BIOLOGÍA SEPTIEMBRE 2003 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.
En relación con las proteínas: a) Explique su estructura primaria y secundaria (1 punto). Solución. ESTRUCTURA PRIMARIA La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte. El significado de una proteína es su función biológica. La función depende del la forma espacial de la proteína y esta, a su vez, de la estructura primaria o secuencia de aminoácidos. Una cadena polipeptídica adquiere forma una vez se pliega.
ESTRUCTURA SECUNDARIA La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces (son enlaces débiles), adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria. Estos enlaces que se forman son puentes de H entre el O del grupo CO de un aminoácido y el H del grupo NH de otro. La estructura secundaria no se produce al azar o por capricho, sino que depende de la secuencia de aminoácidos. Por ejemplo, la prolina, que es un aminoácido cíclico, cada vez que se encuentra en la cadena lineal provoca necesariamente una curva.
Estructura de la prolina
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
Existen dos tipos de estructura secundaria: 1. 2.
la a(alfa)-hélice : la conformación beta
Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente de forma dextrógira sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue.
En esta disposición los aminoácidos no forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag, denominada disposición en lámina plegada. Se trata de una disposición mantenida por puentes de H entre aminoácidos mas alejados en la cadena y que dan lugar a formas laminares. Las cadenas que forman la lámina pueden encontrarse en la misma dirección en la estructura paralela o en direcciones contrarias en la antiparalela. Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda o fibroína. b) Explique en que consiste la desnaturalización y la renaturalización proteica (0,5 puntos). Solución. Antes de hablar de desnaturalización hay que definir que es la conformación de una proteína. Se llama conformación a la forma tridimensional característica de una proteína en su estado nativo. El estado nativo esta definido por las condiciones celulares, fundamentalmente, el pH y la temperatura. Una proteína sometida a valores de pH o temperatura fuera de unos intervalos de estabilidad limitados, experimentara un cambio que consiste en la desaparición de su conformación, sin que llegue a alterarse el esqueleto covalente. Este desplegamiento de la cadena sin alteración de la secuencia de aminoácidos se llama desnaturalización. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita. Si se regresa lentamente a las condiciones del estado nativo, la proteína se puede renaturalizar, es decir, puede volver a recuperar su forma característica. c) Cite dos factores que pueden causar la desnaturalización (0,5 puntos) Solución. Dos factores pueden ser el pH y la temperatura. 2.
Relacionado con el metabolismo celular: a) Defina anabolismo y catabolismo celular: Solución. La degradación consiste en la oxidación de macromoléculas reducidas que se convierten en otras más pequeñas y oxidadas. Estas transformaciones desprenden energía, que se recoge en intermediarios de energía, como el ATP, o en forma de poder reductor en transportadores de electrones (NADH y NADPH). La parte del metabolismo que se encarga de estas degradaciones se denomina Catabolismo. La parte del metabolismo que se dedica a la construcción de las moléculas orgánicas se conoce con el nombre de Anabolismo. Esta construcción parte de moléculas pequeñas y oxidadas. Es necesario reducirla, para lo que se necesita ATP y poder reductor. Ambos procesos están interconectados. b) Nombre el sustrato inicial y el producto final de la glucólisis e indique si se trata de una vía anabólica o catabólica (0,5 puntos) Solución. Glicólisis: se trata de una vía catabólica. Sustrato inicial: Una molécula de glucosa (y 2 ADP, 2P, 2 NAD). Aunque la glucosa sea el monosacárido mas utilizado por las células para obtener energía, otros glúcidos también desembocaran en la glucólisis, como l a sacarosa y la lactosa. Producto final: 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 ATP, 2 moléculas de agua, 2 protones y dos NADH.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
c)
Nombre un sustrato inicial y el producto final de la gluconeogénesis e indique si se trata de una vía anabólica o catabólica (0,5 puntos)
Solución. Glucogénesis: vía anabólica. Sucede en este proceso la síntesis de glucosa y de glucógeno. Sustrato inicial: Piruvato, lactato, glicerol.
algunos aminoácidos, intermedios del ciclo de
Krebs,
Producto final: monosacáridos y polisacáridos.
d) Indique los compartimentos celulares donde se realizan las vías metabólicas nombradas en los apartados b y c (0,5 puntos) Solución. La glucólisis es una vía íntegramente citosólica. La gluconeogénesis, con la excepción del paso de piruvato a OAA, que ocurre en la membrana mitocondrial, ocurre en el citosol. 3.
