BIOLOGIA 2º
BACHILLERATO
IES DIONISIO AGUADO
Calle de Italia, 14
28943 Fuenlabrada
Madrid
Contenidos Biología 2ºBACH
UNIDAD 1. LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA EXPERIMENTAL
- Tipos de conocimientos.
- Descripción del método científico.
- Historia del estudio de los seres vivos.
- Bases del conocimiento basado en el racionalismo.
- Necesidad de experimentación para comprobar las hipótesis
planteadas.
- Importancia de los avances tecnológicos en los cambios del
planteamiento de la biología.
- Descripción de experimentos históricos en biología.
- Diversos enfoques de la evolución.
UNIDAD 2. LA VIDA. LA CÉLULA COMO UNIDAD VITAL
- Características definitorias de los seres vivos.
- La célula como unidad estructural y funcional de los seres vivos.
Teoría celular.
- Composición química de los seres vivos: biomoléculas y
bioelementos.
- Niveles de organización en la célula, células procariotas y eucariotas.
- Comparación entre células animales y vegetales.
- Niveles de complejidad en la organización de los seres vivos, de los
organismos acelulares a los organismos unicelulares y pluricelulares.
- Diferentes métodos de estudio de la célula y sus componentes:
microscopía, técnicas de tinción y fraccionamiento celular.
- Introducción a las técnicas de cultivo celular, difracción de rayos X y
autorradiografía.
- La evolución celular. Origen de las células eucariotas y sus
orgánulos. Simbiogénesis.
UNIDAD 3. BIOELEMENTOS. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
- Bioelementos. Generalidades. Clasificación de los bioelementos.
- Biomoléculas. Concepto y clasificación.
- Biomoléculas inorgánicas.
- El agua. Estructura química.
- Propiedades y funciones.
- Sales minerales. Funciones de las sales minerales.
UNIDAD 4. GLÚCIDOS
- Características generales y clasificación de los glúcidos.
- Monosacáridos. Propiedades de los monosacáridos.
Estereoisomería.
- Clasificación de los monosacáridos.
- Estructura de los monosacáridos en disolución.
- Enlace O-glucosídico.
- Disacáridos. Propiedades de los disacáridos.
- Nomenclatura. Disacáridos más importantes.
- Polisacáridos. Propiedades de los polisacáridos.
- Clasificación de los polisacáridos: homopolisacáridos y
heteropolisacáridos.
- Métodos de identificación de glúcidos.
UNIDAD 5. LÍPIDOS
- Características generales y clasificación de los lípidos.
- Lípidos saponificables. Los ácidos grasos. Clasificación de los lípidos
saponificables.
- Lípidos insaponificables. Terpenos.
- Esteroides. Prostaglandinas.
- Métodos de identificación de lípidos.
UNIDAD 6. PROTEÍNAS
- Características generales de las proteínas.
- Los aminoácidos. Propiedades de los aminoácidos. Clasificación de
los aminoácidos.
- El enlace peptídico.
- Estructura de las proteínas: primaria, secundaria, terciaria y
cuaternaria.
- Propiedades de las proteínas.
- Solubilidad, alteraciones de la estructura espacial y especificidad.
- Funciones biológicas y clasificación de las proteínas. Holoproteínas.
Heteroproteínas.
- Métodos de identificación de las proteínas.
UNIDAD 7. ÁCIDOS NUCLEICOS
- Importancia de los ácidos nucleicos.
- Nucleótidos. Estructura química. Importancia de los nucleótidos.
- El enlace nucleotídico.
- Ácidos nucleicos. Ácido desoxirribonucleico (ADN). Ácido
ribonucleico (ARN).
UNIDAD 8. ESTADO FÍSICO DE LAS BIOMOLÉCULAS
- Estado sólido.
- Estado líquido.
- Disoluciones verdaderas. Disoluciones coloidales.
- Estado gaseoso.
UNIDAD 9. TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA.
LA MEMBRANA CELULAR
- Técnicas de microscopía electrónica.
- Técnicas de inmunofluorescencia para microscopía óptica y
electrónica.
- La membrana plasmática: una estructura común a todas las células.
- Análisis de los componentes de la membrana.
- Modelos de estructura de la membrana. Estudio del grado de fluidez
de las membranas en función de sus componentes.
- La membrana plasmática como barrera semipermeable para el
intercambio con el medio externo: permeabilidad selectiva y sistemas
de transporte a través de las membranas.
- Tipos de diferenciaciones de la membrana en función de su
localización: microvellosidades, estereocilios, invaginaciones, uniones
intercelulares.
UNIDAD 10. LA CÉLULA EUCARIOTA:
ESTRUCTURAS Y ORGÁNULOS NO MEMBRANOSOS
- Estructura, composición y funciones de la pared celular vegetal y el
glicocálix de las células animales.
- Componentes citoesqueléticos comunes a las células eucariotas:
sistemas microtubulares, microfilamentos de actina y filamentos
intermedios, composición y f-nciones celulares.
- Los ribosomas.
- Tipos de inclusiones de reserva, pigmentos e inclusiones cristalinas
en distintas células eucariotas animales o vegetales.
UNIDAD 11. LA CÉLULA EUCARIOTA: ORGÁNULOS MEMBRANOSOS
- Tipos de orgánulos membranosos.
- Tipos y funciones del retículo endoplasmático.
- El complejo de Golgi y su relación con el transporte y la secreción.
- Relación de los lisosomas con la digestión celular.
- Orgánulos membranosos con elevado contenido hídrico: vacuolas
vegetal y contráctil.
- Relación entre estructura y función en los orgánulos membranosos
implicados en el metabolismo energético (mitocondrias, cloroplastos
y peroxisomas).
UNIDAD 12. LA CÉLULA EUCARIOTA: EL NÚCLEO CELULAR
- Número, forma, disposición y tamaño del núcleo en las células
eucariotas.
- Características estructurales y composición del núcleo interfásico.
- Organización y tipos de cromatina en el núcleo interfásico.
- Estructura y empaquetamiento de los cromosomas en el núcleo
durante la mitosis.
UNIDAD 13. LA CÉLULA PROCARIOTA
- Caracterización de la célula procariota: morfología y formas de
agrupación.
- Composición, estructura y función de la pared celular en las
bacterias. Bacterias con pared de tipo grampositivo y de tipo
gramnegativo.
- Elementos externos a la pared: cápsulas y capas mucosas.
- Citoplasma y nucleoide en la célula procariota.
- Apéndices externos implicados o no en la movilidad: flagelos,
fimbrias y pelos.
UNIDAD 14. FUNCIONES DE NUTRICIÓN Y RELACIÓN
- Relación entre los procesos de endocitosis y los procesos de
digestión y tránsito intracelular.
- Secreción y excreción de productos celulares por procesos de
exocitosis.
- Componentes de la comunicación celular: moléculas de señalización
y receptores celulares.
- Movimiento de las células o partículas intracelulares en respuesta a
distintos tipos de estímulos.
UNIDAD 15. DIVISIÓN CELULAR
- Etapas del ciclo celular: interfase y división.
- Reparto de la información genética en el núcleo durante la división
celular: la mitosis.
- Fases de la mitosis: papel del citoesqueleto y comportamiento de
los cromosomas.
- La citocinesis en células animales y vegetales.
- División meiótica, desarrollo de las distintas fases y su relación con el
intercambio de genes en organismos eucariotas.
- Importancia de la meiosis en relación con los fenómenos sexuales y
el ciclo biológico del organismo.
UNIDAD 16. METABOLISMO Y ENZIMAS
- Características de las reacciones metabólicas.
- Los catalizadores biológicos. Composición química y propiedades de
las enzimas.
- Mecanismos de las reacciones enzimáticas.
- Cinética enzimática.
- Factores que influyen en la velocidad de las reacciones enzimáticas.
- Mecanismos para aumentar la eficacia enzimática.
- Regulación de la actividad enzimática. Activación enzimática.
Inhibición enzimática. Alosterismo.
- Nomenclatura y clasificación de las enzimas.
UNIDAD 17. CATABOLISMO
- Finalidad del catabolismo.
- Necesidad celular de tomar materia y energía del entorno.
- Oxidación de compuestos biológicos y síntesis de ATP.
- Catabolismo de los glúcidos.
- Glucólisis.
- Respiración aerobia: ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa
- Otros tipos de respiración.
- La fermentación (láctica, alcohólica, etcétera).
- Catabolismo de lípidos.
- Catabolismo de proteínas.
- Catabolismo de ácidos nucleicos.
UNIDAD 18. ANABOLISMO
- Nutrición.
- Anabolismo. Requerimientos energéticos de los procesos
anabólicos.
- Fotosíntesis.
- La fase lumínica de la fotosíntesis: captación de energía luminosa,
transporte electrónico y fotofosforilación.
- Fotosíntesis bacteriana.
- La fase oscura de la fotosíntesis: una ruta biosintética (el ciclo de
Calvin o ciclo reductor de las pentosas).
- Fotorrespiración y plantas C4.
- Quimiosíntesis.
- Biosíntesis de polisacáridos.
- Gluconeogénesis.
- Biosíntesis de lípidos: de ácidos grasos y de triglicéridos.
- Biosíntesis de aminoácidos y bases nitrogenadas.
UNIDAD 19. FUNDAMENTOS DE GENÉTICA
- Los experimentos de Mendel.
- Resultados de los experimentos.
- Formulación actual de las leyes de Mendel.
- Mendelismo complejo.
- Teoría cromosómica de la herencia.
- Ligamiento y recombinación.
- Determinación genética del sexo.
- Transmisión del sexo en animales.
- Transmisión del sexo en vegetales.
- Herencia ligada al sexo.
- Herencia influida por el sexo.
UNIDAD 20. LA BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA
- El ADN como molécula portadora de la información genética.
- El material genético en procariotas y eucariotas.
- Diferencias en el proceso replicativo entre procariotas y eucariotas.
- Corrección de errores.
UNIDAD 21. LA EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO
- El ADN como molécula portadora de la información genética.
- El dogma central de la biología molecular.
- Transcripción. Desarrollo del proceso.
- Diferencias entre células procariotas y eucariotas.
- El código genético.
- Traducción. Desarrollo del proceso.
- Diferencias entre células procariotas y eucariotas.
- Regulación de la expresión génica. Regulación en procariotas.
Regulación en eucariotas.
UNIDAD 22. ALTERACIONES DEL MATERIAL GENÉTICO
- Las mutaciones. Concepto y clasificación.
- Mutaciones génicas.
- Mutaciones cromosómicas.
- Mutaciones genómicas o numéricas.
- Agentes mutagénicos.
- Mutaciones y evolución.
- Mutaciones y cáncer.
UNIDAD 23. INGENIERÍA GENÉTICA
- Técnicas de manipulación del ADN.
- Clonación de genes.
- Ingeniería genética.
- Aplicaciones biosanitarias: vacunas, terapia génica, diagnóstico,
transgénicos, etcétera.
- Aplicaciones agrícolas y ganaderas: animales y plantas transgénicos,
organismos clónicos.
- Proyecto Genoma Humano.
- Impacto de la tecnología del ADN.
UNIDAD 24. MICROORGANISMOS: CONCEPTO Y DIVERSIDAD
- La historia de la microbiología: descubrimiento y desarrollo histórico
del estudio de los microorganismos.
- Los microorganismos como grupo biológicamente diverso y su
relación con otros seres vivos.
- Métodos de estudio de microorganismos: técnicas de esterilización,
métodos de aislamiento, tinción y observación de microorganismos.
- Crecimiento de las poblaciones microbianas.
- Características generales de las bacterias; bacterias grampositivas,
gramnegativas, micoplasmas y arqueas.
- Grupos de protistas: protozoos, algas y hongos mucosos.
- Caracterización estructural, reproducción y principales grupos de
hongos.
UNIDAD 25. LOS VIRUS
- Características generales de los virus.
- Organización y composición de la partícula vírica: virus helicoidales,
icosaédricos y complejos.
- Ciclo lítico de multiplicación viral: entrada, síntesis de los
componentes virales y liberación de la progenie.
- Ciclo lisogénico de multiplicación en virus bacterianos.
- Tipos de infecciones víricas en animales y plantas.
- Partículas subvirales: viroides y priones.
- Hipótesis sobre la procedencia de los virus.
- Técnicas de cultivo y recuento de los virus.
UNIDAD 26. MICROORGANISMOS: IMPORTANCIA SANITARIA Y
ECOLÓGICA
- Importancia y función de los microorganismos en los ciclos
biogeoquímicos.
- Principales grupos de microorganismos implicados en los ciclos de
los elementos.
- Contaminantes y sus efectos sobre el ecosistema.
- La microbiota normal: efectos beneficiosos de los microorganismos.
- Mecanismos de patogeneidad. Evasión de las defensas del
hospedador y producción de enfermedades.
- Enfermedades producidas por microorganismos patógenos.
- Naturaleza y modo de acción de los principales agentes
quimioterapéuticos: sulfamidas, antibióticos, antivíricos,
antifúngicos, etcétera.
UNIDAD 27. MICROORGANISMOS Y BIOTECNOLOGÍA
- Industrias alimentarias: pan, vino, cerveza, queso y leches
fermentadas.
- Industrias químicas: compuestos orgánicos y enzimas.
- Industrias farmacéuticas: vacunas, antibióticos, nuevos fármacos.
- Producción microbiana de enzimas.
- Biotecnología aplicada a la agricultura: biofertilizantes, insecticidas
biológicos, proteína unicelular.
- Biotecnología ambiental.
- Biotecnología y minería.
UNIDAD 28. EL SISTEMA INMUNITARIO
- Sistema inmunitario.
- Antígenos.
- Defensas del organismo. Barreras externas y defensas internas.
- Defensas inespecíficas. Inflamación, fagocitos, complemento e
interferón.
- Defensas específicas. Linfocitos y órganos linfoides. Mecanismo
general de acción.
- Inmunidad humoral. Linfocitos B. Anticuerpos. Memoria
inmunológica.
- Inmunidad celular. Linfocitos T. Linfocitos no-B no-T.
- Tolerancia inmune.
UNIDAD 29. PROCESOS INMUNITARIOS NORMALES Y ALTERADOS
- Tipos de inmunidad.
- Inmunización pasiva y activa. Tipos de vacunas.
- Alteraciones del sistema inmunitario.
- Deficiencias inmunitarias congénitas y adquiridas.
- Sida.
- Hipersensibilidad.
- Enfermedades autoinmunitarias.
- Importancia del sistema inmunitario en los trasplantes de órganos.
- Papel de los fenómenos inmunitarios en el cáncer.
Para aprobar. Contenidos mínimos de
2º de Bachillerato Biología
1. La base molecular y fisicoquímica de la vida
De la Biología descriptiva a la moderna Biología molecular
experimental.
La importancia de las teorías y modelos como marco de referencia de
la investigación.
Los componentes químicos de la célula.
Bioelementos y biomoléculas.
Bioelementos o elementos biogénicos: Concepto.
Clasificación.
Propiedades del Carbono que le hacen idóneo para constituir los
seres vivos.
Biomoléculas o principios inmediatos: Concepto.
Tipos: biomoléculas inorgánicas y orgánicas.
Biomoléculas inorgánicas: el agua y las sales minerales.
El agua: Estructura molecular.
Propiedades físico-químicas del agua derivadas de su estructura.
Funciones biológicas en relación con sus propiedades.
Sales minerales: Estado físico de las sales minerales en los seres vivos.
Estado sólido y en disolución.
Función de las sales en estado sólido y ejemplos.
Funciones de las sales en disolución y ejemplos: Concepto y
regulación del pH.
Sistemas amortiguadores o tampones, ejemplos.
Osmosis: Conceptos de ósmosis, medios hipotónico, hipertónico e
isotónico.
Biomoléculas orgánicas: Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos El alumno deberá conocer las unidades o monómeros que
forman las macromoléculas biológicas y los enlaces de estos
componentes, reconocer en ejemplos las clases de biomoléculas y los
enlaces que contienen.
Función, localización y ejemplos.
Glúcidos: Características generales.
Clasificación por el tipo de grupo funcional (aldosas y cetosas) y por
su complejidad (monosacáridos, disacáridos y polisacáridos).
Enlace O-glucosídico: Características.
Reconocimiento de este enlace en ejemplos.
Monosacáridos: Concepto.
Características físicas y químicas, entre ellas la estereoisomería:
Formas D y L.
Actividad óptica de los estereoisómeros: formas dextrógiras (+) y
formas levógiras(-), formas cíclicas: formas piranósicas y furanósicas,
anómeros a y R.
Ejemplos y funciones de monosacáridos de interés biológico:
gliceraldehído, ribulosa, desoxirribosa, glucosa, fructosa, galactosa,
etc.
Reconocer la fórmula lineal y la cíclica de la glucosa.
Oligosacáridos: Concepto.
Los disacáridos como ejemplo: Concepto, propiedades.
Función y localización de : maltosa, lactosa, sacarosa, celobiosa, etc.
Polisacáridos: Concepto, propiedades.
Clasificación: homopolisacáridos y heteropolisacáridos.
Función y localización de: almidón, glucógeno, celulosa y quitina.
Heteropolisacáridos.
Función y localización de mucopolisacáridos, agar-agar y
hemicelulosa.
Glúcidos con parte no glucídica: Concepto y ejemplos: glucolípidos,
glucoproteínas.
Lípídos: Características generales.
Clasificación de los lípidos: lípidos saponificables (tipos y ejemplos) e
insaponificables (tipos y ejemplos).
Funciones de los lípidos (energética, componentes de membranas,
etc.).
Ácidos grasos.
Acil-glicéridos.
Céridos.
Fosfoglicéridos Esfingolípidos (esfingofosfolípidos y
esfingoglucolípidos).
Terpenos, Esteroides.
rostaglandinas, etc.
Proteínas: Aminoácidos: Concepto y estructura general.
Características.
Concepto de aminoácido esencial.
Enlace peptídico: Características.
El alumno deberá saber identificar el enlace peptídico en una
secuencia peptídica.
Estructura de las proteínas: Estructura primaria.
Estructura secundaria (a- hélice y lámina plegada o lámina ß).
Estructura terciaria (proteínas globulares).
Estructura cuaternaria (ejemplos).
Relación estructura- función.
Propiedades de las proteínas: Especificidad, desnaturalizaciónrenaturalización.
Funciones de las proteínas: Función enzimática, estructural,
hormonal, de señalización, transportadora, etc.
Ejemplos.
Enzimas o catalizadores biológicos: Concepto y función.
Especificidad enzimática.
Concepto de centro activo.
Concepto de cofactor (inorgánico) y ejemplos (Mn++, Zn++, etc.).
Concepto de coenzima (moléculas orgánicas, ej.
NAD+) Vitaminas: Concepto.
Clasificación: hidrosolubles y liposolubles, Ejemplos de cada grupo.
Avitaminosis.
Ácidos nucleicos Nucleósidos y nucleótidos: Concepto y estructura
general (enlace N-glucosídico y éster) Otros nucleótidos libres en la
célula que no forman ácidos nucleicos, ejemplos y funciones: ATP,
NAD+, NADP+ FMN y FAD.
Tipos de ácidos nucleicos: ADN Y ARN.
Desoxirribonucleótidos y ribonucleótidos que forman los ácidos
nucleicos.
Tipo de enlace entre los distintos nucleótidos para formar los ácidos
nucleicos.
Enlace fosfodiéster.
El alumno deberá conocer las diferencia entre secuencias de
nucleótidos del ADN y ARN, escribirlas de forma abreviada e indicar
su polaridad (extremos 5' y 3’).
Estructura y función del ADN: La doble hélice (Modelo de Watson y
Crick).
Organización del ADN en Eucariotas: Concepto de nucleosoma,
cromatina y cromosoma.
Organización del ADN en Procariotas: ADN circular cerrado.
ARN: Estructura y función de los principales tipos (ARN-m, ARN-t,
ARN-r).
2.
Morfología, estructura y funciones celulares.
Origen, organización y estructura. Teoría celular. Resumen histórico.
Contribuciones de Hooke (1665), Graaf (1672), van Leeuwenhoek
(1673), Schleiden y Schwann (1839), Virchow (1858) y Ramón y Cajal
(1889).
Principios de la teoría celular: la 'célula como unidad anatómica,
fisiológica, y de reproducción de los seres vivos.
La célula como unidad bioquímica y genética.
Modelos de organización celular Diferencias entre célula procariota y
eucariota.
Diferencias entre célula animal y vegetal, Organismos con estos tipos
de organización celular.
Evolución celular: origen de los primeros organismos celulares
procariotas y su evolución posterior, teoría de la simbiogénesis
(endosimbiosis) sobre el origen de las células eucariotas.
Formas acelulares: Virus.
Estructura y ciclos de multiplicación vírica.
Relación de los virus con las células.
La célula procariota Estructuras de la célula procariota.
Las bacterias como ejemplo de organización procariótica.
Membrana plasmática con mesosomas, cápsula, pared celular de
bacterias Gram-positivas y Gramnegativas, ribosomas 70 S, ADN
circular, flagelos, pelos, plásmidos.
La célula eucariota Membrana plasmática: Componentes químicos.
Estructura y función.
Modelo de mosaico fluido (Singer y Nicolson, 1972).
Funciones de la membrana plasmática: transporte de sustancias,
reconocimiento celular, recepción y transmisión de estímulos.
Transporte a través de la membrana: Difusión.
Transporte mediado: Activo y pasivo.
Bomba de Na+-K+ Diferenciaciones de la membrana plasmática:
Uniones adherentes o desmosomas, uniones impermeables y uniones
comunicantes o en hendidura.
La pared celular vegetal: Composición química, organización de la
pared celular (primaria y secundaria).
Función de la pared.
El citosol o hialoplasma: Composición, función como sede de
reacciones metabólicas.
Citoesqueleto: Microfilamentos (de actina), microtúbulos (de
tubulina) (centriolos, cuerpos basales, cilios y flagelos), y filamentos
intermedios (de queratina y otras proteínas).
Centriolo: Estructura y función.
Cilios y flagelos: Estructura y función.
Ribosomas: Estructura y función.
Inclusiones: Composición, tipos y función.
Orgánulos de membrana simple: Retículo endoplásmico: Rugoso y
liso.
Estructura y función.
Aparato de Golgi: Estructura y función.
Lisosomas: Composición, y función.
Tipos de lisosomas: primarios y secundarios (fagolisosomas y
autofagolisosomas).
Peroxisomas: Composición, estructura y función.
Vacuolas: Composición y tipos.
Función.
Orgánulos de doble membrana: Mitocondrias: Composición,
estructura y funció n.
Origen y grado de autonomía.
Cloroplastos: Composición, estructura y función.
Origen y grado de autonomía.
Núcleo: Núcleo interfásico: Nucleoplasma, membrana nuclear,
nucleolo y cromatina (tipos y estructura de la cromatina).
Núcleo mitótico: los cromosomas (estructura y tipos).
Ciclo celular.
Variación en el contenido del ADN de una célula.
Descripción básica de las etapas o periodos del ciclo.
Interfase: Definición.
Descripción de los principales acontecimientos que tienen lugar en
cada etapa del ciclo: Periodos (G,, S y G2) División celular Mitosis
(cariocinesis): Descripción de los principales acontecimientos
cromosómicos de cada fase (Profase, Metafase, Anafase y Telofase).
Comparación entre mitosis astrales (células animales) y mitosis
anastrales (células vegetales).
Citocinesis (división del citoplasma): Descripción de la citocinesis en
células animales (formación del surco de división) y en células
vegetales (formación del fragmoplasto y de la pared celular primaria).
Importancia y significado biológico del proceso mitótico.
El alumno deberá saber desarrollar ejemplos de las distintas fases de
la mitosis para dotaciones cromosómicas determinadas, tanto en
células animales como vegetales.
Meiosis Concepto de gameto.
Tipos de organismos y células (meiocitos) en los que tiene lugar la
meiosis.
Descripción del proceso: Interfase premeiótica (síntesis de ADN).
Primera división meiótica o reduccional: Acontecimientos
cromosómicos de las distintas fases del proceso: Profase I, Metafase
I, Anafase I, Telofase I, Interfase meiótica; y segunda división
meiótica: Fases que comprende y hechos que las caracterizan.
Importancia y significado biológico del proceso meiótico El alumno
deberá reconocer y representar de forma esquemática las etapas de
la meiosis para una determinada dotación cromosómica, tanto en
células animales como vegetales.
El alumno deberá conocerlas diferencias y analogías entre los
procesos de división celular mitótica y meiótica.
Metabolismo celular Metabolismo: Concepto.
Tipos de reacciones metabólicas: catabólicas y anabólicas,
interdependencia entre ellas.
Clasificación de los organismos en relación con los tipos de
metabolismo: Autótrofos (fotosintéticos o fotoautótrofos y
quimiosintéticos o quimioautótrofos) y heterótrofos
(quimioheterótrofos).
Reacciones de óxido-reducción en el metabolismo celular:
Reconocimiento de este tipo de reacciones en el metabolismo.
Relación entre el grado de oxidación o reducción de los compuestos
orgánicos y su contenido energético.
Función de los coenzimas NAD+, NADP+, FMN y FAD en el
metabolismo.
Ejemplos de rutas metabólicas donde se obtienen estos coenzimas
reducidos y oxidados.
Función del ATP en el metabolismo celular: Sistema ATP-ADP como
sistema de transferencia de energía en los seres vivos.
Representación esquemática de la molécula de ATP.
Distintos mecanismos de obtención de ATP: fosforilación a nivel del
sustrato (ej.
glucolisis, ciclo de Krebs), fosforilación mediante enzimas ATPsintetasas (respiración aerobia y fotosíntesis).
De las rutas metabólicas que se indican a continuación los alumnos
deberán conocer: su finalidad, los productos iniciales y finales,
localización celular, tipo de célula, orgánulo o parte del orgánulo
donde tienen lugar También deberán reconocer las distintas rutas
metabólicas dados los productos iniciales y finales.
Catabolísmo Catabolismo de los glúcidos Glucolisis: Concepto.
Relación con la síntesis de ATP.
Destino del ácido pirúvico en condiciones de aerobiosis y
anaerobiosis.
Fermentaciones: Concepto y tipos.
Fermentación láctica y alcohólica como ejemplos de fermentaciones:
Utilidad industrial de sus productos finales.
Organismos que las llevan a cabo.
Metabolismo aerobio: Concepto.
Fases: Formación del acetil-CoA a partir del piruvato.
Ciclo de Krebs, ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos
tricarboxílicos como ruta común en la oxidación completa de
glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos.
El ciclo de Krebs como ruta anfibólica.
Cadena respiratoria: Su relación con la síntesis de ATP (fosforilación
oxidativa).
Oxidación de los coenzimas reducidos.
Componentes de la cadena.
Transporte de electrones.
El oxígeno como molécula aceptora final de electrones.
Comparación entre las oías aerobia y anaerobia del catabolismo de la
glucosa.
Catabolismo de los lípidos.
Catabolismo de acilglicéridos: (oxidación de los ácidos grasos).
Anabolismo Fotosíntesis: Importancia como proceso biológico.
Organismos que la realizan.
Localización celular en procariotas y eucariotas.
Fotosíntesis oxigénica y anoxigénica: características y diferencias.
Sistemas de captación de la luz: Fotosistema I (PSI) y Fotosistema II
(PSII).
Características generales.
Etapas del proceso fotosintético: Absorción y conversión de la
energía luminosa: Localización.
Cadena de transporte electrónico.
Componentes de la cadena.
Producción de ATP y NADPH.
Fijación del CO2 y biosíntesis de fotoasimilados: Ciclo de Calvin
(finalidad, localización, fases).
Ecuación global.
3.
La base de la herencia.
Aspectos químicos y genética molecular:
Conceptos básicos de genética.
El alumno deberá conocer términos básicos en genética tales como:
carácter, caracteres heredables y no heredables, cualitativos y
cuantitativos, gameto, gen, alelo, locus, loci, diploide, haploide,
homocigoto, heterocigoto, genotipo, fenotipo, dominante, recesivo,
codominancia, herencia intermedia así como la nomenclatura
utilizada con tales términos.
Aportaciones de Mendel al estudio de la herencia.
Leyes de Mendel El alumno deberá conocer e interpretar las leyes
mendelianas y saber resolver ejercicios prácticos relativos a las
mismas con uno o dos caracteres, y de retrocruzamiento con
monohíbridos.
Teoría cromosómica de la herencia.
Herencia ligada al sexo.
Aportaciones de Morgan (1910).
y de Bridges (1914) sobre la base cromosómica de la herencia
mendeliana.
Ligamiento y recombinación.
Concepto.
No se exigirá la resolución de ejercicios de ligamiento, mapas
cromosómicos ni de herencia ligada al sexo El ADN como depositario
de la información genética: Experimentos de Griffith (1928) sobre
transformación bacteriana.
Concepto molecular de gen.
Teorías de "un gen-una cadena polipeptídica" y de "un gen-un
enzima" Beadle y Tatum (1948).
Características de los genes en organismos procariotas y eucariotas.
Replicación del ADN: Finalidad del proceso e importancia biológica.
Etapa del ciclo celular donde tiene lugar.
Características del mecanismo de replicación.
ADN-polimerasa.
Mecanismo de la replicación: Inicio de la replicación.
Formación de las nuevas hebras de ADN.
Corrección de errores.
Diferencias entre el proceso replicativo en procariotas y en eucariotas
Expresión de la información genética: El dogma central de la
Biología molecular Transcripción: Concepto.
Localización celular de este proceso en procariotas y eucariotas.
Mecanismo y etapas de la transcripción del ARN-m: Iniciación.
Elongación.
Terminación.
ARN-polimerasa.
Concepto de procesamiento de los ARN-m.
Diferencias de la transcripción en eucariotas y procariotas.
La retrotranscripción.
Concepto.
Explicación del proceso en un retrovirus.
El código genético: Concepto y características.
Traducción: Concepto.
Localización celular en procariotas y eucariotas.
Función de los distintos ARN y de los ribosomas.
Fases del proceso.
Iniciación.
Elongación.
Terminación.
Diferencias de la traducción en procariotas y eucariotas.
El alumno deberá saber resolver ejercicios prácticos de replicación,
transcripción, de aplicación del código genético, así como la
elaboración e interpretación de esquemas de los procesos dados.
Alteraciones de la información genética.
Concepto de mutación y mutante.
Clasificación de las mutaciones: Puntuales.
Génómicas.
Cromosómicas.
Agentes mutagénicos: Concepto.
Tipos: físicos y químicos.
Mutaciones y evolución: Las mutaciones como fuente de variabilidad
genética sobre la que actúa la selección natural y hace posible la
evolución de las especies.
Ideas básicas de las técnicas de ADN recombinante.
La Ingeniería genética como conjunto de técnicas que permiten
manipular el genoma de un ser vivo.
Clonación de genes.
Conceptos de enzimas de restricción, vectores de clonación (ej,
plásmidos ).
Microorganismos utilizados (ej.
Escherichia coli).
Aplicaciones de la ingeniería genética Aplicaciones médicas:
Obtención de proteínas de mamíferos para el tratamiento de
enfermedades; obtención de vacunas, desarrollo de técnicas de
diagnóstico clínico, terapia génica.
Aplicaciones en agricultura y ganadería: Obtención de plantas y de
animales transgénicos que portan genes exógenos de utilidad.
Significado e importancia del Proyecto Genoma Humano.
4.
El mundo de los microorganismos y sus aplicaciones.
Microbiología Microorganismo.
Concepto.
Heterogeneidad: Grupo taxonómicamente heterogéneo en el que se
engloban: Bacterias: Reino Mónera.
Organización procariota.
Protozoos: Reino Protoctista (Eucariotas).
Hongos microscópicos: levaduras y mohos: Reino Fungí (Eucariotas).
Formas acelulares (Tradicionalmente incluidos en los libros de
microbiología).
Virus y Priones (formas acelulares que no pueden considerarse como
organismos).
Los microorganismos y su relación con otros seres: Concepto de
simbiosis, parasitismo, microorganismos saprofitos, oportunistas y
patógenos.
Características estructurales y funcionales de los distintos grupos de
microorganismos Bacterias: Estructura (Véase apartado 1).
Metabolismo: Variedad de formas metabólicas: Autótrofas.
Heterótrofas.
Aerobias, anaerobias y facultativas.
Capacidad colonizadora.
Reproducción: Reproducción asexual por bipartición.
Procesos de transferencia de material genético entre bacterias:
Concepto de transformación, transducción y conjugación.
Formas de resistencia: Endosporas bacterianas. Ej. género
Clostridium.
Virus: Concepto, y composición química.
Ácido nucleico, ADN o ARN, cápsida.
Virus con envoltura externa (ej. el VIH).
Concepto de partícula viral o virión.
Clasificación de virus: Según el huésped que parasitan (bacteriófagos,
virus animales y virus vegetales).
Según el material hereditario Virus de ADN (cadena sencilla o doble,
ej. adenovirus).
Virus de ARN (cadena sencilla o doble, entre ellos los retrovirus).
Según la forma de la cápsida (icosaédrica, helicoidal, compleja,ej.
bacteriófagos).
Multiplicación vírica: Ciclo lítico: Descripción de sus fases en un
bacteriófago.
Ciclo lisogénico: Concepto de provirus o virus atenuado.
Descripción del ciclo (como ejemplo en un bacteriófago).
Ciclo de un retrovirus (el del VIH).
Otras formas acelulares: Partículas infectivas subvirales: Concepto de
viroides Concepto de priones.
Relación con enfermedades neurodegenerativas como las
encefalopatías espongiformes (enfermedad de Creutzfeldt-Jakob en
el hombre) o en otros animales, (por ejemplo el mal de las vacas
locas).
Hongos microscópicos: Características biológicas.
Mohos (Hongos microscópicos pluricelulares): Hongos filamentosos
con micelio ramificado formado por hifas.
Reproducción asexual por esporas y reproducción sexual. ej. moho
del pan (género Rhizopus), moho de las frutas (género Penicillium).
Ejemplos de algunos hongos productores de antibióticos (ej.
Penicillium).
Levaduras (Hongos microscópicos unicelulares): Reproducción
asexual por gemación y sexual por esporas.
Ejemplos: Género Saccharomyces, (fermentaciones alcohólicas).
Especies patógenas (género Candida).
Protozoos: Características biológicas y ejemplos.
Algas microscópicas: Características biológicas y ejemplos.
Métodos de estudio de los microorganismos: Generalidades.
Crecimiento microbiano: Fases en un cultivo microbiano cerrado.
Medio de cultivo.
Concepto y generalidades.
Utilización del microscopio óptico y electrónico.
Técnicas de tinción.
Ejemplos: tinción simple con un solo colorante que aumenta el
contraste, ej. azul de metileno.
Tinción de Gram en bacterias para distinguir los dos grupos de
eubacterias, las Gram-positivas y las Gram- negativas.
Esterilización: Concepto y tipos.
Aplicaciones.
Pasteurización.
Concepto y aplicaciones.
Los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos: Ciclo del carbono
y del nitrógeno.
Los microorganismos como agentes productores de enfermedades
infecciosas Concepto de: Infección.
Microorganismo patógeno y oportunista.
Enfermedad infecciosa.
Epidemia.
Enfermedad endémica.
Pandemia.
Zoonosis.
Virulencia de un microorganismo.
toxinas y sus tipos (endotoxina y exotoxina).
Principales vías de transmisión de las enfermedades infecciosas y
ejemplos: Conocer algunas enfermedades transmitidas por el aire,
por el agua, por contacto directo (entre ellas las enfermedades de
transmisión sexual), enfermedades transmitidas por vectores y
causadas por alimentos en mal estado (por ejemplo botulismo y
salmonelosis).
Algunos ejemplos de enfermedades producidas por
microorganismos: Víricas, bacterianas, fúngicas y las producidas por
protozoos.
Biotecnología: Concepto y aplicaciones.
(Véase ingeniería genética en el apartado 3).
Biotecnología aplicada a la industria alimentaria: Fermentación
alcohólica para la elaboración de bebidas (vino, cerveza, etc.) y del
pan.
Microorganismos implicados.
Fermentación láctica para la elaboración de derivados lácteos (queso,
yogur, cuajada, etc.).
Microorganismos que la llevan a cabo (ej. bacterias de los géneros
Lactobacillus y Streptococcus entre otras).
Balance global de estos procesos (productos iniciales y finales).
Biotecnología aplicada a la industria farmaceútica: Producción de
antibióticos.
Ejemplos de especies de bacterias (Streptomyces) y de hongos
implicados (Penicillium), etc.
Producción industrial de vacunas y sueros y su importancia para
disminuir la incidencia de enfermedades infecciosas.
Producción de otras sustancias: Hormonas (Insulina, hormona del
crecimiento, hormonas esteroídicas); algunos factores de
coagulación sanguínea; enzimas utilizados en fármacos.
Biotecnología y medio ambiente: Concepto de biorremediación,
fitorremediación y biodegradación.
El alumno deberá conocer la función de los microorganismos en el
tratamiento de residuos: depuración de aguas residuales, basuras,
residuos industriales y agrícolas: utilización de microorganismos para
la eliminación de mareas negras (ej.
bacterias del género Pseudomonas).
Producción microbiana de compuestos biodegradables, ej.
bioplásticos, etc.
Biotecnología aplicada a industrias agropecuarias: Producción de
proteínas microbianas para suplemento de piensos.
Producción de insecticidas biológicos.
Obtención de plantas y animales transgénicos.
(Véase apartado 3).
5.
La inmunología y sus aplicaciones: Respuesta inmune.
Concepto de antígeno y anticuerpo.
Tipos de defensa frente a las infecciones: inespecíficas y específicas.
Defensas inespecíficas: Tipos: barreras mecánicas químicas y
biológicas.
Piel , secreciones y mucosas.
Defensas celulares inespecíficas: fagocítosis (macrófagos y
neutrófilos).
Mecanismos de defensa: Respuesta inflamatoria liberación de
mediadores y acción de los mediadores.
Defensas específicas: La respuesta inmunitaria humoral y celular.
Elementos que intervienen en la respuesta inmune: Células que
participan en la respuesta inmune: Linfocitos T, linfocitos B y
macrófagos Linfocitos B: Origen y maduración.
Función.
Linfocitos T: Tipos.
Origen y maduración.
Función.
Linfocitos colaboradores o auxiliares (TH).
Linfocitos citotóxicos (Tc).
Linfocitos supresores (Ts).
Macrófagos: Origen y función en la respuesta inmune.
Los anticuerpos o inmunoglobulinas: Naturaleza química, estructura,
origen y tipos (IgG. IgM, IgA, IgE, IgD.
Función general (No se pedirá la función de cada una de ellas).
Tipos de respuesta inmune: Inmunidad humoral y celular.
Tipos de linfocitos responsables de estas respuestas.
La memoria inmunológica: respuesta primaria y secundaria.
Linfocitos de memoria (B y T) como responsables del estado de
inmunidad de un individuo.
Concepto de inmunidad.
Tipos de inmunidad por la forma de adquirirla: inmunidad natural
activa y pasiva (ejemplos).
Inmunidad artificial activa y pasiva (ejemplos).
Disfunciones y deficiencias del sistema inmunitario.
Enfermedades autoinmunes.
Alergias y Síndromes de inmunodeficiencias: Tipos y ejemplos:
Inmunodeficiencia congénita.
Inmunodeficiencias adquiridas por causa de factores externos:
Infecciones víricas, radiaciones, tratamientos inmunosupresores.
El SIDA como ejemplo de inmunodeficiencia adquirida.
Alergias como ejemplo de reacciones de hipersensibilidad: Concepto
de alergias y alergenos.
Trasplantes o injertos.
Concepto.
Rechazo inmunológico.
Ejemplos de trasplantes de órganos.
Tipos de trasplantes según el origen del órgano trasplantado
(autotrasplantes, isotrasplantes, alotrasplantes y xenotrasplantes).
Causas del rechazo del órgano (sistema mayor de
histocompatibilidad, HL4 en humanos).
Prevención del rechazo.
Uso de fármacos inmunodepresores.
Transfusiones de sangre y rechazo inmunológico.
Reflexión ética sobre la donación de órganos.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
TEMA 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS. ORIGEN DE LA
VIDA. NIVELES DE ORGANIZACIÓN
1.- CARACTERÍSTICAS QUE IDENTIFICAN A LOS SERES VIVOS.
1.- Complejidad y alto grado de organización.
2.- Poseen estructuras internas intrincadas que contienen muchas
clases de moléculas complejas.
3.- Cada componente de los seres vivos cumple una función
específica.
4.- Presentan capacidad de extraer y transformar energía de su
entorno a partir de materias primas sencillas, y de emplearla para
edificar y mantener sus propias estructuras.
5.- Pueden producir réplicas exactas de si mismos. Esta es la
característica mas extraordinaria de los seres vivos.
2.- NIVELES DE ORGANIZACIÓN.
Tal y como hemos dicho los seres vivos poseen un alto grado de
organización que podemos dividir en diferentes niveles ordenados
según una jerarquía de complejidad creciente.
a) Nivel Subatómico. Constituido por partículas subatómicas
(electrones)
b) Nivel Atómico. Constituido por los átomos.
c) Nivel Molecular. Constituido por moléculas que se
denominan Biomoleculas. Básicamente la mayoría son compuestos
de carbono por lo que se conocen también como moléculas
orgánicas, si bien también hay moléculas inorgánicas que forman
parte de los seres vivos tales como el agua.
Las biomoleculas poseen distintos grados de complejidad:
Biomoleculas sencillas. Glucosa, aminoácidos, ácidos grasos
etc. Macromoléculas, resultado de la unión de muchas
biomoleculas sencillas en un polímero.
Complejos supramoleculares, formados por la unión de varias
macromoléculas. Membranas, virus, orgánulos celulares.
d) Nivel Celular. Constituido por la célula, unidad vital, morfológica,
fisiológica y genética de los seres vivos.
Se distinguen dos tipos de células:
Células Procariotas: Sin envoltura nuclear. Bacterias, cianobacterias,
todas ellas organismos unicelulares
Células Eucariotas: Con envoltura nuclear y verdadero núcleo.
- Organismos Unicelulares: Protozoos, algas y hongos unicelulares. En
algunos casos se asocian formando colonias.
e) Nivel Pluricelular. Constituido por los seres vivos formados por
varias células eucariotas. Se pueden distinguir diferentes grados de
complejidad:
- Tejidos: Conjunto de células que realizan las mismas funciones y
tienen el mismo origen.
- Órganos: Constituidos por varios tejidos para realizar actos
concretos.
- Aparatos: Conjunto de Órganos diferentes que realizan una función.
Aparatos digestivo, excretor, respiratorio.
- Sistemas: Conjunto de Órganos parecidos formados por los mismos
tejidos, que realizan actos que pueden ser diferentes. Sistema
nervios, endocrino, oseo.
f) Nivel De Población. Constituido por las poblaciones o conjunto de
individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un
determinado momento.
g) Nivel de Ecosistema. Constituido por las distintas poblaciones que
viven interrelacionadas formando una comunidad o biocenosis, en un
lugar determinado o biotopo. Biocenosis y biotopo constituyen
el ecosistema.
3.- ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS PRIMEROS SERES VIVOS.
A) EVOLUCIÓN ABIOTICA.
La tierra se formó hace unos 4.500 millones de años. La atmósfera
primitiva estaba constituida por metano. amoníaco, dioxido de
carbono, hidrógeno y vapor de agua. Carecía de oxígeno razón por la
cual se conoce como atmósfera reductora.
Sometida a la radiación solar, descargas eléctricas y erupciones
volcánicas, en este medio fisicoquímico se forman los primeros seres
vivos.
B) EVOLUCIÓN BIOQUÍMICA.
Las moléculas inorgánicas se transforman en moléculas orgánicas en
dos fases:
i) Síntesis de e. Experimentos a principios de los 50 de Miller y Urey.
Simulando las condiciones de la atmósfera primitiva consiguieron
sintetizar moléculas orgánicas tales como aminoácidos, aldehidos y
ácidos carboxílicos.En los años 60, Oro y Fox lograron la síntesis de
monosacáridos, nucleótidos y ácidos grasos.
Estos compuestos arrastrados por la lluvia formaría mares y océanos
de sopa primitiva.
ii) En grandes lagos y en las orillas de los mares la alta concentración
de e de la sopa primitiva dio lugar a la formación de polímeros o
macromoléculas. En estos procesos las arcillas pudieron jugar el
papel de catalizadores de las reacciones de síntesis de estos
polímeros.
C) EVOLUCIÓN PROTOBIOLOGICA.
Los polímeros dan origen a las primeras células. Varias hipótesis.
i) H. de la pasnspermia. Arrhenius. Las primeras células provienen de
esporas procedentes del espacio. Esta teoría cuenta con el respaldo
de prestigiosos científicos tales como Crick y Hoyle. No explica sin
embargo el origen de las primeras células sino que traslada este
problema a otro planeta.
ii) H. de los Coacervados. Oparin. Los coacervados son gotitas
microscópicas formadas por una envoltura de polímeros con un
medio interno muy sencillo con alguna enzimas que realizan un
metabolismo básico. Los coacervados crecerían al captar moléculas
del exterior y se dividirían al adquirir un tamaño crítico.
iii) H. de las Microesferas de Proteinoides. Fox. En regiones
volcánicas próximas al mar los aminoácidos de la sopa forman
polímeros expontaneamente al calentarse. Estos polímero
denominado proteinoides termales forman microesferas que
tendrían capacidad catalítica debido a la presencia de enzimas en su
interior.
Ninguna de las dos hipótesis anteriores explica cómo pudieron
evolucionar los coacervados o las microesferas al carecer estos de
información genética. Era necesario por tanto una hipótesis que
explicara la aparición de los genes.
iv) H. de la aparición del gen. Posiblemente la primera molécula con
información genética fue el ARN. Estas moléculas tendrían capacidad
de autoduplicarse tal y como ocurre en la actualidad con las
ribozimas. Posteriormente la función de contener la información
genética recae en el ADN que es más estable y la capacidad de
duplicación recae en enzimas codificados por el propio ADN.
D) EVOLUCIÓN CELULAR
Los protobiontes se transforman en células procariotas hace 3.500
millones de años.
Desde el punto de vista metabólico la evolución de las células fue:
i) Heterótrofos anaerobios. Obtenían la energía por fermentaciones
de la materia orgánica muy abundante en la sopa primitiva. La
fermentación no necesita oxígeno que entonces no existía.
ii) Fotosintéticos Primitivos. Al agotarse los nutrientes de la sopa
primitiva, surgen organismos capaces transformar la energía lumínica
en energía química en forma de ATP. Este proceso se denomina
fotosíntesis. Los primeros organismos fotosintetizadores realizaban
una fotosíntesis anoxigénica, sin desprendimiento de oxígeno
(bacterias rojas y verdes). Posteriormente surgen las cianobacterias
primitivas capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica con
desprendimiento de oxígeno por fotolisis del agua.
La atmósfera se va enriqueciendo en oxígeno evolucionando hacia un
atmósfera oxidante y por tanto una biosfera aerobia donde surgen
células capaces de usar el oxígeno en cadenas respiratorias, que
desplazan a las células fermentadores, al tiempo que se forma la capa
de ozono que filtra la luz UV.
iii) Quimiosintéticos primitivos. Son las primeras células que emplean
el oxígeno para oxidar sustancias inorgánicas y obtener asi energía.
Se originaron a partir de fotosintetizadores primitivos.
iv) Heterótrofos aerobios. Son células capaces de oxidar sustancia
orgánicas de la sopa primitiva. Se originan a partir de los heterótrofos
anaerobios, desarrollando el mecanismo de la respiración celular.
Las células Eucariotas se originaron a partir de las procariotas hace
unos 1.000 millones de años. Hay dos hipótesis que explican su
aparición:
- Hipótesis Autógena. Taylor y Dobson. Los eucariotas se originan a
partir de procariotas que aumentan su tamaño y su citoplasma se
compartimentaliza mediante membranas.
- Hipótesis de la Endosimbiosis. Margulis y Sagan. Las células
eucariotas surgen por un proceso continuo de simbiosis entre células
procariotas. Las mitocondrias surgirían de bacteria aerobias, los
cloroplastos de cianobacterias etc.
