hebra antigua o parental y una nueva o hebra hija, recién sintetizada.
La replicación del ADN es bidireccional, ya que a partir de un punto de origen progresa en dos direcciones opuestas, existiendo dos puntos de crecimiento (PC) u horquillas de replicación. Cuando se mira solamente una de las horquillas de replicación, una de las hélices se sintetiza de forma continua, la hélice conductora (también llamada hélice líder), mientras que la otra hélice se sintetiza de manera discontinua, hélice retardada (también llamada hélice retrasada), a base de fragmentos cortos. Si se observan simultáneamente las dos horquillas de replicación, a un lado del origen la hélice de nueva síntesis se polimeriza de forma continua, mientras que al otro lado del origen se polimeriza de forma discontinua.
b) Explique brevemente el mecanismo de la síntesis de ADN en la cadena retardada (1,5 puntos) Solución. Las ADN polimerasas leen en sentido 3’-5’ y sintetizan solo en sentido 5’-3’. Como la hebra retardada tiene sentido 5’-3’ se sintetiza en trozos de unos mil nucleótidos en dirección 5’-3’, que son los fragmentos de okazaki, posteriormente estos fragmentos son unidos con la ADN-ligasa. Por lo tanto, las dos cadenas hijas son sintetizadas a la vez gracias al bucle que se forma en la hebra retrasada. Cada fragmento de Okazaki requiere un ARN cebador. Como una hélice se sintetiza de forma continua y la otra lo hace de forma discontinua, se dice que la Replicación es Semidiscontinua.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
5.
Con relación a la utilización de los microorganismos en la industria alimentaria: a) Mencione el microorganismo que se utiliza en la fabricación del queso e indique otra aplicación del mismo en la industria alimentaria (0,5 puntos) Solución. Se trata de una bacteria que realiza la fermentación del ácido láctico como son por ejemplo: Streptococcus, Leuconostoc y Lactobacillus. Son cocos o bacilos inmóviles que a pesar de que obtienen su energía de fermentaciones, no les perjudica el oxigeno. Son, por tanto anaerobios facultativos. Además de fabricar queso también se pueden utilizar en la industria alimentaria para la fabricación del yogur, fermentando leche entera con una mezcla de bacterias lácticas. b) Indique la reacción metabólica que realiza dicho microorganismo en el proceso de elaboración del queso, indicando los productos iniciales y finales de la reacción (0,75 puntos). Solución. El proceso metabólico que tiene lugar es la fermentación láctica, donde se oxida el ácido pirúvico hasta ácido láctico. Es parte del proceso de oxidación de la glucosa, que en algunos organismos realizan. A veces, también organismos superiores emplean esta vía cuando se necesita mucha energía durante una actividad intensa y el oxigeno que llega no es suficiente para que solo se produzca respiración celular. c)
Dibuje un esquema del microorganismo citado donde se aprecie su organización estructural (0,75 puntos).
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
OPCIÓN B 1.
Con relación a los orgánulos de la célula eucariótica. a) realice un esquema de la mitocondria y señale sus componentes (1 punto) Solución.
b) Indique las semejanzas, a nivel estructural, entre las mitocondrias y los cloroplastos (1 punto). Solución. Ambos orgánulos poseen dos membranas, una interna y otra externa, separadas por un espacio intermembrana. En el espacio interno ambos orgánulos tienen ADN, ribosomas, ARN y las enzimas necesarias para la replicación, transcripción y traducción de algunas de las proteinas que les son necesarias. 2.
Relativo al ciclo de Calvin: a) Indique cuál es la finalidad de dicho ciclo y nombre el compartimento celular en el que transcurre (0,5 puntos) Solución. El ciclo de Calvin tiene lugar en el estroma del cloroplasto. En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias. b) Nombre las fases de dicho ciclo (0,75 puntos) Solución. La fijación del CO2 se produce en tres fases: 1. 2.
