BIOLOGÍA SEPTIEMBRE 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 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. TIEMPO: 1 hora y 30 minutos.

OPCIÓN A 1.

Respecto a los lisosomas: a) Explique su estructura, composición y función (1 punto). Solución. Estructura: estos orgánulos son vesículas con una única membrana, como los sáculos de los dictiosomas, de cuyos bordes se originan por estrangulación. Su diámetro esta comprendido entre 0,3 y 1,5 µy su numero varia según la función de la célula. En los macrófagos, cuya función principal es llevar a cabo una actividad defensiva de la célula mediante procesos de fagocitosis, son muy abundantes. Función: Actúan en la digestión intracelular de macromoléculas, labor que realizan debido su alto contenido en enzimas hidrolasas ácidas, sintetizadas en el Retículo Endoplasmático Rugoso, de los que se han aislado mas de 60 tipos distintos. Estos enzimas digestivos degradan todas las moléculas y estructuras de la célula de no haber sido encapsuladas previamente por el Aparato de Golgi. Composición: Se componen de enzimas digestivas.

b) Defina lisosoma primario y lisosoma secundario (0,5 puntos). Solución. Lisosoma primario: Son los que no han intervenido aun en el proceso digestivo Pueden verter su contenido fuera de la célula o fusionarse con otras vesículas portadoras de materiales exógenos o endógenos, y convertirse en lisosomas secundarios. Lisosoma secundario: Son vesículas en las que se realiza la digestión intracelular. Son de dos tipos, según el material sobre el que actúan: Heterolisosomas o autolisosomas. c) Explique el significado y función de fagolisosoma (0,5 puntos) Solución. Fagolisosoma: Son el resultado de la fusión de un fagosoma y un lisosoma. El fagosoma contiene el sustrato sobre el cual se va a producir la digestión. Realizan la digestión celular al liberar nutrientes al citoplasma a partir de sustancias exógenos. También tienen una función de defensa destruyendo bacterias y virus mediante la acción de las enzimas digestivas. 2.

En el metabolismo de los seres vivos: a) Indique qué es coenzima y qué papel desempeña (1 punto) Solución. Son cofactores de naturaleza orgánica que se unen a los enzimas mediante interacciones débiles. Actúan como transportadores transitorios de enzimas químicos, que ceden o reciben los diferentes sustratos. Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas funcionan como coenzimas; y realmente las deficiencias producidas por la falta de vitaminas responden más bien a que no se puede sintetizar un determinado enzima en el que la vitamina es la coenzima. b) Ponga un ejemplo de un coenzima oxidado e indique una ruta metabólica en la que actúe (0,5 puntos). Solución. Por ejemplo, el Acetil coenzima A es un coenzima que se oxida en la ruta metabólica de la glucogénesis de lípidos liberando electrones (poder reductor) a los transportadores de ellos (NADH, NADPH). c) Explique que ocurre con los coenzima reducidos en la cadena respiratoria (0,5 puntos). Solución. El Acetil CoA, resultado de la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos, se condensa con una molécula de 4 carbonos, el oxalacetato, para formar citrato. El oxalacetato se regenera en una secuencia cíclica de reacciones, denominada ciclo de Krebs. 3.

Con referencia a los procesos de división celular eucariótica: a) Establezca tres diferencias entre los acontecimientos que tienen lugar durante la profase mitótica y la profase I meiotica (1 punto). Solución. Profase Mitótica: -

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Al principio de la fase ya están duplicados los centríolos que constituyen el centrosoma. Los microtúbulos se organizan alrededor de cada centrosoma en todas las direcciones y se configuran los asteres. Los centrosomas se alejan progresivamente hacia lados opuestos del núcleo. Entre los dos asteres se organizan, a modo de jaula, una serie de fibras proteicas que constituyen el huso acromático, dentro del cual queda el núcleo. Hacia la mitad del proceso se visualiza perfectamente que cada cromosoma esta constituido por dos unidades longitudinales genéticamente idénticas, las cromátidas, resultado de la duplicación del ADN en la interfase. La célula tiene en ese momento 4n cromosomas.