Los Organismos pluricelulares surgieron bien a partir de una
asociación colonial permanente o bien por compartimentalización de
un organismo unicelular multinucleado
BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS. AGUA Y
SALES MINERALES
TEMA 2 BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS. AGUA Y SALES
MINERALES
1. BIOELEMENTOS Y BIOMOLECULAS.
Los seres vivos están constituidos por los mismos elementos
químicos que forman la materia inerte. De los 104 elementos
químicos, en los seres vivos se han encontrado hasta 70, de los cuales
solo 22 son componentes esenciales de estos; son los
denominados elementos biogénicos o bioelementos. Dos clases:
- Bioelementos primarios (96,2%): Son el C, H, O, N, P y S. Des estos el
C (20%), H (10%), O (62%) y N (3%) son los más abundantes en la
naturaleza. Esto se debe a sus propiedades físico-químicas que los
hacen idóneos para formar las biomoleculas:
a) Capaces de formar enlaces covalentes estables
b) Forman compuestos polares fáciles de disolver en agua.
c) Gran facilidad para oxidarse o reducirse.
El Carbono reúne una serie de propiedades que le hacen idóneo para
formar parte de la materia viva:
- Posee cuatro electrones en su periferia que le permite formar cuatro
enlaces covalentes dirigidos hacia los vertices de un tetraedro
imaginario.
- Esta valencia IV también la posee el Si (146 veces mas abundante
que el C), sin embrago el enlace C-C es más estable que el enlace SiSi, y permite la formación de cadenas hidrocarbonadas. Además los
enlace C-H, C=O y C-N, permiten la aparición de una gran variedad de
grupos funcionales. El enlace -Si-O-Si-O-Si- es tremendamente estable
(silicona), hasta al punto que es inerte. Desde el punto de vista
biológico los enlaces deben ser suficientemente estables como para
formar estructuras y suficientemente débiles como para romperse en
las diferentes reacciones bioquímicas.
- Bioelementos secundarios (3,8%): Se distinguen 11 indispensables:
Ca, Na, K, Mg, Mn, Cu, Cl, Fe, Si, F, I y 5 variables: Br, Zn, Ti,
V y Pb. Los bioelementos secundarios cuya proporción es inferior a
0,1% se denominan oligoelementos (Fe, Cu, Mn,Zn, I, Co, F,...). Las
funciones son muy variadas y todas indispensables.
Fe - Hemoglobina Li - Neurotransmisor
Co - Vit B12 I - Hormonas T3 y T4
Los bioelementos se combinan para formar las biomoleculas que
pueden ser de naturaleza química inorgánica u orgánica.
- Inorgánicas son el Agua, Sales Minerales y gases como el O2, N2 y
CO2.
- Orgánicas son los Glúcidos, Lípidos, Proteínas y Acidos Nucleícos.
2. EL AGUA
Es el componente más abundante de los seres vivos. 63% en el
Hombre, 95 % en las algas, 22 % en semillas.
El agua en la materia viva se presenta como:
Agua Circulante: Sangre y savia
Agua Intersticial: Entre las células.
Agua Intracelular: Dentro de las células.
2.1. Estructura y propiedades físico químicas.
El agua posee una serie de propiedades poco frecuentes que la
diferencian mucho de la mayoría de líquidos corrientes. Estas
propiedades se deben a la estructura de la molécula de agua.
El átomo de O comparte dos electrones con cada átomo de H.
Aunque la molécula posee carga neta neutra, la alta
electronegatividad del O hace que este atraiga con fuerza los
electrones libres de los H, dejando el núcleo de estos desnudos.
Como consecuencia de todo esto la molécula de agua actúa como
un dipolo eléctrico.
Cuando dos moléculas de agua se aproximan se establece una
atracción electrostática entre el O de una molécula y el H de la otra,
formando un enlace conocido como puentes de hidrógeno.
Este enlace es 20 veces mas débil que un enlace covalente. Por otra
parte el enlace de H es más fuerte cuando los tres átomos se
encuentran en línea.
Este enlace se puede establecer también entre un átomo de H unido
covalentemente a un átomo electronegativo y un átomo de O, N o F.
Estas interacciones son muy frecuentes entre las proteínas y ácidos
nucleicos, donde se establecen miles de puentes de H que hacen que
la unión sea muy fuerte.
Estas características estructurales hacen que el agua posea unas
propiedades físico-químicas muy notables:
a) Alta constante dieléctrica.
b) Elevada fuerza de cohesión
c) Elevado calor específico.
d) Elevado calor de vaporización
e) Bajo grado de ionización
Estas propiedades son responsables de las funciones biológicas del
agua.
2.2 Funciones biológicas del agua
a) Alta constante dieléctrica. Tendencia a oponerse a la unión de
iones positivos y negativos. Esto hace que sea el mejor disolvente de
sales cristalizadas y compuestos iónicos (NaCl) por solvatación
iónica.
También es un buen disolvente de compuestos no iónicos polares
(con carga eléctrica neta), tales como los alcohóles, aldehídos y
cetonas.
Las moléculas no polares (sin carga eléctrica neta) interrumpen la
estructura del agua. Son por tanto hidrofóbicas y por tanto muy
insolubles. Sin embargo dos o más grupos hidrofóbicos rodeados de
agua tienden a permanecer unidos evitando así la perturbación de los
enlaces de H del agua. Estas uniones se conocen como interacciones
hidrofóbicas y originas sistemas muy estables.
Algunas moléculas son dipolares, se conocen como
moléculas anfipáticas, de forma que en el agua tienden a
formar micelas, en las cuales los grupos polares de la moléculas
interaccionan con el agua y los grupos apolares se unen mediante
interacciones hidrofóbicas.
Este poder disolvente hace que el agua tenga las siguientes
funciones:
i) Es el medio donde se disuelven los minerales y biomoleculas de los
seres vivos.
ii) Es el medio donde se realizan las reacciones metabólicas
(citoplasma acuoso).
iii) Actúa como vehículo de transporte de sustancias disueltas (sangre
y savia).
b) Elevada Fuerza de cohesión.
Las moléculas de agua se unen transitoriamente formado una red de
enlaces de H, de forma que a 37 °C el 15% de las moléculas están
unidas a otras 4, formando una estructura compacta que hace que
sea prácticamente incompresible y posea una alta tensión superficia.
Esta naturaleza cohesiva determina funciones del agua que tales
como:
i) Esqueleto hidrostático de invertebrados, así como confiere rigidez
y turgencia a las plantas.
ii) Trasporte de savia en los vegetales por capilaridad.
c) Elevado calor específico
Hace falta mucho calor para aumentar la temperatura del agua.
d) Elevado calor de vaporización
Debido a la alta cohesión, requiere gran cantidad de calor para pasar
al estado gaseoso
Estas dos últimas propiedades confieren al agua función
termorreguladora en los organismos homeotermos y permite que la
vida puede existir en diferentes climas.
3. Bajo grado de ionización del agua.
Debido a que el átomo de O atrae fuertemente el único electrón libre
del H, existe una tendencia muy limitada del ion H+ a disociarse de la
molécula y "saltar" al átomo de O de una molécula adyacente.
En esta reacción se produce un ion hidronio (H3O+) y el ion
hidroxilo (OH-). Por convenio se emplea el símbolo H+ con objeto de
abreviar, pero hay que tener en cuenta que no existen protones
libres en el agua.
* Producto iónico del agua: escala de pH.
Se llama producto iónico de agua al producto de las concentraciones
de iones hidrónio e iones hidroxilo.
Kw [H+]×[OH-]
La escala de pH es el medio para designar la concentración real de
H+ y OH- en cualquier disolución acuosa. Se define el termino pH
como:
pH= log10 1/[H+]
En una disolución neutra [H+] = [OH-] = 1,0 x 10-7 M
El pH de la disolución será:
pH= log 1/1,0 x 10-7 = 7
La escala de pH varía entre 0 y 14.
Acidez máxima: pH= 0 ×××× [H+]= 1,0 M y [OH-]= 10-14 M
Acidez mínima: pH= 14 ... [H+]= 10-14 M y [OH-]= 1,0 M
Un ácido se define como un compuesto dador de protones, y una
base como un compuesto aceptor de protones.
El pH de algunos fluidos orgánicos:
Plasma sanguíneo ....... 7,4
Fluido intracelular ..... 6,1
Jugo gástrico .......... 1,2-3,0 Orina ................... 5,8
Los seres vivos no soportan variaciones de pH mayores de unas
decimas pues éstas afectan a la estabilidad de las proteínas, por lo
que han desarrollado sistemas tampón o "buffer" que mantienen
contante el pH de los diferentes líquidos corporales.
Los sistemas tampón consisten en u par ácido-base conjugada que
actúan como dador y aceptor de protones respectivamente. El
ejemplo más claro es el del par carbónico-bicarbonato
CO3H2
CO3H- + H+
2.3. Usos bioquímicos del agua
Los seres vivos usan el químicamente el agua en dos reacciones
fundamentales:
Fotosíntesis: donde se produce la fotolisis del agua, que da lugar a la
producción de oxígeno y átomos de hidrógeno.
Reacciones de hidrólisis: donde los enzimas hidrolíticos emplean la
capacidad del agua para romper determinados enlaces de
compuestos orgánicos más o menos simples.
2.4. Osmosis y presión osmótica.
Cuando dos soluciones acuosas de diferente concentración se
encuentran separadas por una membrana semipermeable (solo deja
pasar el disolvente y no los solutos), se produce un flujo de agua
desde la solución menos concentrada a la más concentrada, que
tiende a igualar ambas concentraciones. Este fenómeno se conoce
como ósmosis, y a la presión que ejerce el flujo de agua sobre la
membrana se le denomina presión osmótica.
La solución memos concretada recibe el nombre
de hipotónica mientras que la más concentrada se
llama hipertónica. Si ambas concentraciones poseen igual
concentración se llaman isotónicas.
La membrana celular es una membrana semipermeable sometida a
estos procesos de ósmosis. Si el líqido que baña a las células es
hipertónico respecto al líquido intracelular se produce una salida de
agua del interior de la célular que produce el colapso de esta. Si el
líquido es hipotónico se produce una entrada de agua al interior que
provoca la turgencia de las células vegetales o la plasmolisis de las
animales.
Cuando las membranas permiten el paso no solo de agu sino también
de pequeñas moléculas de soluto, se produce el fenómeno de
la dialisis, por el cual estas moleculas pasan de la solución más
concentrada a la menos concentrada. De esta forma se producen los
fenómenos de filtrado en el aparto excretor.
3. SALES MINERALES
Las sales minerales pueden ser:
Insolubles: Forman estructuras sólidas con función protectora y de
sostém.
- Caparazones de crustaceos y moluscos de carbonato cálcico.
- Endoesqueleto de vertebrados formado por fosfato, cloruro y
carbonato cálcico
- Esmalte dental de fluoruro cálcico.
- La pared cdelular vegetal incorpora depositos de sales minerales.
- Otolitos: cristales de carbonato cálcico situados en el oido para el
equilibrio.
Solubles: Se encuentran disociadas en sus iones correspondientes,
siendo responsables de funciones biológicas muy importantes.
Cationes: Na+ y K+ (impulsos nerviosos)
Mg2+ (clorofila)
Fe2+/Fe3+ (hemoglobina)
Ca2+ (contracción muscular)
Aniones: Cl- (jugo gástrico)
CO32-/HCO3- (regula el pH)
PREGUNTAS RESUELTAS. BIOELEMENTOS Y
BIOMOLÉCULAS. AGUA Y SALES MINERALES
PREGUNTAS RESUELTAS.
BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS. AGUA Y SALES MINERALES
1 .- ¿Qué propiedades presenta el átomo de carbono que le permiten
ser el elemento químico básico en la constitución de las moléculas de
los seres vivos?
2 .- ¿Qué son las biomoléculas o principios inmediatos?; ¿qué tipos
conoces?
3 .- ¿Cuáles son los principales tampones que actúan en los seres
vivos?
4 .- ¿Qué es la ósmosis? Define los conceptos de membrana
semipermeable y de disolución hipoosmótica, hiperosmótica e
isoosmótica.
5 .- Estudia los siguientes diagramas e indica las principales
diferencias entre la composición de la corteza terrestre y el cuerpo
humano.
6 .- ¿Qué es una macromolécula? Realiza una tabla de las principales
macromoléculas presentes en los seres vivos, indicando los
monómeros que las originan.
7 .- ¿Qué es una reacción de hidrólisis?; ¿de qué forma puede actuar el
agua como reactivo químico?
8 .- ¿Qué es la escala de pH? Si el pH de una disolución aumenta un
punto, ¿cómo varía la concentración de H+?
9 .- ¿Qué consecuencias tendría para un organismo la pérdida del
equilibrio iónico?
10 .- Indica la función y el grupo al que pertenecen los siguientes
bioelementos:Fe, C, Ca, Na y P.
11 .- ¿Qué son las interacciones hidrofóbicas? ¿Cuál es su importancia
biológica?
12 .- ¿Con cuántas moléculas vecinas puede enlazar una molécula de
agua? Justifica la respuesta.
13 .- ¿Qué es una disolución amortiguadora o tampón?; ¿cómo actúa?
14 .- ¿En qué formas pueden encontrarse las sales minerales en los
seres vivos? ¿Qué funciones realizan en cada caso?
15 .- ¿Qué son los bioelementos?, ¿cómo se clasifican?
16 .- ¿Por qué decimos que el agua es un dipolo? ¿Cuáles son las
consecuencias de su estructura dipolar?
17 .- Indica si las disoluciones son ácidas, básicas o neutras; la
concentración de OH-, y el valor del pH de cada disolución.
18 .- ¿Qué es un oligoelemento? Señala tres ejemplos y explica su
función.
19 .- Además de los enlaces covalentes que mantienen unidos los
átomos de las moléculas orgánicas, ¿qué otros tipos de interacciones
moleculares se establecen entre ellas?
20 .- ¿Por qué se dice que el agua es el disolvente universal?
SOLUCIONES:
1 .- ¿Qué propiedades presenta el átomo de carbono que le permiten
ser el elemento químico básico en la constitución de las moléculas de
los seres vivos? Solución: Las características del átomo de carbono
son: - Forma con facilidad enlaces covalentes fuertes y estables, lo
que confiere gran estabilidad a las moléculas de los seres vivos. - Los
átomos de carbono se pueden unir entre sí formando largas cadenas,
moléculas ramificadas, e, incluso, cíclicas, lo que permite construir
moléculas variadas y complejas. - El carbono presenta cuatro
orbitales enlazantes dispuestos en forma de tetraedro a los que
pueden unirse hasta cuatro átomos o grupos funcionales diferentes.
Esto permite la formación de gran cantidad de moléculas
tridimensionales con propiedades diferentes. - Los átomos de
carbono forman dobles y triples enlaces entre sí y con el oxígeno y el
nitrógeno, produciéndose un aumento de las variantes moleculares. Las características del átomo de carbono permiten la formación de
una inmensa variedad de moléculas con estructuras y propiedades
distintas. La gran variabilidad y complejidad que muestran los seres
vivos es consecuencia de este hecho.
2 .- ¿Qué son las biomoléculas o principios inmediatos?; ¿qué tipos
conoces? Solución: Las biomoléculas son las moléculas que
constituyen a los seres vivos. Anteriormente se las llamaba principios
inmediatos, ya que son compuestos o grupos de compuestos que se
obtienen a partir de una muestra biológica por métodos
exclusivamente físicos, tales como centrifugación, diálisis, filtración...
Se distinguen dos tipos de biomoléculas: Inorgánicas. No son
exclusivas de los seres vivos, y son el agua y las sales minerales.
Orgánicas. Son exclusivas de los seres vivos. Son los glúcidos, los
lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.
3 .- ¿Cuáles son los principales tampones que actúan en los seres
vivos? Solución: Entre los principales tampones que actúan en los
seres vivos, podemos citar dos: - El tampón fosfato, que actúa en el
medio intracelular y tiene una zona de capacidad de tamponamiento
alrededor de valores de pH de 6,86. Su actividad es debida al
equilibrio entre el fosfato monobásico y el fosfato dibásico. - Tampón
bicarbonato: actúa en los líquidos extracelulares como la sangre. Su
actividad se presenta en torno a valores de pH de 7,4. Su
funcionamiento se basa en el equilibrio existente entre el ion
bicarbonato y el ácido carbónico, que, a su vez, puede disociarse en
CO2 y H2O.
4 .- ¿Qué es la ósmosis? Define los conceptos de membrana
semipermeable y de disolución hipoosmótica, hiperosmótica e
isoosmótica. Solución: La ósmosis es un fenómeno mediante el cual
dos disoluciones de distinta concentración y que se encuentran
separadas por una membrana semipermeable tienden a igualar sus
concentraciones por el paso de agua desde la solución más diluida
hacia la más concentrada. Membrana semipermeable: es aquella que
permite el paso del agua, pero no el de las sustancias disueltas en ella
(solutos). Disoluciones isoosmóticas: son dos disoluciones que
presentan la misma concentración. Disolución hipoosmótica e
hiperosmótica. Una disolución hipoosmótica es aquella que presenta
menor concentración frente a otra llamada hiperosmótica.
5 .- Estudia los siguientes diagramas e indica las principales
diferencias entre la composición de la corteza terrestre y el cuerpo
humano. Solución: En los diagramas se observa que la composición
de la corteza terrestre presenta grandes diferencias con la de un ser
vivo como es el hombre. - Los elementos más abundantes de la
corteza son O, Si, Al y Fe, mientras que el 99% de la masa del cuerpo
humano está formada por C, H, O y N. Únicamente el oxígeno es un
elemento mayoritario en ambas muestras. - Es importante señalar el
hecho de que el carbono, que es la base de las moléculas de los seres
vivos, es un elemento muy minoritario en la corteza terrestre,
mientras que un elemento con características semejantes a él, como
es el silicio, es uno de los compuestos más abundantes. - El Al y el Fe
son elementos muy abundantes en la corteza terrestre (7,9% y 4,5%,
respectivamente), pero aparecen en la composición de los seres vivos
como elementos traza. La comparación entre la composición de la
corteza terrestre, el lugar donde se desarrolla la vida, y la del hombre
nos lleva a pensar que la evolución química seleccionó aquellos
elementos químicos que presentan unas características idóneas para
constituir las moléculas de los seres vivos. Aquellos elementos
capaces de dar lugar a una gran variedad de moléculas estables y
complejas.
6 .- ¿Qué es una macromolécula? Realiza una tabla de las principales
macromoléculas presentes en los seres vivos, indicando los
monómeros que las originan. Solución: Las macromoléculas son
polímeros formados en reacciones de polimerización por la unión de
moléculas más sencillas, llamadas monómeros o eslabones
estructurales. Las macromoléculas, a su vez, pueden
despolimerizarse, obteniéndose los correspondientes
monómeros.
7 .- ¿Qué es una reacción de hidrólisis?; ¿de qué forma puede actuar el
agua como reactivo químico? Solución: La hidrólisis es una reacción
química que consiste en la ruptura de enlaces moleculares mediante
la incorporación de una molécula de agua. En la hidrólisis, el agua
actúa de forma disociada, proporcionando a la reacción los iones H+ y
OH- necesarios. El agua actúa como reactivo químico de dos formas: Como agua disociada, proporcionando los H+ y OH- necesarios para
las reacciones de hidrólisis. - En reacciones de óxido-reducción,
facilitando O2 y H2 , como ocurre, por ejemplo, en la fotosíntesis, que
utiliza el H2O como último dador de electrones y desprende
oxígeno.
8 .- ¿Qué es la escala de pH? Si el pH de una disolución aumenta un
punto, ¿cómo varía la concentración de H+? Solución: El agua se
comporta como un electrólito débil en el que una pequeña cantidad
de moléculas se encuentran disociadas según la ecuación: H2O ? H+ +
OH- A 25 ?C el equilibrio que se establece es el siguiente: [H+] · [OH- ]
= 1,0 · 10-14 que es una constante llamada producto iónico del agua.
De este valor se deduce que: [H+] = [OH- ] = 1,0 · 10-7 Cuando el agua
contiene sustancias disueltas, el equilibrio varía, de tal modo que si la
[H+] aumenta, la [OH-] disminuye, y viceversa. Así, una disolución
donde la [H+] = 10-7 es una disolución neutra; si la [H+] > 10-7, es
ácida, y si [H+] < 10-7, es alcalina o básica. Para simplificar el cálculo,
se ha definido la escala de pH, que expresa la [H+] utilizando
logaritmos. El pH se define como el logaritmo negativo de la
concentración de H+: pH = -log [H+] Si el pH = 7, la disolución es
neutra; un valor de pH < 7 indica una disolución ácida, y un pH > 7,
básica. Como la escala de pH es logarítmica, el aumento de un punto
en su valor supone una disminución de diez veces en la concentración
de H+.
9 .- ¿Qué consecuencias tendría para un organismo la pérdida del
equilibrio iónico? Solución: El mantenimiento del equilibrio iónico es
fundamental para el correcto funcionamiento de los seres vivos. La
pérdida de este equilibrio puede conducir a graves alteraciones,
como son: - La generación de fenómenos osmóticos en las células
que pueden conducir a la muerte celular. - La eliminación de la acción
antagónica que realizan algunos cationes para regular la actividad de
órganos como el corazón. En general, este antagonismo se ejerce
entre un catión monovalente que realiza una acción que es
contrarrestada por uno divalente. - La pérdida de solubilidad de
algunas proteínas, ya que las sales minerales modifican las
propiedades disolventes del agua. - Se verían afectadas otras
acciones específicas controladas por las sales minerales, como la
actividad de muchas enzimas, la transmisión del impulso nervioso, la
contracción muscular, etc.
10 .- Indica la función y el grupo al que pertenecen los siguientes
bioelementos:Fe, C, Ca, Na y P. Solución: Hierro (Fe). Se incluye en los
oligoelementos. Es un componente de los grupos hemo de las
moléculas que transportan o almacenan oxígeno (hemoglobina y
mioglobina). Además, es un cofactor de enzimas mitocondriales
transportadoras de electrones. Carbono (C). Es un bioelemento
primario. Es el constituyente básico de las moléculas de los seres
vivos. Calcio (Ca). Pertenece a los bioelementos secundarios. En
forma iónica, participa en la contracción muscular, en la coagulación
sanguínea y en la transmisión del impulso nervioso. Como CaCO3,
forma estructuras esqueléticas. Sodio (Na). Bioelemento secundario.
Participa en la creación de los gradientes de membrana,
imprescindibles para la transmisión del impulso nervioso. Mantiene el
equilibrio osmótico y neutraliza las cargas de las macromoléculas.
Fósforo (P). Es un bioelemento primario. Está presente en muchas
moléculas biológicas como los fosfolípidos, los ácidos nucleicos o el
ATP (donde forma enlaces ricos en energía). En forma de fosfatos,
aparece en esqueletos y dientes, y tiene acción tamponadora.
11 .- ¿Qué son las interacciones hidrofóbicas? ¿Cuál es su importancia
biológica? Solución: Las interacciones hidrofóbicas se producen entre
grupos apolares o hidrófobos que tienden a agruparse entre sí para
evitar el contacto con el agua. Tienen gran importancia biológica, ya
que son las responsables de la formación de las membranas
biológicas y del plegamiento de muchas proteínas. Las membranas
biológicas están constituidas por moléculas anfipáticas (fosfolípidos).
Estas forman bicapas, situando sus grupos polares en contacto con el
agua y las cadenas hidrófobas enfrentadas entre sí para evitar el
contacto con el agua. Son también las responsables del plegamiento
de muchas proteínas, macromoléculas formadas por la unión de
aminoácidos. Algunos aminoácidos presentan grupos hidrófobos que
repelen el agua e interaccionan con otros similares, provocando el
plegamiento específico de la proteína.
12 .- ¿Con cuántas moléculas vecinas puede enlazar una molécula de
agua? Justifica la respuesta. Solución: El carácter dipolar de la
molécula de agua permite que, potencialmente, pueda establecer
enlaces de hidrógeno con otras cuatro moléculas de agua. Cada uno
de los hidrógenos de una molécula puede establecer interacciones
con las cargas parciales negativas de los oxígenos de otras dos
moléculas, mientras que las dos cargas negativas del átomo de
oxígeno pueden enlazar con las cargas parciales positivas de los
átomos de hidrógeno de otras dos. En el agua líquida, los puentes de
hidrógeno se forman y se destruyen continuamente, estableciendo
cada molécula de agua un promedio de 3,4 enlaces con sus vecinas.
En el hielo, cada molécula forma el número máximo de enlaces
(cuatro) originando una estructura reticular regular.
13 .- ¿Qué es una disolución amortiguadora o tampón?; ¿cómo actúa?
Solución: Los sistemas amortiguadores, tampón o buffer son
soluciones acuosas de ácidos débiles que neutralizan las variaciones
de pH de un medio aunque se añadan cantidades apreciables de un
ácido o de una base. Los sistemas amortiguadores se basan en las
propiedades de los ácidos débiles, que son aquellos que no se
disocian totalmente en disoluciones acuosas, y que, a determinados
valores de pH, actúan como ácidos o como bases, es decir, ceden
protones al medio o los aceptan. Cuando en el medio existe un
exceso de H+, el tampón actúa como base y los acepta, y, cuando se
produce un exceso de OH- actúa como un ácido, liberando protones
que los neutralizan. La capacidad de amortiguación del tampón se
produce en torno a un valor de pH próximo al pK del ácido. El pK es la
constante de ionización, y se corresponde con un valor de pH en el
que existe la misma cantidad de ácido en estado disociado y sin
disociar. Cada ácido débil tiene un pK característico, y, por tanto,
actúan como amortiguadores a diferentes valores de pH.
14 .- ¿En qué formas pueden encontrarse las sales minerales en los
seres vivos? ¿Qué funciones realizan en cada caso? Solución: Las sales
minerales se encuentran en los seres vivos en dos formas: - Forma
sólida o precipitada. Actúan originando formas esqueléticas y de
sostén. Por ejemplo, el CaCO3 participa en la formación de los
esqueletos de moluscos, crustáceos, corales y vertebrados. El fosfato
cálcico endurece los huesos de los vertebrados. La sílice forma el
caparazón de algunos microorganismos como las diatomeas e
impregna tallos de algunas plantas como las gramíneas. - En
disolución se encuentran en forma iónica, siendo los principales
iones: Entre las funciones de las sales en disolución destacan: Actúan como sistemas tampón controlando las variaciones del pH. Mantienen el equilibrio osmótico. - Modifican las propiedades
disolventes del agua. - Contribuyen a estabilizar los coloides. Presentan acciones específicas participando en un gran número
de procesos fisiológicos, como la activación de enzimas, la
transmisión del impulso, la contracción muscular, la creación de
potenciales de membrana, la coagulación sanguínea, etc.
15 .- ¿Qué son los bioelementos?, ¿cómo se clasifican? Solución: Los
bioelementos son los elementos químicos que constituyen las
moléculas de los seres vivos. De todos los elementos conocidos, se
han identificado como bioelementos unos setenta, aunque solo son
comunes a todos los seres vivos alrededor de veinticinco. Los
bioelementos se clasifican en tres grupos: - Bioelementos primarios.
Constituyen las moléculas de los seres vivos y representan el 99% de
la masa de las células. Son el C, el H, el O y el N y, en menor
proporción, el S y el P. - Bioelementos secundarios. Aparecen
generalmente en forma iónica, y son el Na+, el Ca2+, el K+, el Mg2+ y
el Cl-. Se encuentran presentes en el medio celular en pequeñas
cantidades, incluso en proporciones por debajo del 0,1%. Oligoelementos. Son aquellos elementos químicos que están
presentes en los seres vivos de forma vestigial (por debajo del 0,1%),
pero cuya presencia es fundamental para permitir su buen
funcionamiento. Su ausencia suele provocar enfermedades
carenciales, aunque si superan una cierta concentración producen
intoxicaciones. Se conocen alrededor de sesenta oligoelementos,
entre los que se encuentran el Fe, el Cu, el Zn, el Mn, el Co, el I...
16 .- ¿Por qué decimos que el agua es un dipolo? ¿Cuáles son las
consecuencias de su estructura dipolar? Solución: El agua es una
molécula formada por la unión de un átomo de oxígeno con dos
átomos de hidrógeno. Su naturaleza dipolar se debe a que el átomo
de oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno. Este hecho
provoca que los electrones compartidos en los enlaces se sitúen más
cerca del oxígeno que de los hidrógenos, generándose dos cargas
parciales negativas en la zona del oxígeno y una carga parcial positiva
en cada uno de los hidrógenos. Aunque la molécula de agua presenta
una carga neta neutra, es una molécula dipolar. Debido a la
separación de cargas, las moléculas de agua pueden atraerse entre sí
por fuerzas electrostáticas entre las cargas parciales negativas
situadas sobre el oxígeno de una molécula y las cargas parciales
positivas situadas sobre los hidrógenos de otras. Este tipo de
atracción electrostática se llama enlace por puentes de hidrógeno.
Cada molécula de agua puede formar, teóricamente, enlaces de
hidrógeno con cuatro moléculas vecinas. Estos enlaces se forman y se
destruyen continuamente, lo que hace que el agua a temperatura
ambiente sea un líquido que presenta una elevada cohesión interna,
baja viscosidad y elevada reactividad química. Se dispone de tres
disoluciones que presentan las siguientes concentraciones de
H+:
- Disolución 1: [H+] = 1,0 · 10-7 - Disolución 2: [H+]
= 1,0 · 10-2 - Disolución 3: [H+] = 1,0 · 10-9
17 .- Indica si las disoluciones son ácidas, básicas o neutras; la
concentración de OH-, y el valor del pH de cada disolución. Solución:
Disolución 1: Neutra. [OH- ] = 1,0 · 10-7 pH = 7. Disolución 2: Ácida.
[OH- ] = 1,0 · 10-12 pH = 2. Disolución 3: Básica. [OH- ] = 1,0 · 10-5 pH =
9
18 .- ¿Qué es un oligoelemento? Señala tres ejemplos y explica su
función. Solución: Los oligoelementos son aquellos elementos
químicos que están presentes en los seres vivos de forma vestigial
(por debajo del 0,1%), pero su presencia es fundamental para permitir
su buen funcionamiento. Su ausencia suele provocar enfermedades
carenciales, aunque si superan una cierta concentración producen
intoxicaciones. Se conocen alrededor de sesenta oligoelementos,
entre los que se encuentran el Fe, el Mn, el Co. - Hierro (Fe). Es un
componente de los grupos hemo de las moléculas transportadoras
de oxígeno (mioglobina y hemoglobina). Además, es un cofactor de
enzimas mitocondriales transportadoras de electrones. - Manganeso
(Mn). Actúa como catalizador en muchas reacciones químicas.
Participa en la fotólisis del agua durante la fotosíntesis. - Cobalto
(Co). Forma parte de la vitamina B12, que es necesaria para la síntesis
de la hemoglobina.
19 .- Además de los enlaces covalentes que mantienen unidos los
átomos de las moléculas orgánicas, ¿qué otros tipos de interacciones
moleculares se establecen entre ellas? Solución: En las moléculas
orgánicas se produce otro tipo de enlaces no covalentes que
mantienen la estructura de ciertas moléculas complejas o que asocian
unas moléculas a otras. Estas interacciones son las siguientes: Enlaces o puentes de hidrógeno. Se forman entre un átomo de
hidrógeno que está unido covalentemente a un átomo
electronegativo y otro átomo electronegativo. En este caso, el
hidrógeno es atraído por dos átomos diferentes. Estabilizan la
estructura tridimensional de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Interacciones electrostáticas. Se produce cuando un grupo funcional
que presenta carga iónica (+) o (-) es atraído por otro de carga
opuesta. También se llaman enlaces iónicos. - Interacciones
hidrofóbicas. Se producen entre grupos apolares o hidrófobos que
tienden a agruparse entre sí para evitar el contacto con el agua. Son
las responsables de la formación de las membranas biológicas y del
plegamiento de muchas proteínas. - Fuerzas de Van der Waals: son
interacciones muy débiles e inespecíficas que se producen entre dos
átomos que se encuentran a una distancia superior a un valor
mínimo, por debajo del cual se produce repulsión entre sus nubes de
electrones. Debido a su debilidad, son importantes cuando se suman
muchas de estas interacciones entre dos moléculas. Participan en las
uniones enzima-sustrato y antígeno-anticuerpo.
20 .- ¿Por qué se dice que el agua es el disolvente universal? Solución:
El agua es el disolvente universal porque es capaz de disolver más
sustancias que cualquier otro líquido conocido. Esto es posible
gracias a la polaridad de la molécula de agua, que permite establecer
interacciones electrostáticas entre sus cargas positivas y negativas
con cualquier compuesto iónico y con moléculas que presentan
grupos polares. Los compuestos que se disuelven en el agua son: Compuestos iónicos como las sales minerales. Se disuelven gracias a
la atracciones electrostáticas que se establecen entre los dipolos del
agua y los iones de la sal. - Moléculas polares (con grupos carbonilos,
hidroxilos, carboxilo...). Se disuelven con facilidad estableciendo
puentes de hidrógeno entre el agua y los grupos funcionales de las
moléculas. - Moléculas anfipáticas (con grupos polares y grupos no
polares). Se dispersan en el agua formando micelas, quedando los
grupos polares en contacto con el agua, y los apolares, hacia el
interior de la micela. El tampón bicarbonato controla las variaciones
de pH de la sangre. Explica cómo actúa ante un aumento en la
concentración de H+ y ante una disminución de dicha concentración.
El tampón bicarbonato presenta su actividad en torno a valores de
pH de 7,4. Su funcionamiento se basa en el equilibrio existente entre
el ion bicarbonato y el ácido carbónico, que, a su vez, puede
disociarse en CO2 y H2O. - Cuando se produce un aumento en la
concentración de H+ en la sangre, es decir, se produce acidificación,
el equilibrio del tampón bicarbonato se desplaza hacia la derecha
aumentando la cantidad de ácido carbónico (H2CO3). Este se disocia
en CO2 y H2O, eliminándose el exceso de CO2 al exterior. - Si se
produce una disminución de la concentración de H+, el medio se
alcaliniza, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual debe
incorporarse CO2 del exterior que al combinarse con el H2O repara
las pérdidas de H2CO3. La concentración salina del protoplasma de
los glóbulos rojos es, aproximadamente, de 0,3 M. ¿Qué sucedería si
introdujéramos glóbulos rojos en agua destilada?, ¿y si los
introdujéramos en una disolución cuya concentración fuera 0,7 M?
Las membranas de los glóbulos rojos, al igual que todas las
membranas biológicas, se comportan como membranas
semipermeables. Por tanto, al introducir glóbulos rojos en
disoluciones de diferente concentración, sufrirán fenómenos
osmóticos. - En el caso del agua destilada, los glóbulos rojos se
encuentran en una disolución hipoosmótica respecto a la
concentración de su citoplasma. La consecuencia será la entrada de
agua a la célula para intentar equilibrar las concentraciones. Esta
entrada de agua provocará que la célula estalle. - En una
disolución 0,9 M la célula se encuentra en un medio hiperosmótico,
por lo que el agua tiende a salir al medio extracelular. La célula se
arrugará (retracción), pudiendo llegar a producirse la muerte celular
LOS GLÚCIDOS
Son biomoléculas formadas básicamente por C, H y O en una
proporción (CH2O)n. Por esta razón se les denomina también
hidratos de carbono. Este nombre es poco afortunado pues no se
trata de átomos de C unidos a moléculas de agua sino que se definen
como polihidroxialcoholes o polihidroxicetonas, es decir cadenas
carbonadas en las que los carbonos presentan un grupo OH y un
radical H, excepto uno que posee un grupo
carbonílico aldehído o cetona.
Esta definición es solo valida para los glúcidos más simples pues
como veremos más adelante dentro de los glúcidos se incluyen,
aminas, alcohóles, ácidos, así como los productos de condensación
de estos compuestos entre si o con otros mediante el enlace
glucosídico.
Clasificación:
ALDOTRIOSAS
M
O
ALDOSAS
ALDOTETROSAS
N
O
ALDOPENTOSAS
S
A
C
ALDOHEXOSAS
A
CETOTRIOSAS
R
I
CETOTETROSAS
D
G
O
L
S
CETOSAS
CETOPENTOSAS
U
C
CETOHEXOSAS
OSAS
I
CETOHEPTOSAS
D
O
S
DISACARIDOS
H
OLIGOSACARIDOS
O
TRISACARIDOS
L
O
OSIDOS
S
HOMOPOLISACARIDOS
POLISACARIDOS
I
HETEROPOLISACARIDOS
D
O
S
CARDIOTONICOS
HETEROSIDOS
GLUCOLIPIDOS
GLUCOPROTEINAS
1. MONOSACARIDOS.
Constituidos por una sola molécula de polihidroxialdehido o
polihidroxicetona y con un número de átomos de carbono
comprendido entre 3 y 9, siendo los más frecuentes los de 3, 4, 5 y 6.
Son solidos cristalinos, blancos, hidrosolubles y de sabor dulce. La
presencia del grupo carbonílico (aldehido o cetona) les confiere
poder reductor frente a determinadas sustancias tales como el licor
de Fehling.
Se nombran anteponiendo a la terminación -osa un prefijo que
indique si es posee un grupo aldehído (aldo-) o cetona (ceto-) y otro
referente al número de átomos de carbono. -tri-, -tetr-, -pent-, -hex, etc. Ejmp: aldohexosa, cetopentosa, aldotriosa,...
1.1. TRIOSAS.
Formadas por tres átomos de carbono (C3H6O3). Una aldotriosa y una
cetotriosa, que reciben el nombre de gliceraldehido y dihidroxicetona
respectivamente:
Estereoisomería. El átomo de carbono del gliceraldehido tiene sus
cuatro valencias saturadas con cuatro radicales diferentes, es por
tanto un carbono asimétrico. Por convenio y suponiendo la molécula
en un plano, hay dos posibles disposiciones del grupo OH, a la
derecha (configuración D), o a la izquierda (configuración L) que dan
lugar a dos estereoisomeros diferentes D-gliceraldehido y Lgliceraldehido.
En general en todos los monosacáridos los carbonos que poseen
función alcohol son asimétricos, lo cual implica la existencia de
distintos estereoisómeros. El número de estereoisomeros aumenta
de forma exponencial con el número n de átomos de carbono
asimétricos 2n.
Isomería óptica: La presencia de átomos de C asimétricos, hace que
la moléculas posean actividad óptica, es decir al incidir sobre una
solución de monosacáridos un rayo de luz polarizada, este puede
desviarse hacia la derecha, moléculas dextrógiras (+), o hacia la
izquierda levógiras (-).
Las propiedades de estereoisomeria e isomería óptica son diferentes,
de manera que puede haber moléculas D-(+) y D-(-) o L-(+) y L-(-).
1.2. TETROSAS.
Formadas por cuatro átomos de carbono (C4H8O4).
Aldotetrosas: 4 estereoisomeros, D-eritrosa, L-eritrosa, D-treosa y Ltreosa).
Cetotetrosas: 2 estereoisomeros, D-eritrulosa y L-eritrulosa.
Cuando dos estereoisomeros son imágenes especulares se
denominan enantiomorfos. Ejm D-eritrosa y L-eritrosa (Por convenio
los prefijos D y L se refieren al átomo de carbono asimétrico más
alejado del carbono carbonílico). Si se diferencian en la configuración
de un solo átomo de carbono asimétrico se
denominan epímeros respecto al átomo (D-eritrosa y D-treosa), son
sustancias diferentes con propiedades diferentes.
Si bien en la naturaleza se encuentran formas L, las más abundantes
son las formas D. Así los ácidos nucleicos solo contienen D-ribosa y Ddesoxiribosa. Por esta razón solo nos vamos a referir a las formas Den los próximos glúcidos.
1.3. PENTOSAS
Con cinco átomos de carbono (C5H10O5).
Aldopentosas: 8 estereoisomeros, D-ribosa, D-arabinosa, D-xilosa, Dlixosa y sus correspondientes formas L.
Cetopentosas: 4 estereoisomeros, D-ribulosa, D-xilulosa y sus formas
L.
Por su interés biológico destacamos:
D-ribosa: forma parte de los nucleotidos como el ATP así como del
ácido ribonucleico. Su derivado D-desoxiribosa forma parte del ADN.
D- y L-arabinosa: componentes de gomas vegetales, goma arábiga.
D-xilosa: componente del polisacárido xilana (madera).
D-ribulosa: sustrato sobre el que se fija el CO2 durante la fotosíntesis.
1.4. HEXOSAS.
Con seis átomos de carbono (C6H12O6).
Aldoexosas: 16 estereoisomeros; D-alosa, D-altrosa, D-glucosa, Dmanosa, D-gulosa, D-idosa, D-galactosa, D-talosa y sus respectivas
formas L.
Cetoexosas: 8 estereoisomeros; D-sicosa, D-fructosa, D-sorbosa, Dtagatosa y sus formas L.
Por su interés biológico destacamos:
D-glucosa: Muy abundante en los vegetales y el azucar más
importante en los animales donde se encuentra en estado libre o
polimerizado formando glucógeno en el hígado. Es la principal fuente
de enegía de los animales.
D-galactosa: forma parte del disacarido lactosa (leche), y en
polisacridos complejos como mucílagos, pectinas y también en
glucolípidos y glucoproteínas.
D-manosa: Libre en la corteza de vegetales o formando polímeros
como los manosanas presentes en vegetales, bacterias, levaduras y
hongos. También esta presente en la molecula de estreptomicina B.
D-fructosa. Libre o formando parte de la sacarosa en las frutas.
Formas cerradas de aldopentosas, aldoexosas y cetoexosas.
Cuando estan disueltas, las aldoexosas forman anillos de seis atomos
de carbono denominadas piranosas. Mientras que las aldopentosas y
las cetoexosas forman anillos de 5 atomos de C
denominadas furanosas.
La ciclación ocurre en las aldohexosas y cetoexosas por reacción del
grupo OH del C5 con el C del grupo aldehido, enlace hemiacetálico, o
del grupo ceto, enlace hemicetálico, respectivamente, mientras que
las aldopentosas se ciclan por enlace hemiacetálico entre el C4 y C del
grupo aldehído. Estos enlaces originan un grupo hidroxilo
hemiacetálico o hemicetálico nuevo, que mantiene la propiedades
reductoras de los grupos aldehído y ceto respectivamente.
La formación de anillos hace que aparezca un nuevo carbono
asimétrico que se denomina anomérico, de manera que existen dos
nuevos estereoisomeros denominados ? y ? por cada forma D y L. Asi
de la gulcosa existen la ?-D-glucopiranosa y la ?-D-glucopiranosa. Los
sufijos piranosa y furanosa se añaden al nombre del monosacarido si
se cicla en seis o cinco atomos de carbono.
Para representar las moleculas cicladas Walter Norman Haworth,
diseño un método general conocido como proyecciones de
Haworth y que como ejemplo para la glucosa consiste en:
Las formulas de proyección de Haworth dan a entender que los
anillos son planos y esto no es cierto. Asi el anillo de piranosa puede
existir en conformación de silla o de nave, siendo aquella la más
estable y la que más predomina en las disoluciones de la hexosas.
Esta clase de represensatión se denominan fórmulas de
conformación.
?-D-glucopiranosa
SILLA
?-D-glucopiranosa
NAVE
2. DERIVADOS DE LOS MONOSACARIDOS.
2.1. Aminoazucares.
Presentan una sustitución del grupo OH del C2 por un grupo amino,
mediante un enlace N-glucosídico. Ejem. la D-glucosamina, principal
componente de la quitina y de la estreptomicina. D-galactosamina,
componente de los cartílagos.
2.2. Azucares-acidos.
Tres clases: acidos aldánicos, aldáricos y urónicos. Los urónicos son
los más importantes. Algunos ejemplos de estos son el D-
glucurónico y D-galacturónico que se encuentran en gomas y
pectinas. Otro azucar-acido importante es el ac. ascobico o VitC.
2.3. Azucares-alcoholes.
Se originan por reducción del grupo aldehido o cetona a grupo
alcohol. Algunos son el L-sorbitol y D-manitol abundantes en los
frutos, el glicerol que es un componente de los lípidos al igual que
el inositolque no deriva de un azucar sino del ciclohexano.
3. DISACARIDOS
Estan constituidos por dos moléculas de monosacaridos unidas por
un enlace
O-glucosídico, si el primer monosacarido es ? se habla de enlace ?glucosídico y si es ?, de enlace ?-glucosídico. Este enlace consite en la
reacción entre dos grupos -OH y rinde una molecula de agua.
Según que grupos -OH esten implicados se distinguen dos tipos:
Monocarbonílico: Reacción entre el -OH hemiacetálico de un
monosacarido y cualquier otro grupo -OH del segundo monosacarido.
El enlace se establece entre C1 anomérico del primer monosacarido y
el C4 o C6 no anomérico del segundo (1®4) y (1®6). En este caso el
disacarido mantiene sus propiedades reductotras gracias -OH
hemiacetálico del segundo monosacarido, presente en el C
anomérico que puede existir en forma µ y ?. Ejem: Lactosa, maltosa,
isomaltosa y celobiosa. Estos disacaridos se nombran con los sufijos osil y -osa.
: Reacción entre los -OH hemiacetálicos de los dos monsacaridos. El
enlace se establece entre los dos carbonos anoméricos de ambos
monosacaridos. (1®1), si los dos son piranosas y (1®2) si el segundo es
un anillo de furanosa. En este caso el disacarido pierde el caracter
reductor por esta razón se nombrn con los sufijos -osil y osido. Algunos ejemplos son la sacarosa y la trehalosa.
Disacaridos Reductores
Lactosa: ?-D-galactopiranosil (1®4) ?-D-glucopiranosa (forma ?).
Denominada azucar de leche, se encuentra libre en la leche de los
mamiferos (4-5% en la de vaca).
Maltosa: ?-D-glucopiranosil (1®4) ?-D-glucopiranosa (forma ?). Este
disacarido no existe de forma libre sino que es el resultado de la
hidrólisis de la amilosa del polisacarido almidón. A partir del almidon
se obtiene la malta utilizada para la fabricación de cerveza y
sucedaneos del café.
Isomaltosa: ?-D-glucopiranosil (1®6) ?-D-glucopiranosa. Tampoco
existe libre sino que se obtine por hidrólisis de la amilopectina del
almidón y del glucógeno.
Celobiosa: ?-D-glucopiranosil (1®4) ?-D-glucopiranosa. Producto de la
hidrólisis de la celulosa.
Disacaridos no reductores
Sacarosa: ?-D-glucopiranosil (1®2) ?-D-fructofuranosido. Denominada
azucar de caña donde esta presente en un 20%. Se hidroliza con
facilidad. La sacarosa es dextrogira mientras que la mezcla resultado
de la hidrolisis es levógira, por esta razón se denomina a esta mezcla
azucar invertido.
Trehalosa: ?-D-glucopiranosil (1®1) ?-D-glucopiranosido. Se encuentra
en la hemolinfa de los insectos y en levaduras y hongos.
4. TRISACARIDOS
Formados por la unión de tres monosacaridos. El más abundante en
la naturaleza es la rafinosa (?-D-galactopiranosil (1®6) ?-Dglucopiranosil (1®2) ?-D-fructofuranosido). Es muy abundante en la
remolacha y otros vegetales.
5. POLISACARIDOS
La mayoría de los glúcidos se encuentran en la naturaleza como
polisacáridos de elevado peso molecular, formados por la unión
muchos monosacaridos (de 11 a varios miles) mediante enlace Oglucosídico. La D-glucosa es el monosacarido predominante, pero
también hay D-manosa, D-fructosa, D-y L-galactosa, y derivados
como la D-glucosamina o el acido D-glucurónico. Si esta formado por
un solo tipo de monosacarido de
denomina homopolisacarido (almidón, glucógeno, dextranos,
celulosa y quitina), si esta formado por varias clases de
monosacaridos se denominan heteropoliscaridos (pectina, agar-agar,
gomas, mucilagos, etc)
HOMOPOLISACARIDOS DE RESERVA
5.1. ALMIDON
Constituye el polisacarido de reserva de los vegetales donde se
almacena en forma de gránulos en el interior de los amiloplastos de
las células vegetales.