En un organismo eucariótico de reproducción sexual, con un número cromosómico 2n = 4 y todos los cromosomas telocéntricos: a) Dibuje un esquema de una anafase II (1 punto) Solución.
Los cromosomas telocéntricos solo presentan un único brazo distinguible, al estar situado el centrómero en el extremo del cromosoma. El cariotipo humano carece de este tipo de cromosomas.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
b) ¿Cuál es el sentido biológico de la meiosis? (1 punto) Solución. Sentido 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.
En relación con la expresión génica: a) Explique en que consiste el proceso de traducción y cite en que estructuras de la célula se realiza (0,5 puntos). Solución. La traducción es una parte del proceso de expresión génica que culmina con la síntesis de las cadenas polipeptídicas. Del ADN se pasa al ARN mensajero por un proceso de transcripción. En molécula de ARNm contiene la información necesaria para sintetizar una cadena polipeptídica, es decir, para unir los aminoácidos en el orden que determina la secuencia de nucleótidos del ARNm. A este proceso se le llama traducción, y tiene lugar en los ribosomas. Cada aminoácido es transportado por una molécula adaptadora: el ARN transferente. b) Indique que papel desempeña en este proceso los sitios P y A del ribosoma y la enzima aminoacilARNt-sintetasa (0,75 puntos) Solución. La enzima aminoacil-ARNt-sintetasa cataliza la unión entre el aminoácido y el ARNt cuyo anticodón le corresponde. Este enzima cuenta con lugares de reconocimiento molecular que permiten el establecimiento del enlace entre el aminoácido y el ARNt solo si este tiene el anticodón correspondiente. Es una enzima muy especifica, capaces incluso de corregir errores. El sitio A del ribosoma acoge a los aminoacil-ARNt y el sitio P es el lugar de unión de los peptidil-ARNt, o sea, de los ARNt que están cargados con la cadena polipeptídica en crecimiento.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
c)
Indique como se denomina el triplete de bases que en el ARNm codifica para un aminoácido específico, cómo se denomina el triplete de bases complementarias en el ARNt e indique cual sería el triplete de bases del ARNt si su complementario para el aminoácido valina en el ARNm es GUA (0,75 puntos).
Solución. El triplete de bases en el ARNm que codifica para un aminoácido se llama codón. El triple de bases complementarias en el ARNt se llama anticodón y se sitúa en el centro de uno del los bucles del ARNt. La secuencia complementaria es CAU. 5.
Con referencia a la moderna biotecnología: a) Defina los siguientes conceptos: Ingeniería genética, célula hospedadora, donación y vector de donación (1 punto) Solución. La INGENIERÍA GENÉTICA es una parte de la biotecnología que se basa en la manipulación de genes para obtener esas sustancias específicas aprovechables por el hombre: se trata de aislar el gen que produce la sustancia, e introducirlo en otro ser vivo que sea más sencillo -y barato- de manipular; lo que se consigue es modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por el hombre, alterando su material genético. Célula hospedadora: la célula hospedadora suele ser una célula bacteriana por su sencillez y rapidez de multiplicación. Se introduce en el ADN de esta célula un vector (secuencia de ADN que interesa reproducir) para que se sintetice esta secuencia utilizando la maquinaria de la célula hospedadora. Donación: es el procedimiento básico por el cual un organismo (donante), dona DNA en procesos de ADN recombinante. El procedimiento básico consiste en extraer DNA del organismo donante, cortarlo en fragmentos que contengan uno o más genes, e insertar cada uno de estos fragmentos en una molécula que se replique de forma autónoma, por ejemplo un plasmado bacteriano. Vector de donación: pequeña molécula circular de DNA que funcionan a modo de vehículo de estos pequeños fragmentos de DNA. b) Mencione cuatro aplicaciones practicas de la ingeniería genética y ponga un ejemplo de cada una de ellas (1 punto) Solución.
