BIOLOGÍA Junio 2004 Estructura de la prueba: la prueba se compone de dos opciones “A” y “B”, cada una de las cuales consta de 5 preguntas, que a su vez comprende 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 pregunta será calificada con 0 puntos. Puntuación: la calificación máxima será de 10 puntos, estando indicada en cada pregunta su puntuación parcial. Tiempo: 1 hora y 30 minutos.
OPCIÓN A 1. Un componente fundamental del citoplasma de células eucariotas es el citoesqueleto: a) Enumere los componentes de esta estructura (0,75 puntos) Solución. Los componentes del citoesqueleto, son básicamente filamentos proteicos. Microfilamentos: que son las fibras más delgadas. Microtubulos: Más gruesos y huecos. Filamentos intermedios: cuyo diámetro se sitúa entre los dos anteriores. Red microtrabecular: compuesta por una fina trama reticular de Filamentos muy delgados
b) De los anteriores, uno de ello participa en el transporte de orgánulos y partículas en el interior de la célula. Cítelo, explique su estructura e indique otra función que desempeñe (1,25 puntos). Solución. Los microtubulos son los principales componentes del citoesqueleto y pueden aparecer dispersos por la célula o formando estructuras como centríolos, cilios y flagelos. Al igual que los microfilamentos son estructuras muy dinámicas, con una importante implicación en procesos como determinación de la forma células, locomoción celular, transporte de orgánulos y separación de cromosomas en la mitosis. Los microtubulos son cilindros huecos con un diámetro externo de 25 nm y longitud muy variable. En secciones transversales aparecen formados por 13 subunidades de 5 nm de diámetro que dejan una cavidad axial central de 14 nm de diámetro. La asociación longitudinal de estas subunidades genera los protofilamentos. Cada protofilamento esta ligeramente desfasado con respecto al protofilamento adyacente. Aunque la tubulina es la proteína mayoritaria, este también lleva todo un conjunto de proteínas asociadas.
2. Con referencia al catabolismo: a) Explique la diferencia entre respiración y fermentación (1 punto). Solución. Los microorganismos heterotróficos exhiben dos mecanismos básicos: Fermentación y respiración, para oxidar los compuestos orgánicos y desprender energía libre que conduce a la formación de ATP. En vías de fermentación el substrato orgánico actúa como donador de electrones interno ( agente reductor) y un producto de este substrato actúa como un aceptor interno de electrones (agente oxidante). No hay cambio neto en el estado de oxidación de los productos en relación con la molécula de substrato inicial; los productos oxidados son balanceados por productos reducidos y así se logra el equilibrio redox. Esta vía puede realizarse en ausencia de aire porque no hay requerimiento de oxígeno o de otro aceptor de electrones para equilibrar el estado de oxidación. Por el contrario, una vía respiratoria requiere de un aceptor externo de electrones, de una molécula distinta a un producto derivado del substrato orgánico, debe actuar como agente oxidante para reoxidar la coenzima reducida que se forma durante la oxidación de la molécula del substrato orgánico. El aceptor externo más común en la respiración es el oxígeno molecular (respiración aeróbica) y se denomina aceptor final de electrones. Por la reducción de este aceptor de electrones la célula es capaz de equilibrar el cambio en el estado de oxidación de los productos metabólicos en relación con el
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
substrato inicial. Cuando otra molécula, como nitrato o sulfato, sirve como aceptor final de electrones, la vía metabólica se denomina respiración anaeróbica.
b) Explique a qué se debe el diferente rendimiento energético en estos procesos (1 punto). Solución. Lo que marca las diferencias entre ambos procesos es el destino final del ácido piruvico y la naturaleza del último aceptor de los electrones suministrados por los sustratos que se oxidas: En las fermentaciones de la glucosa, que son oxidaciones parciales, el ácido piruvico no continúa su oxidación en el ciclo de Krebs, y los últimos aceptores de los electrones y protones que suministran los NADH generados en la glucólisis son moléculas orgánicas producidas también por la glucólisis. En este caso, la ruta metabólica genera su propio aceptor de electrones. Por regla general, solo se obtienen “ ATP por cada molécula de glucosa, mediante fosforilaciones a nivel de sustrato. En la respiración de la glucosa, que es un proceso de oxidación total, el ácido piruvico procedente de la glucólisis continúa su oxidación en el ciclo de Krebs, hasta convertirse en CO2 y agua. Los nucleótidos reducidos (NADH y FADH2, procedentes de las deshidrogenaciones que tiene lugar en la glucólisis y en el ciclo de Krebs, transfieren sus electrones y sus protones a un ultimo aceptor de electrones, que es una molécula inorgánica captada del medio externo por los organismos, cuya naturaleza marca las diferencias entre respiración aerobia y anaerobia. En la respiración aerobia, el ultimo aceptor de electrones es el oxigeno molecular. Por el contrario, en la anaerobia, el último aceptor son sustancias diversas del medio en el que habitan determinados microorganismos.