Esta constituido por deos clases de homopolisacaridos, la µ-amilosa y
la amilopectina.
La µ-amilosa esta constituida por cadenas largas de longitud variable,
no ramificadas, constituidas por unidades de D-glucosa unidas
mediante enlaces µ(1®4). No es soluble pero forma micelas
hidratadas que se tiñes de azul oscuro con el Iodo. Las cadenas en la
micela se enrollan en forma helicoidal.
La amilopectina esta muy ramificada, 20 a 30 unidades de D-glucosa
en cada rama unidas por enlace µ(1®4), mientras que los puntos de
rmificación son enlaces µ(1®6). Forman micelas que se tiñen de rojo
oscuro con el Iodo.
Los dos componentes del almidon se pueden hidrolizar por la acción
de enzimas amilasas.
La enzima µ-amilasa, presente en el jugo pancreático y en la saliva,
hiroliza al azr los enlaces de la µ-amilosa, produciendo una mezcla
final de glucosa y maltosa.
La enzima ?-amilasa, presente en la malta, libera unidades de maltosa
empezando por el extremo no reductor.
La milopectina también es atacada por esta dos enzimas dando lugar
a las denominadas dextrinas. Como estas enzimas no atacan los
enlaces µ(1®6), el resultado máximo de la acción de estas enzimas se
denomina dextrina límite.
5.2. GLUCOGENO
Es el principal polisacrido de reserva de las células animales y es el
equivalente del almidón de las células vegetales. Es muy abundante
en el hígado y en el músculo esquelético. En los hepatocitos se
acumula en forma de gránulos, que se tiñes de rojo-violaceo con el
iodo, constituidos por moleculas muy ramificadas similares a la
amilopecnina, pues esta formadas por cadenas de D-glucosa unidas
por enlace µ(1®4) y ramicaciones µ(1®6). La diferencia estriba en que
el glucógeno esta más ramificado y es una molécula más compacta.
El glucógeno se hidroliza facilmente por las enzimas anteriores
rindiendo una mezcla de glucosa y maltosa.
5.3. DEXTRANOS
Polisacaridos de reserva de las levaduras y bacterias constituidos por
cadenas ramificadas de D-glucosa unidas por enlaces 1®2, 1®3, 1®4 y
1®6. Forma disoluciones mucilaginosas de gran viscosidad.
HOMOPOLISACARIDOS ESTRUCTURALES
5.4. CELULOSA
Es el polisacarido más abundante de la pared celular de los vegtales.
Esta constituida por cedenas lineales de D-glucosa unidas por enlaces
_(1®4), que se disponen en forma de hélice, una vuelta cada 4
unidades. Es una molecula insoluble y bastante inerte, pues hay pocas
enzimas capaces de romper las cadenas, solo algunas bacterias y
protozoos del tracto intestinal de los herviboros segregan estas
enzimas. La hidrolisis acida de la celulosa rinde moleculas del
disacarido reductor celobiosa.
La celulosa en las paredes celulares se disponen en forma de haces de
fibrillas densamente empaquetadas, formando capas cruzadas. Estas
fibrillas se se aglutinan en una matriz constituida por otros polímero
tales como la hemicelulosa, pectina y extensina.
A medida que la pared celular envejece se impregnan de otras
sustancias tales como la lignina, suberina y cutina que no son
polisacaridos.
5.5. QUITINA
Esta constituida por cadenas de N-acetil-D-glucosamina unidas por
enlace _(1®4). Es el componente principal del exoesqueleto de los
artropodos.
HETEROPOLISACARIDOS
En los vegetales son componentes estructurales de la pared o
membrana:
Hemicelulosa: polimero de xilosa y arabinosa.
Agar-Agar: polimeros de D y L-galactosa presentes en las algas rojas.
Gomas: polimeros de galactosa, arabinosa y ac. glucurónico. Función
defensiva.
Mucílagos: similares a las gomas pero no se excretan al exterior de la
planta.
En los animales los heteropolisacaridos más abundantes son
los mucopolisacaridos:
Ac. Hialurónico: en la sustancia intersticial del tejido conjuntivo.
Heparina: con propiedades anticoagulantes de la sangre.
Condroitina: en la sustancia intercelular del cartílago, y tejido oseo.
6. HETEROSIDOS
Son sustancias formadas por una parte glucídica y otra no glucídica.
Si esta es un lípido se denominanglucolípidos, y si es una
proteína, glucoproteinas.
Los glucoplípidos forman parte de las membranas celulares, como
los gangliósidos y cerebrósidos.
Las glucoproteínas: Los peptidoglicanos y acidos teicoicos que
forman parte de la pared celular de bacterias. Las mucoproteínas y
mucinas presentes en la luz de tubos como el digestivo y
respiratorios con función protectora. Las mas interesantes son
las glucoproteínas estructurales de la membrana plasmática donde
actúan como marcadores biológicos y lugares de reconocimiento
celular.
PREGUNTAS
1.* Diferenciar entre epímero y enantiomorfo en los azucares. Citar
ejemplos.
2.* Analogías y diferencias entre almidón, celulosa y glucógeno.
3.* Indicar la composición química, estructural y papel biológico de
dos polisacáridos:
a) Estructurales
b) Energéticos
4.* Sabiendo que la maltosa esta formada por dos moléculas de ?-Dglucopiranosa unidas mediante enlaces
?(1-4):
a) construir la molécula de maltosa.
b) ¿Qué nombre recibe el enlace ?(1-4).
c) ¿Hay en la maltosa algún -OH hemiacetálico libre?. ¿Cuál?.
d) ¿Posee la molécula de maltosa poder reductor?. Justifica la
respuesta.
5.* Transforma en cíclica la formula lineal de una aldohexosa
cualquiera. Escribe los estereoisomeros ? y ?.
6. Escribe la formula de la ?-D-glucopiranosa y las de un epímero, un
enantiomorfo y un anómero. Nombra cada uno de ellos.
7. Formula el trisacárido ?-D-glucopiranosil (1-5) ß-D-fructofuranosil
(2-1) ?-D-glucopiranósido. ¿Será reductor?.
8. ¿Qué relación existe entre carbono carbonílico, carbono
anomérico y -OH hemiacetálico?.
9. ¿La molécula de D-galactosa es dextrógira o levógira? Diferencia
entre estereoisomeros e isómeros ópticos.
10. Completa la tabla siguiente basándote en las estructuras
representadas en la figura .
ESTRUCTURA FAMILIA ESQUELETO MONOSACARIDO
a
b
c
d
e
Aldosa
Triosa
D-gliceraldehído
nº DE
CARBONOS
ASIMÉTRICOS
1
11. Nombra y escribe las fórmulas de un epímero de (c) y un
enantiómero de (b) y (e).
12. Escribe las fórmulas de proyección de los anómeros ? y ß de la (b)
y (e).
13. Escribe las formulas de conformación de la anómeros ? y ß de (c).
14. ¿Cuales son las enzimas que hidrolizan el almidón y cómo actúan
sobre la molécula?
PREGUNTAS RESUELTAS. LOS AZUCARES
1.- ¿Cómo se forman compuestos tales como la desoxirribosa, el ácido
glucurónico y la glucosamina?
2.- ¿Cuántos estereoisómeros tiene la D-glucosa? Escribe la fórmula de
uno que sea epímero con ella en el carbono 4 ¿De qué compuesto se
trata? Escribe la fórmula de la L-glucosa ¿Qué tipo de isómero es
respecto a la D-glucosa?
3.- ¿En qué se diferencia un enlace monocarbonílico de uno
dicarbonílico?
4.- ¿Qué es la sacarosa? ¿Tiene poder reductor? ¿Por qué? ¿Cómo se
llama y de qué tipo es el enlace que forma la sacarosa?
5.- ¿Qué indica que una molécula posee un carbono asimétrico?
Escribe un ejemplo.
6.- ¿Qué relación existe entre carbono carbonílico, carbono
anomérico y -OH hemiacetálico?
7.- ¿Qué semejanzas y diferencias existen entre epímeros y
enantiómeros? Pon ejemplos.
8.- ¿Qué son isómeros geométricos o estereoisómeros? ¿Qué
moléculas presentan dicha isomería?
9.- ¿Qué son las glucoproteínas? ¿Cuál es su composición? Señala su
importancia biológica.
10.- ¿Qué tipos de uniones pueden darse entre dos monosacáridos
para formar un disacárido?
11.- Características de los monosacáridos ¿Tienen todos los
monosacáridos los mismos grupos funcionales? ¿Cuáles son?
12.- Clasifica los glúcidos en función del número de monosacáridos
que presenten en su molécula.
13.- Define oligosacáridos. ¿Cuál es su importancia biológica?
14.- Escribe la fórmula de una aldopentosa y de una cetopentosa,
señalando su importancia biológica.
15.- Escribe las fórmulas de las principales hexosas, señalando su
importancia biológica.
16.- Formula la celobiosa ( -D-glucopiranosil 1 4 -D-glucopiranosa) e
indica si tiene carácter reductor o no, razonándolo.
17.- Realiza una clasificación de polisacáridos atendiendo a su función
citando los ejemplos más importantes y los seres o estructuras de los
que forman parte.
18.- Señala las diferencias existentes entre homopolisacáridos y
heteropolisacáridos. Clasifica los siguientes polisacáridos según su
estructura y su función.: Celulosa. Glucógeno, Pectina. Almidón.
Hemicelulosa. Ácido hialurónico.
19.- Señala las diferencias que existen entre el almidón y el
glucógeno.
SOLUCIONES:
1.- ¿Cómo se forman compuestos tales como la desoxirribosa, el ácido
glucurónico y la glucosamina? Solución: Se forman por los cambios
químicos que sufren los monosacáridos. En el caso de la
desoxirribosa, se forma por reducción, es decir, por la pérdida de un
grupo hidroxilo en alguno de sus carbonos. El ácido glucurónico se
forma por oxidación, es decir, por la formación de un grupo carboxilo
en el carbono terminal. La glucosamina es un aminoazúcar que se
forma por sustitución.
2.- ¿Cuántos estereoisómeros tiene la D-glucosa? Escribe la fórmula de
uno que sea epímero con ella en el carbono 4 ¿De qué compuesto se
trata? Escribe la fórmula de la L-glucosa ¿Qué tipo de isómero es
respecto a la D-glucosa? Solución: El número de esteroisómeros de un
compuesto depende del número de carbonos asimétricos que tenga,
siendo igual a: Número de estereoisómeros = 2n Siendo n el número
de C asimétricos del compuesto. En este caso, la glucosa tiene 4
carbonos asimétricos; entonces, el número de isómeros será de
24=16. La D-glucosa presenta dos clases de isómeros geométricos o
estereoisómeros: epímeros y enantiómeros. Los que difieren en la
posición de un -OH son epímeros. Así, por ejemplo, la galactosa es
epímero de la glucosa, pues solo se diferencia en la posición del -OH
del carbono 4: Aquellos compuestos cuyas moléculas presentan
imágenes especulares son enantiómeros como sucede con la Lglucosa que es un compuesto enantiómero de la D-glucosa:
3.- ¿En qué se diferencia un enlace monocarbonílico de uno
dicarbonílico?
Solución: El enlace monocarbonílico es aquel en el que intervienen
un C anomérico del primer monosacárido y un C no anomérico
cualquiera del otro monosacárido. Como el C anomérico del segundo
monosacárido queda libre, se mantiene el poder reductor. El enlace
dicarbonílico tiene lugar entre los carbonos anoméricos de ambos
monosacáridos. En este caso, se pierde el poder reductor.
4.- ¿Qué es la sacarosa? ¿Tiene poder reductor? ¿Por qué? ¿Cómo se
llama y de qué tipo es el enlace que forma la sacarosa? Solución: La
sacarosa es un disacárido producto de la fotosíntesis, que está
presente en la savia elaborada. Es el componente del azúcar común.
Se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera. Está
formada por -D-glucosa y -D-fructosa unidas por un enlace Oglucosídico entre los carbonos 1 y 2, respectivamente. Este tipo de
enlace es dicarbonílico, es decir, se unen los carbonos anoméricos de
las dos osas, por lo que pierde el poder reductor.
5.- ¿Qué indica que una molécula posee un carbono asimétrico?
Escribe un ejemplo. Solución: Un carbono asimétrico es aquel que se
encuentra unido a cuatro radicales diferentes. P. ej. El gliceraldehído
cuyo segundo carbono presenta cuatro sustituyentes distintos.
Pueden representarse en un tetraedro, de modo que en un vértice
aparece el grupo aldehído (-CHO), en otro el -OH, en otro -CH2OH, y
en el último, un -H.
6.- ¿Qué relación existe entre carbono carbonílico, carbono
anomérico y -OH hemiacetálico? Solución: El carbono carbonílico es el
que lleva el grupo funcional; en las aldosas es el aldehído que va
colocado en el C1, y en las cetosas, la cetona en el C2. Cuando
pasamos de la fórmula lineal a la de Haworth, este mismo carbono
recibe el nombre de anomérico, y según la posición en la que vaya el OH será el anómero. El -OH hemiacetálico es el que interviene en la
formación del enlace hemiacetal para ciclar la fórmula lineal y que,
una vez ciclado el compuesto, nos encontraremos su O dentro del
ciclo, y unido al C1 en el caso de las aldosas y al C2 en el caso de las
cetosas.
7.- ¿Qué semejanzas y diferencias existen entre epímeros y
enantiómeros? Pon ejemplos. Solución: Son dos clases de isómeros
geométricos, pero mientras que los epímeros son compuestos que se
diferencian en la posición de un solo -OH, los enantiómeros son
aquellos cuyas moléculas presentan imágenes especulares (varía la
posición de todos los -OH).
8.- ¿Qué son isómeros geométricos o estereoisómeros? ¿Qué
moléculas presentan dicha isomería? Solución: La isomería
geométrica se debe a las diferencias en las moléculas por la
disposición de los enlaces en el espacio. Los isómeros geométricos o
estereoisómeros los presentan aquellas moléculas que tienen uno o
varios carbonos asimétricos. Cuando los monosacáridos tienen más
de un carbono asimétrico, por convenio, se denomina isómero D al
que presenta el último carbono asimétrico con el -OH a la derecha, y L
al que lo presenta a la izquierda.
9.- ¿Qué son las glucoproteínas? ¿Cuál es su composición? Señala su
importancia biológica. Solución: Son compuestos mixtos en los que
se encuentran unidas una fracción glucídica y una fracción no
glucídica que, en este caso, se trata de proteínas en proporción
mayor a la del glúcido. Algunas son hormonas; otras se encuentran
circulando por el plasma sanguíneo como la proteína anticongelante
que se encuentra en especies de climas fríos y que contiene
disacáridos derivados de la galactosa. Las más estudiadas son las que
forman parte de la superficie externa de la membrana celular. Tienen
carácter antigénico.
10.- ¿Qué tipos de uniones pueden darse entre dos monosacáridos
para formar un disacárido? Solución: La unión que se produce puede
ser de dos tipos: Mediante un enlace monocarbonílico, en el que
intervienen un C anomérico del primer monosacárido y un C no
anomérico cualquiera del otro monosacárido. Como el C anomérico
del segundo monosacárido queda libre, se mantiene el poder
reductor. Mediante un enlace dicarbonílico, el cual tiene lugar entre
los carbonos anoméricos de ambos monosacáridos. En este caso, se
pierde el poder reductor.
11.- Características de los monosacáridos ¿Tienen todos los
monosacáridos los mismos grupos funcionales? ¿Cuáles son?
Solución: Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos, no
hidrolizables. Tienen sabor dulce, color blanco, solubles en agua y
poseen poder reductor. Su capacidad reductora se debe a la
presencia del grupo carbonilo, que es capaz de oxidarse dando un
grupo ácido (-COOH). Los monosacáridos son polialcoholes con un
grupo carbonilo. Pero no todos tienen el mismo grupo carbonilo.
Cuando el grupo carbonilo es un aldehído, recibe el nombre de
aldosa; cuando el grupo carbonilo es una cetona, recibirá el nombre
de cetosa.
12.- Clasifica los glúcidos en función del número de monosacáridos
que presenten en su molécula. Solución: En primer lugar, las osas o
monosacáridos son las unidades fundamentales de los glúcidos no
hidrolizables. Los disacáridos se forman por la unión de dos osas con
desprendimiento de una molécula de agua. Oligosacáridos formados
por la unión de menos de 10 osas o monosacáridos con
desprendimiento de n-1 moléculas de agua. Polisacáridos son
polímeros de monosacáridos formados por la unión de gran número
de osas con desprendimiento de n-1 moléculas de agua.
13.- Define oligosacáridos. ¿Cuál es su importancia biológica? Solución:
Son cadenas cortas de monosacáridos (3 a 10) unidos mediante
enlaces O-glucosídicos. Apenas se encuentran en forma libre,
excepto algunos ejemplos, como los fructosanos, formados por un
resto de glucosa y varias unidades de fructosa, que se encuentran en
las plantas como sustancia de reserva. Determinadas cadenas de
oligosacáridos se pueden unir a proteínas de la membrana, formando
glicoproteínas, muy variadas estructuralmente, que están
relacionados con fenómenos de reconocimiento molecular y celular.
14 .- Escribe la fórmula de una aldopentosa y de una cetopentosa,
señalando su importancia biológica. Solución: La ribosa es un
componente de los nucleótidos y de los ácidos nucleicos. La ribulosa
interviene en el ciclo de fijación del CO2 que realizan las plantas para
sintetizar glucosa.
15.- Escribe las fórmulas de las principales hexosas, señalando su
importancia biológica. Solución: Son combustibles metabólicos
abundantes en las células. La glucosa es el azúcar de la uva; se
encuentra en las frutas, en la miel y en la sangre. La fructosa
acompaña a la glucosa en la mayor parte de las frutas. La galactosa es
el azúcar de la leche.
16.- Formula la celobiosa ( -D-glucopiranosil 1 4 -D-glucopiranosa) e
indica si tiene carácter reductor o no, razonándolo. Solución: La
celobiosa conserva el poder reductor porque se forma un enlace
monocarbonílico, es decir, se une el carbono anomérico de la primera
glucosa con el carbono 4 alcohólico de la segunda glucosa, quedando
el carbono anomérico de dicha glucosa libre.
17.- Realiza una clasificación de polisacáridos atendiendo a su función
citando los ejemplos más importantes y los seres o estructuras de los
que forman parte. Solución: Atendiendo a la función que
desempeñan, los polisacáridos se clasifican en: Polisacáridos de
reserva: actúan como reserva nutritiva, pudiendo ser degradados
para la obtención de energía. Los monosacáridos son almacenados
en forma de polisacáridos para evitar el aumento que se produciría
de la presión osmótica, si se almacenara directamente la glucosa.
Ejemplos: Almidón, presente en las células vegetales. Glucógeno, que
se encuentra en el hígado y en el tejido muscular. Polisacáridos
estructurales: se encuentran formando parte de estructuras tales
como las paredes celulares de los vegetales, el exoesqueleto de
artrópodos, cubiertas, etc. Ejemplos: Celulosa, que forma las paredes
de las células vegetales. Quitina, que forma el exoesqueleto de
muchos invertebrados. Hemicelulosa y pectina, que forman las
paredes de las células vegetales. Agar-agar, se extrae de las algas
rojas. Goma arábiga, con función defensiva en las plantas.
Mucopolisacáridos, presentes en los tejidos conectivos.
18.- Señala las diferencias existentes entre homopolisacáridos y
heteropolisacáridos. Clasifica los siguientes polisacáridos según su
estructura y su función.: Celulosa. Glucógeno, Pectina. Almidón.
Hemicelulosa. Ácido hialurónico. Solución: Los homopolisacáridos
son polímeros constituidos por un solo tipo de monosacáridos. Los
heteropolisacáridos son polímeros constituidos por dos o más
monosacáridos distintos, o bien forman parte de ellos derivados de
los monosacáridos.
19.- Señala las diferencias que existen entre el almidón y el
glucógeno.
Solución: El almidón es un homopolisacárido de reserva que se
encuentra en las células vegetales, mientras que el glucógeno es
también un homopolisacárido de reserva presente en las células
animales. El almidón es un polímero de D-glucosa que presenta dos
formas estructurales distintas: la amilosa, en la que las moléculas de
glucosa se unen mediante enlaces (1 4); la amilopectina, formada por
cadenas ramificadas con enlaces (1 4) y (1 6). El glucógeno tiene una
estructura molecular semejante a la amilopectina, pero más
ramificada y compacta. La cadena base está formada por glucosa
unida mediante enlaces (1 4), y las ramificaciones llevan enlaces (1 6)
LOS LÍPIDOS
Los lípidos son biomoléculas constituidas principalmente por C, H y O,
siendo el H mayoritario. La parte principal de la estructura en todos
ellos es de naturaleza hidrocarbonada, lo que les hace insolubles en
agua y solubles en disolventes no polares (eter, cloroformo o
benceno). Frecuentemente aparecen unidos a otras biomoleculas
como Glúcidos o proteínas formando glucolípidos y lipoproteínas
respectivamente.
CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS
Basada en las estructuras de sus esqueletos se clasifican en:
1. Lípidos Saponificables (Contienen ácidos grasos).
Simples
1.1. Acilglicéridos
1.2. Ceras.
Complejos
1.3. Fosfoglicéridos
1.4. Esfingolípidos
2. Lípidos Insaponificables (No contienen ácidos graso)
2.1. Terpenos
2.2. Esteroides
2.3. Prostaglandinas.
ÁCIDOS GRASOS
Son ácidos monocarboxílicos con largas cadenas lineales
hidocarbonadas (alifáticas) con número par de carbonos (14 a 22
Carbonos), siendo los más abundantes los de 16 y 18 C. Raramente las
cadenas son impares y ramificadas. Los ac. grasos son poco
abundantes en estado libre, forman parte de otros lípidos.
La cadena hidrocarbonada puede contener uno o más dobles
enlaces, se clasifican así en:
Ac. Grasos Saturados: carecen de dobles enlaces. Algunos ejemplos
son el Palmítico (16:0) y el Esteárico (18:0). Fig 1
Ac. Grasos Insaturados: presentan uno o más dobles enlaces. Ejmp
Oleíco (C18:19) y Linoleíco (C18:29,12). Fig 1
Los ac. grasos insaturados predominan sobre los saturados
principalmente en las plantas y en animales que viven a bajas
temperaturas. Los ac. grasos con más de un enlace doble se
denominan poliinsaturados. Tres de estos: el ac. Linoleíco,
linolénico y araquidónico se denominan esenciales, pues
contraramiente a los otros acidos grasos, no pueden ser sintetizados
y por tanto deben ser ingeridos en la dieta. Son precursores de las
prostaglandinas, y antiguamente se conocían globalmente como vit
F.
Propiedades fisico-químicas de los ac. grasos.
- Son moléculas anfipáticas, es decir poseen un zona hidrófoba
constituida po los grupos metilo de la cadena hidrocarbonada (-CH2-),
y una zona hidrófila constituida por el grupo carboxílico ionizado (COO--). Cuando los acidos grasos estan juntos, se mantienen unidos a
través de enlaces tipo puente de Hentre los grupos carboxílico y a
mediante fuerzas de Van der Waals entre los grupos metilo. Las
moleculas son insolubles en agua debido al gran tamaño de la zona
hidrófoba, pero el caracter anfipático de lasmoleculas permite a estas
formar micelas monocapas o bicapas. Fig 7
- El tamaño de la cadena determina el punto de fusión, a mayor
numero de carbonos mayor empaquetamiento (más fuerzas de Van
der Walls) y por tanto mayor punto de fusión. En el caso de los ac.
grasos insaturados los dobles enlaces quiebran la molécula lo que
dificulta el empaquetamiento y por tanto bajo el punto de fusión.
- Los acidos grasos se comportan como acidos moderadamente
fuertes, lo que les permite realizar reacciones de esterificación y
saponificación.
* Esterificación: enlace covalente tipo ester entre el grupo
carboxílico del ac. graso y el grupo -OH de un alcohol. La hidrólisis
acida o alcalina rompe facilmente este enlace.
* Saponificación: la reacción en caliente de un ac. graso con un álcali
(HaOH) da lugar a una sal de acido graso que se denomina jabón que
favorece la solubilidad de los acidos grasos. Esta propiedad de los
acidos grasos sse emplea para clasificar los lípidos en saponificables e
ensaponificables.
LIPIDOS SAPONIFICABLES
1.1. ACILGLICÉRIDOS
Son ésteres de los ácidos grasos y el alcohol glicerina (1,2,3propanotriol).
Según el número de -OH esterificados se habla de monoacilglicéridos
(1), diacilglicéridos (2) y triacilglicéridos (3). Fig 2
Los triacilglicéridos constituyen la familia de lípidos más abundantes.
Se almacenan en vacuolas de células vegetales de plantas
oleaginosas y en los adipocitos del tejido adiposo, constituyendo los
lípidos de deposito o reserva energética.
El punto de fusión de los trigliceridos depende de los acidos grasos
que los componen. Asi los triglicéridos sólidos a temperatura
ambiente se denominan "sebos", estan constituidos por trigliceridos
con ac. grasos saturados y son abundantes en los animales. Los
trigliceridos líquidos se denominan "aceites" continen gran cantidad
de ac. grasos mon- y poliinsaturados y son muy abundantes en las
smillas de frutos y en los pescados azules..
1.2. CERAS
Las ceras son ésteres de ac. grasos con alcoholes elevado peso
molecular de 26 a 34 Carbonos. Debido a su fuerte insolubilidad
forman cubiertas protectoras de la piel, pelo y plumas, así como de
las hojas y frutos de plantas. Algunos ejemplos son la cera de abejas,
compuesta de esteres del ac.palmítico y alcoholes de 26 y 34
carbonos, la lanolina, el aceite de esperma de cachalote y el cerumen
de los oidos.
1.3. FOSFOGLICERIDOS
Todos ellos derivan del ac. fosfatídico constituido por la
esterificación de una molecula de ac. ortofosfórico con un
diacilglicerido que contiene un ac. graso insaturado en el carbono 2.
Los fosfogliceridos se derivan de la unión de los acidos fosfatídicos
con un alcohol (inositol o glicerina) o con un
aminoalcohol (etanolamina, serina o colina) (Cuadro de esquemas de
los lípidos). Se nombran anteponiendo el prefijo fosfatidil- al nombre
del alcool o amino alcohol. Ejm. Fosfatidilcolina, fosfatidiserina,
fosfatidilinositol, fosfatidiletanolamina.
Debido a la existencia de una cabeza polar unida a la cola
hidrocarbonada, hace de estos lípidos moléculas anfipáticas. Son los
componentes principales de las membranas celulares debido a este
caracter anfipaático, que hace que los fosfoglicéridos en el agua se
dispongan formando bicapas. Fig. 7
1.4. ESFINGOLIPIDOS
Son lípidos complejos constituidos por un aminoalcohol insaturado
llamado esfingosina unida a traves del grupo amino con un ácido
graso para formar la ceramida.
La molécula de ceramida aparece unida a otra molécula, que según su
naturaleza da lugar a distintos tipos de esfingolípidos:
* Esfingomielinas. La ceramida se une a un grupo ortofosfórico y este
a su vez se une a la colina o a la etanoalmina. Fig. 3
* Esfingoglucolípidos. La ceramida se une mediante enlace Oglucosídico a una molécula de glúcido. Si se trata de un monosacarido
(glucosa o galactosa) dan lugar a los cerebrosidos (Fig. 3), muy
abundantes en las membranas de neuronas y bandas de mielina. Si
estan unidas a un oilgosacrido constituido por N-acetilglucosamina,
N-acetilneuramínico, fucosa etc. forman los gangliosidos que son
abundantes en la cara externa de las membranas celulares,
aumentando la rigidez de la bicapa, regulando el proceso de
crecimiento y diferenciación celular, actuando como antígenos de
membrana, etc.
LIPIDOS INSAPONIFICABLES
2.1. TERPENOS
Constituidos por unidades múltiples del isopreno (2-metil-1,3butadieno) enlazados "cabeza-cola" y a veces "cola-cola". Según el
número de unidades de isopreno se denominan: Monoterpenos (2)
Sesquiterpenos (3), Diterpenos (4), Triterpenos (6) y Tetraterpernos
(8).
Las estructuras y funciones son muy diversa:
- Constituyen las esencias vegetales responsables de colores olores y
sabores característicos: geraniol, mentol, alcanfor, limoneno. Fig. 4
- Algunos tienen función vitamínica tales como el ß-caroteno que es el
precursor de la vitamina A.También las vitaminas E y K son terpenos.
- Otros actúan como pigmentos fotosintetizadores como
los carotenoides y el fitol.
- Algunas sustancias vegetales son derivados de terpenos tales como
las resinas y el látex.
2.2. ESTEROIDES
Son derivados de un hidrocarburo tetracíclico que se llama perhidrociclopentano-fenantreno, que se originan por ciclación del del
triteroeno escualeno. El primer esteroide que se origina es
le lanosterol, que es es precursor en las células animales
del colesterol. Estas dos moléculas son miembros de un subgrupo de
esteroides denominado esteroles.
Esteroles: Poseen un grupo -OH en el C3. Fig. 5
* Colesterol: Es un constituyente de la membrana plasmática, y
precursor del resto de esteroides. En el plasma sanguineo se
transporta unido a lipoproteínas.
* Acidos biliares: Se sintetitan en el higado y son derivados del ac.
cólico, cuyas sales emulsionan las grasas favoreciendo su digestión y
absorción intetinal.
* Grupo de Vitaminas D: Existen hasta 10 tipos diferentes formadas
por esteroles. Son imprescindibles para la absorción y metabolismo
del calcio. El precursor de la vit D2 es el ergosterol, de origen vegetal,
que se convierte transforma en la piel en la vitamina por acción de la
luz UV.
* Estrogenos: Son las hormonas sexulaes femeninas, tales como
el estradiol.
* Ecdisona: Hormona que regula la muda en los insectos
Esteroides Hormonales: Poseen un grupo O=C en el C3.
* Hormonas suprarrenales: Tales como la cortisona y la aldosterona.
Se sintetizan en las cortezas suprarrenales.
* Hormonas sexuales: Los andrógenos (masculinas) y la
progesterona.
2.3. PROSTAGLANDINAS
Se aislaron por primera vez en 1930 por Von Euler en el líquido
prostático, donde se han aislado 14 tipos diferentes. Son derivados
cíclicos de ac. grasos insaturados de 20 carbonos como el
araquidónico. Fig. 6.
Poseen una gran variedad de potentes actividades biológicas de
naturaleza hormonal local, en ocasiones antagónica. Asi la
PGC1 posee actividad depresora de la presión sanguínea y la PGD2 la
eleva.
- Intervienen en la coagulación sanguinea a través de
los troboxanos responsables de la agregación plaquetaria.
- Son potentes vasodilatadores arteriales y estan relacionados con
procesos inflamatorios relacionados con la fiebre y el dolor. La
aspirina inhibe la sintesis de prostaglandinas.
- Favorecen la secrección de mucos protector del tubo digestivo.
- Provocan la contracción uterina durante el parto por acción directa
sobre la musculatura lisa.
PREGUNTAS
1.* ¿Qué es un lípido saponificable?. Citar los principales grupos de
lípidos saponificables e indicar su papel biológico.
2.* Ácidos grasos. Concepto de ácido graso esencial. Citar ejemplos
de interés biológico.
3.* Concepto de lípido. Clasificación y funciones de los lípidos.
4.* ¿Cómo se orientan las moléculas de fosfolípidos al ser
introducidas en el medio acuoso?. Razona la respuesta.
5.* La hidrólisis de un determinado compuesto rinde glicerina, ac
butírico, ac ortofosfórico y etanolamina en la proporción 1:2:1:1. Indica
la clase de molécula que se trata y escribe su fórmula.
6.* Diferencias entre el enlace éster y el enlace O-glucosídico.
7. La reacción de saponificación con KOH, de una determinada
sustancia rinde glicerina y estereato potásico en la proporción 1:3.
Indica de que sustancia se trata y escribe la reacción de
saponificación.
8. Escribe las fórmulas de tres triglicéridos que contengan ac. grasos
diferentes.
9. Escribe las fórmulas del fosfatidilinositol y la fosfatidilcolina
PREGUNTAS RESUELTAS. LOS LÍPIDOS
1 .- ¿Qué son los lípidos?
2 .- ¿Qué son las prostaglandinas? Señala alguna de las funciones que
realizan.
3 .- Semejanzas y diferencias entre los triglicéridos y los
fosfoglicéridos.
4 .- ¿Qué son y cómo están formados los terpenos?
5 .- Principales estructuras que forman los lípidos anfipáticos en el
medio acuoso.
6 .- ¿Qué relación existe entre la dieta y el nivel de colesterol en
sangre?
7 .- Diferencia entre lípidos saponificables e insaponificables. Señalar
si son o no saponificables los lípidos que se citan a continuación:
aceite de oliva, colesterol, progesterona, vitamina A, lanolina,
lecitina, esfingomielina, tripalmitina, fosfatidilcolamina, gangliósido,
testosterona.
8 .- ¿A qué se denomina ácidos grasos esenciales?
9 .- Explica cómo es la estructura molecular de los glucolípidos.
10 .- ¿Qué son los esteroles? Principales tipos y su importancia.
11 .- ¿Qué significado tiene que una molécula sea anfipática?
12 .- Principales tipos de lipoproteínas.
13 .- Diferencias entre los ácidos grasos saturados y los insaturados.
Cita dos ejemplos de cada caso.
14 .- Estamos en el laboratorio intentando obtener jabón. Para ello
disponemos de dos vasos de precipitados en los que tenemos dos
grasas. En el vaso 1 hay una grasa sólida, y en el vaso 2 hay una grasa
líquida. Se ha olvidado poner la etiqueta en cada vaso con el nombre
de la grasa que contiene; solamente sabemos que dichas grasas son
triestearina y trioleína.
a) Explica cómo se puede deducir cuál es la grasa que hay en cada
vaso de precipitado.
b) ¿Cómo se llama la reacción de formación de jabón que estamos
intentando hacer?
c) Escribe la reacción de formación del jabón en el caso de que
utilizásemos la trioleína.
15 .- Menciona las principales hormonas esteroides.
16 .- Representa mediante un esquema la molécula de un
fosfoglicérido y señala en ella su carácter anfipático.
17 .- ¿Qué son las lipoproteínas y qué función tienen?
18 .- Enumera las principales funciones de los lípidos, indicando cuáles
las realizan.
19 .- ¿Los ácidos grasos son moléculas bipolares?
20 .- Señala cuáles son los constituyentes que forman los fosfolípidos.
21 .- ¿Qué tienen en común los esteroides?
22 .- Características de las bicapas que forman los lípidos anfipáticos.
23 .- ¿Cómo captan las células el colesterol y qué enfermedades se
pueden originar si disminuye esta captación?
24 .- ¿Qué propiedades tienen todos los lípidos?
25 .- ¿Qué son los ácidos grasos?
26 .- Sabiendo que el símbolo del ácido palmítico es (16 : 0), escribe la
reacción de esterificación que da lugar a la tripalmitina. ¿Qué tipo de
grasa será la tripalmitina?
27 .- Haz una clasificación de terpenos indicando los representantes
más significativos de cada grupo.
28 .- ¿Qué son los liposomas y para qué se pueden utilizar?
29 .- ¿A que se llama colesterol bueno y colesterol malo ?
SOLUCIONES:
1 .- ¿Qué son los lípidos? Solución: Los lípidos son un grupo de
moléculas orgánicas que forman parte de los seres vivos
(biomoléculas). Todos ellos están formados por átomos de carbono,
hidrógeno y oxígeno, si bien el oxígeno se encuentra en menor
proporción que los otros dos; algunos lípidos, como, por ejemplo, los
fosfolípidos, además, contienen nitrógeno y fósforo. Constituyen un
grupo muy heterogéneo en cuanto a su composición química o su
estructura molecular. Ahora bien, todos ellos están formados
básicamente por largas cadenas hidrocarbonadas a las que se unen
otros componentes variables tales como: alcoholes, fosfórico,
aminoalcoholes, monosacáridos, etc. La presencia de estas largas
cadenas hidrocarbonadas son las responsables de las características
químicas que estas sustancias poseen en común y por las que se las
ha reunido en un mismo grupo.
2 .- ¿Qué son las prostaglandinas? Señala alguna de las funciones que
realizan. Solución: Las prostaglandinas son unas sustancias de
naturaleza lipídica, que se forman a partir de ácidos grasos
poliinsaturados de 20 carbonos, entre los que destaca el ácido
araquidónico, que forma parte de los fosfolípidos de las membranas
celulares. En estos ácidos, 5 de los carbonos (los comprendidos del 8
al 12) se ciclan y forman un anillo. Las prostaglandinas fueron
identificadas por primera vez en 1930, por Von Euler, en secreciones
de la próstata. Al principio, se pensó que eran exclusivas de estas
secreciones, y, por eso, se las denominó prostaglandinas; hoy se sabe
que son producidas por la mayoría de los tejidos. En la actualidad se
conocen más de 200 prostaglandinas diferentes. Entre las funciones
que realizan, cabe destacar las siguientes: Estimulan la respuesta
inflamatoria de los tejidos, produciendo vasodilatación de los
capilares, lo que provoca rubor, fiebre, inflamación y dolor.
Asimismo, estimulan la contracción de los músculos lisos (útero).
Estimulan la secreción de mucus por parte de las paredes del
estómago y del intestino y regulan la producción de HCl. Los
tromboxanos, que son un tipo de prostaglandinas, intervienen en la
formación de coágulos estimulando la agregación de las plaquetas.
Inducen el sueño.
3 .- Semejanzas y diferencias entre los triglicéridos y los
fosfoglicéridos.
Solución: Semejanzas: Ambos tipos de compuestos contienen ácidos
grasos en sus moléculas; por lo tanto, pueden dar la reacción de
saponificación. Por consiguiente, son lípidos saponificables. En los
dos tipos de compuestos hay glicerina; de ahí el nombre que tienen
estos compuestos. Diferencias: En los triglicéridos hay tres moléculas
de ácidos grasos que se esterifican con los tres grupos alcohólicos de
la glicerina. Estos ácidos grasos pueden ser iguales o diferentes,
saturados o insaturados o de ambos tipos a la vez. En los
fosfoglicéridos solamente hay dos moléculas de ácidos grasos, uno
saturado y otro insaturado, que se esterifican con los dos primeros
grupos alcohólicos de la glicerina. Los fosfoglicéridos contienen,
además, una molécula de ácido ortofosfórico y una molécula de un
aminoalcohol en su composición, mientras que los triglicéridos, no.
Los triglicéridos son apolares, mientras que los fosfoglicéridos son
bipolares. Los triglicéridos tienen, principalmente, función de reserva
energética, y también son aislantes y protectores, mientras que los
fosfoglicéridos son estructurales; forman parte de las membranas
celulares.
4 .- ¿Qué son y cómo están formados los terpenos? Solución: Los
terpenos son un grupo de lípidos insaponificables; por consiguiente,
carecen de ácidos grasos en su composición. Se encuentran en los
vegetales. Están formados por la unión de dos o más isoprenos (2-
metil-1,3 butadieno); por ello, a estos lípidos también se les denomina
lípidos isoprenoides. Por lo general, la unión de los monómeros de
isopreno para formar los isoprenos suele ser cabeza de una con cola
de otra, aunque a veces es cola con cola. Algunos terpenos tienen
estructura lineal, como, por ejemplo, el geraniol; otros tienen
estructura cíclica, como el limoneno; otros, como el -caroteno, tienen
estructura lineal y cíclica.
5 .- Principales estructuras que forman los lípidos anfipáticos en el
medio acuoso. Solución: Las principales estructuras a que dan lugar
los lípidos anfipáticos cuando se encuentran en un medio acuoso son
las siguientes: Monocapas: Son formaciones que se originan cuando
estos lípidos se sitúan en la superficie del agua. Debido a su carácter
anfipático, las cabezas hidrófilas se dirigen hacia el agua, mientras
que las colas hidrófobas se dirigen hacia el aire y de esa forma se
alejan del agua. Micelas: son formaciones esféricas, elipsoidales o
cilíndricas que se originan en el seno del agua. En estas formaciones,
las colas hidrófobas de los lípidos anfipáticos se unen
espontáneamente y se sitúan hacia el interior, alejándose del agua,
mientras que las cabezas hidrófilas se sitúan hacia el exterior.
Bicapas: Son formaciones que se originan en el seno del agua. En
estas estructuras, las moléculas de los lípidos anfipáticos se
enfrentan entre sí por sus colas hidrófobas; de esa manera, estas
zonas se sitúan en el interior de la estructura, alejadas del agua,
mientras que las cabezas hidrófilas se sitúan a ambos lados de la
bicapa, en contacto con el agua. Estas estructuras las forman,
principalmente, los fosfolípidos y los glucolípidos.
6 .- ¿Qué relación existe entre la dieta y el nivel de colesterol en
sangre? Solución: El colesterol es esencial para el desarrollo y el
crecimiento de los organismos; interviene en la formación de las
membranas celulares, y, además, a partir de él se obtienen otros
esteroides importantes, tales como: hormonas, vitamina D3, etc. El
colesterol puede ser sintetizado en el hígado y también puede ser
ingerido formando parte de la dieta. El consumo de dietas ricas en
grasas que tengan un elevado contenido en ácidos grasos saturados
aumenta el nivel de colesterol en sangre, ya que favorece la
formación de lipoproteínas de densidad baja (LDL). Si embargo, las
dietas ricas en grasas con un elevado contenido en ácidos grasos
monoinsaturados, y sobre todo poliinsaturados, disminuyen el nivel
de colesterol en sangre, ya que favorecen la formación de
lipoproteínas de alta densidad (HDL).
7 .- Diferencia entre lípidos saponificables e insaponificables. Señalar
si son o no saponificables los lípidos que se citan a continuación:
aceite de oliva, colesterol, progesterona, vitamina A, lanolina,
lecitina, esfingomielina, tripalmitina, fosfatidilcolamina, gangliósido,
testosterona. Solución: Las principales diferencias son: Los lípidos
saponificables contienen uno varios ácidos grasos en la molécula; los
lípidos insaponificables no contienen ácidos grasos. Los lípidos
saponificables son ésteres de ácidos grasos y un alcohol; los lípidos
insaponificables no son ésteres. Los lípidos saponificables dan la
reacción de saponificación, es decir, si se les trata en caliente con una
base (NaOH o KOH), se hidrolizan dando jabones, que son las sales
sódicas o potásicas de los ácidos grasos. Los lípidos insaponificables
no dan la reacción de saponificación. Son lípidos saponificables los
siguientes: aceite de oliva, lanolina, lecitina, esfingomielina,
tripalmitina, fosfatidilcolamina y gangliósido. Son lípidos
insaponificables los siguientes: colesterol, progesterona, vitamina A y
testosterona.
8 .- ¿A qué se denomina ácidos grasos esenciales? Solución: Se llaman
ácidos grasos esenciales aquellos ácidos grasos que son necesarios
para el organismo y no pueden ser sintetizados por él mismo; por
consiguiente deben ser ingeridos en la dieta. Los ácidos grasos
esenciales varían de unas especies a otras. En la especie humana, los
ácidos grasos esenciales son tres ácidos grasos poliinsaturados: El
ácido linoleico (18 : 2 9,12). El ácido linolénico (18 : 39,12,15). El ácido
araquidónico (20 : 45,8,11,14). Los dos primeros, presentes en
distintos aceites vegetales, mientras que el tercero se encuentra en
grasas animales. Anteriormente, estos ácidos se les denominaba
vitamina F, ya que, al igual que las vitaminas, son imprescindibles para
el correcto funcionamiento del organismo. Algunos de estos ácidos
grasos son los precursores de las prostaglandinas.
9 .- Explica cómo es la estructura molecular de los glucolípidos.
Solución: Los glucolípidos son lípidos que contienen glúcidos en la
molécula. Están formados por una molécula de ácido graso, una
molécula de esfingosina y una molécula de un glúcido, que puede ser
un monosacárido (galactosa o glucosa), un oligosacárido o un
polisacárido. El ácido graso se une mediante enlace amida con el
grupo amino de la esfingosina (ceramida), y el glúcido se une
mediante un enlace O-glicosídico con el carbono terminal de la
esfingosina. Según cuál sea el glúcido se diferencian dos tipos de
glucolípidos: Cerebrósidos: cuando el glúcido es un monosacárido
(galactosa o glucosa). Gangliósidos: cuando el glúcido es un
oligosacárido o un polisacárido.
10 .- ¿Qué son los esteroles? Principales tipos y su importancia.
Solución: Los esteroles son, posiblemente, uno de los grupos más
importantes de los esteroides. Tienen un grupo -OH en el carbono 3 y
una cadena alifática ramificada de 8 carbonos en el carbono 17. Los
principales esteroides son: Ergosterol. Se encuentra en hongos,
bacterias, algas y plantas superiores. Es un precursor de la vitamina
D2; es decir, actúa como provitamina D2. A nivel de la piel, por
irradiación de los rayos ultravioleta del sol, el ergosterol ingerido se
transforma en vitamina D2 y de ahí los beneficios que tiene para los
huesos tomar el sol con moderación. Lanosterol. Se encuentra
formando parte de la grasa de la lana y es uno de los precursores del
colesterol. Colesterol: Es el esterol más abundante en los animales.
Se encuentra tanto libre como combinado. Está formando parte de
las membranas de las células animales, a las que da fluidez, y también
se encuentra en la sangre, unido a las proteínas. Se sintetiza en el
hígado, y es el precursor de otros muchos esteroides (ácidos biliares,
hormonas, vitamina D3, etc.) necesarios para el crecimiento y el
desarrollo de muchos organismos superiores. El exceso de colesterol
en el torrente sanguíneo provoca que se deposite, en forma de
placas, en la pared de las arterias. Estas placas, denominadas placas
de ateroma, provocan un endurecimiento de la pared arterial y una
reducción de la luz arterial. Fitosteroles. Son esteroides que están
presentes en las plantas.
11 .- ¿Qué significado tiene que una molécula sea anfipática? Solución:
Las moléculas anfipáticas son moléculas bipolares; es decir, son
moléculas en las que se diferencian dos regiones que se comportan
de forma distinta frente al agua: Una región hidrófoba, que repele al
agua. Esta región es apolar, y, por consiguiente, insoluble en agua.
Una región hidrófila, que tiene afinidad por el agua. Es polar, y, por lo
tanto, será soluble en agua. El carácter anfipático se observa en
muchos lípidos, en sus moléculas se diferencian regiones hidrófobas
apolares que están representadas por cadenas hidrocarbonadas más
o menos largas, junto a otras zonas hidrófilas polares, representadas
por grupos carboxilo (-COOH), alcoholes, grupos fosfatos, etc. Este
carácter anfipático es la causa de que las moléculas que lo poseen, en
el medio acuoso y de forma espontánea, se dispongan formando
agrupaciones especiales. Son moléculas anfipáticas los ácidos grasos
y la mayoría de los denominados lípidos de membrana, que forman la
base estructural de las membranas celulares.
12 .- Principales tipos de lipoproteínas. Solución: Las lipoproteínas
plasmáticas se clasifican en función de su densidad, que será tanto
mayor cuanto menor sea el contenido de lípidos que tengan estos
complejos macromoleculares. Las más importantes son:
Quilomicrones: Transportan las grasas desde la mucosa intestinal
hasta el tejido adiposo y el hígado para almacenarse. VLDL
(lipoproteínas de densidad muy baja): Transportan los triglicéridos
sintetizados en el hígado a partir de los azúcares hasta el lugar de
almacenamiento en el tejido adiposo. LDL (lipoproteínas de densidad
baja): Transportan el colesterol y los fosfolípidos a los tejidos para la
síntesis de membranas celulares. HDL (lipoproteínas de densidad
alta): Transportan el colesterol desde el plasma hasta el hígado.
13 .- Diferencias entre los ácidos grasos saturados y los insaturados.