Carboxilatva: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
3.
c)
Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de Calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, aminoácidos... etc.; y en general todas las moléculas que necesita la célula.
Escriba una reacción global para dicho ciclo y cite el mecanismo por el que se ha obtenido el ATP necesario (0,75 puntos)
Solución. Se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa. 6 CO2 + 18ATP + 12NADPH + 12H2O → C6H12O6 + 18ADP + 18Pi + 12NADP+ + 6H+ 3.
Considerando el proceso meiótico: a) ¿Puede una célula haploide sufrir meiosis? Razone la respuesta (0,5 puntos) Solución. Una célula haploide no puede sufrir meiosis por que la meiosis es un proceso por el cual se reduce a la mitad el juego de cromosomas. Si una célula solo tiene un juego de cromosomas y se reduce a la mitad se esta perdiendo información genética. Además de reducir la dotación cromosómica a la mitad, durante la meiosis se da un proceso de recombinación genética, por el cual los cromosomas homólogos se intercambian información genética, dando como resultado cromosomas hijos en los gametos cuya información es mezcla de la contenida en ambos juegos de cromosomas parentales, de tal forma que pueden contener alelos de los homólogos paterno y materno. Si no hay cromosomas homólogos no sucederá la precombinación y la variabilidad genética desaparecerá. b) ¿Podría un organismo haploide sufrir meiosis en alguna parte de su ciclo? Razone su respuesta (0,5 puntos) Solución. Existen organismos haplontes: ocurre la singamia y se forma el cigoto, la meiosis se produce inmediatamente después, dando esporas haploides que, por sucesivas mitosis, originan un cuerpo vegetativo haploide, que produce gametos y reinicia el ciclo. En este ciclo biológico domina la haplofase, la diplofase está reducida al cigoto. Muchas protistas como el alga Chlamidomonas y hongos como Neurospora pasan la mayor parte de su vida en la fase haploide, multiplicándose asexualmente por mitosis, produciendo poblaciones de células haploides idénticas. En determinadas condiciones ambientales, cepas diferentes producen células "sexuales" que se fecundan y forman un CIGOTO diploide. Este cigoto produce (en este organismo) una cubierta resistente gruesa que le permite mantenerse en vida latente mientras duran las condiciones adversas. Luego del período de latencia el cigoto se divide por MEIOSIS, formando nuevamente células haploides que reinician el ciclo.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
c) Explique la importancia biológica de la meiosis (1 punto) Solución. Significado biológico de la meiosis La gran mayoría de los seres vivos, y especialmente los organismos eucarióticos son capaces de utilizar algún mecanismo de reproducción sexual a lo largo de su ciclo vital. Aunque propiamente no podemos hablar de reproducción sexual en organismos como las bacterias, si podemos decir que mediante la conjugación hay transmisión de material hereditario de un organismo a otro. En la reproducción sexual no hay transmisión de material hereditario de un organismo a otro sino que a partir de material hereditario de dos organismos de la misma especie, se genera un nuevo ser vivo, un nuevo individuo de la misma especie. El proceso mediante el cual dos células provenientes de individuos distintos se unen para generar uno nuevo es lo que llamamos fecundación. Pensemos y reflexionemos sobre la fusión celular que es una de las dos bases de la reproducción sexual. Podríamos pensar que la forma más simple de fecundación sería que se fusionaran dos células cualesquiera pero esto acarrearía un problema muy grave, y es el del aumento ilimitado de material genético. Supongamos que cada individuo donara a sus hijos todo el material hereditario que posee, como el nuevo individuo proviene de la fusión de dos células tendría doble cantidad de ADN que sus respectivos padres, y sus hijos el doble que él y así sucesivamente. Este proceso sería incompatible con la vida y por tanto hemos de pensar que esas células que gentilmente donan los padres a los hijos han de ser especiales, han de tener justamente la mitad de material hereditario, para que así cuando se fusionen dos células con