3. Una determinada especie animal tiene tres pares de cromosomas: a) Indique cuántos cromosomas tendrá un espermatozoide, ¿cuántos tendrá un óvulo? Razone la respuesta (0,5 puntos). Solución. Los cromosomas que van a presentar, van a ser siempre la mitad de su dotación cromosomica, debido a que sufren dos divisiones. La primera, que es la mitosis genera células iguales a las maternas, pero en una segunda división, se separan las cromatidas de los cromosomas homólogos, haciendo que cada célula gametica tenga la mitad del cromosoma del que proviene. Los espermatozoides van a presentar 22 autosomas y un cromoma sexual, al igual que los óvulos. b) Haga un esquema de la metafase mitótica de una célula de ese organismo (0,5 puntos). Solución.
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
c)
Indique en qué tipo de células de ese animal se llevaría a cabo la mitosis, ¿y la meiosis? (0,5 puntos).
Solución. La mitosis es el proceso mediante el cual se reparte equitativamente el material cromosómico entre las dos células hijas, con lo cual se asegura que la información genética se transmita sin variación de unas células a otras. Es una forma que permite el crecimiento, desarrollo y regeneración de sus tejidos, procedentes tras sucesivas divisiones mitóticas del zigoto. Esta es la causa de que todas las células de un organismo, excepto los gametos, contengan la misma información genética. La mitosis tiene lugar en todas las células. Sin embargo, la meiosis es un proceso que ocurre en las línea gametogenicas y cuya finalidad es generar unas células haploides, los gametos, que al fecundarse restauran el numero diploide de la especie. d) ¿Qué tipos de espermatozoides pueden formar ese animal en función de los cromosomas sexuales? Razone la respuesta (0,5 puntos). Solución. Hay dos tipos de espermatozoides, los que van a llevar el cromosoma sexual Y, proveniente del padre, y los que llevan el cromosoma sexual Y proveniente de la madre.
4. Referente a la replicación: El siguiente esquema corresponde a la replicación de una molécula de ADN, en el que las flechas indican la dirección de replicación de las nuevas cadenas
a) Indique lo que significa las letras A, B, C, y E (1 punto) Solución. A seria la cadena adelantada, B cadena retardada, C fragmentos de Okazaki y E son los Cebadores. b)
Explique por qué es necesaria la síntesis de los fragmentos, señalados en el esquema con la letra C, e indique los pasos necesarios para que se unan dichos fragmentos haciendo referencia al nombre y actividad de las enzimas implicadas en este proceso (1 punto).
Solución. En la cadena retardada se sintetizan en forma de fragmentos, porque va en sentido 5´a 3´, y sintetizan en ese sentido los denominados fragmentos de Okazaki. Okazaki extrajo el ADN que se estaba replicando. En un medio marcado observo que se estaban sintetizando y que eran de tamaño grande. La síntesis de la cadena 5´a 3´se hace mediante fragmentos la otra es una síntesis continua. Comienza en un punto y se sintetiza sin parar, es la cadena líder. La complementaria es en forma de fragmentos. La original se separa, y esta queda en forma simple unida a unas proteínas SSB, llegado cierto momento que se sintetizan fragmentos en dirección 3´-5´. Las SSB, impiden que esa cadena pueda renaturalizarse. La ligasa va a unir los fragmentos de continuidad a toda la cadena. Esta cadena es la seguidora o retrasada. La secuencia es reconocida por proteínas iniciadoras y hacen un pequeño hueco, separan la doble hélice y a partir de aquí, se unen primasa+helicasa, y se sintetiza un pequeño fragmento de ARN ( cebador). La ADN polimerasa III, ya tiñen un extremo para comenzar a añadir nucleótidos. En la cadena 5´-3 tiene que esperar un poco para tener suficiente espacio para que la primasa sintetice ARN y proporcione su extremo y comienza a sintetizar. La cadena se sigue abriendo y se sintetiza el siguiente fragmento de Okazaki. Para eliminar los cebadores de ARN, se hace con la ARN polimerasa I, en su actividad exonucleasa 5´-3. Al eliminarse queda un hueco que estaba ocupado anteriormente por ribonucleótidos. Entonces la ADN polimerasa I, con su actividad polimerasa 5´-3, añade ahí desoxiribuneclotidos. Los fragmentos están separados pero en ese momento la ligasa los une mediante enlace fosfodiester.