Cita dos ejemplos de cada caso.
Solución: Las principales diferencias entre los ácidos grasos
saturados y los insaturados son las siguientes: Los ácidos grasos
saturados solo presentan enlaces simples entre los carbonos de la
cadena hidrocarbonada, mientras que en los ácidos grasos
insaturados entre los carbonos que forman dicha cadena existen uno
o más enlaces dobles. Si tienen uno, se denominan monoinsaturados;
si hay más de uno, se llaman poliinsaturados. La molécula de los
ácidos grasos saturados es recta, y entre las cadenas
hidrocarbonadas de estas moléculas se establecen numerosos
enlaces de Van der Waals, cuyo número aumenta con la longitud de la
cadena. En los ácidos grasos insaturados, debido a la presencia de los
dobles enlaces, que son rígidos, la molécula presenta inclinación; esto
dificulta la formación de los enlaces de Van der Waals. Los ácidos
grasos saturados tienen una temperatura de fusión más elevada que
los insaturados. Esto se debe a la inclinación que presenta la molécula
con un doble (o más) enlace, que dificulta los enlaces de Van der
Waals intermoleculares. Como consecuencia de ello, los ácidos grasos
saturados a temperatura ambiente son sólidos, mientras que los
insaturados son líquidos. Por la misma razón, los ácidos grasos
saturados forman parte de grasas que a temperatura ambiente son
sólidas (sebos), mientras que los insaturados forman parte de grasas
que a temperatura ambiente son líquidas (aceites).
14 .- Estamos en el laboratorio intentando obtener jabón. Para ello
disponemos de dos vasos de precipitados en los que tenemos dos
grasas. En el vaso 1 hay una grasa sólida, y en el vaso 2 hay una grasa
líquida. Se ha olvidado poner la etiqueta en cada vaso con el nombre
de la grasa que contiene; solamente sabemos que dichas grasas son
triestearina y trioleína.
a) Explica cómo se puede deducir cuál es la grasa que hay en cada
vaso de precipitado.
b) ¿Cómo se llama la reacción de formación de jabón que estamos
intentando hacer?
c) Escribe la reacción de formación del jabón en el caso de que
utilizásemos la trioleína.
Solución: a) La triestearina es una grasa que está formada por tres
moléculas de ácido esteárico, que es un ácido saturado; por
consiguiente, esta grasa, a temperatura ambiente, es sólida. La
trioleína, por el contrario, a temperatura ambiente es una grasa
líquida, ya que está formada por tres moléculas de ácido oleico, que
es un ácido graso insaturado. Por consiguiente, la grasa que hay en el
vaso de precipitado número 1, que es sólida, será la triestearina,
mientras que la grasa del vaso 2, que es líquida, será la trioleína. b) La
reacción de formación de los jabones se denomina reacción de
saponificación. Consiste en tratar a una grasa en caliente con una
base. Como consecuencia, dicha grasa se hidroliza dando glicerina y
las sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos que formaban dicha
grasa. Estas sales constituyen los jabones.
15 .- Menciona las principales hormonas esteroides. Solución: Hay
muchas hormonas que son esteroides; es decir, derivan del núcleo
químico estearano. Estas hormonas se forman a partir del colesterol.
Las hormonas esteroides se pueden dividir en tres grupos: Hormonas
adrenocorticales: Son sintetizadas por la corteza de las cápsulas
suprarrenales. Dentro de este grupo tenemos: Aldosterona. Regula el
metabolismo hídrico y salino del organismo, estimula la reabsorción
de agua, Na+, Cl-, bicarbonato, etc., y la eliminación de K+ por los
túbulos renales. Cortisol. Regula el metabolismo de los glúcidos.
Hormonas sexuales: Son producidas por los órganos sexuales ovarios y testículos-; entre ellas tenemos: Andrógenos u hormonas
masculinas, entre las cuales destaca la testosterona. Regulan el
funcionamiento de los órganos masculinos y la aparición de los
caracteres sexuales secundarios en el varón. Estrógenos u hormonas
femeninas, entre las que destaca el estradiol. Regula el
funcionamiento de los órganos femeninos y la aparición de los
caracteres sexuales secundarios en la mujer. Hormonas que están
presentes en algunos invertebrados. Entre ellas la más importante es
la ecdisona, que se encarga de regular la muda de los artrópodos.
16 .- Representa mediante un esquema la molécula de un
fosfoglicérido y señala en ella su carácter anfipático. Solución: Los
fosfoglicéridos son un grupo de fosfolípidos; por lo tanto; pertenecen
a los denominados lípidos de membrana. Los fosfoglicéridos están
formados por dos moléculas de ácido graso (uno saturado y otro
insaturado), una molécula de glicerina, una molécula de ácido
ortofosfórico y un compuesto polar, que suele ser un aminoalcohol.
Los dos ácidos grasos se esterifican con los dos primeros grupos
alcohólicos de la glicerina, mientras que el tercero lo hace con el
fosfórico, el cual, a su vez, se esterifica con el compuesto polar
(aminoalcohol). Los fosfoglicéridos son moléculas anfipáticas. En
ellas se diferencia: Una cabeza hidrófila polar, soluble en agua, que
está representada por el compuesto polar (aminoalcohol), el grupo
fosfato y la glicerina. Dos colas hidrófobas apolares e insolubles en
agua, que se corresponden con los ácidos grasos que forman la
molécula.
17 .- ¿Qué son las lipoproteínas y qué función tienen? Solución: Las
lipoproteínas son macromoléculas formadas por la unión mediante
enlaces no covalentes de lípidos y proteínas. La mayoría de estas
macromoléculas tienen como función transportar los lípidos desde el
intestino delgado hasta el hígado, y de este a los demás tejidos y
depósitos grasos. Los lípidos que forman las lipoproteínas son
principalmente: triglicéridos, fosfolípidos y colesterol. Las proteínas
que forman estos complejos son específicas, y tienen dos funciones:
Se sitúan en el exterior y forman una capa hidrófila que rodea las
zonas hidrófobas de los lípidos. De esta forma, constituyen partículas
solubles, facilitando así el transporte de los lípidos por el medio
interno, que es un medio acuoso. Tienen señales para las células
destinatarias (células diana) de los lípidos, las cuales poseen
receptores en su membrana que identifican las lipoproteínas y las
incorporan por endocitosis.
18 .- Enumera las principales funciones de los lípidos, indicando cuáles
las realizan. Solución: Las principales funciones que desempeñan los
lípidos son las siguientes: Función energética. Algunos lípidos, como
las grasas, son utilizados por los seres vivos como combustible para
obtener energía mediante su oxidación, el valor energético es de 9,4
Kcal/g. Función de reserva. Algunos lípidos como las grasas se
pueden almacenar como sustancia de reserva energética,
acumulándose en tejidos y órganos especializados. En los animales se
acumulan en los adipocitos del tejido adiposo, mientras que en los
vegetales se acumulan en frutos y semillas. Función aislante y
protectora. Las ceras, gracias al carácter hidrófobo que tienen,
forman cubiertas que impermeabilizan y protegen a distintas partes
del organismo, tales como: pelos, plumas, hojas, frutos,
exoesqueleto, etc. Igualmente, las grasas que se acumulan en el
tejido adiposo subepidérmico (panículo adiposo) proporciona
aislamiento térmico al individuo, debido a que son malos conductores
del calor. Función estructural. Algunos lípidos forman la base
estructural de las membranas celulares. A estos lípidos se les
denomina lípidos de membrana. Dentro de ellos, tenemos:
Fosfolípidos: son los que más abundan en las membranas, y se
dividen en dos grupos: fosfoglicéridos y esfingolípidos. Glucolípidos:
comprende los cerebrósidos y gangliósidos. Colesterol. Función
reguladora. Existen lípidos que actúan en procesos bioquímicos
importantes que ocurren en los seres vivos; este es el caso de las
hormonas esteroides, hormonas sexuales, vitaminas como A, E, K y D,
carotenos y xantofilas, prostaglandinas, etc.
19 .- ¿Los ácidos grasos son moléculas bipolares? Solución: Los ácidos
grasos son moléculas bipolares o anfipáticas; es decir, en ellos se
distinguen dos regiones que se comportan de manera diferente
frente al agua: Una región apolar, insoluble en agua, representada
por la cadena hidrocarbonada, que forma una cola hidrófoba. Esta
región repele al agua y puede unirse mediante enlaces de Van der
Waals con otras cadenas similares. Una región polar, soluble en agua,
representada por el grupo carboxílico, que forma una cabeza
hidrófila. Este grupo carboxílico está ionizado e interacciona
mediante enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Esta
polaridad es la responsable de que las moléculas de los ácidos grasos,
cuando se encuentran en un medio acuoso, se dispongan orientadas
con las cabezas -hidrófilas- dirigidas hacia el agua y las colas hidrófobas- alejadas de ella. Esto da lugar a que formen monocapas
cuando están en la superficie, o bicapas y micelas si se encuentran en
el seno del agua.
20 .- Señala cuáles son los constituyentes que forman los fosfolípidos.
Solución: Los fosfolípidos son moléculas complejas. Cada una de ellas
está formada por los siguientes componentes: Una o dos moléculas
de ácidos grasos. En los esfingolípidos solo hay una molécula de ácido
graso, mientras que en los fosfoglicéridos hay dos: una de ellas es un
ácido graso insaturado, y la otra, es saturado. Un alcohol que puede
ser la glicerina o la esfingosina (es un aminoalcohol insaturado de 18
carbonos; tiene 2 grupos alcohólicos). Si es la glicerina, los
fosfolípidos se llaman fosfoglicéridos; si es la esfingosina, se llaman
esfingolípidos. Una molécula de ácido ortofosfórico. Un aminoalcohol
entre el que se pueden encontrar etanolamina (colamina), colina,
serina, etc.
21 .- ¿Qué tienen en común los esteroides?
Solución: Los esteroides, al igual que los terpenos, son lípidos
insaponificables; por lo tanto, carecen de ácidos grasos en su
composición. Todos los esteroides derivan de un hidrocarburo
tetracíclico que es el esterano o ciclopentano-perhidro-fenantreno,
cuya estructura está formada por tres anillos de ciclohexano unidos
de forma no lineal a un ciclopentano; por lo tanto todos los
esteroides tienen en común el núcleo químico esterano. Los distintos
esteroides se originan a partir de este núcleo químico (esterano), por
la aparición de dobles enlaces en distintas posiciones y de otros
grupos sustituyentes, tales como grupos -OH, cadenas carbonadas,
etc.
22 .- Características de las bicapas que forman los lípidos anfipáticos.
Solución: Las bicapas lipídicas constituyen la base estructural del
modelo actual de las membranas celulares. Estas bicapas lipídicas que
forman principalmente los glucolípidos y los fosfolípidos, presentan
las siguientes características: Son estructuras estables. Se originan de
forma espontánea sin la necesidad de aporte energético. Estas
bicapas tienden a ser extensas y a cerrarse en sí mismas en vesículas,
lo que supone la formación de un compartimiento interior. Se
reparan por sí solas, reponiendo su estructura. Tienen un
comportamiento fluido; es decir, las moléculas lipídicas que las
forman se pueden mover fácilmente dentro de la bicapa. Algunos de
los movimientos que pueden presentar son: difusión lateral, flexión,
rotación y, más raramente, flip-flop.
23 .- ¿Cómo captan las células el colesterol y qué enfermedades se
pueden originar si disminuye esta captación?
Solución: Las células de los tejidos obtienen el colesterol del plasma
sanguíneo mediante un proceso de endocitosis mediada por
receptor. Mediante este proceso, las LDL se unen a receptores
específicos de las membranas de las células diana y, posteriormente,
el complejo LDL-receptor se incorpora dentro de las células por
endocitosis. Si por cualquier motivo disminuye el número de
receptores en las células, disminuirá la captación de LDL y, por
consiguiente, aumentará el nivel de colesterol en la sangre. A este
aumento se le denomina hipercolesterolemia. La disminución de
receptores de LDL en las membranas celulares es, en algunos casos
de origen genético. Esto explica por qué hay individuos que tienen
predisposición a padecer hipercolesterolemia. Cuando el nivel de LDL
en sangre es elevado, el colesterol se deposita en la cara interna de
las arterias, formándose placas, denominadas ateromas, estas placas
crecen y endurecen las paredes arteriales y reducen la luz arterial,
pudiendo llegar a obstruirlas. A esta enfermedad vascular se la
denomina arterioesclerosis; si la arteria afectada es una arteria
coronaria, puede provocar infarto de miocardio; si es una arteria
cerebral, puede producir trombosis.
24 .- ¿Qué propiedades tienen todos los lípidos?
Solución: Dentro del grupo de los lípidos se engloban una gran
variedad de sustancias, que, aunque son diferentes estructuralmente,
todas ellas tienen en común una serie de propiedades, entre las que
destacan las siguientes: Son insolubles en agua y solubles en
disolventes orgánicos tales como: éter, cloroformo, acetona, alcohol,
etc. Esto es debido a que poseen largas cadenas hidrocarbonadas
que son apolares y, por consiguiente, son hidrófobas; no tienen
afinidad por el agua por lo que no son solubles en ella. Tienen baja
densidad y son untuosos al tacto. Son compuestos orgánicos muy
reducidos, debido a las largas cadenas hidrocarbonadas que forman
parte de ellos, por lo que son muy energéticos. Esta energía se puede
extraer mediante procesos de oxidación.
25 .- ¿Qué son los ácidos grasos? Solución: Los ácidos grasos son
ácidos orgánicos monocarboxílicos. En todos ellos se diferencian una
cadena hidrocarbonada más o menos larga y un grupo carboxílico
terminal que es el grupo ácido (-COOH). Por lo general, tienen un
número par de átomos de carbono que suele oscilar entre 12 y 24,
aunque los más abundantes tienen de 16 o 18 átomos de carbono. La
fórmula general de un ácido graso es: R-COOH, donde R es la cadena
hidrocarbonada que variará de unos a otros. Los ácidos grasos no
suelen encontrarse libres, sino que están formando parte de otros
lípidos y se pueden obtener a partir de ellos por hidrólisis. Se conocen
unos 100. Los características de los ácidos grasos se representan con
una notación de dos números separados por dos puntos. El primer
número indica los carbonos de la cadena y el segundo, el número de
insaturaciones; las posiciones de éstas se marcan como exponentes
de este segundo número. P. ej.: en el ácido oleico el símbolo será 18:
19; es un ácido con 18 carbonos que tiene un doble enlace en el
carbono 9.
26 .- Sabiendo que el símbolo del ácido palmítico es (16 : 0), escribe la
reacción de esterificación que da lugar a la tripalmitina. ¿Qué tipo de
grasa será la tripalmitina? Solución: La tripalmitina es un triglicérido o
grasa neutra. Se forma por la esterificación de los tres grupos
alcohólicos del glicerol con tres moléculas de ácido palmítico. En el
proceso se liberan tres moléculas de agua; una por cada enlace éster
que se origina. La tripalmitina es una grasa simple porque los tres
ácidos grasos que la forman son iguales. A temperatura ambiente es
sólida debido a que los tres ácidos grasos son saturados.
27 .- Haz una clasificación de terpenos indicando los representantes
más significativos de cada grupo. Solución: Dentro de los terpenos, se
diferencian varios grupos atendiendo al número de unidades de
isopreno que los forman. Los más importantes son los siguientes:
Monoterpenos: Están formados por dos unidades de isopreno. En
este grupo se incluyen muchos aceites esenciales de los vegetales,
que son sustancias volátiles responsables del aroma y del sabor de las
plantas. Algunos de estos compuestos son: mentol, alcanfor,
geraniol, limoneno, etc. Sesquiterpenos: Están formados por tres
unidades de isopreno. El farnesol es un compuesto de este tipo.
Diterpenos: Están formados por cuatro unidades de isopreno. A este
grupo pertenece el fitol, que es un alcohol que forma parte de la
clorofila; también se incluyen aquí las vitaminas A, K y E. Triterpenos:
Están formados por seis unidades de isopreno. En este grupo se
incluye el escualeno, que es el precursor de los esteroides.
Tetraterpenos: Están formados por ocho unidades de isopreno. A
este grupo pertenecen los carotenoides, que son pigmentos
vegetales responsables del color de muchas de las partes del vegetal.
Intervienen en la fotosíntesis, captando energía de longitud de onda
diferente de la que capta la clorofila. Los más importantes son el
licopeno (color rojo), la xantofila (color amarillo) y el -caroteno
(anaranjado). Este último, además, es el precursor de la vitamina A.
Politerpenos: Están formados por la unión de muchos isoprenos. A
este grupo pertenece el caucho.
28 .- ¿Qué son los liposomas y para qué se pueden utilizar? Solución:
Los liposomas son pequeñas vesículas que se pueden originar en el
seno del agua a partir de fosfolípidos tales como la fosfatidilcolina
(lecitina). Estas vesículas están formadas por una bicapa continua, lo
que impide el contacto entre el agua y las colas hidrófobas. Los
liposomas se obtienen si se somete a ultrasonido una suspensión de
lípidos. En el interior de estas pequeñas vesículas hay agua, y pueden
introducirse diversas moléculas o iones contenidos en la suspensión,
tales como productos cosméticos, medicamentos, ADN, etc. Los
liposomas, gracias a la capacidad que tienen las bicapas lipídicas de
fusionarse con otras membranas, se pueden utilizar, entre otras
cosas, para introducir medicamentos. También se utilizan en
biotecnología, por ejemplo, para introducir ADN extraño en el interior
de una célula.
29 .- ¿A que se llama colesterol bueno y colesterol malo ? Solución: El
colesterol se transporta por la sangre unido a algunas proteínas
plasmáticas formando lipoproteínas. Uno de estos tipos de
lipoproteínas son las LDL también llamadas lipoproteínas de densidad
baja. De esta manera, el colesterol es transportado a los tejidos para
que las células lo utilicen para sintetizar las membranas celulares o
para otras necesidades. Si el nivel de LDL en el plasma es elevado, el
colesterol se deposita en las paredes internas de las arterias,
pudiendo dar lugar a enfermedades cardiovasculares graves. Por este
motivo, a estas lipoproteínas de densidad baja (LDL) se las denomina
popularmente con el nombre de colesterol malo. Hay otro tipo de
lipoproteínas, llamadas HDL o lipoproteínas de densidad alta, que se
encargan de captar el colesterol de la sangre y de llevarlo hasta el
hígado, desde donde se puede eliminar a través de la bilis. Un nivel
alto de estas lipoproteínas reduce el riesgo de enfermedades
vasculares. Por este motivo, a estas lipoproteínas de densidad alta
(HDL) se las denomina popularmente con el nombre de colesterol
bueno
LAS PROTEÍNAS
Las proteínas son biomoléculas compuestas básicamente por
carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, que se encuentran en
todas las células de los seres vivos, donde realizan diferentes
funciones muy importantes. Son polímeros lineales en los que las
unidades monoméricas son los aminoácidos. Las cadenas se pliegan
en una notable diversidad de formas tridimensionales.
1 AMINOACIDOS.
Son compuestos orgánicos que poseen un grupo funcional carboxilo
(-COOH) y un grupo funcional amino (-NH2). Todos los aminoacidos
que forman las proteínas son µ-aminoacidos, es decir que el grupo
amino se encuentra unido al carbono ?, al que se une también el
grupo carboxílico. De esta forma la estructura general de los µaminoacidos es la siguiente:
El grupo R representa el esqueleto carbonado característico de aa en
cuestión y que le distingue de los demás. Atendiendo a la naturaleza
química de este grupo R los aa se clasifican en:
GRUPO R Cadenas Alifáticas
APOLAR 1. Alanina (Ala) A
2. Valina (Val) V
3. Leucina (Leu) L
Cadenas
Heterocíclicas
6. Prolina (Pro) P
7. Triptófano (Trp)
W
Cadenas Cíclicas
Aromáticas
8. Fenilalanina
(Phe) F
4. Isoleucina (Ileu)
I
5. Metionina (Met)
M
POLAR 9. Glicina (Gly) G
15. Tirosina (Tyr) Y
10. Serina (Ser) S
11. Treonina (Thr) T
12. Cisteina (Cys) C
13. Asparagina
(Asn) N
14. Glutamina (Gln)
Q
(+) a pH 7 16. Lisina (Lys) K
18. Histidina (His) H
aa Básicos 17. Arginina (Arg) R (se ioniza a pH 6)
(-) a pH 7 19. Ac. Glutámico
(Glu) E
aa Acidos
20. Ac. Aspártico
(Asp) D
Propiedades de los aminoacidos
1. Actividad óptica
Con la única excepción de la glicocola, en todos los µ-aminoacidos el
C? es asimétrico, de manera que muestran actividad óptica. Esta
propiedad se presenta en todos los compuestos capaces de existir en
dos formas cuyas estructuras son imagenes especulares, y consiste
en la capacidad de desviar el plano de la luz polarizada bien hacia la
derecha, dextrorrotatoria o bien a la izquierda, levorrotatoria.
Por referencia con la molécula de gliceraldehido que posee dos
estereoisómeros enantiomeros que se designan con las letras D- y L-,
los aminoacidos puden existir en estas dos formas enantioméricas.
Así el grupo carboxilo de la alanina puede relacionarse estericamente
con el aldehido y el grupo amino con el hiroxilo lo que resulta:
La nomenclatura D y L es independiente de la dirección de rotación
del plano de la luz polarizada que muestren los isomeros. Los
simbolos L y D se refieren por tanto a la configuración absoluta y no a
la dirección de rotación. De manera que pueden existir formas D y L
dextro y levorrotatorias. Por ejemplo la L-Alanina es dextrorrotatoria
y la L-Prolina es levorrotatoria, sus respectivas formas D hacen girar
el plano de la luz polarizada con identicos angulos pero en
direcciones opuestas.
Todos los aminioacidos que aparecen en la naturalesza y se han
hallado en las proteínas pertenecen a la serie L. Sin embargo cuando
se sintetizan aminoacidos en el laboratorio se obtinen mezclas
equimoleculares de las formas D y L denominadas racematos.
2. Propiedades acido base de los aminoacidos.
Los aminoacidos con grupos R polares o apolares, poseen a pH
neutro carga eléctrica neutra, debido a que los grupos carboxilo y
amino estan ionizados, formando un ion dipolar que recibe el nombre
de "zwiterion".
Debido a su estructura dipolar los aa se comportan como acidos
debiles (dadores de protones) o como bases debiles (aceptoras de
protones). Este tipo de sustancias se denominan anfóteras.
A pH bajo, el aminoacido existe en forma catiónica y al aumentar el
pH pasa por las foras zwiterión y finalmente aniónica. El valor del pH
para el que todas las moleculas se encuentran en forma zwiteron se
denomina punto isoelectrico. El punto isoelectrico de los
aminoacidos con cadenas polares o apolares varía entre 5,0 (cisteina)
y 6,3 (prolina), el pI de los aa acidos es 2,8 (Asp) y 3,2 (Glu) y el de los
básicos 7,5 (His), 9,6 (Lys) y 11,2 (Arg).
3. Aminoácidos poco frecuentes en la protéinas y aa no proteícos.
Los aminoacidos poco frecuentes hallados en las proteínas derivan de
los 20 aminoacidos "corrientes", y solo se han aislado a partir de los
hidrolizados de proteínas muy especiales:
Colageno: 4-hidroxiprolina e Hidroxilina.
Elastina: Desmosina e isodesmosina.
Más abundantes son los aminoacidos no proteícos (se conocen 150
diferentes), la mayoria son derivados de los ?-aminoacidos, pero
también se conocen ?-, ?- y ?-aminoacidos. Algunos son precursores o
intermediarios del metabolismo: ?-alanina, homocisteina,
homoserina, ornitina, etc. Aldunos poseen configuración D-, tales
como la D-alanina y D-serina. En algunos hongos y plantas superiores
existe una gran variedad de aa no proteícos de funciones aun
desconocidas y que en algunos casos son fuertemente tóxicos para
otras formas de vida como la canavanina.
2. PEPTIDOS Y ENLACE PEPTIDICO.
Los péptidos estan formados por la unión covalente mediante enlace
peptídico de los aminoácidos. Según el número de aminoacidos los
peptidos pueden ser: dipeptidos (2 aa), tripeptidos (3
aa), tetrapeptido (4 aa), etc. Si el número de aa es inferior a 10 se
habla de oligopéptidos, si el número es superior a 10 se
denominan polipeptidos.
El enlace peptídico es un enlace covalente que se establece entre el
grupo amino de un aa y el grupo carboxilo de otro aa, produciendose
una molécula de agua.
El enlace peptíco C-N es más corto que un enlace C-N normal y
además posee cierto caracter parcial de doble enlace, lo cual hace
que sea un enlace rígido que impide que los átomos de C y N puedan
girar alrededor del enlace. De forma que los grupos C=O y N-H se
encuentran en un mismo plano, manteniendo una distancias y
angulos que son fijos y constantes. Esto ejerce ciertas restricciones
en el plegamiento de las cadenas polipeptidicas.
El esqueleto de las cadenas polipeptídicas se asemeja así más a una
sucesión de placas planas articuladas que a un rosario de cuentas. Las
placas pueden rotar alrededor del Carbono ?.
El enlace peptídico se rompe por hidrólisis ácida, y por acción de
enzimas específicos denominados proteasas los cuales cortan
enlaces peptídicos establecidos entre aa específicos:
aa1
aa2
Tripsina
Quimiotripsina
Pepsina
Termolisina
aa1 = Lys o Arg
aa1 = Phe, Trp o Tyr
aa1 = Phe, Trp, Tyr y otros
aa2 = Leu, Ile o Val
3. PROTEINAS
3.1. CLASIFICACION DE LAS PROTEINAS.
Cuando los polipeptidos estan constituidos por más de 100 aa o su
peso molecular excede de 5.000, se denominan proteínas. Las
proteinas pueden estar formadas por una o más cadenas
polipeptídicas (Holoproteínas), que en algunos casos pueden estar
unidas a otras moléculas no proteícas (Heteroproteínas).
Protaminas
Prolaminas
GLOBULARES
Histonas
Gluteninas
Albúminas
HOLOPROTEINA
Globulinas
Colagenos
FILAMENTOSAS Queratinas
Elastinas
Fibroínas
Profirínicas
Hemoglobina
Mioglobina
CROMOPROTEINAS
No
Porfirínicas
Hemocianina
Hemoeritrina
GLUCOPROTEINAS FSH, LH etc
HETEROPROTEINAS
LIPOPROTEINAS Liporoteínas
Qulomicrones
FOSFOPROTEINAS Caseina
NUCLEOPROTEINAS ADN-Histonas
3.2. ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS.
En la estructura tridimensional de las proteínas, o lo que es igual en
su configuración espacial, viene determinada por niveles
estructrurales de complejidad creciente, cada una de las cuales se
puede construir a partir de la anterior: son las estructuras primaria,
secundaria, terciaria y cuaternaria.
3.2.1. Estructura Primaria.
Es la secuencia de aminoacidos de las cadenas polipeptidicas que
forman las proteínas. Cada cadena polipeptídica posee en sus dos
extremos, un aminoacido con un grupo amino libre y un aminoacido
con un grupo carboxilio libre, y ambos extremos se denominan Nterminal y C-terminal respectivamente. La secuencia de un peptido
en general se ecribe desde el extreno N al extremo C y los aa se
numeran empezando por el extremo N.
Los polipeptidos y en general las proteínas difieren en el número y
secuencia de aminoacidos, ya que estos determinan las estructuras
siguientes.
3.2.2. Estructura secundaria.
A medida que las cadenas polipeptídicas se sintetizan en los
ribosomas, los aminoacidos se disponen gracias a su capacidad de
giro en la configuración espacial más estable, de manera que las
cadenas adquieren la forma tridimensional "más comoda". Esta
disposición espacial de las cadenas polipeptídicas constituye la
estructura secundaria.
Se conocen dos tipos posible de estructuras secundarias: la ?-hélice y
la _-laminar.
?-hélice: Fue descrita por Pauling y Corey en 1951, a partir de los
analisis por difracción de rayos X de critales de las ?-queratinas. La
disposición más sencilla posible es una estructura helicoidal que tiene
las siguientes características:
- 3,6 residuos de aminoacidos por vuelta, con un paso de hélice de 5,4
A.
- Los grupos R de los aa se proyectan hacia el exterior de la hélice.
- Los puentes de H que mantienen la helice se establecen entre el CO
de un aa y NH del tercer residuo, y son paralelos al eje mayor de la
hélice.
La estructura en ?-hélice se localiza habitualmente a lo largo de la
parte externa de las proteínas.
El colágeno esta constituida por una superhélice (trenza) formada
por el enrollamiento dextrrógiro de 3 cadenas, las cuales a su vez
poseen estrucrura en hélice levogira que a diferencia de la ?-hélice, se
enrrolla hacia la izquierda, consta de tres residuos por vuelta y los
puentes de H no se establecen entre los grupos CO y NH de la misma
cadena, sino entre grupos de las tres cadenas que lo forman.
?-Laminar: En la conformación ?, las cadenas polipeptídicas se
encuentran formando laminas plegadas, nidas tranversalmente por
enlaces de H intracatenarios. El C? y los grupo R, quedan por arriba y
por debajo de la lamina de forma alternativa. Las cadena
polipeptidicas que forman la lamina pueden ser:
laminas paraleas: todas las cadenas se desarrollan en la misma
dirección, N- terminal a C-terminal. Los puentes de H forman angulo
respecto a las cadenas. Se forma con un mínimo de 5 cadenas
laminas antiparalelas: las cadenas se desarrrollan en direcciones
opuestas de manera alterna. Los puentes de H se dispones
perpendiculares a las cadenas. Frecuentemente se forman con dos
cadenas.
3.2.3. Estructura terciaria.
La estructura terciaria se refiere a la disposición espacial e
interrelación exintente entre las cadenas polipeptídicas con sus
correspondientes estructuras secunadarias. Hay dos posibles
conformaciones:
Conformación filamentosa: caracteristico de proteinas filamentosas
como el colageno, y queratinas. Las proteínas mantienes su
estructura secundaria de forma alargada y esta solo se retuerce
ligeramente.
Conformación globular: Característico de proteínas globulares, en la
que las cadenas con su estructura secundaria se pliegan adoptando
en ocasiones una forma casi esférica. Estas esferas estan constituidas
por tramos de en disposición ?-helice dispuestos en el exterior y
tramos en lamina plegada hacia el interior. Se ha observado en
diferentes proteínas que existe una repetición de determinadas
combinaciones ?-helice y lamina _ que determinan configuraciones
espaciales identicas. Estas combinaciones denominadas dominios
estructurales, estan separadas por zonas estrechas lo que permite un
cierto movimiento rotacional. Estos "cliches estructurales" se han
mantenido a lo largo de la evolución debido a su alta eficacia
biológica.
La conformación globular se mantiene gracias a la existencia de
diferente tipos de uniones entre aa que forman parte de las cadenas:
enlaces covalentes como los puentes disulfuro entre cisteínas, y
enlaces debiles como los puentes de H, las interacciones
iónicas, las fuerzas de Van der Waals y las interacciones
hidrofóbicas.
3.3.4. Estructura cuaternaria.
Se refiere al ordenamiento y disposición espacial de las cadenas
polipeptídicas o protómeros, en las proteínas costituidas por más de
una cadena. Según el número de cadenas se habla
de dimeros(hexoquinasa), tetrameros (hemoglobina), pentameros (
ARN-polimerasa) y polimeros cuando estan formadas por muchos
protomeros (actina, miosina o la capsida viral).
3.3. PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS.
Las propiedades físico-quimícas de las proteínas dependen casi por
completo de los radicales libres que quedan expuestos en su
superficie. Estos grupos definen una superficie activa capaz de
intereccionar con otras moléculas mediante enlaces debiles no
covalentes. El grupo de aa de una proteína cuyos radicales tienen
capaciadad de unirse a otras moleculas y de reaccionar con estas se
denomina centro activo.
3.3.1. Especificidad.
El funcionamiento de la mayoría de las proteinas se basa en la unón
selectiva del centro activo con otras moléculas. La especificidad se
basa en el plegamiento particular de cada proteína que en último
término depende de la seceunecia de aa. As cualquier cambio en la
secuencia puede originar cambios estructurales que alteran la
funcionalidad de la proteína, tal y como ocurre en la anemia
falcimorme cuya causa es un cambio puntual de un aa en las cadenas
? de la hemoglobina. No siempre los cambios de aa provovcan
cambios en la funcionalidad de las proteínas, asi en proteinas iguales
de diferentes especies se observan grandes cambios en regiones
variables de las proteinas pero no en regiones estables, que
constituyen los dominios estructurales que mantienen los mismos
centros activos.
3.3.2. Solubilidad.
Las proteínas globulares debido a su elevado PM
forman dispersiones coloidales al disolverse. Las moleculas de agua
forman puentes de H con los radicales ionizados de la superficie, lo
que da lugar a una superficie de solvatación. Al añadir
concentraciones elevadas de una sal como (NH4)2SO4, se establece
una competencia por los puentes de H que provoca la precipitación
de la proteína.
3.3.3. Desnaturalización.
Cuando las proteínas pierden su configuración espacial
convirtiendose en proteínas fibrosas, pierden su actividad biológica
se hacen insolubles y precipitan. Este fenómeno
denominado desnaturalización no afecta a la cadena polipeptídica y
puede ser causado por varios factores tales como, cambios de pH,
elevedas temperatura, agitación molecular o compuestos químicos
como detergentes (SDS) o compuestos fuertemente reductores
como el mercaptoetanol que rompe los puentes disulfuro. La
desnaturalización es reversible y se denomina renaturalización si al
cesar las condiciones desnaturalizantes la proteína recupera su
conformación o irreversible si no puede recuperar su conformación
tal y como ocurre con la albumina de huevo al cocer.
3.4. FUNCIONES DE LAS PROTEINAS.
3.4.1. Función Estructural
Una de las funciones más características de las proteínas.
Glucoproteínas. En las membranas celulares donde realizan otras
funciones como transporte de suntancias y receptores de
neurotransmisores o de hormonas.
Histonas. Unidas al ADN formando parte de los cromosomas
eucariotas.
Colageno. Constituyente de la sustancia intercelular del tejido
conjuntivo fibroso. Forma también parte de tendones, huesos y
cartílagos.
Elastinas. Componentes del tejido conjuntivo elástico.
Queratinas. En células epidérmicas a partir de la cual se forma el pelo,
uñas, escamas de los reptiles y plumas de las aves etc.
Fibroína. Componete de la seda de las telarañas y capullos del gusano
de seda.
También tienen función estructural las porteinas que forman los
microtubulos (tubulina), cilios, flagelos, ribosomas, etc.
3.4.2. Función de Transporte.
Permeasas. Proteínas de membrana que transportan sustancias a
traves de la membrana.
Cromoproteínas. Son el conjunto de proteinas que transportan el
oxigeno en los vertebrados (Hemoglobina y mioglobina) o en los
invertebrados (hemocianina y hemoeritrina).
Seroalbumina. Transporta numerosas sustancias por la sangre.
Lipoproteínas. Transportan colesterol, triglicéridos y acidos grasos
por el torrente sanguíneo.
Citocromos. Transportan electrones en la cadena respiratoria en
cloroplastos y mitocondrias.
3.4.3. Función Defensiva.
Inmunoglobulinas. Constituyen los denominados anticuerpos.
Trombina y fibrinógeno. Implicados en la coagulación sanguínea.
Mucinas. Ejercen función germicida en el tracto digestivo y
respiratorio.
3.4.4. Función Hormonal.
Insulina y glucagón. Producidas por el pancreas, regulan el
metabolismo de los glúcidos.
Tiroxina. Sintetizada por el tiroides, tine función reguladora del
catabolismo en general.
Hormona del crecimiento y otras hormonas de la hipófisis.
3.4.5. Función Contráctil.
Dineína. Permite el movimiento de cilios y flagelos.
Actina y miosina. Constituyen las miofibrillas de las fibras musculares,
responsables de la contracción muscular.
3.4.6. Función de Reserva.
No es la más importante de las funciones pues por lo general no son
carburantes metabólicos típicos.
Ovoalbumina. Clara de huevo.
Caseina. En la leche de mamiferos.
Zeina, gliadina y hordeina. Se encuentran en las semillas del maiz,
trigo y cebada.
3.4.7. Función Enzimática.
Es la función más importante, pues la vida no es posible sin la acción
de las enzimas. Constituyen la clase de proteínas más abundante y
especializada, actúan como biocatalizadores de las reacciones
bioquímicas que ocurren en los seres vivos. Debido a su importancia
le dedicaremos un capítulo a continuación.
PREGUNTAS
1.* ¿Qué modelos de estructuras se encontrarían en una proteína
globular formada por una sola cadena polipeptídica, rica en cisteína?.
Razona la respuesta. (J-91)
2.* Mecanismo de la acción enzimática. (S-91/S-92)
3.* Las vitaminas hidrosolubles como coenzimas. (S-91/J-93/J-94)
4.* Estructura general y clasificación de los aminoacidos proteicos.
Citar algún ejemplo de cada grupo. (J-92/S-94)
5.* Características generales de las vitaminas liposolubles. Explicar la
acción de cada una de ellas. (S-92)
6.* Diferenciar los siguientes tipos de enlaces y formar un ejemplo de
cada uno de ellos. (J-93)
a) Ester
b) O-glucosídico
c) Peptídico
7.* Cromoproteínas: características, tipos e importancia biológica. (S93)
8.* Citar las funciones biológicas de las siguientes proteínas: (S-94)
a) Glucoproteínas
y miosina.
b) Cromoproteínas
c) Histonas
d) Actina
9.* Desnaturalización de las proteínas. Contesta razonadamente: (J96)
a) Concepto b) ¿Qué factores desnaturalizan las proteínas?
c) ¿Qué tipos de enlaces se rompen durante el proceso?
d) ¿Puede ser reversible?
PREGUNTAS RESUELTAS. LAS PROTEÍNAS
1 .- Define enlace peptídico. ¿Cómo se produce? Forma un dipéptido
partiendo de la fórmula general de los aminoácidos. ¿Qué
características tiene dicho enlace?
2 .- Explica brevemente los tipos característicos de la estructura
terciaria de las proteínas.
3 .- ¿Qué es un aminoácido? ¿Cuál es su estructura? ¿A qué se llama
aminoácidos esenciales?
4 .- ¿En qué consiste la desnaturalización de una proteína? ¿Se puede
producir su renaturalización?
5 .- Explica cómo desempeñan las proteínas la función del transporte.
6 .- Realiza una clasificación de los aminoácidos proteicos. Escribe
algún ejemplo de cada uno de ellos.
7 .- ¿Sabrías explicar de qué manera se consiguen la formación y la
estabilidad de proteínas fibrosas como el colágeno?
8 .- Explica de qué depende la gran variedad en el tipo de funciones
que desempeñan las proteínas.
9 .- ¿Poseen todos los aminoácidos un carbono asimétrico? ¿Qué
implica el hecho de que posean dicho carbono?
10 .- ¿Qué diferencias hay entre la -hélice y la lámina plegada de la
estructura secundaria de las proteínas?
11 .- ¿Qué es un grupo prostético? Enumera los grupos de proteínas
que contengan un grupo prostético, indicando de qué sustancia se
trata.
12 .- Explica el carácter anfótero de los aminoácidos.
13 .- ¿De qué dependen las estructuras primaria, secundaria, terciaria y
cuaternaria de las proteínas?
14 .- Realiza una clasificación de las proteínas simples atendiendo a su
función.
SOLUCIONES:
1 .- Define enlace peptídico. ¿Cómo se produce? Forma un dipéptido
partiendo de la fórmula general de los aminoácidos. ¿Qué
características tiene dicho enlace? Solución: La unión de los
aminoácidos para formar péptidos se lleva a cabo mediante enlaces
peptídicos. El enlace peptídico consiste en la unión del grupo
carboxilo de un aminoácido con el grupo amino de otro con
desprendimiento de una molécula de agua. Un dipéptido se forma
por la unión de dos aminoácidos: El enlace peptídico tiene un carácter
parcial de doble enlace, porque el carbono y el nitrógeno se sitúan en
el mismo plano, sin permitir movimientos de rotación entre estos
átomos.
2 .- Explica brevemente los tipos característicos de la estructura
terciaria de las proteínas. Solución: Los tipos característicos de
estructura terciaria son: Fibrosa. Está constituida por cadenas
polipeptídicas ordenadas a lo largo de un eje. Son resistentes e
insolubles en agua. Tienen, generalmente, función estructural, y se
encuentran formando fibras, láminas largas, etc. Como ejemplos,
podemos citar el colágeno y la queratina, que forman la base del
tejido conjuntivo de los animales superiores. Globular. Las cadenas
polipeptídicas se pliegan dando lugar a formas esféricas. Son solubles
en agua, y la función que desempeñan en la célula es dinámica, como,
por ejemplo, los enzimas, los anticuerpos, algunas hormonas y
determinadas proteínas de transporte, como la hemoglobina.
3 .- ¿Qué es un aminoácido? ¿Cuál es su estructura? ¿A qué se llama
aminoácidos esenciales? Solución: Los aminoácidos son las unidades
estructurales de las proteínas. Un aminoácido es una molécula
orgánica que posee una función amino -NH2, una función ácido COOH y una cadena lateral -R unidos a un carbono . Su fórmula
general es: Los aminoácidos esenciales son aquellos que deben ser
ingeridos en la dieta, porque no pueden ser sintetizados por
organismos heterótrofos. En el caso de la especie humana son:
fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptófano
y valina.
4 .- ¿En qué consiste la desnaturalización de una proteína? ¿Se puede
producir su renaturalización? Solución: La conformación de una
proteína está definida por las condiciones celulares;
fundamentalmente, por el pH y la temperatura. Una proteína a la que
se somete a valores de pH o temperatura fuera de unos intervalos de
estabilidad limitados experimenta un cambio que consiste en la
desaparición de su conformación. Este desplegamiento de la cadena
sin alteración de la secuencia de aminoácidos se conoce con el
nombre de desnaturalización. La proteína se puede renaturalizar si se
regresa lentamente a las condiciones del estado nativo.
5 .- Explica cómo desempeñan las proteínas la función del transporte.
Solución: Ciertas proteínas se unen a moléculas o iones específicos y
se separan en otro lugar, lo que implica un transporte. Como
ejemplos, podemos citar: La hemoglobina, que transporta O2 por la
sangre. Las lipoproteínas, que transportan lípidos. Muchas proteínas
de membrana, que trasladan de un lado a otro determinadas
sustancias.
6 .- Realiza una clasificación de los aminoácidos proteicos. Escribe
algún ejemplo de cada uno de ellos. Solución: Los aminoácidos se
clasifican atendiendo a su cadena lateral o radical R en cuatro grupos:
Aminoácidos con -R no polar, hidrófobo. El grupo -R es una cadena
hidrocarbonada; como en el caso de la alanina, pueden presentar
anillos aromáticos, como el triptófano, o bien un átomo de azufre,
como la metionina. Aminoácidos con -R polar sin carga. Son más
solubles en agua. De los siete aminoácidos que componen este
grupo, tres presentan un -OH que les confiere polaridad, como la
serina. La cisteína contiene un grupo sulfhidrilo muy reactivo que
formará puentes disulfuro. Aminoácidos ácidos. Presentan un grupo
carboxilo en el radical -R. Un ejemplo es el ácido glutámico.
Aminoácidos básicos. Son moléculas que presentan un radical -R que
a pH neutro se carga positivamente. Ejemplo: la lisina.
7 .- ¿Sabrías explicar de qué manera se consiguen la formación y la
estabilidad de proteínas fibrosas como el colágeno? Solución: La
formación de estas proteínas se consigue debido a la existencia de
aminoácidos como la prolina, cuya presencia provoca la aparición de
una curva cada vez que existan dos unidades seguidas de dicho
aminoácido. Por lo tanto, la estructura secundaria de las proteínas no
se produce por azar, sino que depende de la secuencia de
aminoácidos. La estabilidad de esta proteína se consigue gracias a los
puentes de hidrógeno intercatenarios que se establecen entre tres
hebras de colágeno.
8 .- Explica de qué depende la gran variedad en el tipo de funciones
que desempeñan las proteínas. Solución: La variedad de funciones
que presentan las proteínas está acompañada de una gran
especificidad. La especificidad es la propiedad más característica de
las proteínas. Podemos hablar de una especificidad de especie; es
decir, existen proteínas que son exclusivas de una especie
determinada, y de especificidad de función, que consiste en que cada
proteína realiza una función determinada que depende de su
estructura.
9 .- ¿Poseen todos los aminoácidos un carbono asimétrico? ¿Qué
implica el hecho de que posean dicho carbono? Solución: Todos los
aminoácidos, excepto la glicocola, poseen un carbono asimétrico. El
hecho de la existencia de un carbono asimétrico (unido a cuatro
radicales diferentes) hace posible el que los aminoácidos presenten
dos conformaciones distintas, D y L. Por convenio, los aminoácidos
son de la serie D cuando presentan el grupo amino a la derecha, y son
de la serie L si el grupo amino está a la izquierda. Los aminoácidos
que constituyen las proteínas son de la serie L.
10 .- ¿Qué diferencias hay entre la -hélice y la lámina plegada de la
estructura secundaria de las proteínas? Solución: La ordenación hélice sería comparable a la hélice que describe un muelle. La hélice
formada se estabiliza gracias a la formación de enlaces de hidrógeno
entre espiras consecutivas. Las cadenas laterales de los aminoácidos
quedan situadas hacia el exterior de la hélice. En cambio, la
ordenación -laminar (u hoja plegada) sería comparable al fuelle de un
acordeón. La cadena polipeptídica describe longitudinalmente un
zigzag. De modo que tramos de cadenas paralelas o antiparalelas se
enfrentan, estableciendo enlaces por puentes de hidrógeno entre
ellas que estabilizan esta ordenación. Las cadenas laterales de los
aminoácidos se encuentran situadas por encima y por debajo del
plano en zigzag de la lámina plegada.
11 .- ¿Qué es un grupo prostético? Enumera los grupos de proteínas
que contengan un grupo prostético, indicando de qué sustancia se
trata. Solución: El grupo prostético lo forman moléculas no proteicas
que se unen a las proteínas formando las heteroproteínas o proteínas
conjugadas. Dicho grupo prostético puede ser orgánico o inorgánico.
Entre las heteroproteínas, tenemos: Glucoproteínas: el grupo
prostético es un glúcido. Lipoproteínas: estas proteínas llevan
asociados lípidos. Nucleoproteínas: llevan asociados ácidos nucleicos.
Fosfoproteínas: contienen fosfatos. Cromoproteínas: el grupo
prostético es una sustancia coloreada, que puede ser porfirínica (el
grupo prostético es un anillo tetrapirrólico en cuyo interior se
encuentra un catión metálico) o no porfirínica, como la hemocianina.
12 .- Explica el carácter anfótero de los aminoácidos. Solución: En el
medio celular, a pH=7, los aminoácidos presentan ionización dipolar.
Se denominan anfóteras aquellas sustancias que se pueden
comportar como ácido o como base, dependiendo del pH de la
disolución. El carácter anfótero de los aminoácidos permite la
regulación del pH. En una disolución ácida (exceso de H+), el
aminoácido se comporta como una base, el grupo amino está
ionizado, y el carboxilo, no. En una disolución alcalina (exceso de OH), el aminoácido se comporta como ácido, el carboxilo está ionizado,
y el grupo amino, no.
13 .- ¿De qué dependen las estructuras primaria, secundaria, terciaria y
cuaternaria de las proteínas? Solución: Las proteínas poseen una
configuración espacial característica que les permite realizar sus
funciones. A pesar de las, teóricamente, múltiples posibilidades de
plegamiento de una proteína, la mayoría se pliegan adoptando una
única estructura tridimensional. Esta responde a cuatro niveles
posibles de plegamiento, cada uno de los cuales se construye a partir
del nivel anterior. A medida que se van uniendo aminoácidos para
formar proteínas en los polisomas, las cadenas polipeptídicas se van
plegando hasta lograr la configuración más estable (estructura
secundaria). La configuración espacial definitiva (estructura terciaria)
que adoptan las diferentes regiones de las proteínas aparece como
consecuencia de las interacciones entre distintos puntos de la
proteína. Muchas de las proteínas de gran tamaño se forman por la
asociación de varias cadenas polipeptídicas (estructura cuaternaria).