Profase Meiótica: - Los cromosomas se acortan y engrosan. Los cromosomas homólogos se buscan y se alinean por pares, uniéndose íntimamente entre si por sus armazones proteicos en toda su longitud. Esta

unión a modo de cremallera se llama sinapsis, y es la que hará posible la recombinación. Esta estructura de unión de dos cromosomas sinápticos se llama bivalente. - Los cromosomas homólogos se separan unos de otros, casi en su totalidad, y sobre todo en el centrómero. Sin embargo, las cromátidas hermanas siguen unidas en el centrómero al inicio del proceso. Estas zonas de unión se llaman quiasmas. En estos puntos se ha producido la recombinación. - Al final de la profase I los cromosomas tienen un alto grado de condensación. Cada uno de los pares de cromátidas hermanas están unidos por el centrómero. Por su parte, los pares de cromosomas se separan, pero quedan unidos por los quiasmas que se forman entre cromátidas no hermanas (homologas). Al progresar la separación de las cromátidas homologas, los quiasmas se desplazan desde el centrómero hasta los extremos del bivalente. Al final quedan uno o dos puntos terminales de contacto. b) ¿Qué representa la meiosis en la reproducción y variabilidad de las especies (0,5 puntos). Solución. La meiosis es el mecanismo de división que reduce a la mitad la cantidad de material genético, y se realiza en las células germinales. Se inicia en una célula de 2n cromosomas, que, al finalizar, se habrá dado origen a cuatro células de n cromosomas: gametos o esporas. En los órganos reproductores masculinos las células resultantes de la meiosis son los espermatozoides, mientras que en los órganos femeninos, solo una de las cuatro células, el óvulo, será funcional. En la Profase I, cada cromosoma se aparea con su homólogo formando lo que se denomina una tétrada, es decir cuatro cromátidas y dos centrómeros. Este apareamiento es un rasgo exclusivo de la meiosis, y tiene una trascendencia fundamental, ya que las cromátidas no hermanas, es decir paterna y materna, pueden entrecruzarse (recombinación genética) y romperse en los puntos de fusión dando lugar a un intercambio y recombinación de segmentos cromatídicos y por lo tanto de los genes en ellos localizados. Es un método de variabilidad genética al formarse nuevas combinaciones de genes. c) Haga un esquema de un bivalente indicando sus componentes (0,5puntos).

Cromosoma 1

Cromátidas

Cromosoma 2

Centrómeros Cromátidas Zonas de sinapsis

4.

En relación con la información genética y sus alteraciones: a) Si un polipéptido tiene 450 aminoácidos, indique cuántos ribonucleótidos tendrá el fragmento del ARNm que codifica esos aminoácidos. Razone la respuesta (0,5 puntos). Solución. Como un aminoácido es codificado por 3 bases de nucleótidos, para codificar 450 aminoácidos se necesitan 1350 bases. El código genético es la relación de correspondencia entre los nucleótidos (bases) de un poli nucleótido y los aminoácidos. En un ácido nucleico existen cuatro nucleótidos distintos que se representan por sus bases. Las proteínas están formadas por 20 aminoácidos. Si fuera una base por aminoácido, solo se podrían cifrar 4. Con dos bases por aminoácido, el resultado seria 42=16; no es suficiente. Sin embargo, si tres bases codifican un aminoácido, las combinaciones posibles son 43=64; sobran tríos para los 20 aminoácidos. b) 5’GUU-UUC-GCA-UGG3’, son cuatro codones de una molécula de ARNm. Indique cuáles serán los anticodones de las moléculas de ARNt. ¿Qué significa que el código genético es degenerado? (0,5 puntos). Solución. Los anticodones en el ARNt son: 3’ CAA AAG CGU ACC 5’ Un aminoácido puede estar determinado por varios tripletes de codificación (ya que sobran tríos para los 20 aminoácidos), y por esta razón se dice que el código genético es degenerado. Así existen tripletes sinónimos que codifican el mismo aminoácido. El triplete de ARNm que codifica un aminoácido se llama codón. La secuencia de los anticodones del ARNt es la misma que la del codón del ARNm, pues es una zona en el centro del ARNt que no se aparea. c)

Suponga que en un fragmento de ADN que codifica un polipéptido se produce una mutación puntual que afecta a un par de bases. Debido a ello, cuando la célula sintetice de nuevo el polipéptido, a éste le podría haber ocurrido uno de los cuatro hechos siguientes: 1.- Que se codifique el mismo aminoácido que el sintetizado antes de la mutación. 2.- La sustitución de un aminoácido por otro distinto. 3.- Que el nuevo polipéptido sintetizado sea más corto 4.- Que el nuevo polipéptido sintetizado sea más largo. Solución. La sustitución de un aminoácido de otro distinto. Si la mutación hubiese afectado a una sola base el aminoácido que se codifique podría ser el mismo que antes de la mutación... 5.