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
5. En relación con los microorganismos: a) ¿En qué consiste la esterilización? (0,5 puntos). Solución. La esterilización es el proceso mediante el cual se destruye toda forma de vida microbiana. Se destruyen tanto las formas vegetativas como las de resistencia. Son métodos físicos los que aseguran la esterilización. Estos métodos no se pueden aplicar a organismos vivos.
b) Cite dos métodos de esterilización (0,5 puntos). Solución. Se puede realizar la esterilización por calor seco o por calor húmedo. El proceso de calor húmedo es más rápido que el calor seco. Autoclave: Somete el vapor de agua a presión para aumentar la temperatura. Un material es estéril cuando se autoclave de 15 a 20 minutos. Rompe los puentes de hidrogeno de la estructura tridimensional de las proteínas, es decir, las desnaturaliza. Tindalización: Calentar a 100ºC un material durante 30 minutos. Se repite durante 3 días. Si hay bacterias que pueden formar esporas, el primer día matamos las vegetativas, las de resistencia germinan, generan espora y el 2º día se matan y si queda alguna el tercer día se acaba con ellas. Se utiliza para soluciones de azucares.
c) ¿Cuál es la finalidad de la pasteurización? (0,5 puntos). Solución. La pasterización se utiliza para leche y zumos de fruta. Consiste en calentar a 63ºC durante 30 minutos. Posteriormente se aumenta la temperatura a 72ºC y se deja 15 minutos. Se consigue eliminar todos los microorganismos en general, y en concreto todos aquellos que puedan ser patógenos.
d) Indique para que sirve la tinción de Gram (0,5 puntos). Solución. La tinción gram es la tinción mas utilizada en bacteriología, pudiendo por medio de ella clasificar las bacterias en gram+ o en gram− en función de la diferente composición de su pared celular. La pared celular de las gram+ tiene una estructura monoestatificada cuyo componente químico principal es el mucopeptido, polímero formado por cadenas de N-acetilmuramico y N-acetilglucosamina. Las cadenas de N-acetilmuramico están unidas entre si por cortas cadenas polipeptídicas laterales, confiriendo esta estructura una resistencia mecánica considerable. Sin embargo, la pared de las gram−, solo tiene un 10% del mucopeptido en su pared. Al teñir con un colorante, las gram+ se verán violeta mientras que las gram− serán más rojizas, ya que han incorporado menor color en el mucopeptido.
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
OPCIÓN B 1. En relación con las biomoléculas, explique: a) La formación del enlace O-glucosídico (0,5 puntos). Solución. Enlace o-glucosidico: monosacáridos unidos covalentemente por un enlace O-glucosídico, que resulta cuando un hidroxilo en el azúcar reacciona con el Carbono anomérico de otra. Esta reacción representa la formación de un acetal a partir de un hemiacetal (glucopiranosa) y un alcohol. Para su formación, se necesita de la salida de una molécula de agua y para su ruptura, la hidrólisis de la misma. La manera en que los monosacáridos se unen para formar polisacáridos lleva a la formación de diferentes enlaces, el más común es elα, en el cual los enlaces del átomo de O que participa en el enlace glucosídico, están en el mismo lado. El enlace β es aquel en el cual los enlaces del átomo de O que participa en el enlace glucosídico, están en diferente lado.