Todos estos niveles de plegamiento dependen de la estructura
primaria codificada por el ADN, es decir, el número, el tipo y la
secuencia de sus aminoácidos.
14 .- Realiza una clasificación de las proteínas simples atendiendo a su
función. Solución: Función estructural: Escleroproteínas como el
colágeno, que forma parte de los tejidos conjuntivo, cartilaginoso y
óseo; la elastina, que se encuentra en los pulmones y en las arterias
permitiendo su deformación y recuperación posterior, y la queratina,
que forma parte de uñas, pelos, cuernos, etc. Las histonas forman
parte de la estructura de los cromosomas. Función de reserva:
Albúminas, como la lactoalbúmina, la ovoalbúmina y la seroalbúmina,
presentes en la leche, los huevos y la sangre, respectivamente.
Función defensiva: Globulinas, como, por ejemplo, las
inmunoglobulinas, que son proteínas de defensa contra las
enfermedades
LOS ENZIMAS
1. CATALISIS ENZIMATICA
Las enzimas son proteínas especializadas en la catálisis de las
reacciones biológicas. Son consideradas por
tanto biocatalizadores que poseen un a extraordinaria especificidad y
un alto poder catalítico.
Una reacción química Sustrato®Producto tiene lugar porque cierta
fracción de moléculas de Sustrato poseen la sufieciente energía como
para alcanzar un estado activado, llamado estado de transión. La
velocidad de la reacción es proporcional a la concentración de
moléculas de Sustrato que alcanzan el estado de transición. Las
enzimas y en genaral todos los catalizadores aumentan la velocidad
de la reacción disminuyendo la energía libre de activación (ÙG) que
es la energía necesaria para alcanzar el estado de transición (Fig). Las
recciones catalizadas por enzimas son 108 a 1020 más rapidas que las
mismas reacciones sin catalizar. Las enzimas para actuar se unen a la
molecula de sustrato y una vez que han realizado la transformación
del sustrato en producto se liberan rapidamnete de ellos para
permitir el acceso de otros sustratos. Las enzimas suelen asociarse
formando complejos multienzimáticas, de manera que el producto
de un enzima es el sustrato del siguiente.
2. MECANISMO DE ACCION DE LAS ENZIMAS.
Todas las enzimas poseen un centro activo que consta de
aminoacidos de fijación, a donde se une el sutrato a traves de enlaces
debiles y un centro catalítico constituido por aminoacidos cuyos
grupos funcionales activos crean las condiciones fisicoquímicas
óptimas para que los sutratos se transformen en productos (Fig). Los
grupos R de los aa serina, histidina, lisina y cisteina, intervienen
frecuentemente en el centro catalítico.
Una parte principal del incremento de velocidad de las reacciones
catalizadas por enzimas depende de la colocación exacta del sustrato
en la proximidad y orientación apropiadas respecto al centro
catalítico. De esta forma, el centro activo del enzima determina una
alta especificidad por el sustrato, pues solo determinados sustratos
seran capaces de unirse a los aa de fijación y aproximarse al centro
catalítico. Esta especificidad se entendí en un principio como la
especificidad que existe entre una llave y una cerradura, sin embargo,
actualmente se admite que existen tres tipos de especificidad:
Absoluta. Solo se puede unir un tipo de sustrato. Llave-cerradura. La
6-fosftransfersa actua solo sobre la D-fructosa y no sobre la Lfructosa.
De grupo. La enzima reconoce un grupo de moléculas similares con
un determinado tipo de enlace. La ?-glucosidasa corta glucidos unidos
por enlace ?-O-glucosídico.
De clase. La especificiad depende solo del tipo de enlace. Esta es la
menos específica. Fosfatasa, rompe el enlace fosfato de cualquier
molécula.
3. FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMATICA.
3.1. Temperatura.
El incremento de la temperatura durante una reacción química, en
general incrementa la velocidad de la reacción por un aumento de la
movilidad de las moleculas. Sin embargo un aumento excesivo
provocaria la desnaturalización de las enzimas, consecuentemente
hay una temperatura óptima para la cual la actividad enzimatica es
máxima.
3.2. pH.
Las enzimas son activas dentro de un rango de pH bastante estrecho
fuera del cual la proteína se inactiva y/o desnaturaliza. El pH
óptimo de actuación dependerá del tipo de enzima y del sustrato, ya
que el pH del medio determina la ionización de los radicales de los
enzimas del centro activo y de los del sutrato. Asi por ejemplo la
pepsina es mas fectiva a pH 2,2 sobre la hemoglobina y a pH 1,5 si
actua sobre la ovoalbumina.
3.3. Concentración de sustrato.
Las reacciones catalizadas por enzimas presentanuna característica
que no presentan las reacciones no enzimáticas: la saturación con
sutrato.
En la figura podemos observar el efecto de la concentración sobre el
incremento de velocidad de las reacciones enzimáticas. Tal y como
podemos ver, la concentración de sustrato incrementa la velocidad
inicialmente de forma proporcional, hasta un alcanzar un velocidad
constante que se considera V máx, y se dice entonces que la enzima
esta saturada por el sustrato. La velocidad de una reacción
enzimatica a una determinada concentración de sustrato viene dado
por la ecuación de Michaelis-Menten.
V = Vmáx × [S]/([S] + KM)
La Km, constante de Michaelis, se define como la concentración de
sustrato a la que la velocidad de la reacción es la mitad de la
velocidad máxima. Esta constante es un buen indicador de la afinidad
del enzima por el sutrato.
3.4. Inhibidores de la actividad enzimática.
Algunas sustancias actúan como inhibidores, atenuando o anulando
la actividad de la enzima. La inhibición puede ser de dos clases:
Inhibición irreversible: el inhibidor se une de manera permanente al
centro activo, anulando la actividad de la enzima. Son agentes
venenosos.
Inbición reversible: el inhibidor impide temporalmente la actividad de
la enzima de dos maneras:
Inhibición competitiva: el inhibidor es una molécula similar al
sustrato que se une al centro activo, compitiendo con él.
Inhibición no competitiva: el inhibidor actúa sobre el complejo
enzima-sustrato impidiendo la liberación de los productos, o bien se
une a la enzima impidiendo la unión del sustrato .
3.5. Alosterismo.
Algunas enzimas pueden exister en dos conformaciones diferentes y
estables: una activa y otra inactiva. Estas enzimas reciben el nombre
de alostéricas. Suelen estar formadas por más de una subunidad cada
una de las cuales posee un centro regulador y un centro activo.
Determinadas moléculas llamadas ligandos se unen al centro
regulador, haciendo que la enzima pase de forma inactiva a la activa o
viceversa. Cuando el ligando es el propio sustrato, este actua
como activador induciendo el paso al cambio conformacional activo,
al mismo tiempo ese cambio se trasmite al resto de subunidades. En
otras ocasiones el producto actua como ligando inhibidor uniendose
al centro regulador, favoreciendo asi el paso a la forma inactiva, este
proceso se denomina retrohinbición o inhibición feed-back. (Figura)
3.6. Coenzimas y cofactores.
Se pueden distinguir dos tipos de enzimas:
i) Enzimas estrictamente proteicas, que son holoproteínas.
ii) Holoenzimas: son heteroproteínas, estan constituidas por una
parte polipeptídica o apoenzima, y y una parte no proteíca
denominada cofactor. Los cofactores pueden ser:
Cofactores inorgánicos: son iones metálicos que pueden actuar
como centro catalítico, como puente entre la enzima y el sustrato o
como agente estabilizante. Algunos ejemplos son el Zn2+, Mg2+,
Fe2+ K+ y Na+. Muchos de ellos son oligoelementos.
Cofactores Orgánicos: se denominan genericamente coenzimas. Los
coenzimas no solo actuan unidos al enzima sino que también pueden
hacerlo sin estar fijos al enzima. Cuando estan unidos al enzima se
llaman grupos protéticos. Los coenzimas no suelen ser especificos de
un solo tipo de enzima y normalmente sufren alteraciones durante la
reacción enzimátiza, pero se regeneran rapidamente y vuelven a ser
funcionales. Algunos coenzimas son el NAD (nicotinamida-adenindinucleotido), NADP(NAD-Fosfato), FAD (Flavin-adeninadinucleotidos), FMN (Flavin-mononucleótido), Coenzima Q,
Coenzima A. Cada coenzima contiene, formando parte de su
estructura, una molécula de alguna de las vitaminas.
4. NOMENCLATURA Y CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS.
Las enzimas se nombran citando primero el nombre del sustrato,
luego el del coenzima si lo tiene, y por ultimo la función que realiza
terminado en -asa (Ejem. Malonato coenzima A transferasa). Las
diferentes enzimas se agrupan en seis clases atendiendo a la función
que realizan (Figura)
PREGUNTAS RESUELTAS. LOS ENZIMAS
1 .- Explica cuáles son los principales factores que afectan a la
actividad enzimática.
2 .- ¿Qué es un inhibidor y de cuántos tipos puede ser la acción que
realizan?
3 .- Diferencia entre cofactor y coenzima.
4 .- ¿Cómo se define la velocidad de un proceso enzimático? ¿Qué
efecto tiene sobre ella la cantidad de sustrato presente en el medio
de reacción?
5 .- ¿Dónde actúan los enzimas alostéricos?
6 .- Define centro activo y complejo enzima-sustrato.
7 .- En los enzimas alostéricos, ¿es lo mismo el centro activo que el
centro alostérico?
8 .- Cita tres propiedades por las que podamos considerar a los
enzimas como catalizadores. ¿Qué es el centro activo?
9 .- Diferencias entre inhibición competitiva y no competitiva.
10 .- Principales tipos de coenzimas.
11 .- Explica qué es un catalizador y por qué es necesaria su existencia
para que las células desarrollen su actividad.
12 .- ¿Qué características poseen los enzimas alostéricos?
SOLUCIONES
1 .- Explica cuáles son los principales factores que afectan a la
actividad enzimática. Solución: Los principales factores que afectan a
la actividad enzimática son: Temperatura: Las reacciones controladas
enzimáticamente tienen lugar dentro de un intervalo óptimo de
temperaturas, fuera del cual o no suceden, o lo hacen lentamente. A
temperaturas bajas, los enzimas carecen de energía cinética
suficiente para encontrarse y unirse. Por el contrario, temperaturas
elevadas hacen que el enzima se desnaturalice. pH: Las reacciones
metabólicas suceden, también, dentro de un intervalo óptimo de pH.
Las variaciones de pH pueden influir de varias maneras: Si el centro
activo contiene aminoácidos con grupos ionizados, varían con el pH.
La ionización de aminoácidos que no estén en el centro activo puede
provocar modificaciones en la conformación que también afecte a la
actividad. El sustrato puede verse afectado por las variaciones del pH.
2 .- ¿Qué es un inhibidor y de cuántos tipos puede ser la acción que
realizan?
Solución: Los inhibidores son sustancias específicas de distinta
naturaleza, que se unen con el enzima en distintos puntos de este y
disminuyen parcial o totalmente su actividad. Los inhibidores pueden
ser algún tipo de ion, algún compuesto orgánico, y, con frecuencia,
suele ser el producto final de la reacción. En este caso, a la acción del
inhibidor se la denomina retroinhibición. La acción que realizan los
inhibidores se denomina inhibición, y puede ser de dos tipos:
reversible e irreversible. Reversible: En este caso, el inhibidor se une
con el enzima de forma temporal e impide su normal funcionamiento;
no se destruye el centro activo del enzima y éste recupera su
actividad una vez eliminado el inhibidor. En este tipo de inhibición, el
inhibidor se une al enzima mediante enlaces débiles (puentes de
hidrógeno, iónicos, etc.) que se rompen con facilidad, quedando libre
el enzima, que recupera su actividad. Irreversible: En este caso, el
inhibidor se une de forma permanente con el enzima mediante
enlaces covalentes fuertes, alterando su estructura e inutilizándolo
de forma indefinida; de ahí el nombre. A este tipo de inhibición
también se la denomina envenenamiento del enzima.
3 .- Diferencia entre cofactor y coenzima. Solución: Algunos enzimas
llamados holoenzimas son proteínas conjugadas, en ellos se
diferencian dos partes: una parte proteica denominada apoenzima, y
una parte no proteica que recibe el nombre de cofactor. Ambos
componentes (apoenzima y cofactor) son inactivos por sí mismos.
Para ser activas, han de estar unidas, formando el holoenzima.
Atendiendo a su naturaleza química, los cofactores pueden ser: Iones
metálicos (Fe2+, Mn2+, Mg2+, Zn2+, etc.) o moléculas sencillas.
Moléculas orgánicas más o menos complejas. En este caso se llaman
coenzimas. Cuando el coenzima está unido a la apoenzima por
enlaces covalentes, se denomina grupo prostético. Por lo tanto,
podemos decir que, cofactores son la parte no proteica de las
holoenzimas, mientras que los coenzimas solamente serán aquellos
cofactores que son moléculas orgánicas y que se unen de forma
temporal al apoenzima.
4 .- ¿Cómo se define la velocidad de un proceso enzimático? ¿Qué
efecto tiene sobre ella la cantidad de sustrato presente en el medio
de reacción?
Solución: La velocidad de una reacción enzimática se mide por el
número de moléculas de sustrato transformadas por unidad de
tiempo. Esta velocidad depende de varios factores, entre los que
destacan la eficacia del enzima y la concentración de moléculas de
enzima y de sustrato. Manteniendo constante la concentración del
enzima en una reacción catalizada, se observa que la velocidad de la
reacción aumenta a medida que incrementamos la concentración de
sustrato. Este aumento de la velocidad va haciéndose
progresivamente más lento, hasta que, finalmente, grandes
incrementos en la concentración de sustrato no aumentan de manera
significativa la velocidad de la reacción. En este punto, decimos que
se ha alcanzado la velocidad máxima (Vmáx). En estas condiciones las
moléculas enzimáticas están saturadas por el sustrato, y, por ello, no
puede aumentarse la velocidad de transformación de este.
5 .- ¿Dónde actúan los enzimas alostéricos? Solución: Los enzimas
alostéricos desempeñan un papel muy importante en la regulación de
las reacciones metabólicas. Suelen actuar en puntos estratégicos de
las rutas metabólicas, como son la primera reacción de una ruta
metabólica o los puntos de ramificación de una ruta metabólica.
Frecuentemente, el sustrato de la primera reacción de la ruta
metabólica actúa como modulador positivo o activador alostérico; al
unirse con el enzima alostérico, provoca la aparición de la
conformación activa de la enzima. En las rutas metabólicas no
ramificadas, el producto final actúa como modulador negativo o
inhibidor alostérico, se une al enzima alostérico y provoca la aparición
de la conformación inactiva. Si la ruta metabólica se ramifica, el
inhibidor del primer enzima alostérico es el metabolito del punto de
ramificación, mientras que los productos finales de las ramificaciones
serán los inhibidores de los enzimas alostéricos que actúan en la
primera reacción después de la ramificación. A este proceso se le
denomina inhibición feed-back o retroinhibición. Este proceso supone
un ahorro energético para el organismo, ya que el exceso de
producto final inhibe su propia síntesis en una etapa temprana de
esta. Un ejemplo de retroinhibición alostérica lo constituye la síntesis
de isoleucina, la cual se forma a partir de treonina mediante una
secuencia de cinco etapas, la primera de las cuales está catalizada por
el enzima treonina desaminasa. Cuando la concentración de
isoleucina es elevada, esta se une al centro alostérico del enzima,
provocando su inactivación. Cuando la concentración disminuye, el
enzima recupera su actividad.
6 .- Define centro activo y complejo enzima-sustrato. Solución: El
centro activo del enzima es el lugar donde se localizan los grupos
funcionales de las cadenas laterales de los aminoácidos que realizan
la acción catalítica. El centro activo se une al sustrato y al grupo
prostético, contribuyendo, mediante la acción de los grupos
funcionales activos, a la formación o a la rotura de los enlaces. Para
ejercer su acción, la molécula enzimática se une, de forma específica,
a la molécula de sustrato, formando el complejo enzima-sustrato. Los
enzimas, como catalizadores que son, actúan disminuyendo la
energía de activación. El mecanismo de actuación es el siguiente: Las
moléculas enzimáticas (E) se unen de forma específica a las
reaccionantes, que denominamos sustratos (S). En un primer paso, se
forma un complejo enzima-sustrato (ES). Aquí, el enzima induce
cambios en la molécula del sustrato (ruptura o redistribución de
enlaces, cambios en los grupos funcionales, etc.) que hacen disminuir
su energía de activación y conducen a la formación del producto final
(P) y a la liberación del enzima (E), inalterado, que puede actuar de
nuevo.
7 .- En los enzimas alostéricos, ¿es lo mismo el centro activo que el
centro alostérico? Solución: Los enzimas alostéricos, a diferencia de
lo que ocurre con los demás enzimas, poseen más de un centro de
actividad: el centro activo y el centro alostérico o centro regulador;
ambos centros son diferentes y realizan funciones distintas. El centro
activo de un enzima alostérico es, al igual que en cualquier otro
enzima, la zona de la superficie del enzima por donde este se une al
sustrato. En este centro es donde se produce la acción catalítica. El
centro alostérico o centro regulador es una zona del enzima
alostérico, diferente del centro activo, por donde estos enzimas se
unen de forma no covalente a unas moléculas denominadas
moduladores o efectores. Estos moduladores o efectores, al unirse al
centro alostérico, provocan un cambio en la conformación de este
enzima alostérico, que adoptará una forma más o menos activa,
dependiendo de cómo sea el modulador. Los moduladores pueden
ser de dos tipos: moduladores positivos o activadores y moduladores
negativos o inhibidores. Los moduladores positivos o activadores, al
unirse al centro alostérico, provocan en el enzima alostérico el
cambio de la conformación inactiva (T) a la activa (R), mientras que si
es el modulador negativo o inhibidor el que se une al centro
alostérico, ocurre al revés; es decir, el enzima alostérico pasa de la
confomación activa a la inactiva.
8 .- Cita tres propiedades por las que podamos considerar a los
enzimas como catalizadores. ¿Qué es el centro activo? Solución: Los
enzimas son biocatalizadores que: Aceleran reacciones que sin su
presencia no se desarrollarían o lo harían a velocidades incompatibles
para la vida. Actúan a bajas concentraciones, ya que no se alteran en
el transcurso de la reacción. Su acción es específica, ya que un
determinado enzima tan solo cataliza un tipo de transformación
(especificidad de acción) de un determinado tipo de sustrato
(especificidad de sustrato). El centro activo del enzima es el lugar
donde se localizan los grupos funcionales de las cadenas laterales de
los aminoácidos que realizan la acción catalítica. El centro activo se
une al sustrato y al grupo prostético, contribuyendo, mediante la
acción de los grupos funcionales activos, a la formación o a la rotura
de los enlaces.
9 .- Diferencias entre inhibición competitiva y no competitiva.
Solución: Ambos tipos de inhibición son reversibles; es decir, el
enzima no se inutiliza de forma indefinida, sino que deja de realizar su
actividad de forma temporal. En la inhibición competitiva, el inhibidor
es similar al sustrato; se puede unir al centro activo del enzima e
impide que lo haga el sustrato. Por consiguiente, en este tipo de
inhibición, inhibidor y sustrato compiten por unirse al centro activo
del enzima, de ahí su nombre. Esta inhibición puede superarse
aumentando la concentración de sustrato. En la inhibición no
competitiva, el inhibidor no compite con el sustrato por el centro
activo del enzima. En este tipo de inhibición, el inhibidor puede actuar
de dos formas: Puede unirse con el enzima por una zona diferente de
la del centro activo: al hacerlo modifica su conformación, y, con ello,
dificulta que el enzima se pueda unir con el sustrato. Puede unirse
con el complejo E-S una vez formado, y esto impide o dificulta la
formación del producto. Este tipo de inhibición no se supera
aumentando la concentración del sustrato.
10 .- Principales tipos de coenzimas. Solución: Atendiendo a los
grupos químicos que transfieren, podemos dividir los coenzimas en
tres grupos: Coenzimas que intervienen en reacciones de
transferencia de grupos fosfato. Estos coenzimas son importantes
por la gran cantidad de energía que acumulan en los enlaces que
unen a las moléculas de fosfato. Esta energía se libera cuando estos
enlaces se rompen. Por lo tanto, actúan transfiriendo energía de unos
procesos a otros. Estos coenzimas son ribonucleótidos, entre los
cuales destacan, principalmente, los adenosín fosfatos: adenosín
monofosfato: AMP = Adenina-ribosa-P adenosín monofosfato: ADP =
Adenina-ribosa-P-P adenosín monofosfato: ATP = Adenina-ribosa-P-PP Coenzimas que intervienen en las reacciones de óxido-reducción,
transfiriendo hidrógenos (electrones) de unos sustratos a otros.
Muchos de ellos son mono o dinucleótidos que en ocasiones tienen
bases especiales. Aquí se incluyen: Piridín nucleótidos: Son
dinucleótidos, formados por el ribonucleótido de la adenina y un
nucleótido de la nicotinamida. Comprende: NAD (nicotinamidaadenina-dinucleótido) : Nicotinamida-ribosa-P-P-ribosa-adenina.
NADP (nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato) Nicotinamidaribosa-P-P-ribosa(P)-adenina Flavín nucleótidos: Son mono o
dinucleótidos que contienen como base riboflavina. Aquí se incluyen:
FMN (flavín mononucleótido): Riboflavina-P FAD (flavín adenina
dinucleótido): Riboflavina-P-P-ribosa-adenina Coenzimas que
intervienen en la transferencia de otros grupos químicos. Aquí se
incluyen, entre otros: El coenzima A, que interviene en la
transferencia de grupos acetil de unos sustratos a otros. Fosfato de
piridoxal, que transfiere grupos amino.
11 .- Explica qué es un catalizador y por qué es necesaria su existencia
para que las células desarrollen su actividad. Solución: Un catalizador
es una sustancia que acelera una reacción química hasta hacerla
instantánea o casi instantánea. Las células desarrollan su actividad
por medio de una serie de reacciones químicas orgánicas. Si estas
reacciones se produjeran sin catalizador, serían tan lentas que
prácticamente no se llevarían a cabo. Los catalizadores aceleran las
reacciones químicas al disminuir la energía de activación, necesaria
para que las moléculas reaccionantes pasen al estado de transición
que, posteriormente, dará lugar a la formación del producto.
12 .- ¿Qué características poseen los enzimas alostéricos? Solución:
Las principales características que presentan los enzimas alostéricos
son las siguientes: Están formados, generalmente, por más de una
cadena polipeptídica (subunidad); por tanto, tienen estructura
cuaternaria. Poseen varios centros reguladores denominados centros
alostéricos. En ellos se pueden fijar moduladores, que pueden ser
positivos o activadores y negativos o inhibidores. Estos enzimas
presentan dos conformaciones diferentes estables e
interconvertibles, una, activa, llamada forma R o relajada, que tiene
gran afinidad por el sustrato, y la otra inactiva, llamada forma T o
tensa, que tiene baja afinidad por el sustrato. El paso de una
conformación a otra se produce al fijarse en el centro regulador un
modulador. El paso de la forma T (inactiva) a la forma R (activa) se
produce al fijarse al centro regulador un modulador positivo o
activador alostérico. El paso de la forma R a la forma T se produce al
fijarse al centro regulador un modulador negativo o inhibidor
alostérico. Presentan efecto cooperativo entre las subunidades que
las forman; es decir que la activación o inhibición de una de ellas
produce el mismo efecto en todas las demás. La cinética de los
enzimas alostéricos es diferente de la de los demás enzimas. En los
enzimas alostéricos, la gráfica de la velocidad de la reacción en
función de la concentración del sustrato es una curva sigmoidea,
mientras que en el resto de las enzimas es hiperbólica
LAS VITAMINAS
Vitaminas hidrosolubles
Vitamina B1: tiamina.
Su molécula está formada por dos anillos, uno pirimidínico y otro
tiazólico, unidos a través del nitrógeno tiazólico por un grupo
metileno. En el hígado se transforma en su forma activa, pirofosfato
de tiamina (TPP). La dosis necesaria se ve incrementada si la dieta es
rica en azúcares y disminuye si es rica en grasas.
El TPP actúa como coenzima de las enzimas que catalizan la
separación o la transferencia de grupos aldehídos. La coenzima de la
piruvato descarboxilasa cataliza el paso del ácido pirúvico a ácido
acético en la respiración aerobia y a aldehído acético en las
fermentaciones, siendo, por tanto, esencial en el metabolismo de los
glúcidos. La hipervitaminosis puede producir insomnio y cefaleas.
Unidad: mg de clorhidrato de tiamina.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 1,4 mg
Embarazo 1,3 mg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Legumbres..................................................... 0,45
Riñones......................................................... 0,35-0,50
Guisantes-judías............................................ 0,30-0,50
Carne de cerdo............................................... 0,80
Cereales........................................................ 0,60
Acción. Como TPP interviene en reacciones de descarboxilación y
transferencia de aldehído activo.
Déficit. En caso de carencia aguda, ocasiona el beri-beri en humanos
y polineuritis en aves. En caso de deficiencia, produce trastornos del
sistema nervioso, fatiga, edemas, bajo rendimiento intelectual y físico
y pérdida de peso.
Vitamina B2: riboflavina.
Su molécula está formada por un anillo de isoalaxacina, al cual está
unido el ribitol (alcohol de cinco átomos de carbono).
Tras ser absorbida por la mucosa intestinal, pasa a formar parte de
dos coenzirnas, el flavin mononucleótido (FMN) y el flavin adenin
dinucleótido (FAD), que intervienen en el transporte de electrones en
la cadena respiratoria, en la deshidrogenación de ácidos grasos, en la
desarninación aminoácidos, etc.
Unidad: mg de riboflavina.
Dosis diaria aconsejada: Hombre y mujer adulta Embarazo
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado
2,30-3,00
Riñones
1,80-3,00
Huevos
0,35
Almendra, nuez, avellana 0,50-0,70
Quesos
0,30-0,80
Lentejas
O,-35
Acción. Se une a enzimas que catalizan reacciones de oxidación y
reducción de manera reversible. Mantiene las mucosas en buen
estado.
Déficit. Produce alteraciones en piel y mucosas, dermatitis y lesiones
en labios, lengua y ojos. Se presenta tras diarreas crónicas y después
de tratamientos prolongados con antibióticos, que reducen la flora
intestinal que la sintetiza.
Vitamina B2: riboflavina.
Su molécula está formada por un anillo de isoalaxacina, al cual está
unido el ribitol (alcohol de cinco átomos de carbono).
Tras ser absorbida por la mucosa intestinal, pasa a formar parte de
dos coenzimas, el flavin mononucleótido (FMN) y el flavin adenin
dinucleótido (FAD), que intervienen en el transporte de electrones en
la cadena respiratoria, en la deshidrogenación de ácidos grasos, en la
desaminación aminoácidos, etc.
Unidad: mg de riboflavina.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 1,7 mg
Embarazo 1,8 mg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado
2,30-3,00
Riñones
1,80-3,00
Huevos
0,35
Almendra, nuez, avellana........................................ 0,50-0,70
Quesos
0,30-0,80
Lentejas
O,-35
Acción. Se une a enzimas que catalizan reacciones de oxidación y
reducción de manera reversible. Mantiene las mucosas en buen
estado.
Déficit. Produce alteraciones en piel y mucosas, dermatitis y lesiones
en labios, lengua y ojos. Se presenta tras diarreas crónicas y después
de tratamientos prolongados con antibióticos, que reducen la flora
intestinal que la sintetiza.
Vitamina PP (B3): ácido nicotínico.
Su molécula está formada por un anillo de nicotinamida (amida del
ácido nicotínico). Forma parte dos coenzimas, la nicotinamida-adeníndinucleótido (NAD) y su derivado fosforilado NADP.
Unidad: mg de ácido nicotínico; equivalente niacina.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta:...................................... 18 mg
Embarazo:.......................................................... 20 mg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado
8,0-14,0
Riñones
5,0-7,5
Pollo
9,0
Cacahuete 19,0
Bonito
13,0
Atún en aceite.................................................. 11,0
En la mayoría de animales se sintetiza a partir del triptófano.
Función. Como coenzima de enzimas deshidrogenasas,
experimentando óxido-reducción reversible y actuando como
transportador intermedio de electrones durante la respiración
aeróbica.
Déficit. En caso de carencia aguda provoca la enfermedad llamada
pelagra, caracterizada por trastornos cutáneos y en casos graves por
trastornos nerviosos y mentales, pudiendo en último extremo
ocasionar la muerte. También se la conoce como enfermedad de las
tres d: dermatitis, diarrea y demencia. El déficit provoca lesiones en
la piel, insomnio y fatiga.
Vitamina B5: ácido pantoténico.
Su molécula está formada por la unión de la Balanina y el ácido alfagamma-dihidroxi-B dimetilbutírico. En los tejidos animales se
encuentra como coenzima A (unido a la cisteína, forma la pantoteína,
uno de los componentes. de la coenzima A).
Unidad: mg de ácido pantoténico.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 7 a 10 mg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado
4,0-10,0
Riñones
3,0-4,5
Corazón
2,0-3,0
Yema de huevo
Sesos
4,3
1,80-2,80
Champiñón
2,0
Guisante
2,10
Lenteja
1,50
Función. Forma parte de la coenzima A, que realiza en el
metabolismo el papel de transportador de grupos acilo. Mejora el
estado de las mucosas y cabellos e interviene en la cicatrización de las
heridas.
Déficit. Si la carencia es grave produce cefaleas y náuseas. También
puede provocar una degeneración de la corteza de la glándula
adrenal, retardando el crecimiento.
Vitamina B6: piridoxina.
Se presenta en tres formas: piridoxol, piridoxal y piridoxamina. En el
hígado se fosforila y se convierte en la forma activa, el fosfato de
piridoxal o de piridoxamina que actúa como coenzima.
Unidad: mg de piridoxina.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 2 mg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado
............................. 0,80-1,20
Riñones de cerdo.............................................. 0,50
Salmón
...................................... 1,0
Nuez
...................................... 1,0
Copos de avena................................................ 0,75
Conejo
.................................... 0,60
Avellana
.................................... 0,55
Carne de vacuno............................................... 0,50
Función. Como coenzimas intervienen en reacciones enzimáticas del
metabolismo de los aminoácidos, especialmente en aquellos que
transfieren grupos amino. Participan también en la formación de
niacina a partir de triptófano y en el metabolismo de la hemoglobina.
Déficit. Dermatitis, anemia, alteraciones del sistema nervioso central,
perturbaciones en la degradación del triptófano. Excepcionalmente,
fatiga, vértigos y convulsiones.
Vitamina H (B8): biotina.
Es un derivado cíclico de la urea, que posee un anillo tiafénico.
Unidad: microgramo de biotina.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta
100 a 300 gg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado
Riñones de cerdo
Sesos
Yema de huevo
75,0-130,0
130,0
60,0
50,0
Soja
60,0
Nuez
37,0
Almendra
20,0
Coliflor
17,0
Corazón
15,0-20,0
Función. Como coenzima interviene en reacciones de carboxilación,
siendo un transportador intermediario de las moléculas de dióxido de
carbono. Participa, junto con el ácido pantoténico, en el metabolismo de glúcidos y lípidos.
Déficit. Generalmente se produce por una mala absorción intestinal y
provoca dermatitis, trastornos musculares y anemia.
Vitamina B9: ácido fólico.
Está formada por ácido-p-aminobenzoico y ácio glutámico, ambos
radicales de una amida. Su rma reducida, el ácido tetrahidrofólico,
interviene en la síntesis de purinas y pirimidinas, como transportador
de grupos formilo.
Unidad: microgramo de ácido fólico.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 400 ug
Embarazo 800 ug
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado 50,0-400,0
Riñones de cerdo.................................... 40,0-60,0
Espárragos............................................. 110,0
Lentejas................................................. 100,0
Espinacas-repollo.................................... 75-80
Avellana-nuez.......................................... 60,0-80,0
Función. Es esencial para las células de reproducción rápida, como
los glóbulos rojos y los glóbulos blancos. A la vez, sirve como
transporte de grupos monocarbonados.
Déficit. Provoca anemia hipercrómica, leucopenia y
trombocitopenia. Raramente trastornos psíquicos, neurológicos y
digestivos.
Vitamina B12: cianocobalamina.
Está formada por un anillo porfirínico, que encierra un átomo de
cobalto en su interior. Existen varios derivados. A la forma
coenzimática se le denomina desoxiadenosil-cobalamina; en ella, el
grupo cianuro ha sido sustituido por la 5'desoxiadenosina.
Unidad: microgramo de cianocobalamina.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 3 ug
Embarazo
4 ug
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Hígado
4,0-65,0
Riñones
25,0-65,0
Arenque-caballa-sardina
Sesos
Huevos
Carne semimagra
10,0
2 0-5,0
2:0
1,0-2,0
Se encuentra casi exclusivamente en los alimentos animales que
contengan proteínas. Suele estar ausente en los vegetales, si
exceptuamos la levadura de cerveza y ciertas algas.
Función. Como coenzima sirve de transporte transitorio de grupos
alquilo. Interviene en el proceso de formación de los glóbulos rojos y
en el metabolismo de proteínas y ácidos nucleicos.
Déficit. Provoca la enfermedad conocida como anemia perniciosa: la
imposibilidad de que esta vitamina sea absorbida en el intestino
repercute en la maduración de los glóbulos rojos, provocando su
disminución y la aparición de la enfermedad. Produce, asimismo,
trastornos neurológicos.
Vitamina C: ácido ascórbico.
Es una lactosa, que por oxidación forma el ácido deshidroascórbico.
Unidad: gramo de ácido ascórbico.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 60......................................... mg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Brecol
9,50
Coliflor-coles de bruselas........................................... 82,0
Fresa
70,0
Naranja
59,0
Limón
51,0
Espinaca
46,0
Función. Se precisa en la formación del tejido conjuntivo, ya que
interviene en la síntesis del colágeno. Parece que actúa como
cofactor en ciertas reacciones de hidroxilación. Interviene en el metabolismo del hierro, estimulando su absorción. Acelera la
coagulación sanguínea.
Déficit. La carencia aguda provoca la enfermedad conocida como
escorbuto, que se manifiesta por la aparición de hemorragias, encías
sangrantes y caída de dientes y cabello. En caso de deficiencia,
provoca astenia, pérdida de apetito y una mayor inclinación a
padecer procesos infecciosos de muy diversas características.
Exceso. No es tóxico.
Vítaminas liposolubles
Estas vitaminas están formadas por fragmentos por tanto, moléculas
lipídiisoprenoides, siendo, por tanto moléculas, insolubles en agua.
Vitanina A: retinol.
Se forma en los animales, a partir de los carotenos ingeridos , por
escisión del doble enlace central de sus rnoléculas. Se almacena en el
hígado.
Podernos encontrarla bajo dos formas químicas distintas: retinol o
vitamina A1, y retinal o vitamina A2. Esta última es la forma activa en
el metabolismo de los animales. La vitamina A3 o 3-deshidrorretinol
es un derivado de la primera.
Unidad: microgramo de retinol.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta: 1500 ug
Embarazo: 1 800 ug
Fuentes naturales (equivalentes de retinol/100 g de alimento):
Hígado
4 000-15 000
Mantequilla
Zanahoria
850
1175
Perejil
605
Espinacas
390
Acelga
291
Escarola
263
Función- Interviene en la estabilidad de las membra.nas celulares,
manteniendo en buen estado los tejidos epiteliales. Es necesaria en el
proceso de percepción de la luz , ya que al actuar como grupo
prostético en su formación, regenera la rodopsina o púrpura visual,
cuya ruptura estimula el nervio óptico. Actúa sobre algunas
qlándulas endocrinas.
Déficit. Alteraciones en los epitelios, engrosamiento y opacidad de la
córnea o xeroftalmia, pérdida o disminución de la agudeza visual y
ceguera nocturna o hemeralopía.
Exceso: 20 a 50 veces la dosis aconsejada: debilitamiento, caída de
pelo, fatiga, cefaleas y vómitos.
Vitamina D: calciferol.
Comprende un grupo de sustancias de naturaleza esteroidea, de las
cuales las más conocidas son la vitamina D2 o calciferol y la D3 o
colecalciferol. El calciferol se obtiene a partir del ergosterol, una
provitamina de origen vegetal, tras la acción de los rayos ultravioleta,
mientras que el colecalciferol lo hace a partir del 7deshidrocolesterol, segregado por las células epidérmicas y tras la
acción de los mismos rayos solares.
Unidad: microgramo de vitamina D.
Dosis diaria aconsejada:
Embarazo: 10 ug
Fuentes naturales (en microgramos/100 g de al¡mentos):
Anguila
125,0
Arenque 22,5
Salmón 16,20
Yema de huevo
9,0
Queso emmental
2,50
Hígado
Mantequilla
1,25-1,50
1,0
Leche entera de vaca 0,01-0,10
Función, Facilitan y regulan la absorción del calcio y del fósforo a nivel
intestinal, contribuyendo a la formación y estabilidad de los huesos.
Déficit. Deficiencias en la calcificación de los huesos; raquitismo en
los niños y reblandecimiento de
huesos (osteomalacia) en adultos.
Exceso. 8 a 10 veces la dosis aconsejada provocan náuseas, pérdida
de peso y anorexia.
Vitamina E: tocoferol.
Se trata de un grupo de sustancias derivadas de un anillo aromático
sustituido por una larga cadena isoprenoide lateral, entre las que
destaca el a-tocoferol por su mayor actividad. La más conocida es la
vitamina E.
Unidad: mg de acetato de tocoferol.
Dosis diaria aconsejada:
Hombre y mujer adulta 20 mg
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Aceites vegetales..
3,0-22,0
Almendra-avellana
15,0-21,0
Germen de trigo, huevos, carne, hígado, pescado y yema de huevo.
3,0
Espárrago-espinaca
Mantequilla
2,5
2,4
Función. Interviene en el metabolismo de los lípidos, impidiendo
oxidaciones anormales, protegiendo así los componentes lipídicos de
las membranas, contribuyendo al buen estado de los tejidos.
Déficit. En ratas se ha observado esterilidad y distrofias
musculares. Trastornos digestivos en adultos.
Exceso. No es tóxico.
Vitamina K: fitomenadiona.
Todas las sustancias que forman esta vitamina son naftoquinonas,
con una cadena lateral isoprenoide de longitud variable. Las más
conocidas son la vitamina K, o filoquinona, la K2 o menoquinona
y la K3 o menadiona. Es sintetizada por la flora bacteriana intestinal.
Unidad: mg de fitomenadiona.
Dosís diaria aconsejada: no establecida.
Fuentes naturales (en mg/100 g de alimentos):
Coliflor
3,6
Coles de bruselas 8
Judía tierna-guisante 0,30
Espinacas 0,4-3,0
Patatas
0,08
Huevo de gallina 0,002
Función. Interviene en la síntesis de la protrombina, necesaria en el
proceso de coagulación de la sangre. Favorece la absorción de
lípidos en el intestino.
Déficit. Hemorragias.
Exceso. No es tóxico.
PREGUNTAS RESUELTAS. LOS COENZIMAS Y
VITAMINAS
1 .- Define los siguientes términos: avitaminosis, hipovitaminosis e
hipervitaminosis.
2 .- Señala algunos coenzimas que tengan vitaminas en su
composición.
3 .- ¿Qué son los coenzimas?
4 .- ¿Qué son las vitaminas? ¿Por qué se las denomina así?
5 .- Indica para qué sirve: a) Vitamina B12. b) Ácido ascórbico. c) Ácido
nicotínico. d) Vitamina B2. e) Vitamina B1.
6 .- Relación entre coenzimas y vitaminas.
7 .- Señala diferencias entre vitaminas liposolubles e hidrosolubles.
SOLUCIONES
1 .- Define los siguientes términos: avitaminosis, hipovitaminosis e
hipervitaminosis.
Solución: Las vitaminas se necesitan en cantidades muy pequeñas,
del orden de unos pocos miligramos, o incluso microgramos, por día.
Las necesidades diarias de cada tipo de vitamina varían de unos
individuos a otros, dependiendo de diversos factores, tales como
especie, edad, actividad, etc. Las alteraciones en las cantidades de
vitaminas que se ingieren diariamente producen trastornos
metabólicos más o menos graves. Estos trastornos son de tres tipos:
Avitaminosis: La avitaminosis es una enfermedad carencial originada
por la ausencia total de un determinado tipo de vitamina. En casos
extremos, esta enfermedad puede llegar a ser mortal.
Hipovitaminosis: Es una enfermedad carencial producida por el déficit
de una determinada vitamina. Esta alteración se produce con más
frecuencia que la avitaminosis, y se suele corregir con la ingestión de
la vitamina en la que se es deficitario. Hipervitaminosis: Es una
alteración producida por el consumo excesivo de vitaminas
liposolubles, ya que al no ser solubles en agua no se pueden eliminar
por el riñón, y se acumulan en ciertos órganos, como el hígado,
pudiendo ocasionar trastornos.
2 .- Señala algunos coenzimas que tengan vitaminas en su
composición. Solución: Muchas vitaminas actúan como coenzimas o
están formando parte de la composición de algunos coenzimas.
Algunos de los coenzimas que son vitaminas o que tienen vitaminas
en su composición son los siguientes: NAD (Nicotinamida-adeninadinucleótido) y el NADP (Nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato)
contienen en su composición ácido nicotínico o vitamina PP o B3.
Este coenzima interviene en la transferencia de hidrógenos. FMN
(flavín mononucleótido) y FAD (flavín adenina dinucleótido);
contienen en su composición riboflavina o vitamina B2. Intervienen
en la transferencia de hidrógenos. Coenzima A; contiene en su
composición ácido pantoténico o vitamina B5. Interviene en la
transferencia de grupos acetil. TPP (Pirofosfato de tiamina); contiene
en su composición tiamina o vitamina B1. Interviene en la
transferencia de grupos aldehídos. Fosfato de piridoxal; contiene en
su composición piridoxina o vitamina B6. Interviene en la
transferencia de grupos amino.
3 .- ¿Qué son los coenzimas? Solución: Los coenzimas son moléculas
muy diversas de naturaleza orgánica, que se unen mediante enlaces
débiles, y normalmente de forma temporal, al apoenzima inactivo,
para formar el holoenzima activo. A veces, los coenzimas son
moléculas orgánicas de gran complejidad; algunas no son
sintetizadas por los animales que las incorporan mediante la dieta de
las plantas y de los microorganismos. Los coenzimas no suelen ser
específicos de un solo tipo de apoenzimas. Los coenzimas suelen ser
portadores transitorios de diferentes grupos químicos, y actúan en
las reacciones enzimáticas como dadores o receptores de dichos
grupos entre un sustrato y otro.
4 .- ¿Qué son las vitaminas? ¿Por qué se las denomina así? Solución:
Las vitaminas son compuestos orgánicos de composición muy
variada, imprescindibles para el correcto funcionamiento del
organismo (desarrollo, crecimiento, reproducción, etc.). Son
sintetizadas por vegetales, hongos y microorganismos, pero no por
los animales, salvo algunas excepciones (las aves sintetizan vitamina
C, los rumiantes sintetizan alguna vitamina B); por ello, tenemos que
incorporarlas formando parte de la dieta, como tales vitaminas o en
forma de provitaminas (sustancias transormables en el organismo en
vitaminas). Algunas actúan como coenzimas o forman parte de ellas,
y otras intervienen en funciones especializadas. Debido a la función
catalítica o especializada que realizan, se necesitan en cantidades
muy pequeñas. Su falta ocasiona trastornos más o menos graves para
el organismo. Las vitaminas se alteran fácilmente mediante el calor, la
luz, las variaciones de pH, el almacenamiento prolongado, etc. El
término vitamina, que significa aminas necesarias para la vida, fue
utilizado por primera vez en 1912 por el bioquímico polaco Funk,
debido a que la primera que se descubrió, que fue la B1, tenía en su
composición un grupo amino. Hoy se sigue utilizando este nombre,
aunque se sabe que muchas de ellas carecen de grupos amino. Las
vitaminas se designan de varias formas: mediante una letra
mayúscula que en ocasiones va seguida de un subíndice (C, B3, etc);
también se las suele nombrar con el nombre de la enfermedad
carencial que origina su deficiencia (antiescorbútica), y, hoy día, se las
suele designar con el nombre del compuesto químico que las forma
(ácido ascórbico).
5 .- Indica para qué sirve: a) Vitamina B12. b) Ácido ascórbico. c) Ácido
nicotínico. d) Vitamina B2. e) Vitamina B1. Solución: a)
Cianocobalamina. La vitamina B12 químicamente es la
cianocobalamina. Está formada por un anillo porfirínico que contiene
en su interior un átomo de cobalto. b) Interviene en la síntesis de
colágeno y estimula la absorción de hierro. El ácido ascórbico es la
vitamina C; entre otras, cosas interviene en la síntesis de colágeno y
estimula la absorción del hierro. c) Pelagra. El ácido nicotínico es la
vitamina P-P o B3. Su déficit agudo produce una enfermedad
carencial denominada pelagra. A esta enfermedad se la denomina la
enfermedad de las tres d porque produce: dermatitis, diarrea y
demencia. d) FAD y FMN. La vitamina B2 o riboflavina forma parte de
los coenzimas: FMN (flavín mononucleótido) y FAD (flavín adenín
dinucleótido) que se unen enzimas que intervienen en reacciones de
óxido-reducción. e) Anti beri-beri. El déficit agudo de vitamina B1
produce una enfermedad carencial denominada beri-beri, que se
caracteriza por degeneración de las neuronas, afecciones cardiacas,
parálisis musculares.
6 .- Relación entre coenzimas y vitaminas. Solución: Las vitaminas y
los coenzimas están estrechamente relacionados entre sí. Esto se
debe a que muchas vitaminas o compuestos derivados de ellas,
especialmente del grupo de las vitaminas hidrosolubles, actúan como
coenzimas o forman parte de coenzimas o son precursores de ellos.
Debido a su función catalítica, se necesitan en pequeñas cantidades.
Su falta impide un correcto funcionamiento de los enzimas con las
que actúan como coenzima, pudiendo dar lugar a importantes
alteraciones metabólicas.
7 .- Señala diferencias entre vitaminas liposolubles e hidrosolubles.
Solución: A las vitaminas se las clasifica atendiendo a su solubilidad en
dos grandes grupos: liposolubles e hidrosolubles. Vitaminas
liposolubles: Son de carácter lipídico y, por lo tanto, son insolubles en
agua y solubles en disolventes orgánicos. Las vitaminas de este grupo
son terpenos o esteroides. Estas vitaminas no actúan como
coenzimas ni forman parte de ellas. Si se toman en exceso, debido a
su insolubilidad en agua, no se excretan por la orina y se pueden
acumular, originando, en algunos casos, trastornos. A este grupo
pertenecen las vitaminas A, D, E y K. Vitaminas hidrosolubles: Son
solubles en agua, como indica su nombre. La mayor parte de las
vitaminas de este grupo son coenzimas o forman parte de coenzimas.
Debido a que son solubles en agua, si se toman en exceso no resultan
tóxicas, puesto que se eliminan fácilmente a través del riñón,
formando parte de la orina. A este grupo pertenecen las vitaminas
del grupo B y la vitamina C
ACIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son macromoléculas catenarias que actúan en el
almacenamiento y en la transferencia de la información genética.