la mitad de ADN el nuevo individuo tenga igual cantidad que sus predecesores. La meiosis es el proceso mediante el cual se forman unas células que llamamos gametos y que cuya característica principal es que poseen la mitad de ADN que el resto de las células del individuo. Esta mitad de ADN no es aleatoria, sino que es justamente una dotación o juego cromosómico completo, es decir cada gameto contiene un juego completo de genes localizados en un juego cromosómico completo. Además este juego cromosómico completo, mediante la recombinación y la segregación aleatoria, resulta ser mezcla de los dos juegos que posee el individuo original. Es decir de cada pareja de homólogos se obtiene un cromosoma mezcla del paterno y materno produciéndose así un nuevo juego o dotación cromosómica haploide en el que se han originado unas nuevas combinaciones de genes. De esta forma de un individuo diploide que tiene 2 juegos cromosómicos (uno procedente de su padre y otro de su madre), se obtiene una célula haploide mezcla de ambos progenitores que al unirse con otra célula proveniente de otro individuo de sexo opuesto (fecundación) originará un nuevo individuo con dotación diploide. La reproducción sexual es la consecuencia de la meiosis y la fecundación, y es un proceso casi universal en los organismos superiores. En organismos inferiores los gametos masculinos y femeninos suelen ser muy parecidos e incluso iguales, sin embargo en los más evolucionados los gametos son distintos, y además aunque igual en su mecanismo básico, la meiosis rinde 4 gametos por el lado masculino y tan sólo uno por el lado femenino. 4.
Con relación a la etapa de iniciación de la síntesis de una cadena polipeptídica (primera etapa de la traducción): a) ¿Qué elementos constituyen el complejo de iniciación? (1 punto) Solución. En la iniciación de la cadena polipeptídica intervienen el primer ARN-t, o ARN-t iniciador de la traducción que habitualmente es el ARN-t-Formilmetionina, las subunidades ribosomales, el ARN-m, enzimas, los factores de iniciación IF1, IF2 e IF3 y una fuente de energía como GTP. Las subunidades ribosomales están separadas cuando no están ocupadas en la síntesis de polipéptidos. Para poder iniciar la traducción es necesario que ambas subunidades se ensamblen. b) ¿Qué elemento constituyen un ribosoma completo y funcional? (1 punto) Solución. El ribosoma esta constituido por dos subunidades, formadas por ARN y proteinas, que únicamente se unen cuando el ribosoma se dispone a leer el ARN mensajero.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
5.
Con respecto al trasplante de órganos: a) Defina los conceptos de xenotrasplante e isotrasplante (0,5 puntos) Solución. Xenotransplante: es el transplante realizado entre individuos de diferente especie, como puede ser cerdo a ser humano ( piel en quemados). Isotransplante: es el transplante realizado entre individuos genéticamente idénticos, como es el caso de gemelos homocigóticos o animales de laboratorio de una misma cepa pura. Se pueden realizar transplantes entre ellos con total libertad, debido a que los antígenos responsables del rechazo están bajo control genético y sus genomas son iguales. b) Explique brevemente el concepto y las causas del rechazo inmunológico (1 punto). Solución. Cuando el organismo del receptor no reconoce el tejido transplantado como propio, se produce la respuesta inmune destructiva que origina el fenómeno de rechazo que destruye el injerto. Este fenómeno se debe a los antígenos del CMH, presentes en las membranas de todas las células del organismo (excepto en las cerebrales) y sobre todo en las de los linfocitos T. Debido a ello se ha llamado también a estas proteinas sistemas de histocompatibilidad. El rechazo es una reacción inmunitaria que induce la memoria específica al transplante que puede ser transferida por linfocitos T. c)
Explique brevemente las medidas utilizadas en la prevención del rechazo inmunológico (0,5 puntos).
Solución. Para evitar el rechazo se intenta controlar o anular la respuesta inmune utilizando fármacos inmunosupresores inespecíficos, que suelen ser antimicótico que actúan sobre los linfocitos impidiendo su multiplicación.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