b) La formación del enlace peptídico (0,5 puntos) Solución. Los aminoácidos que constituyen las proteínas, se unen entre si mediante enlaces peptídicos ( CO-HN-), que son de tipo amidico. Se establecen entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del aminoácido inmediato, con la consiguiente perdida de una molécula de agua. De esta forma, se obtienen cadenas lineales de aminoácidos enlazados, que receben el nombre de peptidos. c) La formación del enlace que da lugar al nucleósido (0,5 puntos) Solución. Se denomina nucleosido a la molécula que resulta de la unión entre la pentosa y una base nitrogenada. El enlace es de tipo N-glucosidico, con perdida de una molécula de agua entre el -OH hemiacetalico del C de la pentosa, y el hidrogeno del N1, si se trata de base pirimidinica, o del N9, si es una base purica. d) La formación del enlace que da lugar al nucleótido (0,5 puntos) Solución. Los nucleótidos proceden de la unión mediante un enlace ester de la molécula de ácido fosforico con el –OH del carbono 5 de la pentosa de un nucleosido ( el nucleótido es el nucleosido fosforilado en la posición 5). 2. En el proceso fotosintético: a) Indique sus fases y qué proceso básico se realiza en cada una de ellas (1 punto). Solución. La fotosíntesis es un proceso característico de ciertos organismos ( bacterias fotosintéticas, algas, plantas y algunos protozoos). Mediante este sistema los organismos fotosintéticos captan la radiación lumínica y la transforman en compuestos de alto poder reductor (NADPH) y otros que contienen enlaces ricos en energía (ATP). Estos productos de la fase lumínica, se utilizaran mas tarde, en la fase oscura de la fotosíntesis, para la reducción y asimilación de elementos constituyentes de la materia viva (carbono, nitrógeno y azufre), que suelen encontrarse en la naturaleza en un alto estado de oxidación o en formas de baja reactividad.
b) Indique el papel que desempeñan los fotosistemas y señale su localización a nivel de orgánulo (0,5 puntos). Solución. Un fotosistema es la unidad estructural y funcional encargada de utilizar la energía de la luz para la realización de un trabajo químico.
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
Están constituidos por una asociación de un CCL, un dador y aceptor de electrones, junto con una serie de transportadores electrónicos encargados de transferir los electrones desde el dador hasta el aceptor. Se localizan en la membrana del tilacoide del cloroplasto. • Fotositema I, el P-700 cede su electrón aun aceptor primario denominado componente X, y lo recupera de un dador llamado plastocianina, mientras que su entena absorbe la energía fotonica cuya longitud de onda es como máximo 700 nm. • Fotosistema II, el P-680 cede su electrón a un aceptor conocido con el nombre de feofitina, y lo recupera de la molécula de agua que actúa como dador de electrones.
c) Indique el mecanismo de obtención de ATD en tal proceso y su localización a nivel de orgánulo (0,5 puntos). Solución. La síntesis de ATP (fotofosforilacion) consiste en que la energía desprendida en algunos pasos del transporte electrónico se aprovecha para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide; con ello, se genera un gradiente electroquímico, de tal forma que, cuando los protones atraviesan la membrana tilaoidal a favor del gradiente, lo hacen a través de un sistema ATP sintetasa localizado en las granulaciones de la membrana tilacoidal, que se encarga de utilizar la fuerza protonmotriz para la síntesis de ATP
3. Con referencia a los procesos de división celular y reproducción de los organismos: a) Indique la importancia biológica del proceso mitótico (0,5 puntos). Solución. La mitosis es el proceso mediante el cual ser reparte equitativamente el material cromosómico entre las dos células hijas, con lo cual se asegura que la información genética se transmita sin variación de unas células a otras. Es un proceso dinámico continuo. En los organismos unicelulares, es un sistema de reproducción asexual, sin embargo, en los organismos pluricelulares es un sistema que permite el crecimiento, desarrollo y regeneración de sus tejidos, procedente, tras sucesivas divisiones mitoticas del cigoto. De ahí, su importancia biológica.
b) Suponiendo una dotación cromosómica de 2n = 6, represente gráficamente una anafase mitótica y una anafase II meiótica (1 punto). Solución.
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
c) Defina los siguientes conceptos: cromosoma homólogo, cromátidas hermanas (0,5 puntos). Solución. Cromosoma homologo: Los cromosomas son idénticos desde el punto de vista morfológico y genéticamente son similares, porque contiene información para los mismos caracteres. Uno procede de la dotación paterna y el otro de la materna. Cromosomas que se emparejan durante la meiosis. Cromatidas hermanas: Cada cromosoma consta de dos cromatidas gemelas unidas por una constricción primaria, denominada centrómero. Cada cromatida presenta a nivel del centrómero una estructura discoidal, denominada cinetocoro, que contiene un centro organizador de microtubulos a partir del cual se forman filamentos tubulares que dirigen los movimientos cromosómicos durante la mitosis y meiosis.