Existen dos clases, el ac. desoxirribonucleico (ADN) y el ac.
ribonucleicos (ARN). Ambos son biopolímeros cuyas unidades
monoméricas son los nucleótidos. Los nucleótidos que forman el
ADN se llaman desoxirribonucleótidos y los que forman el
ARN ribonucleótidos. Cada nucleótido contiene tres componentes
característicos:
a) Una base nitrogenada heterocíclica
Hay dos posibles clases de bases nitrogenadas: las derivadas de la
pirimidina, uracilo, timina y citosina, y las derivadas de la purina,
adenina y guanina. Todas tienen un acusado carácter aromático. Las
pirimidinas son planas y las purinas tienen una ligera doblez. Son
relativamente insolubles en agua y se comportan como compuestos
básicos débiles.
b) Una pentosa
Solo hay dos posibles pentosas la ß-D-Ribosa, en los ribonucleótidos y
la ß-D-Desoxirribosa, en los desoxirribonucleótidos. Ambos azúcares
se encuentran en la forma de anillo furanosa.
c) Una molécula de ácido fosfórico
1. NUCLEOSIDOS
Los nucleósidos se forman por la unión de una de las pentosas con
una de las bases nitrogenadas. El enlace de tipo ß-N-glucosídico, se
establece entre el -OH hemiacetálico del C1' y el H del N1 si es una
pirimidina o del N9 si es una purina. (Para evitar confusiones los
carbonos de la base se numeran 1,2,3... y los de la pentosa 1',2',3'...).
RIBONUCLEOSIDOS DESOXIRRIBONUCLEOSIDOS
BASE
ß-D-RIBOSA
ß-D-DESOXIRRIBOSA
Adenina
Adenosina
Desoxiadenosina
Guanina
Guanosina
Desoxiguanosina
Citosina
Citidina
Desoxicitidina
Uracilo
Uridina
Timina
Desoxitimidina
Los nucleosidos libres se encuentran en cantidades mínimas en la
mayoría de las células, como resultado de la hidrólisis química o
enzimática de los nucleótidos.
2. NUCLEÓTIDOS
Los nucleótidos proceden de la unión mediante enlace éster de una
molécula de ácido fosfórico al -OH del C5' de la pentosa de
un nucleósido. Se puede decir por tanto que los nucleótidos que
forman los ac. nucleicos son nucleósidos-5'-monofosfato (NMP)
Todos los ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos, no solo existen
en forma de 5'-monofosfato, sino también en forma 5'difosfato
(NDP) y 5'-trifosfato (NTP), lo que hace que existan tres series de
nucleótidos por cada nucleósido. Así por ejemplo de la adenosina se
forman tres nucleótidos AMP, ADP y ATP, cuyos restos fosfóricos se
designan mediante los símbolos ?, ß y ?.
El ADN esta formado solo por desoxirribonuleósidos-5'-monofosfato
y el ARN por ribonucleósidos-5'-monofosfato.
Sin embrago los diferentes NTPs y NDPs cumplen otras funciones:
a) El ATP y el ADP actúan transportando energía química almacenada
en sus enlaces a los fosfato ? y ?. Si bien el sistema ATP-ADP es el
sistema principal de transferencia de grupos fosfato, el GTP, UTP y
CTP, canalizan también la energía química en diferentes rutas
metabólicas.
b) Los NDPs y NTPs actúan como transportadores de moléculas en
determinadas reacciones de síntesis. Esto ocurre con el UDP que
transporta glucosa en la biosíntesis del glucógeno.
c) Los NTPs intervienen como precursores de elevado contenido
energético en la síntesis de los ac. nucleicos.
Por otra parte, hay derivados de los nucleótidos que cumplen otras
funciones muy importantes:
d) Algunos nucleótidos forma coenzimas como el NAD, FAD y
Coenzima A.
e) El 3',5'-fosfato cíclico de adenosina llamado abreviadamente AMP
cíclico o APMc, se origina en las células a partir del ATP, por la acción
del enzima adenilato ciclasa, que se localiza en la membrana celular y
que se activa por acción de diferentes hormonas. El AMPc, se
denomina segundo mensajero porque transmite y amplifica en el
interior de la célula las señales químicas que llegan por la sangre
mediante las hormonas que actúan como primeros mensajeros.
3. ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
Son biopolímeros constituidos por la polimerización de
desoxirribonucleótidos-5'-monofosfato (DMPs)de adenina, guanina,
citosina y timina (no existen los de uracilo). En el medio acuoso
celular, el ADN adopta una estructura tridimensional en la que se
pueden distinguir niveles estructurales de complejidad creciente.
3.1. Estructura Primaria
Consiste en la formación de largas cadenas de DMPs unidos por
un enlace fosfodiester (enlace covalente), que se establece entre el OH situado en el C3' de la desoxirribosa de un DMP y el -OH del
fosfato situado en el C5' de del siguiente. El sentido de la cadena se
dice que es 5'®3'.
En una cadena de ADN podemos distinguir; i) un esqueleto
de polidesoxirribosa-fofato (... dRi-P-dRi-P-dRi-P-...), el cual posee un
extremo 5' y un extremo 3' cuyos -OH están libres y ii) las diferentes
bases A, G, C y T, alineadas a lo largo del esqueleto unidas a la
moléculas de dRi.
La composición y secuencia de bases nitrogenadas (el número y
orden de las bases), diferencia una molécula de ADN de otra. Las
innumerables combinaciones posibles de las cuatro bases
nitrogenadas, permite explicar que este sea el "lenguaje" idoneo para
almacenar y transmitir la información genética.
3.2. Estructura Secundaria
Entre los años 1949 y 1953 se establecen las bases necesarias para
explicar la estructura secundaria del ADN.
i) Por una parte Chargaff y col. tras analizar cuantitativamente las
bases nitrogenadas de diferentes ADN procedentes de diferentes
especies, llegaron a las siguientes conclusiones:
- La composición en bases del ADN varía de una especie a otra.
- Los ADNs de especies relacionadas poseen una composición en
bases más similar que entre especies no relacionadas.
- En todos los ADNs estudiados, el número de restos de Adenina es
igual al de restos de Timina (A=T), y el número de restos de Guanina
es igual al de restos de Citosina (G=C). Sin embargo, la suma A+T no
es igual que la suma G+C, de manera que la relación (A+T)/(G+C) es lo
que distingue a los ADNs de las diferentes especies.
ii) Los brillantes resultados obtenidos por Pauling y Corey acerca de la
estructura de las ?-proteínas, aplicando la técnica de difracción por
rayos X, animo a Franklin y Wilkins a aplicar esta misma técnica en el
estudio de cristales de ADN. El ADN puede obtenerse en dos formas,
A y B, que difieren en su grado de hidratación, sin embargo la forma B
es la biológicamente importante. Por esta razón los estudios se
realizaron sobre cristales de ADN en su forma B. Se descubrió que
existían dos periocidades, una principal de 0,34 nm y otra secundaria
de 3,4 nm.
Con estos datos (y otros muchos), J.D. Watson y F.H.C. Crick, en el
año 1953, publicaron en la revista científica Nature un artículo titulado
"Molecular structure of nucleic acids. A structure for Deoxyribose
Nucleic Acid", en el que en apenas una hoja, proponen un modelo
estructural del ADN, que en la actualidad no ha sido mejorado y que
supuso el mayor hito de la bioquímica en el siglo XX. El modelo
propuesto reúne las siguientes características:
- La molécula de ADN esta constituida por dos cadenas
polinucleotídicas dextrógiras, arrolladas en forma de hélice alrededor
de un eje, formando una doble hélice de 2 nm de diámetro que posee
un surco superficial y otro profundo
- Las cadenas son antiparalelas (una 5'-3' y la otra 3'-5'), y el tipo de
arrolamiento se denomina plectonémico, pues para separar las
cadenas es necesario desenrollarlas.
- Las bases nitrogenadas, relativamente hidrófobas, quedan apiladas
hacia el interior de la doble hélice con sus anillos paralelos entre sí y
perpendiculares al eje de la doble hélice. La distancia de centro a
centro de las bases es de 0,34 nm lo que explicaría la periocidad
principal. Los dos esqueletos de dRi-P quedarían hacia el exterior.
- La doble hélice se mantiene estabilizada gracias a que las cadenas
están unidas por puentes de H que se establecen entre las bases
nitrogenadas, y también por interacciones electrónicas e
hidrofóbicas.
- La unión de las bases solo es posible entre Adenina con Timina (A-T)
y Guanina con Citosina (G-C). La unión A-T ocurre a través de dos
puentes de H y la unión G-C a través de tres. Estas dos únicas
posibilidades de unión entre bases determina que las secuencias
nucleotídicas de las dos cadenas que forman un ADN
sean complementarias, lo cual explicaría los datos de Chargaff.
El modelo de Watson y Crick se mantiene en la actualidad, sin
embargo se han propuesto otros modelos tales como la hélice Z, que
intentan explicar la estructura de ADNs sintéticos. En este modelo las
dos cadenas estarían arrolladas de forma levógira y además no
formarían una doble hélice perfecta, sino que tendría aspecto de Zigzag.
Actualmente se admite que las posibles estructuras de hélice B y
Z se encuentran juntas dispuestas a lo largo de las fibras de ADN
desempeñando diferentes funciones.
Por otra parte no todos los ADNs estudiados tienen la estructura de
doble hélice lineal, asi podemos distinguir cuatro clases diferntes de
ADNs según la estructura:
* ADN lineal unicatenario. Formado por una única cadena
polinucleotídica. En algunos bacteriófagos.
* ADN lineal bicatenario: El que forma los cromosomas de los
eucariotas y que hemos visto anteriormente.
* ADN circular unicatenario: Formado por una sola cadena
polinucleotídica circular y cerrada. Como en el virus ?-X-174.
* ADN circular bicatenario: Formado por dos cadenas circulares
cerradas arrolladas en hélice A. En procariotas.
3.3. Nivel de empaquetamiento del ADN.
3.3.1. En Procariotas
El ADN de las bacterías y el de las mitocondrias es circular y
bicatenario y extendido puede medir casi un milimetro, de forma que
es necesario un alto grado de condensación con el fin de que entre en
el interior de la célula. Esto se consigue gracias a generar torsiones en
la molécula de ADN que conducen a la formación de una superhélice,
en forma de ochos y bucles. Para conseguir esto las bacterias
diponen de enzimas topoisomerasasa tales como las ANDhelicasa y ADN-girasa, que actúan enrollando y desenrollando el
ADN.
3.3.2 En Eucariotas
Las células eucariotas encierran en un nucleo de entre 5 y 10 ?m,
varias moléculas de ADN lineal y bicatenario, cuya longitud total
puede alcanzar un metro. Para conseguir un alto grado de
empaquetamiento el AND se combina con proteínas
llamadas Histonas (Protaminas en el núcleo de los espermatozoide),
formando la cromatina. Aparentemente la cromatina aparece en el
núcleo formando una maraña sin orden, sin embargo se pueden
distinguir diferentes niveles de organización o empaquetamiento:
i) Nucleosomas: Constituyen la subunidad fundamental de la
cromatina. Cada nucleosoma esta formado por el arrolamiento en
superhélice de dos vueltas de ADN, aldededor de un disco proteíco
formado por ocho histonas (H2A, H2B, H3 y H4) llamdo octámero.
ii) Fibra de 100 A: También llamada "collar de perlas". Esta constituida
por la sucesión de nucleosomas separados por una porción de ADN
espaciador de unos 54 pares de bases. La fibra de 100 A se condensa
aun más por la union de una nueva histona H1 a cada nucleosoma.
Algunos autores denominan cromatosoma al conjunto de
nucleosoma, histona H1 y ADN espaciador.
iii) Fibra de 30 nm: también llamada fibra cromatínica, se forma por
enrollamiento de la fibra de 100 Asobre si misma, hasta adoptar dos
posibles estructuras: la forma selenoide o la forma de superbolas. En
ambos modelos las histonas H1 participan es la estabilización de estas
estructuras. La fibra resultante tiene un diametro de 30 nm .
iv) Bucles: las fibras de 30 nm se repliegan formando bucles, los
cuales, durante la mitosis, se condensan enormemente
formando rosetas y estas a su vez forman rodillos los cuales forman
el cromosoma metafásico.
4. ACIDO RIBONUCLEICO
Biopolímeros de ribonucleótidos-5'-monofosfato unidos por enlace
fosfodiester, entre el -OH situado en el C3' de la ribosa de un RMP y
el -OH del fosfato situado en el C5' del siguiente. Al igual que en el
ADN, en el ARN podemos distinguir; i) un esqueleto de poliribosafofato (... Ri-P-Ri-P-Ri-P-...), el cual posee un extremo 5' y un extremo
3' cuyos -OH están libres y ii) las diferentes bases A, G, C y U,
alineadas a lo largo del esqueleto unidas a la moléculas de Ri. El ARN
es monocatenario y lineal, salvo en los reovirus donde es bicatenario.
Por otro lado, solo poseen estructura primaria, aunque en algunas
regiones de una misma cadena se forman estructuras en doble hélice.
Hay tres clase de ARNs:
4.1. ARN mensajero (ARNm)
Contiene solamente las cuatro bases principales. Son largas cadenas
de longitud variable cuyos pesos moleculares oscilan entre 105 y 106.
Se sintetizan en el núcleo durante el proceso de transcripción. Su
función es transportar la información genetica desde el núcleo hasta
el citoplasma para que se sinteticen las proteínas. Cada ARNm
contiene información para la síntesis de una proteina, si bien en los
procariotas un mismo ARNm puede llevar información para más de
una proteína. Hay otras diferencias entre los ARNm de eucariotas y
procariotas. Los ARNm de los eucariotas poseen unido al extremo 5'
una molécula de metil-guanosina trifosfato (cap), y una larga cola
de poli-adeninas (poli A) unida al extremo 3'. Por otro lado los ARNm
eucarióticos se sintetizan en forma de precursores que contienen
regiones sin información (intrones) y regiones con información
(exones). Los intrones se eliminan en un proceso previo a la síntesis
de proteínas denominado maduración.
4.2. ARN de transferencia (ARNt)
Son moléculas relativamente pequeñas (peso molecular entre 23.000
y 28.000) que contienen entre 75 y 90 ribonucleótidos, de los cuales
un 10% poseen bases nitrogenadas poco habituales tales como
el pseudouracilo, la dimetilguanina, la inosina, etc. Cada uno de los
20 aminoacidos posee, por lo menos, un ARNt que actúa como
transportador durante la síntasis de proteínas en los ribosomas. Los
aminoacidos se unen a sus correspondientes ARNt a través del
extremo 3'libre, cuya secuencia final es siempre -C-C-A-OH. Los ARNt
poseen regiones complementarias con estructura de doble hélice, y
regiones no complementarias que forman tres bucles o brazos, en
uno de los cuales se situa el triplete de nucleótidos
denominado anticodon, que es complementario con el triplete de
nucleótidos o codón situado en el ARNm y que informa del
aminoacido correspondiente. El ARNt posee una estructura terciaria
en forma de bumerang, por plegamiento de los bucles.
4.3 ARN ribosómico (ARNr)
Los ARNr forman junto a un gran grupo de proteínas, los ribosomas.
Los ARNr se clasifican atendiendon a su velocidad de sediemntación
medida por centrifugación cuyas unidades son el Svedberg (S). Los
ribosomas de procariotas y eucariotas son diferentes en tamaño y
composición, pero todos poseen una estructura acanalada con
hendiduras y sitios donde albergar al ARNm, ARNt y la proteína que
se sintetiza.
RIBOSOMAS
SUBUNIDAD ARNr
PROCARIOTAS 50 S
70 S
EUCARIOTAS
ARNr 23 S
ARNr 5 S
30 S
ARNr 16 S
65 S
ARNr 28 S
80 S
ARNr 5,8 S
ARNr 5 S
40 S
ARNr 18 S
4.4. ARN nucleolar
Es un ARN que se encuentra en el nucleolo del nucleo de las celulas
eucariotas. Se trata de una larga cadena de ARN de 45 S, que se
fragmenta para dar origen a los ARNr de 28, 5,8 y 18 S. El ARNr 5 S no
se origina a patir del ARN nucleolar.
PREGUNTAS
1.* Naturaleza química y función de los nucleótidos de interés
biológico.(J91/J92)
2.* Estructura del ADN. (S/91)
3.* Tipos de ARN. Características principales y función de cada uno de
ellos.(J/92)
4.* Establecer la correspondencia existente entre los términos de las
columnas A y B. Razona las respuestas. (J/93)
Columna A
1. Uracilo
Columna B
a)
Azúcar constitutivo del ARN
2. Adenosina b)
Nucleósido
3. Histonas c)
Nucleótido
4. ATP
5. Ribosa
d) Base pirimidínica
e) Proteínas asociadas al ADN
5.* Responder a las siguientes cuestiones: (S/94)
a) ¿Dónde se encuentra el ADN bicatenario lineal?, ¿y el circular?.
b) ¿Por qué el ARN mensajero no tiene estructura de doble hélice?
c) ¿Cómo se realiza y qué nombre recibe el enlace entre dos
nucleótidos?
6.* En los: ácidos nucleicos: (J/95)
a) ¿Cómo se denomina el componente constituido por la unión de
una molécula de ácido fosfórico y un nucleósido?. ¿Mediante qué tipo
de enlace se unen?.
b) ¿Cuáles son los componentes del nucleósido y mediante qué tipo
de enlace se unen?.
c) ¿Cuáles son las bases nitrogenadas derivadas de la purina y de la
pirimidina?.
d) ¿Qué bases nitrogenadas entran en la composición del ARN?
7.* Acidos nucleicos. Diferencias entre el ADN y el ARN: (J/96)
a) De composición.
b) Estructurales.
c) Funcionales.
d) De localización.
8. Indica a qué tipo de ácido nucleico corresponden las siguientes
secuencias:
a) 5'...CCGATC...3'
b) 3'...GGATCC...5'
c) 3'...UACCGA...5'
d) 5'...ACCGGC...3'
9. Una muestra de ADN bacteriano presenta una composición en
citosina del 18%. Calcula el porcentaje del resto de bases
nitrogenadas.
10. ¿Qué tipo de bases nitrogenadas es más abundante en el ADN
bicatenario lineal, las púricas o las pirimidínicas?, ¿y en el ADN
bicatenario circular?.
11. ¿Cuántas moléculas de ADN hay en el núcleo de una célula
somática humana?.
12. ¿Qué secuencias de ADN son complementarias de las siguientes
secuencias?
a) 5'...GGTTACGCATAGGTATA...3'
b) 3'...TTAAGGCGATCCGACGG...5'
13. Características del código genético. (S92)
14. Importancia y mecanismo de la autoduplicación del ADN. (S93)
15. Transcripción genética: (S94)
a) Concepto
b) Características generales del proceso
PREGUNTAS RESUELTAS. LOS ÁCIDOS
NUCLEICOS
1 .- Diferencia entre nucleótidos y nucleósidos. ¿Cómo se nombran
unos y otros?
2 .- ¿Qué tipo de moléculas son los ácidos nucleicos? ¿Qué tipos
conoces? Confecciona una tabla señalando sus diferencias.
3 .- Explica el modelo de doble hélice de la molécula de ADN.
4 .- ¿Por qué la complementariedad entre las bases del ADN se
establece entre la A y la T y la G con la C, y no entre cualquier otro
par?
5 .- Cita algunas excepciones al dogma central de la biología
molecular.
6 .- ¿Qué son los nucleótidos y cuál es su composición?
7 .- ¿Qué es un polinucleótido? Representa esquemáticamente un
polinucleótido e indica los enlaces implicados en su formación.
8 .- En una muestra de un ácido nucleico, se ha observado la siguiente
proporción de bases: A = 25% , T = 18%, G = 22%, C = 35%. a) ¿Cumple la
regla de Chargaff la muestra estudiada? b) ¿Qué tipo de ácido
nucleico será el de la muestra?
9 .- ¿Qué procesos permiten la expresión de la información genética
codificada en el ADN?
10 .- Principales tipos de nucleótidos.
11 .- ¿Cuáles son los principales nucleótidos que actúan como
coenzimas?
12 .- Si una hebra de ADN presenta la siguiente secuencia de bases,
¿cuál será la secuencia de la hebra complementaria? 5'
GGTACGTAGCTA 3'
13 .- Justifica por qué la estructura de doble hélice contribuyó a
reforzar la hipótesis de que el ADN era una molécula capaz de
replicarse y, por tanto, portadora de la herencia biológica.
14 .- Explica cómo se unen los diferentes componentes que forman
los nucleótidos.
15 .- ¿Cuáles son las características químicas de los nucleótidos
trifosfato? Representa una molécula de ATP y explica su importancia
biológica.
16 .- ¿Por qué los ácidos nucleicos son moléculas que pueden
contener información?
17 .- ¿Qué información contiene el ADN en su secuencia de bases?;
¿cómo controla el ADN las funciones celulares a partir de esa
información?
18 .- Escribe las fórmulas de la adenosina-5´-monofosfato y del ácido
desoxicitidílico.
19 .- Analiza la estructura del AMP cíclico y explica su función.
20 .- Explica la estructura del ARN transferente. ¿Cuál es su función?
21 .- ¿Cuáles fueron los principales datos experimentales que llevaron
a Watson y Crick a proponer el modelo de doble hélice?
22 .- Explica las funciones biológicas del ADN.
SOLUCIONES
1 .- Diferencia entre nucleótidos y nucleósidos. ¿Cómo se nombran
unos y otros? Solución: La diferencia principal entre nucleósidos y
nucleótidos está en que los nucleósidos no contienen ácido fosfórico
en su composición y los nucleótidos sí que lo contienen; por lo tanto,
los nucleótidos son nucleósidos fosforilados. Nucleósido = Pentosa Base nitrogenada Nucleótido = Fosfórico - Pentosa - Base nitrogenada
Por consiguiente: Nucleótido = Nucleósido + Fosfórico. Los
nucleósidos se nombran cambiando la terminación de la base
nitrogenada por osina si la base es púrica y por idina si la base es
pirimidínica. Si la pentosa es la desoxirribosa, se antepone al nombre
el prefijo desoxi. Ejemplos: adenosina (ribosa-adenina),
desoxitimidina (desoxirribosa-timina). Los nucleótidos se pueden
nombrar de dos formas: Debido a que tienen carácter ácido por la
presencia del fosfórico, se nombran anteponiendo la palabra ácido al
nombre de la base, a la que se le cambia la terminación por ílico, si la
base es púrica, o por idílico, si es pirimidínica. Si la pentosa es
desoxirribosa, al nombre de la base se le antepone el prefijo desoxi.
Ejemplos: ácido adenílico (fosfórico-ribosa-adenina), ácido
desoxicitidílico (fosfórico-desoxirribosa-citosina). Otra manera de
nombrarlos es nombrando primero el nucleósido; luego, el carbono
de la pentosa donde se une el fosfórico, y a continuación, el número
de fosfóricos que lo forman. Ejemplos: adenosina-5'- monofosfato,
desoxicitidina-5'-monofosfato.
2 .- ¿Qué tipo de moléculas son los ácidos nucleicos? ¿Qué tipos
conoces? Confecciona una tabla señalando sus diferencias. Solución:
Los ácidos nucleicos son polinucleótidos, es decir, son
macromoléculas constituidas por la unión de nucleótidos 5' fosfato.
Hay dos tipos de ácidos nucleicos: El ácido desoxirribonucleico (ADN)
que es un polinucleótido formado por la unión de
desoxirribonucleótidos 5' fosfato de A,G,C y T. Por tanto, contiene
como azúcar la desoxirribosa. El ácido ribonucleico (ARN) que se
forma por la unión de ribonucleótidos 5' fosfato de A,G,C y U. La
pentosa que los forma es la ribosa.
3 .- Explica el modelo de doble hélice de la molécula de ADN.
Solución: El modelo de doble hélice fue propuesto por Watson y Crick
en 1953, y explica la estructura del ADN del siguiente modo: El ADN
está formado por dos cadenas de polinucleótidos complementarias,
enrolladas alrededor de un eje imaginario y con giro a la derecha,
originando una doble hélice. Las dos hebras son complementarias y
antiparalelas, situándose una en sentido 3' 5' y la otra en sentido 5' 3'.
El esqueleto de las cadenas está formado por los restos azúcar-
fosfato, situándose las bases nitrogenadas de ambas hebras
enfrentadas hacia el interior y perpendiculares al eje de la hélice. Los
restos azúcar-fosfato actúan como el pasamanos de una escalera de
caracol, mientras que los pares de bases enfrentados serían los
peldaños. Las bases nitrogenadas de las dos cadenas son
complementarias; así, la adenina de una hebra se enfrenta con la
timina de la otra, y la guanina, con la citosina. Las bases
complementarias de las dos cadenas se unen mediante puentes de
hidrógeno, estableciéndose dos puentes entre el par A-T, y tres
entre la G y la C. Cada vuelta de hélice mide 3,4 nm e incluye diez
pares de bases. El diámetro de la hélice es de 2 nm.
4 .- ¿Por qué la complementariedad entre las bases del ADN se
establece entre la A y la T y la G con la C, y no entre cualquier otro
par? Solución: Existen dos razones fundamentales que explican la
complementariedad entre los pares de bases del ADN: Los
emparejamientos A-T y G-C son los que permiten establecer el
número máximo de puentes de hidrógeno entre las bases;
concretamente, dos entre el par A-T y tres entre el par G-C. Hay que
destacar que los puentes de hidrógeno son unas de las principales
fuerzas que estabilizan la doble hélice. El tamaño de cualquiera de los
otros pares de bases, entre los que se pueden establecer puentes de
hidrógeno, no encajaría en la estructura de la doble hélice, que
presenta unas dimensiones concretas. Por ejemplo, el par A-C sería
demasiado grande, y el par T-G, demasiado pequeño.
5 .- Cita algunas excepciones al dogma central de la biología
molecular. Solución: La acumulación de conocimientos sobre las
funciones de los ácidos nucleicos ha puesto de manifiesto la
existencia de excepciones al dogma central de la biología molecular,
como son: El descubrimiento en algunos virus ARN de la enzima
transcriptasa inversa, que cataliza la formación de moléculas de ADN
a partir de la secuencia del ARN del virus. En virus vegetales, también
ARN, se ha puesto de manifiesto la existencia de ARN viral que es
capaz de dirigir la traducción directa, como si se tratara de un ARNm.
6 .- ¿Qué son los nucleótidos y cuál es su composición? Solución: Los
nucleótidos son las unidades estructurales que forman los ácidos
nucleicos. Están formados, a su vez, por tres tipos de compuestos:
una pentosa, una base nitrogenada y una molécula de ácido
fosfórico. Pentosa: Las pentosas que forman los nucleótidos son
aldopentosas, y pueden ser: la -D-ribofuranosa o la -D-2'desoxirribofuranosa. Base nitrogenada: Las bases nitrogenadas son
compuestos cíclicos que contienen nitrógeno y tienen carácter
básico. Pueden ser de dos tipos: púricas y pirimidínicas. las púricas
derivan de la purina. las más importantes Son adenina ( 6aminopurina) y guanina (6-oxi-2-aminopurina). las pirimidínicas
derivan de la pirimidina. las más importantes Son citosina (2-oxi-4aminopirimidina), uracilo (2,4 dioxipirimidina) y timina (5-metil-2,4
dioxipirimidina). Fosfórico: En los nucleótidos puede haber una, dos o
tres moléculas de fosfórico.
7 .- ¿Qué es un polinucleótido? Representa esquemáticamente un
polinucleótido e indica los enlaces implicados en su formación.
Solución: Los polinucleótidos son moléculas formadas por la unión de
nucleótidos mediante un tipo de enlace llamado fosfodiéster. Este
enlace se establece entre el ácido fosfórico unido al carbono 5' de un
nucleótido y el grupo hidroxilo del carbono 3' de otro nucleótido. De
esta forma, queda una cadena constituida por un esqueleto en el que
alternan las pentosa y los ácidos fosfóricos (parte invariable de la
moléculas), del que cuelgan perpendicularmente las bases
nitrogenadas. Además, en la cadena se distinguen un extremo 3' libre
y un extremo 5'. Los polinucleótidos pueden formarse por la unión de
ribonucleótidos, constituyendo un ARN; o por la unión de
desoxirribonucleótidos, en cuyo caso se forma una cadena de ADN.
8 .- En una muestra de un ácido nucleico, se ha observado la siguiente
proporción de bases: A = 25% , T = 18%, G = 22%, C = 35%. a) ¿Cumple la
regla de Chargaff la muestra estudiada? b) ¿Qué tipo de ácido
nucleico será el de la muestra? Solución: a) Según la regla de
Chargaff, la cantidad de adenina de un ADN es la misma que la de
timina, y la de guanina, igual a la de citosina. La muestra, por tanto,
no cumple la regla de Chargaff. b) El ácido nucleico de la muestra es
un ADN, ya que en su composición aparece la base timina, que es
sustituida en el ARN por el uracilo. Este ADN es monocatenario, es
decir, formado por una única cadena. En este caso, al no existir la
hebra complementaria, las proporciones de las bases nitrogenadas
no tienen que cumplir la regla de Chargaff.
9 .- ¿Qué procesos permiten la expresión de la información genética
codificada en el ADN? Solución: Los procesos que permiten la
expresión de la información genética contenida en el ADN son: La
transcripción. La transcripción consiste en la síntesis de una molécula
de ARN complementaria de un fragmento (gen) de una de las hebras
del ADN. La transcripción conduce a la síntesis de los distintos tipos
de ARN: mensajero, ribosómico y transferente. La traducción.
Consiste en la síntesis de una proteína. En este proceso, la
información genética contenida en una secuencia de nucleótidos de
un ARN mensajero debe traducirse a una secuencia de aminoácidos
(proteína). En la traducción, los aminoácidos deben disponerse en el
orden que define la secuencia de codones del ARNm.
10 .- Principales tipos de nucleótidos. Solución: Los nucleótidos se
pueden dividir en dos grandes grupos según que formen parte, o no,
de los ácidos nucleicos: Nucleótidos nucleicos: Estos se unen entre sí
mediante enlaces éster y forman los ácidos nucleicos. Dentro de
ellos, se diferencian dos grupos, atendiendo a cuál sea la pentosa que
los forma: ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos. Ribonucleótidos:
tienen como pentosa la -D-ribofuranosa. Según cuál sea la base
nitrogenada, se diferencian cuatro tipos: - Adenosina-5'-monofosfato
o ácido adenílico o AMP. - Guanosina-5'-monofosfato o ácido
guanílico o GMP. - Histidina-5'-monofosfato o ácido citidílico o CMP. Uridina-5'-monofosfato o ácido uridílico o UMP.
Desoxirribonucleótidos: tienen como pentosa la -Ddesoxirribofuranosa, según cuál sea la base nitrogenada se
diferencian cuatro tipos: - Desoxiadenosina-5'-monofosfato o ácido
desoxiadenílico o dAMP. - Desoxiguanosina-5'-monofosfato o ácido
desoxiguanílico o dGMP. - Desoxicitidina-5'-monofosfato o ácido
desoxicitidílico o dCMP. - Desoxitimidina-5'-monofosfato o ácido
desoxitimidílico o dTMP. Nucleótidos no nucleicos: no forman parte
de los ácidos nucleicos, aunque constituyen compuestos de gran
interés.
11 .- ¿Cuáles son los principales nucleótidos que actúan como
coenzimas? Solución: Piridín nucleótidos (NAD y NADP). El NAD es un
dinucleótido de adenina y nicotinamida. Presenta dos formas: una,
reducida, que es capaz de ceder protones, y otra oxidada, que los
acepta, por lo que actúa como coenzima de algunas deshidrogenasas
transportando electrones y H+ en reacciones de óxido-reducción.
Participa en procesos catabólicos como la respiración celular. NAD+ +
H+ NADH (Forma oxidada) (Forma reducida) El NADPH es idéntico al
NAD+ excepto por la presencia de un grupo fosfato unido en la
posición 2' de la ribosa. A diferencia de NAD+, participa en reacciones
de óxido-reducción de los procesos anabólicos. Flavín nucleótidos.
(FAD y FMN). El FAD es un dinucleótido de riboflavina (vitamina B12) y
adenina, y el FMN es un mononucleótido de riboflavina. Actúan como
coenzimas de un grupo de deshidrogenasas llamadas flavoproteínas,
que catalizan reacciones de óxido-reducción del metabolismo celular.
Al igual que los piridín nucleótidos presentan una forma reducida y
una forma oxidada. FAD + 2H+ + 2e- FADH2 Coenzima A (CoA) Es un
derivado del ADP que lleva unido al difosfato una molécula de ácido
pantoténico (vitamina B5) y un grupo derivado de la etilamina que
termina en radical -SH. Gracias al grupo (-SH) el coenzima A se une a
grupos acilo y los transporta por la célula.
12 .- Si una hebra de ADN presenta la siguiente secuencia de bases,
¿cuál será la secuencia de la hebra complementaria? 5'
GGTACGTAGCTA 3' Solución: La complementariedad de bases en el
ADN se establece entre la A y la T y la G con la C; por tanto, la
secuencia complementaria será la siguiente: 3' CCATGCATCGAT 5'.
Hay que señalar que las dos hebras son antiparalelas, por lo que los
extremos 3' y 5' se encuentran en sentido inverso.
13 .- Justifica por qué la estructura de doble hélice contribuyó a
reforzar la hipótesis de que el ADN era una molécula capaz de
replicarse y, por tanto, portadora de la herencia biológica. Solución:
El modelo de doble hélice de Watson y Crick condujo al mecanismo
mediante el cual la información genética puede ser replicada con
exactitud y, por tanto, permitía explicar cómo se transmite de
generación en generación la herencia biológica. Watson y Crick
postularon que al ser las dos hebras complementarias, durante la
división celular, la replicación del ADN debía comenzar por la
separación de las dos hebras, de modo que cada una actuaría de
patrón para la síntesis de una nueva cadena complementaria. La
fidelidad de la replicación estaría garantizada por la
complementariedad entre los pares A-T y G-C. Cada una de las nuevas
moléculas contendría una hebra antigua y una de nueva síntesis.
14 .- Explica cómo se unen los diferentes componentes que forman
los nucleótidos. Solución: Los nucleótidos están formados por una
pentosa, una base nitrogenada y una, dos o tres moléculas de
fosfórico. Estos compuestos se unen de la siguiente manera para
formar los nucleótidos: La pentosa se une mediante un enlace Nglucosídico tipo con la base nitrogenada. Este enlace se produce
entre el C-1' de la pentosa y el N-1 de la base, si es pirimidínica, o el N9, si es púrica. En la formación de este enlace se libera una molécula
de agua que se forma entre el -OH del C-1' de la pentosa (-OH
hemiacetálico) y un hidrógeno del nitrógeno de la base. Este
compuesto que se forma se llama nucleósido. El ácido fosfórico se
une mediante un enlace éster con la pentosa. Este enlace se forma al
esterificarse un -OH del fosfórico con algún grupo -OH libre de la
pentosa. Lo más frecuente es que sea el que está en el C-5'; al
formarse este enlace se libera una molécula de agua. Si los
nucleótidos tienen dos o tres moléculas de fosfórico, éstos se unen
entre sí mediante enlaces éster.
15 .- ¿Cuáles son las características químicas de los nucleótidos
trifosfato? Representa una molécula de ATP y explica su importancia
biológica. Solución: Los nucleótidos trifosfato son aquellos que
presentan tres moléculas de ácido fosfórico enlazadas en el carbono
5' de la pentosa. Estos enlaces son altamente energéticos (7,3
Kcal/mol en el caso del ATP), debido a que los fosfatos se encuentran
ionizados a pH fisiológico, produciéndose una repulsión entre las
cargas negativas (-) de los oxígenos. Por tanto, para su formación se
necesita un elevado aporte energético, y al hidrolizarse se produce la
liberación de la energía que contienen. El ATP actúa como
transportador de energía en las reacciones metabólicas de las células,
debido a que los enlaces éster fosfórico que unen los grupos fosfato
entre sí son ricos en energía. Al hidrolizarse, estos enlaces liberan la
energía contenida (7,3 Kcal/mol), que es utilizada por las células para
diversas funciones como movimiento celular, síntesis de moléculas,
producción de calor, transporte activo, transmisión del impulso
nervioso o reacciones endergónicas. ATP + H2O ADP + Pi + Energía
Del mismo modo, la energía desprendida en las reacciones de
oxidación celular y otros procesos fisiológicos es utilizada para la
síntesis de nuevas moléculas de ATP. ADP + Pi + Energía ATP + H2O
16 .- ¿Por qué los ácidos nucleicos son moléculas que pueden
contener información? Solución: Los ácidos nucleicos son cadenas
lineales formadas por la unión de nucleótidos. En su estructura se
observa un esqueleto invariable formado por los restos de las
pentosas y los ácidos fosfóricos, del que cuelgan las bases
nitrogenadas que constituyen la parte variable de la molécula. El
orden en el que están colocadas las diferentes bases es la forma en la
que está escrita la información de los ácidos nucleicos. Está escrita en
un lenguaje de cuatro letras (las bases nitrogenadas), y los distintos
mensajes dependen del orden en el que están situadas dentro de la
molécula. Los ácidos nucleicos contienen la información genética en
su secuencia de bases. El orden en el que éstas aparecen colocadas
determina los distintos mensajes. El modelo de doble hélice ¿impone
alguna restricción a la aparición de cualquier secuencia de bases? El
modelo de doble hélice corrobora el hecho de que el ADN sea la
molécula portadora de la información genética, ya que puede
albergar cualquier secuencia de bases. Si tomamos uno de los
filamentos de la hélice, no existe restricción alguna de la secuencia de
las cuatro bases (A,G, C, y T); es decir, la cadena goza de entera
libertad para albergar cualquier mensaje redactado en el lenguaje de
las bases nitrogenadas. La única restricción es que la otra cadena
debe ser complementaria, pero este hecho permite que cada una de
ellas actúe de molde de una nueva hebra durante la replicación. Por
tanto, el modelo de doble hélice explica perfectamente y con gran
sencillez las funciones del ADN.
17 .- ¿Qué información contiene el ADN en su secuencia de bases?;
¿cómo controla el ADN las funciones celulares a partir de esa
información? Solución: En el ADN se encuentra la información para
producir todas las proteínas de la célula. Cada fragmento de la
molécula de ADN es un gen que lleva la información para sintetizar
una proteína determinada. El ADN controla las funciones celulares
mediante la expresión de su información. Esta expresión se realiza
mediante dos procesos: la transcripción, en el que se obtiene una
molécula de ARNm copia de un fragmento de ADN, y la traducción,
que es el proceso mediante el cual la información transportada desde
el núcleo por el ARNm es traducida, gracias a los ARNt y ARNr, a una
secuencia de aminoácidos (proteína), siguiendo las pautas que marca
el código genético, que establece la relación entre la secuencia de
bases nitrogenadas y la secuencia de aminoácidos. Si tenemos en
cuenta que todos los enzimas son proteínas, y que los enzimas
controlan todas las reacciones químicas de la célula, podemos
comprender cómo el ADN controla las funciones celulares.
18 .- Escribe las fórmulas de la adenosina-5´-monofosfato y del ácido
desoxicitidílico. Solución: Adenosina-5'-monofosfato: Es un
ribonucleótido; por lo tanto, tendrá como pentosa la -D-ribofuranosa,
y como base, la adenina; esta se unirá mediante un enlace Nglucosídico con la pentosa. Este enlace se forma entre el C-1' de la
ribosa y el N-9 de la adenina; además, este nucleótido tiene un grupo
fosfato que se esterificará con el carbono 5' de la ribosa. Ácido
desoxicitidílico: Es un desoxirribonucleótido; por lo tanto, tendrá
como pentosa la -D-2-desoxirribofuranosa, y como base nitrogenada,
la citosina, la cual se unirá mediante un enlace N-glucosídico a la
pentosa. Este enlace se forma entre el C-1' de la desoxirribosa y el N-1
de la citosina. Además, tiene un grupo fosfato que se esterificará con
el C-5' de la desoxirribosa.
19 .- Analiza la estructura del AMP cíclico y explica su función.
Solución: El AMPc es un nucleótido monofosfato de adenina cuyo
ácido fosfórico forma enlaces con los carbonos 5' y 3' de la ribosa,
por lo que la molécula adquiere forma cíclica. Actúa como mensajero
químico intracelular (2º mensajero). Cuando una hormona no puede
atravesar la membrana celular, se une específicamente a un receptor
de membrana que activa el enzima adenilato ciclasa. Este enzima
transforma moléculas de ATP en AMPc que, a su vez, activa los
enzimas necesarios para dar respuesta al mensaje recibido desde el
exterior celular.
20 .- Explica la estructura del ARN transferente. ¿Cuál es su función?
Solución: Está formado por una única hebra, pero presenta zonas con
estructura secundaria debido al apareamiento, mediante puentes de
hidrógeno, entre bases complementarias. En su estructura se
distinguen cuatro brazos y tres bucles. En uno de los brazos se sitúan
los extremos 5' y 3' de la cadena, este último es el sitio de unión del
aminoácido. En el brazo opuesto se encuentra una secuencia de tres
bases, llamada anticodón, que es específica para cada aminoácido y
complementaria con los codones del ARNm. Participa en la
traducción. Su función es captar aminoácidos en el citoplasma,
uniéndose a ellos, y transportarlos a los ribosomas, colocándolos en
el lugar indicado por el ARNm.
21 .- ¿Cuáles fueron los principales datos experimentales que llevaron
a Watson y Crick a proponer el modelo de doble hélice? Solución: Una
vez establecido el hecho de que el ADN era la molécula portadora de
la información genética, tres datos fundamentales permitieron a
Watson y Crick establecer el modelo de doble hélice: Las
investigaciones de Chargaff, que, después del estudio de numerosas
muestras de ADN de diferentes seres vivos concluyeron que en la
molécula de ADN la cantidad de adenina es igual a la de timina, y la de
guanina, a la de citosina; por tanto, la suma de las bases púricas es
igual a la de las pirimidínicas. Las imágenes obtenidas por difracción
de rayos X, de Wilkins y Franklin, que permitieron ver que la
estructura del ADN era helicoidal, y determinar algunas de sus
dimensiones, como el diámetro y ciertas periodicidades. La
posibilidad del establecimiento de puentes de hidrógeno entre
algunos pares de bases. Concretamente, dos puentes entre el par A-T
y tres entre el par G-C. A partir de estos datos, y con la utilización de
modelos moleculares metálicos a escala, Watson y Crick
establecieron el modelo de doble hélice del ADN, en 1953.
22 .- Explica las funciones biológicas del ADN. Solución: El ADN es la
molécula portadora la información genética. Es, por tanto, la
molécula que almacena la información que se transmite de
generación en generación y que se expresa en la propia célula para
controlar sus funciones vitales. " De generación en generación la
información genética se transmite gracias al proceso de la replicación
en el que la molécula de ADN se duplica y se obtienen dos copias
idénticas. Cada copia irá a una célula hija durante la división celular.
Expresión en la propia célula. La información contenida en la
secuencia de bases del ADN es para producir todas las proteínas de la
célula. Estas son las responsables de regular todos las reacciones
químicas celulares y, por tanto, de controlar las funciones vitales. La
expresión de la información en la célula se realiza mediante dos
procesos: la transcripción, en el que se obtiene una molécula de
ARNm copia de un fragmento de ADN, y la traducción, que es el
proceso mediante el cual la información transportada desde el núcleo
por el ARNm es traducida, gracias a los ARNt y ARNr, a una secuencia
aminoácidos (proteína)."
FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS ÁCIDOS
NUCLEICOS
Las funciones biológicas de los ácidos nucleicos pueden resumirse en
el almacenamiento y transmisión de la información genética. El
conocimiento de estas funciones se inicia en el año 1941, cuando
Beadle y Tatum proponen la hipótesis de "un gen-una enzima" y
posteriormente en el año 1944, Avery y col., demuestran que la
información genética esta contenida en las moléculas de ADN. La
confluencia de estudios entre la Bioquímica y la Genética, tuvo su
máximo resultado cuando en el año 1953, Watson y Crick postularon
el modelo estructural de doble hélice y el proceso de duplicación del
ADN. Estos trabajos condujeron rápidamente a una notable
confluencia de ideas así como nuevos enfoques experimentales de la
Genética y la Bioquímica, que desembocaron en lo que Crick
denomino Dogma Central de la Genética Molecular y que en un
principio se podía resumir de la siguiente forma:
ADN ----- ARN ------ proteína
Nace de esta forma una nueva disciplina que se conoce como
Genética Molecular y que es la disciplina que más a avanzado en
Biología en los últimos 40 años. De forma que actualmente el Dogma
Central se ha visto modificado con nuevas relaciones:
ADN -------- ARN -------- proteína
1. SÍNTESIS DE ADN: REPLICACION.
La replicación de una molécula de ADN consiste en la formación de
dos moléculas hijas idénticas a la molécula progenitora. Por esta
razón se conoce al proceso también como duplicación del ADN. Hay
que considerar que las dos cadenas que forman el ADN progenitor
son complementarias de manera que las cadenas que forman los
ADN descendientes son también complementarias. Para que esto
ocurra, el proceso de replicación puede seguir tres mecanismos
diferentes:
- Replicación conservativa: Las dos cadenas de un molécula hija de
ADN son las de la molécula progenitora, y las dos cadenas de la otra
molécula hija se originan por copia exacta de las dos cadenas de la
molécula progenitora.
- Replicación semiconservativa: Cada molécula hija de ADN posee una
cadena procedente del ADN progenitor y una cadena que es copia de
la otra cadena del ADN progenitor.
- Replicación dispersiva: Las cadenas de las moléculas hijas de ADN
son una combinación de segmentos originales y copias de las cadenas
del ADN progenitor.
La hipótesis semiconservativa fue la propuesta por Watson y Crick,
pero tuvieron que pasar cuatro años (1957), para que Meselson y
Stahl, demostraran mediante ingeniosos y elegantes experimentos
de centrifugación, que el proceso semiconservativo era el que
actuaba en la replicación del ADN de la bacteria E. coli.
1.1. ADN-POLIMERASAS
En el año 1956, Arthur Kornberg y sus colaboradores descubrieron
una enzima en E. coli, que actualmente se conoce como ADNpolimerasa I. Esta enzima posee "in vivo" tres actividades
enzimáticas diferentes:
1. Actividad de polimerización en sentido 5' ® 3'. Para llevar a cabo
esta actividad precisa un extremo -OH 3' libre donde unir un dNTP y
una cadena de ADN que sirve de molde de la nueva cadena. (Fig 1)
2. Actividad exonucleasa en sentido 5' ® 3'.
3. Actividad exonucleasa en sentido 3' ® 5'.
Debido a que posee diferentes actividades, el enzima posee
diferentes centros activos formados por sitios de unión y centros
catalíticos (Fig 2).
a - Sitio de unión de la cadena molde.
b - Sitio de unión del cebador.
c - Sitio de unión del extremo 3' del cebador.
d - Sitio de unión del dNTP y centro catalítico de la polimerización.
e - Centro catalítico de la actividad Exo 5' ® 3'.
f - Centro catalítico de la actividad Exo 3' ® 5'.
Tras el descubrimiento de esta polimerasa, se identificaron en E. coli
otras dos polimerasas:
ADN-polimerasa II: carece de actividad exonucleasa 5' ® 3' y parece
que no es indispensable en el proceso de replicación.
ADN-polimerasa III: es similar a la pol-I pero se diferencia en que su
actividad polimerizadora en mucho mayor (1.000 nucleotidos por
segundo) por lo que se la considera la polimerasa implicada en la
polimerización del ADN en los procariotas, mientras que la ADNpolimerasa I estaría implicada en la reparación del ADN durante el
proceso de replicación
En las células eucariotas se han aislado tres ADN-polimerasas:
ADN-polimerasa ?: implicada en la replicación del ADN nuclear.
ADN-polimerasa ß: implicada en la reparación del ADN nuclear.
ADN-polimerasa ?: implicada en la replicación del ADN mitocondrial.
1.2. MECANISMO DE REPLICACIÓN DEL ADN EN PROCARIOTAS.
Los procariotas poseen una molécula de ADN bicatenario y circular
superenrollado.
1. Este ADN posee un origen de replicación a partir del cual se
sintetizan las nuevas moléculas. Un problema inicial consiste en
desenrollar con el fin de separar las cadena que van a servir como
moldes de las nuevas cadenas. De esto se encargan un conjunto de
enzimas tales como la girasas, que relajan el superenrollamiento,
la helicasas, que separan las dos cadenas y las SSBP o proteínas que
estabilizan la hebras sencillas. La actuación conjunta de estas enzimas
provoca la aparición en el origen de replicación de
una burbuja u horquilla de replicación que se abre a lo largo del ADN
al tiempo que se sintetizan las nuevas cadenas.