Producción de fármacos, por ejemplo la insulina humana, que se obtiene de cultivos de bacterias que contienen el correspondiente gen. Las sustancias obtenidas a partir de genes humanos son perfectamente compatibles y no provocan alergias. Terapia génica, es aquel tratamiento de una enfermedad que se basa en la introducción de genes en el organismo. Para la introducción de genes en el organismo receptor se emplean vectores y también plasmados. Ya se han realizado tratamiento a algunos enfermos con inmunodeficiencias congénitas y se plantea como forma de atacar en el futuro numerosas enfermedades con base genética y hereditaria.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
Diagnostico clínico, como cada vez se conoce mejor la relación entre genética y muchas enfermedades, la identificación de los genes responsables permite realizar un diagnostico precoz, esencial en muchos casos para evitar o paliar la enfermedad. Se han localizado genes de la fibrosis quística, de la distrofia muscular, de la enfermedad de Alzeimer.
Aplicaciones en agricultura, con la obtención de organismos transgénicos. Así, se han conseguido plantas que contienen genes de gran resistencia a plagas, herbicidas y sequía. Por ejemplo, en el tomate transgénico se ha retirado el gen responsable del reblandecimiento por maduración, con lo que este proceso se retrasa, permite más largos almacenamientos y evita la acción de hongos y bacterias.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
OPCIÓN B 1.
El sistema de membranas celulares consta de la membrana plasmática y del sistema de endomenbranas, poseyendo ambos una estructura similar. a) Cite los componentes de la unidad de membrana y explique a que se debe la denominación de “mosaico fluido” según el modelo de membrana de Singer y Nicholson (1 punto). Solución. • En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente. En la actualidad el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del mosaico fluido, que presenta las siguientes características: • • •
Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cementante y las proteínas embebidas en ella, interaccionando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente. Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico. Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución fundamentalmente de los glúcidos, que sólo se encuentran en la cara externa.
b) Cite dos funciones de la membrana (0,5 puntos) Solución. Las funciones de la membrana podrían resumirse en: Transporte El intercambio de materia entre el interior de la célula y su ambiente externo. Reconocimiento y comunicación Gracias a moléculas situadas en la parte externa de la membrana, que actúan como receptoras de sustancias.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
c)
Defina glicocalix (0,5 puntos).
Solución. Los glúcidos se sitúan en la superficie externa de las células eucariotas por lo que contribuyen a la asimetría de la membrana. Estos glúcidos son oligosacáridos unidos a los lípidos (glucolípidos), o a las proteínas (glucoproteinas). Esta cubierta de glúcidos representan el carne de identidad de las células, constituyen la cubierta celular o glucocálix, a la que se atribuyen funciones fundamentales: o o o o o
Protege la superficie de las células de posibles lesiones. Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, como, por ejemplo, las sanguíneas. Presenta propiedades inmunitarias, por ejemplo los glúcidos del glucocálix de los glóbulos rojos representan los antígenos propios de los grupos sanguíneos del sistema sanguineo ABO. Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular representando la zona de identificación de las células, particularmente importantes durante el desarrollo embrionario. En los procesos de adhesión entre óvulo y espermatozoide.
2.
Defina los siguientes términos: a) Organismos fotoautótrofos o fotosintéticos (0,5 puntos) Solución. Son organismos capaces de construir su estructura a partir de los materiales inorgánicos y de producir moléculas orgánicas complejas a partir de la energía procedente de la luz. b) Organismos quimioautótrofos o quimiosintéticos (0,5 puntos) Solución. Son organismos que toman la energía de reacciones químicas de oxidación de moléculas inorgánicas. c) Organismos aeróbicos o aerobios (0,5 puntos) Solución. Son organismos que en sus reacciones metabólicas utilizan el oxigeno molecular como ultimo aceptor de electrones. La oxidación de la molecula se puede considerar completa. d) Organismos anaeróbicos o anaerobios (0,5 puntos) Solución. Son organismos que en sus reacciones metabólicas utilizan otras moléculas aceptaras. La oxidación es parcial o incompleta. 3.
realice un esquema y enumere las características principales de: a) Citocinesis en una célula animal (1 punto) Solución. En células animales se forma un surco en la membrana plasmática, cubierto interiormente por haces de filamentos contráctiles de actina y miosina, que estrecha el ecuador de la célula. Esta estrangulación o surco de segmentación, comprime el haz de microtúbulos del huso, hasta convertirlos en un eje denso que se rompe al escindirse la célula en dos células hijas. b) Citocinesis en una célula vegetal (1 punto) Solución. En las células vegetales se insinúa un surco en la pasada placa ecuatorial, y a su altura se van situando vesículas del aparato de Golgi. Estas vesículas, que contienen el material de las paredes celulares, acaban fusionándose entre si y con el surco de la membrana plasmática para formar un tabique incompleto denominado fragmoplasto, que esta formado por dos membranas plasmáticas y dos capas de celulosa, separadas por una lamina de pectina central que las une. La presencia de poros perforados en su superficie permite la existencia de puentes citoplasmáticos o `plasmodesmos, que aseguran la comunicación entre las dos células hijas.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
4.