En relación con los microorganismos y sus aplicaciones: a) ¿Que son los antibióticos? (0,5 puntos) Solución. Son sustancias antimicrobianas fabricadas y secretadas por microorganismos. Son metabolitos secundarios de bajo peso molecular, que inhiben el crecimiento de microorganismos en cantidades muy pequeñas. Son selectivamente tóxicos. Por ello se utilizan con fines profilácticos o terapéuticos. b) Indique dos grupos de microorganismos capaces de fabricar antibióticos (0,5 puntos). Solución. Los Mohos ( Penicillium) y las Eubacterias ( Bacillus subtilis). c)

Señale otras dos sustancias producidas por la industria farmacéutica, obtenida mediante procesos biotecnológicos y su utilidad médica (1 punto). Solución. Otras dos sustancias producidas por la industria farmacéutica son la insulina, que es una proteína que permite que las células asimilen los glúcidos que circulan por la sangre tras ingerir los alimentos. Se utiliza en la terapia de la diabetes. También se obtienen vacunas (como la de la hepatitis B, sarampión y rabia). Estas dos sustancias se obtienen a partir de la información incorporada a las células bacterianas por técnicas de ingeniería genética. Para ello se les introducen plasmados recombinantes que portan el gen que codifica el producto a sintetizar.

OPCIÓN B 1.

Respecto al ATP: a) Indique el grupo de moléculas al que pertenece y cuál es un papel metabólico (0,5 puntos) Solución.

El ATP es una molécula que pertenece al grupo de los nucleótidos (ácidos nucleicos) no nucleicos que ayudan en la tarea de conservar la vida. El ATP está formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos, contiene enlaces de alta energía entre los grupos fosfato; al romperse dichos enlaces se libera la energía almacenada. La hidrólisis de una molécula de ATP libera 7,3 Kcal. /mol.

b) Explique las posibles formas de síntesis de ATP (1 punto) Solución. Según la hipótesis quimiosmótica sostenida por el investigador P. Mitchell, que es la que goza de mayor prestigio, y puede además explicar la síntesis de ATP tanto en la mitocondria como en el cloroplasto. La energía liberada por el transporte de electrones se utiliza para bombear protones desde la matriz al espacio intermembrana (en mitocondrias); o desde el estroma al interior del tilacoide (en cloroplastos). El bombeo de protones se realiza a través de transportadores localizados en complejos enzimáticos existentes en la membrana (de las crestas mitocondriales o membrana tilacoidal, según el caso). De esta manera se genera un gradiente electroquímico de protones que ejerce lo que se conoce como fuerza protón motriz, ya que cuando los protones atraviesan de nuevo la membrana interna (mitacondrial o tilacoidal) a favor del gradiente, lo hacen a través del sistema ATP-sintetasa, que se encuentra en dichas membranas, donde la energía protón motriz se transforma en energía de enlace en moléculas de ATP.

c) Indique dos rutas metabólicas donde se obtenga ATP (0,5 puntos). Solución. Mediante la ruta de degradación de la Glucosa (Glucólisis) se obtiene del balance global 2 moléculas de ATP. Con la fermentación láctica y alcohólica se obtiene también dos moléculas de ATP. 2.

En los procesos de fermentación: a) Indique un tipo de fermentación, señalando la molécula inicial, el producto final y un microorganismo capaz de realizar dicho proceso (1 punto) Solución. Mediante las fermentaciones lácticas algunas bacterias convierten el piruvato en ácido láctico. La molécula inicial es la glucosa, que sufre un conjunto de oxidaciones que liberan energía en forma de ATP y produce dos moléculas de piruvato. El piruvato, con la acción de la lactatodeshidrogenadsa se convierte en ácido láctico. El género de bacterias Lactobacillus se encarga de esta fermentación. b) Explique por qué en la fermentación se obtiene un menor rendimiento energético que en la respiración (0,5 puntos) Solución. En la fermentación la oxidación de las moléculas no es completa, pues el producto final es un ácido o un alcohol, ambas son aun moléculas orgánicas; mientras que en la respiración el producto final es CO2 y agua, dos moléculas inorgánicas, dándose en la respiración un proceso de oxidación total que desprende más energía que la oxidación parcial que opera en las fermentaciones. c)

Explique qué ocurre en la fermentación con el coenzima NADH obtenido en la glucólisis (0,5 puntos) Solución. En la fermentación se recupera NAD+ por la reducción catalizada por la lactodeshidrogenasa. Es decir NADH se oxida, cediendo un protón al ácido pirúvico (que se reduce) para convertirse este en ácido láctico (en la fermentación láctica).