2. La enzima ADN-pol III es la encargada de sintetizar las nuevas
cadenas, pero para ello necesita un cebador, que es un corto
fragmento de ARN (10 -40 nucleotidos) sintetizado por la
enzima primasa (ARN-pol). Por otro lado la ADN-pol III solo puede
polimerizar en sentido 5' ® 3' usando como molde una cadena de
ADN en sentido contrario. Esto hace que una de las nuevas cadenas
se sintetice de forma continua, cadena conductora, mientras que la
otra cadena se sintetiza en fragmentos (fragmentos de Okazaki), de
unos 1.000 nucleótidos, cada uno de los cuales posee su
cebador, cadena retrasada. Si la horquilla se abre en un solo sentido
(replicación unidireccional), habrá una cadena conductora
complementaria de la hebra 3' ® 5' y una cadena retardada
complementaria de la cadena 5' ® 3'. Si la horquilla se abre sentidos
opuestos (replicación bidireccional) habrá una cadena conductora y
otra retardada, en sentidos opuestos, por cada cadena molde (Fig 3).
3. Los cebadores de ARN son eliminados por la actividad
exonucleasa 5' ® 3' de la ADN-pol I, la cual rellena el hueco (gap)
gracias a su actividad polimerizadora (Fig 2). Por ultimo los extremos
de los fragmentos se unen gracias a la actividad del enzima ligasa.
1.3. MECANISMO DE REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS.
Básicamente el proceso es igual que en procariotas, sin embargo
podemos observar dos grandes diferencias.
1. El ADN de eucariotas esta unido a histonas. Durante la replicación,
la cadena conductora y su cadena molde forman nucleosomas con los
octámeros antiguos, mientras que la cadena retardada y su molde se
arrollan sobre nuevos octámeros.
2. Debido a su gran longitud, las moléculas de ADN eucariótico
poseen varios sitios de inicio de la replicación a partir de los cuales
comienza la replicación bidireccional de la molécula. Cada origen de
replicación da lugar a un replicón o región de ADN en proceso de
replicación (Fig 4). Los procariotas poseen un solo replicón.
1.4. MECANISMOS DE REPARACIÓN DE ADN. MUTACIONES
El proceso de replicación es muy fiable de manera que las dos
moléculas hijas son idénticas a la madre. Durante el proceso de
replicación la actividad exonucleasa 3' ® 5' de la ADN-pol III corrige
los últimos nucleotidos que se incluyen en la cadena de forma
errónea, debido a que al no estar bien unidos a su complementario
caen dentro del centro activo de exonucleotídico (corrección de
pruebas). La tasa de error se reduce de esta forma a un nucleótido
por cada 107 incorporados. Sin embargo esta tasa es muy alta, por lo
que hay un mecanismo de corrección postreplicativa, que consiste
en la eliminación de fragmentos de la cadena de ADN que posee el
error por la actividad de endonucleasas, y posterior relleno de los
huecos por la actividad polimerasa. La actividad endonucleasa
reconoce a la nueva cadena, porque la cadena molde posee metiladas
las adeninas situadas en las secuencia GATC. Esto reduce la tasa de
error a un nucleótido por 1010 incorporados. Estos errores heredables
constituyen los que se denomina una mutación puntual o génica. Las
mutaciones puntuales provocan en último término cambios en las
secuencias aminoacídicas de las proteínas que codifican los genes. En
la mayoría de las ocasiones las mutaciones son silenciosas pues
afectan a intrones, o el cambio de nucleótido no provoca cambio de
aminoácido, o el cambio de aminoácido no afecta a la función de la
proteína.
Las mutaciones génicas pueden ser inducidas por agentes físicos y
químicos llamados mutagénicos, tales como la radiación ultravioleta,
las radiaciones ionizantes tales como los rayos X, la radiación
corpuscular, residuos del metabolismo tales como los radicales libres
y diversos compuestos químicos como los derivados del benceno, el
ácido nitrosos y agentes alquilantes. Las células poseen sistemas de
reparación que se pueden agrupar en tres categorías:
a) Sistemas enzimáticos que actúan sin rotura del ADN. Por ejemplo
los enzimas fotorreactivos que se activan por la luz y que reparan los
dímeros de timina.
b) Sistemas enzimáticos que actúan con rotura del ADN.
Endonucleasas, polimerasas y ligasas.
c) Sistema de reparación SOS. Que actúa cuando el ADN se ve dañado
en muchos lugares y los demás sistemas de reparación se ven
desbordados. El sistema SOS permite que la polimerasa pueda "leer"
el error de manera que la nueva cadena incorpora ese error. Se
consigue que la replicación pueda realizarse a costa de introducir una
mutación.
2. SÍNTESIS DE ARN: TRANSCRIPCIÓN.
La transcripción es la primera etapa de la expresión genética,
mediante la cual se sintetiza una molécula de ARN cuya secuencia es
complementaria a la de una de las dos cadenas de un fragmento de
ADN que denominamos gen. Los genes son segmentos de ADN que
contienen información necesaria para la síntesis de una proteína. Sin
embargo, algunos genes no contienen información para la síntesis de
proteínas tal y como ocurre con los que se transcriben para originar
lo ARNr y los ARNt. Los genes que si poseen información directa para
la síntesis de proteínas son lo que se transcriben en forma de ARNm.
2.1. ARN-POLIMERASAS.
Las enzimas ARN-polimerasas-ADN-dependientes, sintetizan
moléculas de ARN usando los ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U
uniéndolos por enlaces fosfodiester, y utilizando una cadena de ADN
como molde (Fig 1 y 2).
En los procariotas tan solo hay una clase de ARN-pol que esta
constituida por las subunidades ?2, ß y ß', que constituyen el núcleo
del enzima, y la subunidad ?, que se separa con facilidad y que es
capaz de reconocer el lugar de iniciación de la transcripción.
En los eucariotas existen tres enzimas diferentes constituidas por
diferentes subunidades: la ARN-pol Isintetiza ARNr en el
nucleolo, la ARN-pol II que sintetiza ARNm y la ARN-pol III que
sintetiza ARNt y el ARN 5S.
2.2. MECANISMO DE LA TRANSCRIPCION
La transcripción en ARNm, tanto en eucariotas como en procariotas
atraviesa por las mismas fases. Sin embargo estas presentan claras
diferencias:
FASES
Iniciación
PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
La síntesis se inicia en
los promotores o
secuencias de ADN
situadas en -10 y -35 pb
del sitio de iniciación de
la síntesis de la proteína
(Triplete TAC). Al
promotor se une la
subunidad ? y
posteriormente el
núcleo de la ARN-pol.
La enzima pasa de su
configuración cerrada a
abierta, abre la hélice y
se inicia la
polimerización de ARN,
en ese momento la
subunidad ? se separa.
El promotor de eucariotas se
sitúa en -30 y esta constituido
por una secuencia
específica TATA que se conoce
como caja-TATA (TATA-box),
que es reconocida por la ARNpol II.
Elongación El enzima se desplaza
El enzima se desplaza por la
por la cadena de ADN en cadena de ADN en sentido 3' ®
sentido 3' ® 5'
5' polimerizando ARN en
polimerizando ARN en sentido 5' ® 3'. Cuando se han
sentido 5' ® 3', al tiempo sintetizado 30 nucleotidos, se
que la doble hélice se
añade un resto de metil
abre por delante y se
guanosina a través del grupo
cierra por detrás.
trifosfato del nucleótido
situado en el extremo 5' que es
siempre Adenina. Esto se
denomina CAP o caperuza.
Terminación Hay dos formas de
La señal de terminación
terminación: una
es TTATTT. Inmediatamente
dependiente de un
después de terminar la síntesis,
factor ro y otra
el enzima poli-Aindependiente de este polimerasa añade en el
factor. En el ADN existen extremo 3' un secuencia de
secuencias específicas unos 200 nucleotidos de
ricas en G y C, seguidas Adenina que se conoce
de una sucesión de T,
como cola de poli-A. El
que presentan
resultado final es un precomplementariedad y ARNm, también llamado ARNm
originan un bucle en el transcrito primario. Los ARN
ARN recién formado,
recién formados en el núcleo
que es reconocido por la constituyen el ARN
ARN-pol la cual se suelta. heterogéneo nucleolar.
Maduración Los genes de procariotas Los genes de eucariotas no son
son "continuos", de
continuos, de forma que los
manera que los ARNm ARNm transcritos primarios
no necesitan
poseen intrones y exones. La
maduración. Los ARNr y eliminación de los intrones se
los ARNt se sintetizan
realiza por la
como precursores
enzima ribonucleoproteína
llamados ARN
pequeña nuclear (RNPpn) en
transcritos primarios
un proceso que se
denomina maduración y en el
que intervienen moléculas de
ARN-U1 y ligasas que unen los
exones.
En los procariotas la síntesis de ARN y la traducción de proteínas
ocurren el citoplasma, sin embargo en los eucariotas la síntesis de
ARN ocurre en el núcleo y la síntesis de proteínas en el citoplasma. El
transporte de ARNm parece relacionado con la cola de poli-A.
3. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS: TRADUCCIÓN.
3.1. CÓDIGO GENÉTICO.
La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas situados en el
citoplasma. Las secuencias de nucleótidos de los ARNm llevan la
información necesaria para la síntesis de proteínas. Esto es posible
gracias a que a tres nucleótidos del ARNm que constituyen
un triplete o codón, les corresponde un aminoácido. La
correspondencia entre tripletes y aminoácidos obedece a una clave
o código genético, cuya interpretación fue posible gracias a los
estudios de diferentes investigadores entre los que cabe destacar
nuestro premio Nobel Severo Ochoa.
U
C
A
G
UUU Phe
UCU Ser
UAU Tyr
UGU Cys
UUC Phe
UCC Ser
UAC Tyr
UGC Cys
UUA Leu
UCA Ser
UAA Fin
UGA Fin
UUG Leu
UCG Ser
UAG Fin
UGG Trp
CUU Leu
CCU Pro
CAU His
CGU Arg
CUC Leu
CCC Pro
CAC His
CGC Arg
CUA Leu
CCA Pro
CAA Gln
CGA Arg
CUG Leu
CCG Pro
CAG Gln
CGG Arg
U
C
AUU Ile
ACU Thr
AAU Asn
AGU Ser
AUC Ile
ACC Thr
AAC Asn
AGC Ser
AUA Ile
ACA Thr
AAA Lys
AGA Arg
AUG Met
ACG Thr
AAG Lys
AGG Arg
GUU Val
GCU Ala
GAU Asp
GGU Gly
GUC Val
GCC Ala
GAC Asp
GGC Gly
GUA Val
GCA Ala
GAA Glu
GGA Gly
GUG Val
GCG Ala
GAG Glu
GGG Gly
A
G
Características del código genético:
1.- El código es la lista de los 64 tripletes de bases nitrogenadas de
ARN ( variaciones con repetición de 4 elementos tomados de 3 en 3 =
4 =64 )
2.- Un grupo de tres letras adyacentes, llamado CODON, codifica una
aminoácido.
3.- En el ADN no existe puntuación entre un triplete y el siguiente, los
tripletes se leen sin puntuación, es muy importante por lo tanto el
comienzo del orden de lectura.
4.- Existen tres tripletes de terminación (UAA, UAG, UGA) y un
triplete de inicio (AUG)
5.- Todas las especies de seres vivos poseen el mismo código
genético, ( Se conocen pequeñas variaciones, especialmente para el
ADN de ciertas mitocondrias y ciertos hongos).
6.- El código genético es muy redundante, pues un mismo
aminoácido puede estar codificado por varios codones distintos. Es
decir, la redundancia del código es la discrepancia numérica entre los
64 codones del ARN y los 20 aa, y es debida a :
a) Cada aa está codificado por más de un triplete.
GUU, GUC, GUA, GUG ------- VALINA
No todos los aa están determinados por el mismo nº de codones:
Leucina (6 codones) Tirosina (2 codones)
b) Existen codones que determinan inicio o final de la traducción.
Los tripletes que codifican un mismo aminoácido generalmente
difieren en un sólo nucleótido, y representa una ventaja, ya que,
aunque se produjera una mutación o un error en la copia de un
nucleótido, no habría cambio del aminoácido y su efecto no se
notaria en la proteína. Si la mutación implica un cambio en el
aminoácido, sólo sería importante si por ejemplo afectase al centro
activo de un enzima. Por otro lado, si sólo hubiera 20 tripletes
traducibles, habría 44 tripletes sin sentido y un simple error en un
nucleótido de un triplete lo convertiria en untriplete sin sentido,
interrumpiendose la síntesis de proteínas.
3.2. ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Esta claro que la secuencia de tripletes del ARNm determina la
secuencia de aminoácidos de la proteína, pero hay que considerar
también que a cada codón del mensajero le corresponde
un anticodón del ARNt. Dicho de otra forma, el aminoácido Met viene
codificado por el codón AUG, que es reconocido por el anticodón
UAC del ARNt, de manera que el la metionina solo puede ser
transportada por un ARNt con este anticodón.
¿Cómo se unen correctamente los aminoácidos a sus
correspondientes ARNt?. Se podría pensar que tiene que existir un
código o clave que para algunos autores sería una reminiscencia de
un código ancestral presente en la fase prebiótica de la vida.
Las enzimas encargadas de este acoplamiento son las aminoacilARNt-sintetasa, de las que existen tantas como aminoácidos, de
manera que cada enzima posee un sitio de unión específico del
aminoácido y un sitio de unión de los ARNt específicos de ese
aminoácido. La reacción requiere ATP.
3.3. TRADUCCIÓN.
La traducción es el proceso por el cual los ribosomas convierten la
secuencia de codones del ARNm en una secuencia de aminoácidos,
los cuales son transportados por los ARNt hasta los ribosomas. Es un
proceso que ocurre el citoplasma, en los eucariotas los ribosomas
están unidos al Retículo endoplasmático, mientras que en los
procariotas están libres formando cadenas o polisomas. En ambos
casos la traducción comprende tres etapas:
I) Iniciación.
En los ribosomas hay un sitio peptidil (P) de unión al péptido, y un
sitio aminoacil (A) de unión al aminoacil-ARNt. Estos lugares, al
principio no están completos pues las subunidades que forman los
ribosomas se encuentran separadas. Con la ayuda del factor proteico
de iniciación, IF-1, la subunidad pequeña se une por el extremo 5' al
ARNm (a través del CAP en eucariotas), de manera que el codón de
iniciación AUG queda situado en el lugar P. Posteriormente el ARNt
cargado con el aminoácido metionina (en los procariotas el primer aa
es una metionina con un radical formil unido al grupo amino), se une
a través de su anticodón al codón AUG del mensajero. Este ARNt va
unido al IF-2 y a una molécula de GTP.La subunidad mayor del
ribosoma se une tras la adición del factor IF-1, quedando completos
los lugares P y A de forma que el ARNtMet ocupa el lugar P, quedando
libre el lugar A para que sea ocupado por el siguiente ARNt cuyo
anticodón sea complementario al codón siguiente. Posteriormente se
liberan los tres factores de iniciación y una molécula de GDP y Pi,
quedando así formado el complejo de iniciación.
II) Elongación.
Consiste en la formación de la cadena polipeptídica por adición de
aminoácidos. El ARNm es leído en sentido 5'®3', y la cadena
polipeptídica se sintetiza desde el extremo N-terminal hacia el Cterminal. Podemos distinguir tres etapas dentro de esta fase:
i) fijación del aminoacil-ARNt: el segundo aminoacil-ARNt se coloca en
el lugar A y establece enlaces de H entre las bases del anticodón y el
codón. Si no existe complementariedad entre las bases del ARNt sale
fuera del lugar A. Parece que la unión es suficiente con que se
establezcan puentes de H entre las dos primeras bases, lo que
explicaría que la "degeneración" del código genético. La unión del
aminoacil-ARNt es posible gracias a la unión de los factores proteicos
de elongación EF-Tu y EF-Ts junto a una molécula de GTP que se
hidroliza a GDP.
ii) formación de la unión peptídica: Los dos lugares A y P se hallan
ocupado con dos aminoacil-ARNt de forma que los dos aminoácidos
están lo bastante próximos para unirse por enlace peptídico. Pero
hay que recordar que los dos aminoácidos están unidos a los ARNt a
través de sus grupos carboxilo, de forma que para que se establezca
el enlace peptídico el aminoacio situado en el sitio P (en esta caso la
formil-metionina) se suelta del ARNt al tiempo que establece enlace
peptídico con el grupo amino del aminoácido situado en el lugar A.
Esta reacción de transferencia de grupos es catalizada por la petidil
transferasa que forma parte de los ribosomas.
iii) translocación: El lugar P esta ahora ocupado por un ARNt
descargado, y el lugar A esta ocupado por un dipeptidil-ARNt. La
entrada de un factor EF-G unido a una molécula de GTP, provoca la
salida del ARNt descargado dejando libre el lugar P. Seguidamente se
desplaza el ribosoma, de forma que el dipeptidil-ARNt pasa a ocupar
el lugar P dejando vacío el lugar A. El ARN-m presenta su tercer codón
en el lugar A, de manera que un nuevo ciclo de elongación puede
comenzar, de forma que el ribosoma traduce el ARNm en sentido
5'®3'.
III) Terminación.
Cuando el lugar A queda ocupado por alguno de los tres posibles
codones de paro, ningún ARNt puede ocuparlo y el ribosoma da por
terminada la síntesis del polipéptido. Hace falta para ello la inclusión
de losfactores de terminación R1 y R2. Los cuales provocan el paso
del polipetidil-ARNt del lugar A al lugar P y activa la petidiltransferasa
que en este caso actúa como una hidrolasa liberando el polipéptido.
Las ultimas etapas son la salida del ARNt, la salida de los factores R y
la posterior disociación del ribosoma.
PREGUNTAS RESUELTAS. FUNCIONES
BIOLÓGICAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
1.- ¿Cómo y cuándo se lleva a cabo la transmisión de la información
genética?
2.- ¿Qué es la transcripción?
3.- ¿Qué aportaciones realizó Severo Ochoa al descifrado del código
genético?
4.- Dada la siguiente secuencia de nucleótidos del ARNm: AGC UAU
AUG CGC ACG CAA ACC CCA AUU UAG AUA. a) Diga cuáles son los
codones de iniciación y de terminación de esta secuencia, si es que
presentan alguno. ¿Qué aminoácidos codifican estos codones? b) Esta
secuencia, ¿podría dar lugar a un péptido? En caso afirmativo,
¿cuántos aminoácidos tendría? c) Si entre las bases subrayadas se
introduce una adenina, ¿qué ocurriría en el péptido obtenido?
5.- ¿A qué se denomina sitio A y sitio P del ribosoma?
6.- ¿Cómo actúan las hormonas esteroides en el control de la
expresión génica?
7.- Indica lo que representa el esquema que se escribe a continuación,
señala los procesos que se representan en él y en qué lugares de la
célula eucariota tienen lugar. ADN-ARN-- Proteína
8.- Señalar las principales diferencias en la síntesis del ARNm en las
células eucariotas y en las procariotas.
9.- ¿Es posible que, si se altera la secuencia de nucleótidos de un
fragmento de ADN que lleva información para la síntesis de una
proteína, no se vea afectada dicha proteína? ¿A qué es debido?
Escribe un ejemplo.
10.- Al analizar el ADN de un organismo extraterrestre se ha
observado que posee las mismas bases que el ADN de un organismo
terrestre, si bien sus proteínas solo contienen dieciséis aminoácidos
distintos. ¿Podría el código genético de estos organismos estar
formado por parejas de nucleótidos? ¿Crees qué tendría alguna
desventaja respecto al código genético de los organismos terrestres?
11.- ¿Qué son y cómo se forman los aminoacil-ARNt?
12.- ¿Por qué es necesario el control de la expresión genética y cuándo
tiene lugar?
13.- ¿Qué es un gen?
14.- ¿Qué papel desempeña la ARN-polimerasa?
15.- ¿Por qué decimos que el código genético está degenerado?
¿Representa esto alguna ventaja?
16.- A continuación se escribe la secuencia de nucleótidos de un
fragmento de la cadena codificante del ADN: 3' AAG CAA TGT GGG
CGG AGA CCA 5': a) Determinar la secuencia de nucleótidos del ARNm
correspondiente e indicar su polaridad. b) Utilizando el código
genético, determinar la secuencia de aminoácidos que produce la
traducción de este ARNm. c) ¿Qué mínimo cambio tendría que ocurrir
para que apareciese en cuarto lugar el aminoácido histidina en este
péptido?
17.- ¿Es cierto que en las células eucariotas todas las proteínas tienen
el aminoácido metionina en el extremo N-terminal?
18.- Explica cómo funciona el operón lac o sistema de regulación
inducible.
19.- ¿Quién enunció la hipótesis un gen, un enzima ? ¿Qué dice dicha
hipótesis?
20.- ¿Qué son las secuencias promotoras?
21.- Define los siguientes términos: Codón. Codón sinónimo. Codón
sin sentido. Codón de inicio.
22.- ¿Habrá más de una secuencia de ADN que codifique el péptido
cuya secuencia de aminoácidos es: H2N-Met-His-Ser-Trp-Gly-COOH?
23.- Explicar cómo finaliza la síntesis proteica.
24.- Si en los organismos pluricelulares todas las células tienen el
mismo ADN, ¿por qué tienen distintas formas y funciones?
25.- Enumera los distintos experimentos llevados a cabo que han
demostrado que el ADN es la molécula portadora de la información
genética.
26.- ¿Cómo se produce la fase de maduración en los ARN mensajeros?
27.- ¿Por qué los codones que forman el código genético tienen que
estar formados por tres nucleótidos?
28.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación?
29.- ¿Qué es el operón?
30.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación?
31.- ¿Qué problema plantea durante la replicación el hecho de que las
cadenas de ADN sean lineales?; ¿de qué mecanismos disponen las
células eucariontes para resolver este problema?
32.- Define y pon un ejemplo de: Aneuploidía Poliploidía Trisomía
Mutación puntual.
33.- Mutaciones génicas: Define mutación espontánea y mutación
inducida. Tipos de agentes mutágenos. Explica los mecanismos de
acción de los agentes mutágenos.
34.- Dos alteraciones frecuentes en el ADN son las despurinizaciones
y la desaminación de la citosina. ¿De qué mecanismos dispone la
célula para reparar estos errores?
35.- ¿Qué es la transposición?¿Cuáles son los tipos de elementos
transponibles que aparecen en las bacterias?
36.- Explica la siguiente afirmación: El cáncer es una enfermedad
genética; pero, salvo en algunas ocasiones, no es una enfermedad
hereditaria.
37.- ¿Qué es el ADN recombinante? Explica algunas aplicaciones de
esta tecnología.
38.- Define los conceptos de mutación, recombinación y
transposición.
39.- Clasifica y explica el mecanismo de acción de los siguientes
agentes mutágenos: 5-bromouracilo. Ácido nitroso. Radiación
ultravioleta.
40.- Algunas enfermedades genéticas en la especie humana son
debidas a mutaciones en los sistemas de reparación del ADN.
Describe, al menos, dos ejemplos de estas alteraciones genéticas.
41.- Representa de forma esquemática el intercambio de cadenas
homólogas de ADN que conduce a la recombinación genética.
42.- Explica el punto de vista de las diferentes teorías evolucionistas
acerca del papel de la mutación.
43.- ¿Qué es un organismo transgénico? Cita algunas aplicaciones de
estos organismos y comenta los posibles problemas que plantean.
44.- Describe las principales moléculas que intervienen en la
replicación del ADN en procariontes y explica el mecanismo por el
que tiene lugar el proceso.
45.- ¿Qué es una mutación génica? Indica sus tipos.
46.- Describe los mecanismos que producen la aparición de
mutaciones espontáneas originadas por lesiones en el ADN.
47.- La aflatoxina B1 es un potente carcinógeno que se une a la
guanina e impide la replicación del ADN. Explica el mecanismo de
reparación que actuará para corregir los efectos de este mutágeno.
48.- Define recombinación y clasifica sus tipos.
49.- ¿Son heredables todas las mutaciones que sufre un individuo
pluricelular?
50.- ¿Qué es la terapia génica? Explica las diferentes estrategias para
su aplicación y los problemas que plantea esta técnica.
51.- Durante la replicación, los ADN polimerasas actúan sintetizando la
hebra nueva en sentido 5' 3'. Si las dos hebras de la molécula de ADN
son antiparalelas, ¿cómo es posible que se repliquen a la vez?
52.- Las mutaciones génicas son aquellas que afectan a un único gen.
¿Qué causas provocan las mutaciones génicas? ¿Qué es una mutación
puntual? ¿Puede este tipo de mutaciones explicar la aparición de
nuevos alelos?
53.- Los errores en la replicación son una de las causas que producen
alteraciones en el ADN de forma espontánea. Describe y representa
gráficamente cómo se originan estos cambios.
54.- ¿Cómo actúa el sistema de reparación SOS?; ¿cuáles son las
consecuencias de su acción?
55.- Explica la relación entre los transposones y la conjugación
bacteriana.
56.- ¿Cuáles son las fuentes de variabilidad sobre las que actúa la
selección natural?
57.- Enzimas de restricción: a) Concepto y mecanismo de acción. b)
Comenta un ejemplo. c) Explica sus aplicaciones en la tecnología del
ADN recombinante.
58.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la
replicación: a) Concepto de replicación. b) Tras el descubrimiento de
la estructura del ADN, ¿qué modelos se plantearon para explicar la
replicación?; ¿cuál de ellos es el correcto? c) En la replicación de una
molécula de ADN de doble hebra y después de tres ciclos de
replicación, ¿cuántas hebras de nueva síntesis habrán aparecido?
59.- Define el concepto de mutación y clasifica los distintos tipos de
mutaciones.
60.- Explica la forma de actuación de un mutágeno físico y otro
químico y represéntalo esquemáticamente.
61.- Define recombinación y transposición. ¿Qué diferencias existen
entre estos procesos y la mutación, en cuanto a sus consecuencias
genéticas?
62.- Justifica la siguiente frase: Sin mutación no se hubiera producido
el hecho evolutivo, pero sin recombinación, sí.
63.- ¿Cómo construirías una molécula de ADN recombinante?
SOLUCIONES
1.- ¿Cómo y cuándo se lleva a cabo la transmisión de la información
genética?
Solución: En los organismos pluricelulares, la transmisión de la
información genética, se realiza en dos momentos del ciclo del
individuo: cuando el individuo se reproduce y cuando el individuo
crece. Cuando el individuo se reproduce, la información genética se
transmite a los descendientes, y constituye lo que se conoce con el
nombre de herencia biológica. Cuando se produce el crecimiento del
individuo, las células se dividen mediante mitosis; también en este
caso, se transmite la información genética completa a las células hijas
que se obtienen. Tanto en un caso como en el otro, para que se
pueda transmitir la información genética es necesario realizar una
copia previa de esta. Este proceso; es decir, la realización de una
copia del ADN, se denomina replicación o duplicación del ADN.
2.- ¿Qué es la transcripción?
Solución: La transcripción constituye la primera etapa que tiene lugar
en el proceso de la expresión genética. Mediante este proceso, la
información genética (secuencia de nucleótidos de un fragmento del
ADN) se transforma en una secuencia de aminoácidos; es decir, en
una proteína. La transcripción consiste, como su nombre indica, en
copiar la información (secuencia de nucleótidos) de un fragmento del
ADN, el correspondiente a un gen, en una molécula de ARN. En este
proceso, por consiguiente, tomando como molde o patrón una de las
cadenas del fragmento del ADN, se sintetiza una molécula de ARN,
cuya secuencia de nucleótidos será complementaria con dicha
cadena de ADN. En las células eucariotas, el proceso ocurre en el
núcleo, mientras que en las células procariotas, debido a que no hay
un núcleo definido, tiene lugar en el citoplasma. La transcripción es
similar en eucariotas y en procariotas, aunque presenta algunas
diferencias. Este proceso se realiza gracias a la acción de unos
enzimas denominados ARN-polimerasas, que van uniendo
ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster en dirección 5' 3', de
forma complementaria a los nucleótidos de la cadena del ADN
patrón, y teniendo en cuenta que en el ARN no hay timina y la base
complementaria de la adenina será el uracilo. En la síntesis de los
ARNs se utilizan ribonucleótidos trifosfatos, que se hidrolizan y
aportan la energía necesaria para formar los enlaces fosfodiéster.
Como consecuencia de la transcripción, los ARNs que se obtienen se
denominan ARNs transcritos primarios. En muchos casos sufrirán un
proceso de maduración, mediante el cual se transforman en ARNs
maduros (mensajeros, ribosómicos, transferentes), que intervendrán
en la síntesis de proteínas.
3.- ¿Qué aportaciones realizó Severo Ochoa al descifrado del código
genético?
Solución: Severo Ochoa (1905-1993), médico y bioquímico español,
fue uno de los pioneros en el descifrado del código genético. Su
contribución a esta tarea fue el descubrimiento del enzima
polinucleótido fosforilasa. Este enzima es capaz de sintetizar ARN a
partir de ribonucleótidos, sin necesidad de un molde de ADN. Gracias
a este enzima, se pudieron sintetizar cadenas de ARN con un solo
tipo de ribonucleótido; una de ellas fue la cadena formada
únicamente por uracilo (poli U); a partir de esta cadena, y en
presencia de todos los aminoácidos, se obtenía un polipéptido
formado únicamente por fenilalanina. De ello se deducía que el codón
que codificaba la fenilalanina era el UUU. Este proceso se repitió
posteriormente con otros ARNs formados por un solo nucleótido (A,
C y G), así se dedujeron los aminoácidos codificados por los codones
AAA, CCC y GGG. Con posterioridad, otros investigadores, como
Kornberg y Khorana, descubrieron lo que codifican el resto de los
codones que forman el código genético.
4.- Dada la siguiente secuencia de nucleótidos del ARNm: AGC UAU
AUG CGC ACG CAA ACC CCA AUU UAG AUA. a) Diga cuáles son los
codones de iniciación y de terminación de esta secuencia, si es que
presentan alguno. ¿Qué aminoácidos codifican estos codones? b) Esta
secuencia, ¿podría dar lugar a un péptido? En caso afirmativo,
¿cuántos aminoácidos tendría? c) Si entre las bases subrayadas se
introduce una adenina, ¿qué ocurriría en el péptido obtenido?
Solución: a) En esta secuencia el codón de iniciación es el AUG, que
está ocupando el tercer lugar. Este codón codifica el aminoácido
metionina, por ello, todas las proteínas en principio comienzan por
este aminoácido; posteriormente, muchas de ellas lo eliminan. En
esta secuencia el codón de terminación es el UAG, que se encuentra
localizado en penúltimo lugar. Estos codones no codifican ningún
aminoácido, por ello, se les denomina también codones mudos o sin
sentido. Provocan la separación del ribosoma y el final de la síntesis
proteica, ya que no existe ningún ARNt cuyo anticodón sea
complementario con ellos. b) Esta secuencia daría lugar a un péptido
que tendría siete aminoácidos. El primer aminoácido estaría
codificado por el tercer codón, que es el de iniciación (AUG), y el
último estaría codificado por el noveno codón (AUU), que es el
anterior al codón de terminación. El péptido codificado sería el
siguiente: H2N-Met - Arg - Thr - Gln - Thr - Pro - Ile-COOH c) Si se
adiciona una adenina entre las bases subrayadas, UAG AUA, la
secuencia de nucleótidos en su extremo final se altera quedando de
la siguiente manera: UAA GAU A. Por lo tanto se ha modificado el
codón de terminación UAG y se ha transformado en el codón UAA.
Esto no implica ningún cambio en el péptido, puesto que este nuevo
codón también es un codón de terminación, con lo cual el péptido
seguirá teniendo siete aminoácidos.
5.- ¿A qué se denomina sitio A y sitio P del ribosoma?
Solución: El ribosoma es la estructura celular encargada de leer los
codones del ARNm, y de ir uniendo a ellos, temporalmente, los
complejos aminoacil-ARNt, cuyos anticodones sean complementarios
con el ARNm. Cada uno de estos aminoacil-ARNt aportará un
determinado aminoácido, que posteriormente se unirán y formarán
la proteína. El ribosoma consta de dos subunidades que, al inicio de la
síntesis, se unen. En ellos se diferencian dos sitios o centros de unión,
en donde los ARNt se unen mediante sus anticodones con los
codones del ARNm. Estos sitios son: El sitio A o aminoacil. Es el lugar
del ribosoma donde se van incorporando los nuevos aminoacil-ARNt.
Aquí el aminoacil-ARNt se une por su anticodón con el
correspondiente codón del ARNm. El sitio P o peptidil es el lugar del
ribosoma donde se encuentran los peptidil-ARNt, es decir, los ARNt
que están unidos a la cadena peptídica en formación con los codones
del ARNm.
6.- ¿Cómo actúan las hormonas esteroides en el control de la
expresión génica?
Solución: Las hormonas esteroides (estrógenos, corticoides, etc),
debido a su carácter hidrófobo, pueden atravesar fácilmente la
membrana plasmática por difusión y penetrar dentro de la célula.
Una vez en el citoplasma se unen a proteínas receptoras específicas,
formándose el complejo hormona-receptor , que es transportado
hasta el núcleo a través de los poros de la membrana nuclear. Una
vez en el núcleo, se fijan sobre un intensificador del ADN e inducen la
transcripción de determinados genes.
7.- Indica lo que representa el esquema que se escribe a continuación,
señala los procesos que se representan en él y en qué lugares de la
célula eucariota tienen lugar. ADN-ARN-- Proteína
Solución: Mediante este esquema se representa cómo fluye la
información genética en una célula. Este flujo de la información
genética constituye lo que se conoce como dogma central de la
biología molecular, que fue enunciado por F. Crik en 1970. Según este
esquema, se copia la información (secuencia de nucleótidos) de un
fragmento del ADN en el ARNm. A este proceso se le denomina
transcripción y, en las células eucariotas, tiene lugar en el núcleo.
Posteriormente, este ARNm sale del núcleo y lleva la información
hasta los ribosomas del citoplasma, los cuales la leen, traduciéndola
en una secuencia de aminoácidos; es decir, en una cadena
polipeptídica. En este proceso interviene también el ARNt, que se
encarga de llevar los aminoácidos hasta los ribosomas y colocarlos en
el orden que determina la secuencia de nucleótidos de ARNm.
8.- Señalar las principales diferencias en la síntesis del ARNm en las
células eucariotas y en las procariotas.
Solución: Las principales diferencias son las siguientes: En las células
procariotas, el enzima que cataliza la síntesis del ARNm es el mismo
que cataliza la síntesis de los demás ARNs, mientras que en las células
eucariotas hay un enzima específico para catalizar la síntesis de este
ARNm,, este enzima es la ARN-polimerasa II. En las células eucariotas,
cuando ya se han transcrito los treinta primeros nucleótidos, al
extremo 5' del ARNm que se está formando, se le añade el nucleótido
metil-guanosina trifosfato, que forma una especie de caperuza. Esta
sirve para proteger este extremo de la acción de las nucleasas
cuando el ARNm sale del núcleo. Esto no ocurre en las células
procariotas. Otra diferencia es que en las células eucariotas, una vez
que se ha formado el ARNm transcrito, por acción de la enzima poli-A
polimerasa, se adiciona al extremo 3' de este compuesto un
fragmento de unos doscientos nucleótidos de adenina que forma una
cola denominada poli-A. Esta cola contribuye al transporte del ARNm
fuera del núcleo. En las células procariotas, el ARNm que se
transcribe no contiene intrones, es ya funcional y no necesita pasar
por un proceso de maduración. En la células eucariotas, sin embargo,
el ARNm transcrito no es funcional, contiene intrones y necesita
pasar por un proceso de maduración, en el cual, mediante un proceso
de corte y empalme, se eliminan los intrones y los exones se unen
entre sí.
9.- ¿Es posible que, si se altera la secuencia de nucleótidos de un
fragmento de ADN que lleva información para la síntesis de una
proteína, no se vea afectada dicha proteína? ¿A qué es debido?
Escribe un ejemplo.
Solución: Sí que es posible que se altere la secuencia de nucleótidos
de un fragmento del ADN sin que ello implique una alteración en la
secuencia de aminoácidos que forma la proteína. Esto es debido a
que el código genético está degenerado y, por lo tanto, hay más
codones que aminoácidos, existiendo codones diferentes para un
mismo aminoácido. Estos codones difieren en la tercera base en la
mayoría de los casos, aunque hay alguna excepción, como en el caso
de los aminoácidos: leucina, serina y arginina, en los que no difieren
en la tercera base sino en otras. Por consiguiente, si la alteración del
ADN solo afecta a la base en que se diferencian los codones
(generalmente la tercera base), no se alteraría la secuencia de
aminoácidos, ya que se obtendría un codón sinónimo, que codificará
el mismo aminoácido. Vamos a escribir un ejemplo de lo dicho
anteriormente; primero escribimos una secuencia de ADN y el
péptido que a partir de él se obtiene, y a continuación un ADN
mutado de tal forma que el péptido siga siendo el mismo. En el
ejemplo que se ha descrito las bases alteradas se han señalado
subrayándolas. En este caso, a pesar de que en el ADN se han
producido tres alteraciones, el péptido no se ha visto afectado.
Mediante estas alteraciones se han obtenido tres codones sinónimos
a los iniciales, que codificarán los mismos aminoácidos.
10.- Al analizar el ADN de un organismo extraterrestre se ha
observado que posee las mismas bases que el ADN de un organismo
terrestre, si bien sus proteínas solo contienen dieciséis aminoácidos
distintos. ¿Podría el código genético de estos organismos estar
formado por parejas de nucleótidos? ¿Crees qué tendría alguna
desventaja respecto al código genético de los organismos terrestres?
Solución: Como en estos organismos hay dieciséis aminoácidos
diferentes, que forman sus proteínas, al menos tienen que existir
dieciséis codones diferentes para que cada aminoácido esté
determinado por un codón diferente. Por lo tanto, el código genético
de estos organismos puede estar formado por parejas de
nucleótidos, ya que con las cuatro bases que forman el ADN de estos
organismos se pueden formar dieciséis parejas diferentes
(variaciones con repetición de cuatro elementos tomados de dos en
dos), que serán codones suficientes para codificar todos sus
aminoácidos. A diferencia de lo que ocurre en los organismos
terrestres, este código hipotético no estaría degenerado; cada
aminoácido estaría codificado solamente por un codón; es decir, no
habría codones sinónimos. Esto supondría una desventaja, puesto
que cualquier alteración, por mínima que fuese, que se produjese en
la secuencia de bases del ADN afectaría a la proteína que se sintetiza.
Esto no ocurre en el caso de los organismos terrestres, ya que,
debido a que el código está degenerado, aquellos cambios que hacen
que los codones se transformen en sus sinónimos no producen
alteraciones en la proteína que se sintetiza. Tampoco habrá codones
sin sentido que indiquen el final, este se tendrá que determinar de
otra forma distinta.
11.- ¿Qué son y cómo se forman los aminoacil-ARNt?
Solución: Los aminoacil-ARNt son complejos moleculares formados
por un aminoácido y un ARNt específico al cual se une. Estos
complejos se forman en el hialoplasma, en una fase previa a la
traducción. De esta manera, los aminoácidos, que van a formar parte
de las proteínas, son transportados hasta los ribosomas, donde se
unirán en el orden que determinan los codones del ARNm. La
formación de estos complejos se realiza gracias a la acción de unos
enzimas específicos, llamados aminoacil-ARNt-sintetasas. Estos
enzimas catalizan la unión entre un aminoácido y un ARNt, siempre
que este posea un determinado anticodón, puesto que este triplete
de nucleótidos del ARNt es lo que va a determinar con qué
aminoácido se va a unir. La unión entre el aminoácido y el ARNt se
produce mediante un enlace éster, que se forma entre el grupo
carboxilo (-COOH) del aminoácido y el grupo -OH del extremo 3' del
ARNt, localizado en el brazo aceptor. El extremo siempre finaliza en
la secuencia CCA. Esta reacción es muy endergónica. La energía
necesaria se obtiene de la hidrólisis del ATP, que se transforma en
AMP y dos grupos fosfato.
12.- ¿Por qué es necesario el control de la expresión genética y cuándo
tiene lugar?
Solución: En el ADN de las células, tanto procariotas como eucariotas,
se localiza toda la información genética que precisan para poder
sintetizar sus proteínas. La expresión de esta información da lugar a
las diferentes proteínas. La producción excesiva de proteínas resulta
innecesaria y costosa energéticamente, y suele ocasionar
alteraciones. Por todo ello, en los seres vivos se han desarrollado
unos mecanismos que controlan la expresión génica de las células,
permitiendo que los genes solo se expresen cuando sea necesario
sintetizar la proteína que codifican. De esta manera, se evita el
despilfarro molécular y energético. El control de la expresión génica
es mucho más complejo y menos conocido en eucariotas que en
procariotas, y se realiza principalmente en la transcripción.
13.- ¿Qué es un gen?
Solución: Un gen es la unidad estructural y funcional de la herencia,
que se transmite de padres a hijos a través de los gametos y que
determina la aparición de una característica observable; es decir, el
fenotipo. Durante mucho tiempo no se supo cuál era su naturaleza
química, y se desconocía su localización; Mendel denominó a estas
unidades factores hereditarios. Hoy se sabe que los genes son
fragmentos de ADN, excepto en algunos virus que tienen como
material genético ARN. Se localizan en los cromosomas, que es
donde se encuentra el ADN. Los genes se expresan cuando la
información que contienen se traduce en un proteína, que realizará
una determinada función biológica. Su función es la de llevar la
información necesaria para realizar las funciones celulares o su
regulación.
14.- ¿Qué papel desempeña la ARN-polimerasa?
Solución: La ARN-polimerasa es el enzima que se encarga de catalizar
la síntesis de los ARNs, tomando como patrón el ADN. Este enzima
realiza las siguientes funciones: Identifica y se une secuencias
determinadas del ADN, llamadas secuencias promotoras, que
indicarán dónde se inicia la transcripción y qué cadena del ADN se
transcribe. Una vez fijado al ADN, produce un desenrollamiento de
una vuelta de hélice. Va leyendo la secuencia de nucleótidos, de la
cadena del ADN que se transcribe, en dirección 3' 5'. Va uniendo
ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, haciéndolo en
dirección 5' 3'. Estos ribonucleótidos que une serán complementarios
con los nucleótidos de la cadena del ADN que se transcribe. (El
complementario de la adenina, como en el ARN no hay timina, será el
uracilo). Utiliza ribonucleótidos trifosfato que, antes de unirse, se
hidrolizan, y, de esa forma, se obtiene la energía necesaría para
formar el enlace.
15.- ¿Por qué decimos que el código genético está degenerado?
¿Representa esto alguna ventaja?
Solución: El código genético se dice que está degenerado porque hay
más codones diferentes que aminoácidos y, por consiguiente, todos
los aminoácidos, excepto el triptófano y la metionina, están
codificados por más de un codón. A estos codones distintos, que
determinan un mismo aminoácido, se les llama codones sinónimos.
Además, hay tres codones que señalan el final de la síntesis (codones
mudos), debido a que no codifican ningún aminoácido. El que el
código genético esté degenerado se debe a que cada codón, como se
ha demostrado experimentalmente, está formado por tres
nucleótidos y, por consiguiente, con los cuatro nucleótidos posibles
(A,G,C y U), el número de codones diferentes que puede existir es de
64, de los cuales 61 codifican aminoácidos. Esto quiere decir que hay
muchos más codones que aminoácidos para codificar; por ello es por
lo que un mismo aminoácido puede estar codificado por más de un
codón. La degeneración del código genético no es un fallo del código,
ya que cada secuencia de nucleótidos del ARNm solo se traduce en
una determinada proteína, y constituye una ventaja, puesto que
permite que, si se produce un cambio en un nucleótido (sustitución
de un nucleótido por otro), en ocasiones no se traduce en una
alteración en los aminoácidos de la proteína; es decir, este cambio
puede dar lugar a la aparición de un codón sinónimo que codificaría el
mismo aminoácido y, por consiguiente, la proteína no cambiaría.
16.- A continuación se escribe la secuencia de nucleótidos de un
fragmento de la cadena codificante del ADN: 3' AAG CAA TGT GGG
CGG AGA CCA 5': a) Determinar la secuencia de nucleótidos del ARNm
correspondiente e indicar su polaridad. b) Utilizando el código
genético, determinar la secuencia de aminoácidos que produce la
traducción de este ARNm. c) ¿Qué mínimo cambio tendría que ocurrir
para que apareciese en cuarto lugar el aminoácido histidina en este
péptido?
Solución: a) El ARNm, que se obtiene por transcripción de este
fragmento de ADN, será complementario y antiparalelo con la hebra
del ADN molde que se use. Por lo tanto, la secuencia de nucleótidos y
la polaridad del fragmento de ARNm será la siguiente: Hebra de ADN
molde 3' AAG CAA TGT GGG CGG AGA CCA 5'. RNA 5' UUC GUU ACA
CCC GCC UCU GGU 3'. b) La secuencia de aminoácidos que determina
este ARNm será la siguiente: H2N-Phe - Val - Thr - Pro - Ala - Ser - GlyCOOH. c) Para que en esta secuencia de aminoácidos apareciese en el
cuarto lugar el aminoácido histidina en lugar de prolina, tendría que
modificarse el codón CCC que codifica el aminoácido prolina por
alguno de los que codifica el aminoácido histidina, que son: CAU y
CAC. Por lo tanto, el mínimo cambio que tendría que producirse sería
el de sustituir la citosina, que ocupa el segundo lugar en el codón CCC
por la base adenina, con lo cual el codón CCC se convertiría en CAC.
Por consiguiente, en el ADN se tendría que sustituir una base por
otra: en este caso, se sustituiría una base púrica (guanina) por una
pirimidínica (timina); a esta mutación se la denomina transversión.
Según todo lo dicho, nos quedaría: Sin mutación: ADN: 3'AAG CAA
TGT GGG CGG AGA CCA 5'. ARNm 5'UUC GUU ACA CCC GCC UCU GGU
3'. Péptido: H2N-Phe -Val -Thr -Pro -Ala -Ser -Gly-COOH. Con mutación:
ADN: 3'AAG CAA TGT GTG CGG AGA CCA 5'. ARNm: 5'UUC GUU ACA
CAC GCC UCU GGU 3'. Péptido: H2N-Phe -Val -Thr -His -Ala -Ser -GlyCOOH.
17.- ¿Es cierto que en las células eucariotas todas las proteínas tienen
el aminoácido metionina en el extremo N-terminal?
Solución: En principio, sí que es cierto que todas las proteínas de las
células eucariotas recién sintetizadas, comienzan por el aminoácido
metionina; esto es debido a que el codón de iniciación, que será el
primer codón que lee el ribosoma en las células eucariotas, es AUG,
por lo que el primer. aminoacil-ARNt que llega al sitio A será aquel
cuyo anticodón es UAC, es decir, será el ARNt-metionina.
Posteriormente, en muchos casos este primer aminoácido se elimina,
por lo que no siempre el primer aminoácido de las proteínas
eucariotas es la metionina.
18.- Explica cómo funciona el operón lac o sistema de regulación
inducible.
Solución: El modelo operón de regulación de la expresión génica
puede ser de dos tipos: inducible y represible, según se trate de una
ruta catabólica o anabólica. El operón lactosa u operón lac de E.coli es
un sistema de regulación inducible. Este sistema de regulación
interviene en el catabolismo de la lactosa. La bacteria (E.coli), cuando
se encuentra en un medio rico en lactosa y pobre en glucosa, utiliza la
lactosa como fuente de carbono. En el catabolismo de la lactosa
intervienen tres enzimas: -galactosidasa, permeasa y transacetilasa.