4. En relación con la replicación. a) Explique de forma razonada cual es el significado y finalidad de la replicación semiconservativa y semidiscontinua del ADN (1 punto). Solución. Replicación semiconservativa: Según el modelo estructural de doble hélice, la información contenida en una molécula de ADN consiste en la secuencia expresa de las parejas de bases. La secuencia de bases en una cadena determina absolutamente la secuencia complementaria en la otra. Ambas cadenas constituyentes de la doble hélice se separan y cada una actúa como molde sobre la cual se forman nuevas cadenas complementarias. De esta manera, la molécula proporcionaría una cadena para cada una de sus dos moléculas hijas, y estas resultarían ser un híbrido de una cadena materna y otra recién sintetizada. Se conserva las cadenas individuales de una generación a la siguiente, pero no se conserva la unión de las dos cadenas iniciales. Replicación semidiscontinua: En una de las hebras (hebra conductora) se sintetizan filamentos bastante grandes y de forma continua, mientras que en la otra (hebra retardada) la síntesis es discontinua, ya que se van sintetizando fragmentos pequeños que se disponen de manera separada. La hebra molde, al ser antiparalela y estar orientad en el sentido 5´-3´no puede leerse directamente por el ADN polimerasa, este problema se soluciona mediante la síntesis de pequeños fragmentos de ADN (fragmentos de Okazaki), que crecen en el sentido 5´-3´ y que, mas tarde, se unen para formar la otra replica, que recibe el nombre de hebra retardada.
b) Indique qué es un cebador y qué enzima es la encargada de su síntesis (0,5 puntos). Solución. Para la síntesis de ADN, es necesario que exista un extremo 3´ hidroxilico en la cadena en crecimiento, a modo de cebador (molde). Este cebador es una corto fragmento de ARN, que actúa como iniciador de las replicas y se elimina posteriormente. La cadena crece en respuesta a la secuencia de bases encontrada en la molde. A partir de ese molde se va formando la nueva cadena por acción de la enzima ADN polimerasa.
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
c) Considere el siguiente fragmento de una cadena de ADN cuya secuencia de nucleótidos es 3’TTT A CTGAA 5’. Escriba la cadena complementaria tras la replicación del mismo indicando su polaridad. Si el punto de inicio de la replicación hubiese sido el nucleótido A, subrayado en la secuencia, conteste razonadamente si desde ese punto hacia la izquierda la síntesis de la nueva cadena hubiese sido continua o discontinua (0,5 puntos). Solución. 5´ AAATGACTT 3´ En el caso de que la síntesis comience a partir de la base marcada, será discontinua, ya que la ADN polimerasa solo sabe leer las secuencias de las hembras molde en sentido 3´-5´ mientras que las nuevas cadenas se sintetizan y crecen en el sentido 5´-3´. Esta cadena que se debe sintetizarlo debe de hacer al revés de cómo lee la polimerasa por lo que formara pequeños fragmentos de ADN (Okazaki) que serán los que constituirán posteriormente la hebra retardada.
5. Con respecto a los tipos de inmunidad, dependiendo de la forma de adquirirla: a) Defina inmunidad natural pasiva (0,5 puntos). Solución. Es la transferencia pasiva de anticuerpos formados por el organismo de una persona a otra. Inmunidad pasiva natural, ejemplo el paso de inmunoglobulinas en el embarazo a través de la placenta de la madre al producto.
b) Defina inmunidad natural activa (0,5 puntos). Solución. La inmunidad natural activa es la expresión de la respuesta del organismo ante la entrada del agente infeccioso con el consiguiente padecimiento de la enfermedad (infección clínica) o sin que se produzca el cuadro clínico (infección subclínica o inaparente),lo cual es menos frecuente. Así, por ejemplo, la síntesis de isohemaglutininas tras padecer un sarampión es la expresión de inmunidad natural activa. Otro ejemplo es la infección subclínica por el virus de la varicela. c) Defina inmunidad artificial pasiva (0,5 puntos). Solución. Inmunidad pasiva artificial: es la transferencia de anticuerpos formados de una persona a otra de la misma especie, ejemplo sueros con inmunoglobulinas específicas contra la hepatitis B. La inmunidad artificial pasiva la constituyen los sueros o inmunoglobulinas de sujetos inmunes frente a una determinada enfermedad. d) Defina inmunidad artificial activa (0,5 puntos). Solución. La inmunidad natural pasiva es obtenida en el ser humano como consecuencia del paso transplacentario o a través de la lactancia materna de anticuerpos frente a enfermedades que la madre había padecido.
Autora: Nuria Alonso Robles Lcda. por la facultad de Ciencias Biológicas de la U.A.M.