En relación con la replicación: a) Indique la finalidad del proceso de replicación y en qué período del ciclo celular tiene lugar este proceso (0,5 puntos). Solución. El proceso de replicación tiene como finalidad la formación de una copia del ADN para que, después de que ha tenido lugar la división celular, cada célula hija tenga la misma información genética. b) Indique dos diferencias en replicación de procariotas y ecariotas (0,5 puntos) Solución. Procariotas: hay 1 lugar de origen de replicación que se muestra en la horquilla de replicación (replication fork) y que señala el avance de la copia. La horquilla (fork) indica que se está haciendo la separación y la replicación a la vez. El avance es bidireccional, lo que acorta el tiempo. En el sitio en que empieza la replicación se organizan las proteínas en un complejo llamado primosoma. La replicación del ADN en procariotas sucede a una velocidad de 500 nucleótidos por segundo.
En las células eucariotas el proceso es esencialmente el mismo pero el ADN es mucho más grande y linear. Hay varios orígenes de replicación y es bidireccional. El avance es más lento que en procariotas ya que hay más proteínas asociadas al ADN que hay que soltar. La replicación del ADN, que ocurre una sola vez en cada generación celular necesita de muchos "ladrillos", enzimas y una gran cantidad de energía en forma de ATP (recuerde que luego de la fase S del ciclo celular, las células pasan a una fase G a fin de, entre otras cosas, recuperar energía para la siguiente fase de la división celular). La replicación del ADN en el ser humano se realiza a una velocidad de 50 nucleótidos por segundo. Los nucleótidos tienen que ser armados y estar disponibles en el núcleo conjuntamente con la energía para unirlos.
c)
Explique es un cebador y por qué es necesaria su presencia en el proceso de replicación (0,5 puntos)
Solución. El cebador es un oligonucleótido que pertenece a un fragmento de la doble cadena molde. Sirve para indicar el lugar por el que las polimerasas deben iniciar la síntesis de ADN.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
d) Suponga que tomando como molde la cadena retardada de una molécula de ADN se han sintetizado dos fragmentos de Okazaki. Indique el nombre y función de dos enzimas implicadas en la unión de dichos fragmentos 80,5 puntos). Solución. En la unión de dichos fragmentos a la cadena en crecimiento esta implicada la ADN-ligasa, que actúa creando enlaces fosfodiester en los puntos de unión. 5.
Entre los procesos con que cuenta el sistema inmune para la defensa del organismo, se encuentra la inmunidad celular. a) defina inmunidad celular y cite sus diferencias con respecto a la inmunidad humoral (0,75 puntos). Solución. Inmunidad celular: Se define como la respuesta de tipo celular (por ejemplo los linfocitos) que tiene el organismo. En la inmunidad humoral, son moléculas solubles las responsables de la respuesta inmune (por ejemplo anticuerpos e inmunoglobulinas). b) Cite la célula responsable de la inmunidad celular y sus dos tipos principales 80,5 puntos). Solución. La principal célula responsable de la inmunidad son los linfocitos, que son de dos tipos. Los linfocitos T, que se originan en el timo, participa en la inmunidad mediada por células. Actúan atacando a las células infectadas e impiden la propagación de la infección. Los otros tipos son los linfocitos B que se forman en la medula ósea y cuya misión es producir anticuerpos. c)
Cite la función de los TH (cooperadores), de los TC (citotóxicos) y de los TS (supresores) (0,75 puntos)
Solución. Los linfocitos Th colaboradores, reconocen las cadenas péptidicas de las proteínas capturadas por los macrófagos o por otras células que fagocitan antígüenos que estas exponen en la superficie de sus membranas. Activan también a los macrófagos de la sangre que aumentan su poder fagocítico. Los linfocitos t citolíticos reconocen y atacan directamente péptidos víricos presentes en las células infectadas a las que lisan. Los linfocitos T supresores, se encargan de atenuar o detener la respuesta inmunitaria de las células colaboradoras cuando el patógeno ha sido destruido.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