3.

Con referencia al ciclo celular de una célula eucariótica: a) Dibuje un cromosoma metacéntrico y otro acrocéntrico, cada uno de ellos en metafase y anafase mitóticas indicando en cada caso sus diversas partes o componentes (1 punto). Solución.

Cromosoma metacéntrico

Forma anafásica Forma metafásica

Cromosoma acrocéntrico

Forma anafásica

Forma metafásica

b) Indique cuales son las diferencias más notables entre el significado biológico de la mitosis y de la meiosis (1 punto). Solución. Mitosis: No existe apareamiento entre los cromosomas ni intercambio genético entre los pares homólogos. En cada ciclo se forman dos células hijas con la misma composición genética. Es el mecanismo de división de las células somáticas, se utiliza para crecer y desarrollarse a partir del cigoto.

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Es el proceso por el cual los organismos eucariotas unicelulares se reproducen (reproducción asexual). Meiosis:

- Se produce el apareamiento entre cromosomas que conduce al intercambio genético entre homólogos, aumentando así la variabilidad genética entre organismos y especies. - En cada ciclo se forman cuatro células hijas, los gametos (haploide n), que al unirse en la reproducción sexual dará lugar a organismos diploides (permitiéndose la conservación, generación tras generación, del numero cromosómico de cada especie). Este proceso solo ocurre en células 4.

Referente a replicación, expresión y mutación. a) Explique como se mantiene y se transmite la información genética en los seres vivos. Describa brevemente cada uno de los procesos implicados (1 punto) Solución. La conservación de la información genética requiere una molécula estable, el ADN, y, mecanismos que eviten la alteración. Para mantener la información genética, la molécula de ADN tiene capacidad de reproducirse. La replicación es la formación de una copia idéntica de ADN para que, después de que ha tenido lugar la división celular, cada célula hija tenga la misma información genética. La transmisión se lleva a cabo durante el proceso de reproducción; en este caso, la transmisión se produce entre un ser vivo y sus descendientes y constituye lo que se ha dado en llamar herencia biológica. El crecimiento de un ser pluricelular también supone transmisión de información genética: por medio de mitosis se reparte el ADN, que previamente se ha replicado, de tal forma que cada célula del organismo cuenta con una copia idéntica del DNA. b) Si durante la replicación del ADN se inserta un nucleótido incorrecto en la cadena de nueva síntesis indique el nombre de la enzima encargada de subsanar este error y explique como lo haría (0,5 puntos). Solución. La enzima que se encarga de subsanar los errores de la replicación es la DNA-polimerasa. Esta corrección es posible por la actividad exonucleasas 3’-5’ de estos enzimas, que eliminan los nucleótidos mal colocados- La polimerasa I también presenta actividad nucleasa 5’-3’, lo que permite la corrección de otros tipos de errores y la eliminación de ARN cebador. c)

Indique en que dirección son sintetizadas siempre las nuevas cadenas de ADN y cite cómo se denomina a la hebra de ADN que se transcribe en ARNm (0,5 puntos) Solución. Las ADN polimerasa sintetizan la nueva cadena solo en sentido 5’-3’. La hebra de ADN que se transcribe en ARN es la hebra codificadora (molde o patrón).

5.

Con referencia al sistema inmunológico: a) Defina el concepto de interferón e indique brevemente como lleva a cabo su acción (1 punto). Solución. Se conoce con este nombre a una sustancia química liberada por las células atacadas por un virus, y que tiene la propiedad de proteger a otras células sanas de nuevas infecciones víricas, debido a que los interferones estimulan en las células no infectadas la producción de proteínas que inhiben la replicación de diferentes tipos de virus.

b) Diga que es la hipersensibilidad (0,5 puntos). Solución. Bajo ciertas condiciones, los antígenos, al penetrar en un organismo pueden desencadenar reacciones anormales, diciéndose entonces que el individuo presenta una sensibilidad exagerada frente a dichos antígenos. A este tipo de reacciones se les denomina también alergias. Los alergenos son antígenos ambientales habitualmente inocuos para la mayoría de las personas. c) Defina el concepto de antígeno (0,5 puntos). Solución. Los antígenos son toda molécula que genera una respuesta en el sistema inmune, también da nombre a las moléculas que reaccionan con los anticuerpos y con los linfocitos T. Cada anfígeno esta definido por su anticuerpo. Los antígenos y anticuerpos actúan por complementariedad espacial, unidos por enlaces débiles.