Estos enzimas están codificados por tres genes estructurales
contiguos, que se sitúan a continuación del operador. Si hay glucosa
en el medio, el gen regulador se transcribe y produce la proteína
represora, que tiene dos lugares de unión: uno de ellos sirve para
unirse al operador y bloquearlo, impidiendo que la ARN-pol se una al
promotor, y, por lo tanto, no se produce la transcripción de los genes
estructurales. El otro lugar de unión sirve para que, cuando no hay
glucosa, la lactosa se una a la proteína represora, altere su
configuración y haga que se desprenda del operador, permitiendo
que se transcriban los genes estructurales y se sinteticen los enzimas
que catabolizan la lactosa.
19.- ¿Quién enunció la hipótesis un gen, un enzima ? ¿Qué dice dicha
hipótesis?
Solución: El médico inglés Garrod, en la primera década del siglo XX
descubrió que una enfermedad metabólica, la alcaptonuria,
caracterizada entre otras cosas porque los individuos eliminan orina
negra debido a la eliminación de ácido homogentísico, era causada
por una anomalía hereditaria. Supuso que los enfermos carecían del
enzima que metaboliza el ácido homogentísico. Fue la primera vez
que se relacionó un gen con un enzima. En los años cuarenta, G.
Beadle y E. Tatum, en experiencias realizadas con el moho
Neuroespora crassa, estudiaron las consecuencias de los cambios
génicos o mutaciones. Comprobaron que la alteración en un gen
suponía una variación fenotípica, que consistía en el fallo en el
funcionamiento de un enzima. Propusieron la hipótesis de un gen, un
enzima. Según esta hipótesis, cada gen, que es un fragmento de
ADN, lleva la información necesaria para la síntesis de una proteína
enzimática. Posteriormente, esta hipótesis ha sido modificada,
reformulándose como un gen, un polipéptido. Esto se ha debido a
que muchas proteínas no son enzimas, y a que muchas proteínas
están formadas por más de una cadena polipeptídica, cada una de las
cuales está codificada por un fragmento de ADN. Hoy se sabe que
muchos genes no se expresan, y algunos regulan la expresión.
20.- ¿Qué son las secuencias promotoras?
Solución: Las secuencias promotoras, también denominadas centros
promotores, son ciertas secuencias de nucleótidos localizados en
distintos lugares de una u otra cadena del ADN patrón. Señalan el
lugar de unión de la ARN-polimerasa, y su función es indicar dónde se
inicia la transcripción y cuál de las dos hebras del ADN se transcribe.
En las células procariotas existen dos centros promotores, situados a
distinta distancia del lugar de inicio de la transcripción; estos centros
son: El primero, cuya secuencia de bases es TTGACA, se localiza unos
treinta y cinco nucleótidos antes del punto de inicio de la
transcripción. El segundo se sitúa diez nucleótidos antes del punto de
inicio, y su secuencia de bases es TATAAT. En las células eucariotas
también existen centros promotores; los más frecuentes son dos,
que tienen las siguientes secuencias: TATA y CAAT. Se localizan unos
veinticinco nucleótidos antes del inicio de la transcripción.
21.- Define los siguientes términos: Codón. Codón sinónimo. Codón
sin sentido. Codón de inicio.
Solución: Codón. Es cada uno de los tripletes de nucleótidos que
forman el ARNm. Existen 64 codones distintos que constituyen el
código genético. Cada uno de estos codones, excepto tres, codifican
un aminoácido. Ejemplo: UUU codifica para fenilalanina. Codón
sinónimo. Son aquellos codones diferentes que codifican el mismo
aminoácido. Existen estos codones porque hay más tripletes de
nucleótidos que aminoácidos, por ello, todos los aminoácidos,
excepto la metionina y el triptófano, están codificados por más de un
codón. Estos codones, en la mayoría de los casos, solo difieren en un
nucleótido, generalmente el tercero, aunque hay excepciones. Por
ejemplo, los codones CCU y CCC son sinónimos, ambos codifican la
prolina; en este caso solo difieren en el tercer nucleótido, lo que suele
ser lo más frecuente. Los codones CUG y UUA también son
sinónimos, ya que codifican el mismo aminoácido, la leucina; en este
caso, difieren en más de un nucleótido. Codón sin sentido. También
denominado codón mudo; es un codón que no codifica ningún
aminoácido. En el código genético existen tres codones mudos: UAA,
UAG y UGA. Estos codones son importantes porque indican el final de
la síntesis de proteínas. Codón de inicio. Es el codón con el que
siempre se inicia la síntesis de proteínas; este codón, en las células
eucariotas, es AUG, que codifica el aminoácido metionina. Por ello, y
en principio, todas las proteínas comenzarían por este aminoácido, si
bien posteriormente muchas de ellas lo eliminan.
22.- ¿Habrá más de una secuencia de ADN que codifique el péptido
cuya secuencia de aminoácidos es: H2N-Met-His-Ser-Trp-Gly-COOH?
Solución: Sí que hay más de una secuencia de nucleótidos de ADN
diferente que codifica el mismo péptido. Esto se debe a que todos los
aminoácidos excepto dos, la metionina y el triptófano, están
codificados por más de un codón, y, por lo tanto, el triplete de
nucleótidos que forma el ADN puede ser cualquiera de los que
codifica el aminoácido en cuestión. En el caso del péptido del
enunciado, el número de secuencias diferentes que lo codifican será
el siguiente: Metionina: solo lo determina un codón: AUG. Histidina:
los codones que lo codifican son: CAU, CAC. Serina: los codones que
lo determinan son: UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC. Triptófano: solo
lo codifica el codón: UGG. Glicina: los codones que lo codifican son:
GGU, GGC, GGA, GGG. Según esto, el número de ARNm que lleva la
información para sintetizar este péptido será: N de ARNm = 1 x 2 x 6 x
1 x 4 = 48. Cada uno de los ARNm se obtiene por transcripción de una
de las cadenas del fragmento del ADN, por lo tanto, el número de
secuencias de ADN diferentes que codifican este péptido será
también 48. Algunos de estos 48 ARNm son los siguientes: 5'AUG
CAU UCU UGG GGU 3'. 5'AUG CAC UCU UGG GGU 3'. 5'AUG CAU UCC
UGG GGU 3'. 5'AUG CAU UCC UGG GGG 3'. 5'AUG CAC UCG UGG GGA
3'. Los ADNS que, por transcripción. han dado estos ARNm son los
siguientes: 3'TAC GTA AGA ACC CCA 5'. 3'TAC GTG AGA ACC CCA 5'.
3'TAC GTA AGG ACC CCA 5'. 3'TAC GTA AGG ACC CCC 5'. 3'TAC GTG
AGC ACC CCT 5'
23.- Explicar cómo finaliza la síntesis proteica.
Solución: La síntesis proteica finaliza cuando, tras la última
translocación del ribosoma, alguno de los codones de terminación
llega al sitio A del ribosoma. Estas señales de terminación pueden ser:
UAA, UGA y UAG, y son codones que no codifican ningún aminoácido.
Por lo tanto, no habrá ningún ARNt cuyo anticodón sea
complementario con ellos, y, por consiguiente, cuando esto ocurre,
no entrará ningún aminoacil-ARNt al sitio A. Estos codones de
terminación son reconocidos y se unen a un factor de liberación, que
puede ser el FR1 o el FR2. Dicha unión activa la enzima peptidiltransferasa que, en este caso, produce lo siguiente: Hidroliza la unión
entre el ARNt y la cadena peptídica recién formada. Esta abandona el
ribosoma, quedando libre. Hace que abandonen el ribosoma el ARNt
y el ARNm. Este último, al poco de abandonar el ribosoma, es
destruido. Provoca la separación de las dos subunidades del
ribosoma. En esta etapa también se requiere energía, que se obtiene
de la hidrólisis del GTP.
24.- Si en los organismos pluricelulares todas las células tienen el
mismo ADN, ¿por qué tienen distintas formas y funciones?
Solución: En los seres pluricelulares, todas las células tienen la misma
información genética; es decir, el mismo ADN, ya que todas las
células se forman mediante divisiones mitóticas sucesivas, a partir de
una célula inicial. Por consiguiente, todas las células deberían ser
iguales y realizar las mismas funciones; sin embargo, no es así; en
estos seres aparecen grupos de células que adquieren una
determinada forma y se especializan en realizar una determinada
función. A estos grupos de células se les denomina tejidos. La
diferenciación celular, que ocurre en estos seres vivos y que da lugar
a los diferentes tejidos, es otra consecuencia de la regulación de la
expresión genética. La diferenciación celular se produce porque,
aunque todas las células de un organismo pluricelular tienen el mismo
ADN, es decir, los mismos genes, estos no se expresan en todas por
igual; en algunas células se expresan unos genes y se reprimen otros,
mientras que en otras células son genes diferentes los que se
expresan y se reprimen. Así por ejemplo, los genes de la hemoglobina
solo se expresan en los eritrocitos, los de la melanina, únicamente en
las células dérmicas, etc. Estos genes, en otras células que no sean
estas, estarán reprimidos.
25.- Enumera los distintos experimentos llevados a cabo que han
demostrado que el ADN es la molécula portadora de la información
genética.
Solución: El descubrimiento de que el ADN era la molécula portadora
de la información genética ha sido uno de los grandes
descubrimientos de la biología en siglo XX. Los principales
acontecimientos que han conducido hasta esta conclusión han sido
los siguientes: En 1869, F. Miecher descubrió los ácidos nucleicos. Los
denominó nucleína , porque estaban presentes en el núcleo de las
células. Posteriormente, se descubrió que los cromosomas de las
células eucariotas estaban formados por ADN y proteínas. A
comienzos de este siglo, se descartó que el ADN fuese el portador de
la información genética por su aparente simplicidad. Se creía que la
información la portaban las proteínas. En 1928, el bacteriólogo F.
Griffith realizó experimentos con la bacteria Streptococcus
pneumoniae, causante de la neumonía humana. De esta bacteria
existen dos cepas distintas: la cepa S (formada por células
capsuladas, que es virulenta) y la cepa R (formada por células no
capsuladas, que no es virulenta). A partir de estas bacterias, Griffith
demostró que la cepa R adquiría la capacidad de producir cápsula
(que es lo que determina la virulencia), gracias una sustancia no
identificada, denominada principio transformante, procedente de las
bacterias S. En la década de los cuarenta, O.T. Avery, C. MacLeod y M.
McCarty obtuvieron distintas moléculas de las bacterias S (virulentas)
muertas y observaron si transformaban las bacterias R (no
virulentas). Comprobaron que el principio transformante, que
modificaba las bacterias R y las hacia producir cápsula, era el ADN.
En 1952, A.D. Hershey y M. Chase demostraron de forma concluyente
que el ADN, y no una proteína del fago T2, es la molécula portadora
de la información genética, que se introduce en la bacteria para la
reproducción viral. En 1953, J. Watson y F. Crick mostraron el modelo
de doble hélice, que explicaba cómo se almacenaba y transmitía la
información genética. Hoy ya nadie duda de la función e importancia
del ADN.
26.- ¿Cómo se produce la fase de maduración en los ARN mensajeros?
Solución: La fase de maduración es la última etapa del proceso de
transcripción. En ella, los ARNs transcritos sufren una serie de
cambios, mediante los cuales se transforman en los ARNs maduros y
funcionales. En las células procariotas, debido a que los genes son
continuos, el ARNm que se obtiene por transcripción del ADN ya es
funcional, sin necesidad de sufrir ningún proceso de maduración. En
las células eucariotas, debido a que los genes no son continuos, sino
que poseen fragmentos con información denominados exones, entre
los que hay intercalados otros fragmentos carentes de información
llamados intrones. Por esta razón, los ARNm transcritos tienen que
pasar por un proceso de maduración, mediante el cual se eliminan los
intrones y el ARNm transcrito se transforma en ARNm funcional. Esta
eliminación se realiza mediante un proceso de corte y empalme, en el
cual se cortan los intrones y los exones se unen entre sí. El proceso se
realiza gracias a la acción de unos enzimas llamados
ribonucleoproteínas pequeñas nucleolares (RNPpn) o espliceosoma.
27.- ¿Por qué los codones que forman el código genético tienen que
estar formados por tres nucleótidos?
Solución: Quien primero propuso que los codones que forman el
código genético debían estar formados por tripletes de nucleótidos
fue el físico estadounidense G. Gamow, el mismo que enunció la
hipótesis del Big- Bang acerca del origen del universo. El
razonamiento por el que los codones tienen que ser tripletes de
nucleótidos es el siguiente: Si cada codón estuviese formado por un
solo nucleótido, únicamente habría cuatro codones diferentes, y no
serían suficientes para que codones diferentes pudiesen codificar los
veinte aminoácidos proteicos. Esto implicaría que un mismo codón
tendría que codificar más de un aminoácido, lo cual significaría que
una determinada información se pudiese traducir de más de una
manera; es decir, una misma información podría dar lugar a más de
una proteína. Si cada codón estuviese formado por dos nucleótidos,
el número de codones diferentes que se podría formar con los cuatro
nucleótidos que forman el ARN, serían 16 (variaciones con repetición
de cuatro elementos tomados de dos en dos), los cuales siguen
siendo insuficientes para poder codificar a los veinte aminoácidos
proteicos; se plantearía el mismo problema que en el caso anterior. Si
los codones estuviesen formados por tres nucleótidos, el número de
codones diferentes que se pueden formar con los cuatro nucleótidos
es de 64 (variaciones con repetición de cuatro elementos tomados de
tres en tres), que serán suficientes para poder codificar todos los
aminoácidos proteicos. Como hay más codones que aminoácidos,
una mayoría va a estar codificada por más de un codón; además,
pueden quedar codones que no codificarían ningún aminoácido e
indicarían el final de la síntesis. Posteriormente, Crik, utilizando
mutágenos, demostró que los codones del código genético están
formados por tripletes de nucleótidos.
28.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación?
Solución: El complejo de iniciación es un complejo molecular que se
forma en la primera etapa de la traducción o etapa de iniciación. Este
complejo está formado por: el ARNm, la subunidad menor del
ribosoma y el primer aminoacil-ARNt, que suele ser el ARNtmetionina. Una vez formado, se une a él la subunidad mayor, y se
forma el ribosoma completo. Este complejo de iniciación se forma de
la siguiente manera: El ARNm se une por su extremo 5' a la subunidad
menor del ribosoma; en este proceso interviene un factor proteico de
iniciación llamado FI1. A continuación, el primer aminoacil-ARNt se
une, mediante puentes de hidrógeno y por su anticodón, al codón
iniciador del ARNm, que suele ser el AUG. Por esta razón, el primer
aminoacil-ARNt es el ARNt-metionina. En este proceso interviene otro
factor de iniciación llamado FI2. En la formación del complejo de
iniciación se requiere energía, que se obtiene de la hidrólisis del GTP.
29.- ¿Qué es el operón?
Solución: El operón es un modelo de regulación de la expresión de los
genes en las bacterias. Este modelo fue propuesto por F. Jacob y J.
Monod entre los años cincuenta y sesenta. El operón esta formado
por un conjunto de genes que están próximos en el cromosoma y
codifican las proteínas que intervienen en un determinado proceso
metabólico. A esto se añade un centro de control asociado, que
permite o no la transcripción del conjunto de genes. En cada operón
se diferencian las siguientes partes: Genes estructurales (E1, E2, etc).
Son genes que codifican la síntesis de proteínas (enzimas) que
intervienen en un proceso metabólico. Gen regulador (R). Es el gen
que codifica la proteína represora, que se puede encontrar activa o
inactiva. Esta proteína regula la actividad de los genes estructurales.
Promotor (P). Es la secuencia de nucleótidos del ADN. Se encuentra
por delante y cerca de los genes estructurales; a esta secuencia se
une la ARN-polimerasa para iniciar la transcripción. Operador (O).
Secuencia de nucleótidos del ADN que se sitúa entre el promotor y
los genes estructurales; aquí se puede unir la proteína represora e
impedir el avance de la ARN polimerasa y, por lo tanto, la
transcripción de los genes estructurales.
30.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación?
Solución: El complejo de iniciación es un complejo molecular que se
forma en la primera etapa de la traducción o etapa de iniciación. Este
complejo está formado por: el ARNm, la subunidad menor del
ribosoma y el primer aminoacil-ARNt, que suele ser el ARNtmetionina. Una vez formado, se une a él la subunidad mayor, y se
forma el ribosoma completo. Este complejo de iniciación se forma de
la siguiente manera: El ARNm se une por su extremo 5' a la subunidad
menor del ribosoma; en este proceso interviene un factor proteico de
iniciación llamado FI1. A continuación, el primer aminoacil-ARNt se
une, mediante puentes de hidrógeno y por su anticodón, al codón
iniciador del ARNm, que suele ser el AUG. Por esta razón, el primer
aminoacil-ARNt es el ARNt-metionina. En este proceso interviene otro
factor de iniciación llamado FI2. En la formación del complejo de
iniciación se requiere energía, que se obtiene de la hidrólisis del GTP.
31.- ¿Qué problema plantea durante la replicación el hecho de que las
cadenas de ADN sean lineales?; ¿de qué mecanismos disponen las
células eucariontes para resolver este problema?
Solución: El problema que se plantea en las hebras de ADN lineal de
las células eucariontes es que, tras la replicación, los extremos 5' no
quedan completos al eliminarse el cebador, debido a que las
polimerasas no sintetizan en sentido 3' 5'. La consecuencia de este
hecho es que las sucesivas replicaciones conducen a un acortamiento
del cromosoma, con la consiguiente pérdida de información genética.
Los extremos del cromosoma son los telómeros, y su desaparición,
por los acortamientos sucesivos de los extremos, provoca la
inestabilidad y la unión de los cromosomas entre sí, produciendo la
muerte celular. Para resolver el problema los eucariontes disponen
de un enzima, telomerasa, constituido por una parte proteica y una
secuencia de ribonucleótidos. Esta secuencia actúa como molde para
alargar el extremo 3'. La prolongación, catalizada por la telomerasa,
sirve como cebador para la síntesis, por parte de la polimerasa a, del
extremo 5' que quedó incompleto. En algunos tejidos de los
organismos pluricelulares se ha comprobado que no existe actividad
telomerasa, enzima que está presente en los tejidos embrionarios.
Esto supone un acortamiento progresivo de los telómeros, que
puede ser un desencadenante del envejecimento celular. Asimismo,
las células cancerosas, que presentan una capacidad de división
indefinida, tienen actividad telomerasa.
32.- Define y pon un ejemplo de: Aneuploidía Poliploidía Trisomía
Mutación puntual.
Solución: La poliploidía es un tipo de mutación cromosómica
numérica en el que se ve afectado el número de juegos
cromosómicos. Por ejemplo, en una especie dipliode (2n) aparece un
individuo con tres juegos de cromosomas, triploide (3n). La
aneuploidía es una mutación cromosómica numérica, que supone la
modificación del número de cromosomas, sin afectar a juegos
completos. Son casos en los que aparecen uno o varios cromosomas
de más o de menos. Trisomía. Se produce cuando un individuo porta
un cromosoma de más. En una especie diploide el individuo será 2n+1;
es decir, que alguno de sus cromosomas portará tres copias en lugar
de una pareja de homólogos. Mutación puntual. Es una mutación
génica que afecta a un único par de nuleótidos. Por ejemplo, el
cambio de un par A-T por el par G-C. Las mutaciones puntuales
afectan a la secuencia del gen y pueden, por tanto, modificar la
proteína que codifica. En algunos casos son la causa de
enfermedades genéticas. Por ejemplo, la anemia falciforme es una
enfermedad que se origina por una mutación en el gen que codifica
las cadenas beta de la hemoglobina. La mutación provoca la
sustitución de un ácido glutámico por una valina en la secuencia de
aminoácidos.
33.- Mutaciones génicas: Define mutación espontánea y mutación
inducida. Tipos de agentes mutágenos. Explica los mecanismos de
acción de los agentes mutágenos.
Solución: Las mutaciones espontáneas son lesiones o alteraciones en
el ADN que se producen de forma fortuita. Surgen en cualquier tipo
de célula y en cualquier momento. Pueden producirse por las
siguientes causas: Errores en la replicación. Lesiones en el ADN
(desaminaciones, despurinizaciones y oxidaciones). La acción de
elementos transponibles. Las mutaciones inducidas son aquellas que
se producen cuando un organismo está sometido a la acción de
agentes (físicos o químicos), que producen alteraciones en el ADN.
Estos agentes se llaman mutágenos. Los agentes mutágenos son
aquellos que inducen mutaciones en el ADN cuando un organismo
está sometido a su acción. Existen dos tipos de agentes mutágenos:
Fisicos, como las radiaciones ionizantes y las UV. Químicos. Son
sustancias que producen mutaciones por lesiones en el ADN. Entre
ellos se encuentran los análogos de bases o los agentes alquilantes.
Los agentes mutágenos actúan, preferentemente, en los puntos
calientes, y producen un tipo de mutación específica. Los agentes
mutágenos actúan provocando lesiones en el ADN de tres modos:
Sustitución de bases. Los análogos de bases son moléculas tan
parecidas a las bases nitrogenadas, que las sustituyen
incorporándose al ADN. Así actúan el 5-bromouracilo y la 2amonopurina. El 5-bromouracilo es un análogo de la timina que se
aparea con la guanina cuando se encuentra en su forma enol. Esto
origina transiciones A -T G -C. La 2-aminopurina es un análogo de la
adenina, y se aparea con la citosina, originando una transición G -C A T. Modificaciones de bases. Algunos mutágenos actúan produciendo
modificaciones específicas en las bases. Entre ellos destacan los
agentes alquilantes, como el etilsulfonato y la hidroxilamina, que
provocan transiciones G - C A -T. Otros agentes que alteran las bases
son los iones bisulfito y el ácido nitroso (HNO2), que producen
desaminaciones en la citosina y forman uracilo, lo que provoca
transiciones C T. Lesiones por daños en las bases. En este tipo de
mutación, el daño producido en las bases impide el apareamiento
específico, produciendo la interrupción de la replicación. El bloqueo
de la replicación pone en funcionamiento el sistema de reparación
SOS, que promueve la inserción de bases con muy poca fidelidad,
pero permite que la replicación continúe. Así actúan la radiación UV,
que provoca la formación de dímeros de pirimidinas (especialmente
de timina), y la aflatoxina B1, que se une a la guanina y el
benzopireno.
34.- Dos alteraciones frecuentes en el ADN son las despurinizaciones
y la desaminación de la citosina. ¿De qué mecanismos dispone la
célula para reparar estos errores?
Solución: Las despurinizaciones son mutaciones que son reparadas
por un sistema que se inicia con la acción del nucleasa AP. Las
desaminación de la citosina, que la convierte en uracilo, es reparada
por glucosidasas (concretamente, el enzima uracilo-ADN-glucosidasa
elimina el uracilo presente en el ADN). Estos enzimas rompen los
enlaces N-glucosídicos, es decir, separan la base, pero no escinden la
cadena.
35.- ¿Qué es la transposición?¿Cuáles son los tipos de elementos
transponibles que aparecen en las bacterias?
Solución: La transposición es un mecanismo de cambio genético que
se debe al desplazamiento de genes (fragmentos de ADN) dentro del
mismo cromosoma o de un cromosoma a otro. Los fragmentos de
ADN que se desplazan se denominan elementos genéticos
transponibles o transposones, y han sido observados tanto en
procariontes como en eucariontes. En las bacterias se han descrito
dos tipos de elementos transponibles: Las secuencias de inserción:
son pequeños fragmentos de ADN que cambian de posición en el
cromosoma bacteriano. Estas secuencias contienen, únicamente,
genes relacionados con la función de inserción. Los transposones o
elementos transponibles: son secuencias de ADN formadas por varios
genes que contienen, en cada uno de sus extremos, secuencias de
inserción. Estas secuencias son las que otorgan al transposón la
capacidad de intercalarse en sitios distintos del cromosoma o de un
plásmido.
36.- Explica la siguiente afirmación: El cáncer es una enfermedad
genética; pero, salvo en algunas ocasiones, no es una enfermedad
hereditaria.
Solución: La mayoría de los cánceres son producidos por agentes
ambientales que provocan mutaciones en el ADN, por lo que el
cáncer es una enfermedad genética. Estas mutaciones afectan a dos
tipos de genes: Protooncogenes: son genes activadores de la división
celular. La mutación los convierte en oncogenes, que producen gran
cantidad de una proteína que estimula la división celular o formas
muy activas de esa proteína. Genes supresores de tumores: son
inhibidores de la división celular. Una mutación puede desactivarlos,
dejando de producir la proteína supresora de la división; lo que
desencadena la división celular. Tanto las mutaciones que afectan a
los protooncogenes, como las que inciden en los genes supresores de
los tumores, se producen mayoritariamente en las células somáticas.
Este hecho afecta al desarrollo de las capacidades del individuo que
sufre la mutación e influye en su supervivencia, pero no modifica la
composición genética de su descendencia. Por tanto, el cáncer no es
una enfermedad hereditaria, aunque sí parece que existe cierta
predisposición genética a padecerlo.
37.- ¿Qué es el ADN recombinante? Explica algunas aplicaciones de
esta tecnología.
Solución: El ADN recombinante es un fragmento de ADN construido
artificialmente con segmentos no homólogos procedentes de
organismos diferentes. Consta de un vector, que es un fragmento
que contiene un punto de iniciación de la replicación (generalmente
es un plásmido o un virus), y el fragmento o gen que es objeto de
estudio. Algunas aplicaciones de la tecnología del ADN recombinante
son: La síntesis bacteriana de proteínas útiles. Incorporando los
genes adecuados a un vector e introduciéndole en una bacteria se
pude conseguir que sinteticen las proteínas codificadas por esos
genes. La insulina, la hormona del crecimiento, la somatostatina,
factores de coagulación, etc. son algunas proteínas que hoy se
producen por ingeniería genética. La detección precoz y diagnosis de
enfermedades hereditarias. Se han desarrollado actualmente pruebas
fiables que hacen posible un diagnóstico precoz de enfermedades
como la anemia falciforme, algunas formas de hemofilia, la distrofia
muscular infantil o la corea de Huntington. Las técnicas utilizadas son
los enzimas de restricción y las sondas de ADN. Transferencia de
genes a plantas de interés económico. Mediante la transferencia de
genes útiles se han conseguido plantas modificadas genéticamente,
como maíz resistente a algunas plagas, soja que produce ácidos
grasos de interés industrial o plantas de tomate, que retrasan la
maduración del fruto. Los vectores más utilizados para la
introducción de los genes son las bombas génicas y una bacteria del
suelo llamada Agrobacterium tumefaciens.
38.- Define los conceptos de mutación, recombinación y
transposición.
Solución: Mutación: Una mutación es un cambio heredable y medible
del material genético. Las mutaciones pueden afectar a cualquier tipo
de células, pero solamente se transmitirán a la descendencia aquellas
mutaciones que se produzcan en los gametos o en células
embrionarias que den lugar a gametos. Recombinación: La
recombinación consiste en la aparición de nuevas combinaciones de
genes diferentes de las que se encuentran en los cromosomas de una
célula determinada. Estas nuevas combinaciones surgen por el
intercambio de fragmentos de ADN entre los cromosomas, durante el
proceso llamado sobrecruzamiento. Durante la recombinación no se
pierde ni se gana ningún nucleótido, por lo que el mecanismo
molecular de intercambio es muy preciso. Transposición: La
transposición es un mecanismo de cambio genético que se debe al
desplazamiento de genes (fragmentos de ADN) dentro del mismo
cromosoma o de un cromosoma a otro. Los fragmentos de ADN que
se desplazan se denominan elementos genéticos transponibles o
transposones, y han sido observados tanto en procariontes como en
eucariontes.
39.- Clasifica y explica el mecanismo de acción de los siguientes
agentes mutágenos: 5-bromouracilo. Ácido nitroso. Radiación
ultravioleta.
Solución: El 5-bromouracilo es un análogo de bases que actúa
produciendo sustituciones de bases en el ADN. Concretamente, es un
análogo de la timina, que se aparea con la guanina cuando se
encuentra en su forma enol, originando transiciones A -T G - C. El
ácido nitroso (HNO2), altera el ADN, provocando modificaciones en
las bases. Su acción produce desaminaciones en la citosina,
transformándola en uracilo, lo que provoca transiciones C T. La
radiación ultravioleta es un mutágeno físico que induce la formación
de dímeros de pirimidinas (especialmente, de timina). Este tipo de
mutación impide el apareamiento específico de las bases,
produciendo la interrupción de la replicación. El bloqueo de la
replicación pone en funcionamiento el sistema de reparación SOS,
que promueve la inserción de bases con muy poca fidelidad, pero que
permite que la replicación continúe.
40.- Algunas enfermedades genéticas en la especie humana son
debidas a mutaciones en los sistemas de reparación del ADN.
Describe, al menos, dos ejemplos de estas alteraciones genéticas.
Solución: Los sistemas de reparación están constituidos por enzimas
y, por lo tanto, codificados por genes que pueden sufrir mutaciones.
Estas mutaciones pueden dar origen a enfermedades genéticas
como: Xeroderma pigmentosum. Es una enfermedad de la piel que
origina una pigmentación anormal, con gran abundancia de pecas.
Termina en focos de cáncer de piel. Es producida por una mutación
en el gen que codifica la endonucleasa que repara los dímeros de
timina. Se ha comprobado que las personas que sufren la
enfermedad poseen niveles bajos del enzima fotorreactivo. La
telangiectasia (dilatación de los vasos sanguíneos de la piel) y algunos
tipos de envejecimiento prematuro son dos ejemplos de
enfermedades producidas por mutaciones en los sistemas de
reparación.
41.- Representa de forma esquemática el intercambio de cadenas
homólogas de ADN que conduce a la recombinación genética.
Solución: El proceso de intercambio de cadenas homólogas se puede
representar del siguiente modo: 1. Se produce la rotura de una hebra
de cada cadena homóloga de ADN (a y b). 2. Cada hebra se une con la
opuesta de la cadena homologa (c). 3. Las ligasas unen los
fragmentos de las dos hebras y se forma ADN heterodúplex (híbrido)
(d). 4. El intercambio avanza por la hebra a lo largo del cromosoma
(e). 5. En un punto determinado las hebras se rompen de nuevo y se
sueldan (f y g). 6. El resultado es el intercambio de hebras entre dos
moléculas de ADN y la recombinación genética (h).
42.- Explica el punto de vista de las diferentes teorías evolucionistas
acerca del papel de la mutación.
Solución: Cada una de las diferentes teorías evolucionistas ofrece su
punto de vista particular sobre el papel de las mutaciones en la
evolución: Para el neodarvinismo, la mutación es una fuente de
variación que proporciona beneficios o perjuicios. La selección
natural elimina las mutaciones perjudiciales y favorece que las
beneficiosas incrementen su presencia en la población. A lo largo del
tiempo, la consolidación de las nuevas características origina
cambios, que conducen a la evolución de las especies. Según la teoría
neutralista, las mutaciones no suponen ni perjuicio ni beneficio. Las
mutaciones determinan características neutras con respecto a la
selección, y es el azar quien dirige, en gran medida, el proceso
evolutivo. La teoría de los equilibrios interrumpidos considera que la
acumulación de pequeñas mutaciones génicas proporciona la
posibilidad de adaptaciones. Los grandes cambios (mutaciones
cromosómicas, por ejemplo) explican la aparición de los grandes
grupos taxonómicos (familias, clases, etc.).
43.- ¿Qué es un organismo transgénico? Cita algunas aplicaciones de
estos organismos y comenta los posibles problemas que plantean.
Solución: Organismo transgénico. Es aquel desarrollado a partir de
una célula cuyo genoma ha sido modificado mediante la introducción,
de forma estable, de nuevos genes procedentes de una especie
distinta. Las aplicaciones de los organismos transgénicos son muy
variadas, destacaremos: Utilización de microorganismos trasgénicos
para la síntesis de proteínas útiles. Incorporando los genes
adecuados a un vector e introduciéndolo en una bacteria se puede
conseguir que sinteticen las proteínas codificadas por esos genes. La
insulina, la hormona del crecimiento, la somatostatina, factores de
coagulación, etc. son algunas proteínas que hoy se producen por
ingeniería genética. Introducción de genes a plantas de interés
económico. Mediante la transferencia de genes útiles se han
conseguido plantas modificadas genéticamente, como maíz
resistente a algunas plagas, soja que produce ácidos grasos de
interés industrial o plantas de tomate que retrasan la maduración del
fruto. Los vectores más utilizados para la introducción de los genes
son las bombas génicas y una bacteria del suelo llamada
Agrobacterium tumefaciens. La utilización de organismos
transgénicos ha planteado varios interrogantes, por ejemplo: El
desconocimiento de las consecuencias que tiene la introducción de
genes en la fisiología de los organismos vivos. Se desconocen las
posibles consecuencias ecológicas y para la salud humana que se
producirían si la bacteria modificada se escapara accidentalmente (o
fuese liberada intencionadamente). La posible aparición de
reacciones alérgicas, frente a los nuevos productos sintetizados por
estos organismos. La potenciación del uso de herbicidas, ya que
muchas de las plantas transgénicas comercializadas están diseñadas
para ser resistentes a altas concentraciones de estos productos. La
pérdida de diversidad biológica por introducción de nuevos genes en
los ecosistemas, de los que se desconoce su efecto, y que pueden
provocar la desaparición de las variedades naturales.
44.- Describe las principales moléculas que intervienen en la
replicación del ADN en procariontes y explica el mecanismo por el
que tiene lugar el proceso.
Solución: Las principales moléculas implicadas en la replicación del
ADN en los procariontes son: ADN polimerasas. Son los enzimas que
se encargan de catalizar la formación de enlaces fosfodiéster entre
dos nucleótidos consecutivos. Añaden, al extremo 3' de una cadena,
los nucleótidos complementarios a los de la cadena, que actúa como
molde. Para llevar a cabo la catálisis necesitan un extremo 3'-OH libre,
por lo que requieren un cebador para iniciar la síntesis. Este cebador
es un fragmento de ARN llamado primer o iniciador. En E. coli se
conocen tres polimerasas: el ADN polimerasa I, que presenta también
actividad exonucleasa y se encarga de rellenar espacios
polimerizando ADN; el ADN polimerasa II, que interviene en la
reparación del ADN, y el ADN polimerasa III, que sintetiza la mayor
parte el ADN durante la replicación. Helicasas. Separan las dos hebras
de la molécula de ADN mediante la rotura de los puentes de
hidrógeno que las mantienen unidas; de este modo, cada hebra
puede actuar de molde para la síntesis de una nueva cadena.
Topoisomerasas. Son enzimas encargados de desenrollar la doble
hélice de ADN a medida que se va replicando, para permitir la acción
del ADN polimerasa. Primasa. Es un ARN polimerasa que sintetiza
pequeños fragmentos de ARN llamados cebadores o primer.
Proteínas SSB. Son proteínas estabilizadoras de la cadena sencilla.
Una vez que actúa la helicasa se unen a las cadenas sencillas,
estabilizándolas mientras se produce la replicación. ADN ligasas. Se
encargan de unir fragmentos adyacentes de ADN, que se encuentran
correctamente emparejados con la hebra complementaria. El
mecanismo de la replicación podemos resumirlo en los siguientes
pasos: 1. Desenrollamiento y apertura de la doble hélice. Por acción
de los enzimas helicasas, la molécula de ADN se desenrolla,
rompiéndose los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las dos
cadenas. Estas se separan y se forma una horquilla de replicación. Las
dos moléculas de ADN, que se van formando a medida que se va
produciendo la replicación, van girando por acción de los
topoisomerasas, evitando así problemas de superenrollamiento. 2.
Síntesis de las nuevas hebras. Simultáneamente a la separación de las
dos hebras, se van sintetizando las nuevas hebras complementarias,
por acción de los ADN polimerasas. El proceso es el siguiente: El ARN
polimerasa, denominada primasa, sintetiza una pequeña molécula de
ARN que actúa de cebador, ya que el ADN polimerasa es capaz de
alargar la cadena, pero no de iniciar la síntesis. El ADN polimerasa III,
utilizando como cebador ( primer ) el fragmento de ARN, va
alargando la cadena. Este enzima solo es capaz de unir nucleótidos
en sentido 5' 3'. Como las dos cadenas que forman el ADN son
antiparalelas, la cadena de ADN que tiene dirección 3' 5' se replica de
forma continua, mientras que la otra cadena que tiene dirección 5' 3'
lo hace de forma discontinua. Esta cadena se replica de forma
retardada mediante la síntesis de pequeños fragmentos (1 000
nucleótidos) que crecen en dirección 5' 3', llamados fragmentos de
Okazaki. A continuación el ADN polimerasa I elimina los fragmentos
de ARN que han actuado de cebadores y rellena los huecos. Por
último, el ADN-ligasa une los extremos de los fragmentos, dando
lugar a la molécula completa.
45.- ¿Qué es una mutación génica? Indica sus tipos.
Solución: Las mutaciones génicas son aquellas que afectan a un solo
gen o a un número pequeño de genes. Son mutaciones que provocan
un cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN. Estos cambios
pueden ser la sustitución de un o unos nucleótidos por otros, la
inversión, inserción o deleción (pérdida) de uno o varios nucleótidos.
Las mutaciones génicas se producen de forma espontánea
(mutaciones espontáneas), o bien por efecto de las condiciones
ambientales (mutaciones inducidas). Las mutaciones espontáneas
surgen en cualquier tipo de célula y en cualquier momento. Pueden
producirse por las siguientes causas: Errores en la replicación.
Lesiones en el ADN (desaminaciones, despurinizaciones y
oxidaciones). La acción de elementos transponibles. Las mutaciones
inducidas se producen cuando un organismo está sometido a la
acción de agentes mutágenos específicos. Pueden ser: agentes
físicos, como la radiación UV o las radiaciones ionizantes; o agentes
químicos, como los análogos de bases o los agentes alquilantes.
46.- Describe los mecanismos que producen la aparición de
mutaciones espontáneas originadas por lesiones en el ADN.
Solución: Las mutaciones espontáneas más frecuentes originadas por
lesiones en el ADN son el resultado de: Despurinizaciones. Consisten
en la pérdida de bases púricas (adenina y guanina) por ruptura del
enlace N-glucosídico, que se establece entre la desoxirribosa y la
base. Durante la replicación posterior este punto no especifica
ninguna base, produciéndose una deleción (pérdida de un par de
bases). Desaminaciones. La desaminación provoca la conversión de la
citosina en uracilo, que se empareja con la adenina. Este fenómeno
conduce a la aparición de una transición GC AT durante la replicación.
También por desaminación pueden sustituirse citosinas por timinas.
Oxidaciones. Se deben a la acción de los radicales libres oxigenados
(superóxido O-2, peróxido H2O2, hidroxilo -OH), producidos por la
célula durante el metabolismo aerobio. Estas sustancias forman
derivados de la guanina que dan lugar a transversiones G T.
47.- La aflatoxina B1 es un potente carcinógeno que se une a la
guanina e impide la replicación del ADN. Explica el mecanismo de
reparación que actuará para corregir los efectos de este mutágeno.
Solución: La aflatoxina B1 es un agente mutágeno que provoca el
bloqueo de la replicación. Esta interrupción puede conducir a la
muerte de la célula. El mecanismo de reparación que se pondrá en
marcha para desbloquear la replicación es el sistema SOS o de
emergencia. Este sistema desbloquea la replicación, pero promueve
inserciones de bases reduciendo la fidelidad, lo que supone la
aparición de mutaciones.
48.- Define recombinación y clasifica sus tipos.
Solución: La recombinación consiste en la aparición de nuevas
combinaciones de genes, que serán diferentes de las que se
encuentran en los cromosomas de una célula determinada. Estas
nuevas combinaciones surgen por el intercambio de fragmentos de
ADN entre los cromosomas, durante el proceso llamado
sobrecruzamiento. Durante la recombinación no se pierde ni se gana
ningún nucleótido, por lo que el mecanismo molecular de
intercambio es muy preciso. Se distinguen dos tipos de
recombinación: Recombinación específica. El intercambio se produce
entre secuencias específicas de ADN, homólogas o no. A este caso
pertenece la recombinación de algunos fagos con el cromosoma
bacteriano o la inserción de elementos transponibles en distintos
puntos de un cromosoma. Recombinación general u homóloga. Es la
más habitual y se produce como resultado del intercambio de
información entre los cromosomas homólogos.
49.- ¿Son heredables todas las mutaciones que sufre un individuo
pluricelular?
Solución: En los organismos pluricelulares, las mutaciones tienen
consecuencias distintas si se producen en las células germinales o si
afectan a las células somáticas. En el primer caso, los efectos de la
mutación son heredables, ya que estas son las células que participan
en la reproducción; pero en el segundo, que son las llamadas
mutaciones somáticas, los cambios se producen en células que
mueren con el organismo y, por lo tanto, no afectan a la
descendencia.
50.- ¿Qué es la terapia génica? Explica las diferentes estrategias para
su aplicación y los problemas que plantea esta técnica.
Solución: La terapia génica es el tratamiento de una enfermedad que
se basa en la introducción de genes en el organismo como forma de
atacar enfermedades con base genética. La técnica consiste en la
introducción de genes correctos, para corregir el efecto producido
por genes defectuosos. Las diferentes estrategias de terapia génica
son: Ex vivo: Consiste en extraer las células del enfermo y cultivarlas.
Posteriormente, se les inserta el gen normal y se reintroducen en el
organismo. Hoy en día, es la técnica más utilizada. In situ: Mediante
este procedimiento se introducen los genes directamente en los
tejidos. In vivo: Los genes se introducen por vía sanguínea, unidos a
vectores que contienen moléculas en su superficie, que son
reconocidas por receptores específicos de determinadas células, las
células diana. Allí transfieren la información genética deseada.
Algunos de los problemas que plantea la aplicación de la terapia
génica son: En las técnicas in situ y ex vivo, los genes implantados no
producen la suficiente cantidad de proteína y, además, las células
portadoras terminan por morir y, con ellas, el efecto deseado. La
integración del gen se produce al azar dentro del genoma. Este hecho
puede dar lugar a la fragmentación de genes importantes; por
ejemplo, un gen supresor de tumores, con lo que se está induciendo
un defecto genético al intentar arreglar otro. De todos modos,
aunque quedan muchos problemas por resolver, la terapia génica ha
abierto grandes posibilidades para el futuro.
51.- Durante la replicación, los ADN polimerasas actúan sintetizando la
hebra nueva en sentido 5' 3'. Si las dos hebras de la molécula de ADN
son antiparalelas, ¿cómo es posible que se repliquen a la vez?
Solución: Durante la replicación del ADN las dos cadenas se sintetizan
a la vez, pero no de la misma forma: La hebra que crece en sentido 5'
3' no plantea problemas, ya que los ADN polimerasas leen en sentido
3' 5' y sintetizan en sentido 5' 3'. Esta hebra se fabrica de forma
continua y se denomina hebra líder. La otra cadena, llamada
retardada, es antiparalela y, por tanto, no puede replicarse de forma
continua. La síntesis se realiza en dirección 5' 3' en trozos de unos 1
000 nucleótidos, llamados fragmentos de Okazaki. Estos fragmentos
necesitan un ARN cebador que, posteriormente, será degradado y los
fragmentos unidos por los ADN ligasas.
52.- Las mutaciones génicas son aquellas que afectan a un único gen.
¿Qué causas provocan las mutaciones génicas? ¿Qué es una mutación
puntual? ¿Puede este tipo de mutaciones explicar la aparición de
nuevos alelos?
Solución: Las mutaciones génicas son lesiones o alteraciones en el
ADN que se producen de forma espontánea (mutaciones
espontáneas), o bien por efecto de las condiciones ambientales
(mutaciones inducidas). Las mutaciones espontáneas surgen en
cualquier tipo de célula y en cualquier momento. Pueden producirse
por las siguientes causas: Errores en la replicación. Lesiones en el
ADN (desaminaciones, despurinizaciones y oxidaciones). La acción de
elementos transponibles. Las mutaciones inducidas se producen
cuando un organismo está sometido a la acción de agentes
mutágenos específicos. Estos pueden ser: agentes físicos, como la
radiación UV o las radiaciones ionizantes, o agentes químicos, como
los análogos de bases o los agentes alquilantes. Una mutación
puntual es una mutación génica que afecta a un único par de
nuleótidos. Por ejemplo: el cambio de un par A -T por el par G - C. Las
mutaciones puntuales afectan a la secuencia del gen y pueden, por
tanto, modificar la proteína que codifica. En algunos casos son la
causa de enfermedades genéticas. Por ejemplo, la anemia falciforme
es una enfermedad que se origina por una mutación en el gen que
codifica las cadenas beta de la hemoglobina. La mutación provoca la
sustitución de un ácido glutámico por una valina en la secuencia de
aminoácidos. Los alelos son las distintas formas en las que puede
encontrarse un gen dentro de una población. La alteración de la
secuencia de bases de un gen, por efecto de una mutación, conduce
a la aparición de nuevas variantes que originan las series alélicas. Por
tanto, las mutaciones génicas son la causa de la aparición de nuevos
alelos.
53.- Los errores en la replicación son una de las causas que producen
alteraciones en el ADN de forma espontánea. Describe y representa
gráficamente cómo se originan estos cambios.
Solución: Los errores en la replicación se generan como consecuencia
de apareamientos incorrectos, que conducen a la aparición de varios
tipos de mutaciones: Sustitución de una base por otra; dicha
sustitución puede ser de dos tipos: Transición: es el cambio de una
base por otra del mismo tipo, púrica por púrica o pirimidínica por
pirimidínica. Transversión: supone el cambio de una base púrica por
una pirimidínica, o viceversa. Inserciones. Consisten en que la
secuencia lineal de bases se modifica porque se introducen uno o
más pares de bases en algún lugar de la molécula. Delecciones.
Suponen la pérdida de un fragmento del gen constituido por uno o
más nucleótidos. Duplicaciones. Son repeticiones de una secuencia
del gen. Inversiones. Se producen cuando una secuencia de
nucleótidos sufre un giro de 180. Las mutaciones génicas pueden
suceder en cualquier zona de la molécula de ADN, pero son mucho
más frecuentes en los llamados puntos calientes.
54.- ¿Cómo actúa el sistema de reparación SOS?; ¿cuáles son las
consecuencias de su acción?
Solución: Algunos agentes mutágenos, como la radiación UV, la
aflatoxina B1 o el benzopireno, producen lesiones en el ADN que
interrumpen la replicación. El bloqueo puede llegar a producir la
muerte de la célula si no se pone en marcha el sistema de reparación
de emergencia: el SOS. El sistema SOS desbloquea la replicación,
eliminando la lesión producida en el ADN, pero su actuación implica la
relajación en la especificidad del apareamiento, al rellenar el hueco
creado. De todos modos, consigue que la replicación continúe. El
sistema SOS se emplea como último recurso y puede considerarse
como un factor de mutación, puesto que convierte un agente
bloqueante en un mutágeno.
55.- Explica la relación entre los transposones y la conjugación
bacteriana.
Solución: La conjugación bacteriana es un proceso en el que una
parte de una hebra del cromosoma de una bacteria dadora,
denominada célula F+ o (+), ya que es protadora de un factor sexual
F, se transfiere al interior de una célula receptora, denominada F- o (), que carece del factor F, a través de tubos de conexión llamados pili.
El factor F puede encontrarse recombinado en el cromosoma de la
bacteria o situado en pequeñas moléculas de ADN, denominadas
plásmidos. Estos plásmidos son capaces de insertarse en el
cromosoma principal, ya que actúan como elementos transponibles
que presentan secuencias de inserción junto con otros genes. La
presencia del factor F permite que, al producirse la conjugación, el
fragmento de ADN donado se inserte en el cromosoma de la célula
receptora. Esta inserción es posible gracias a la presencia de
secuencias de inserción específicas, características de los elementos
transponibles.
56.- ¿Cuáles son las fuentes de variabilidad sobre las que actúa la
selección natural?
Solución: Las fuentes de variación sobre las que actúa la evolución
son: la mutación, la recombinación y la transposición. La mutación es
la fuente primaria de variación, produce modificaciones en las
secuencias de bases del ADN que originan la aparición de nuevos
genes (alelos). La recombinación y la transposición incrementan la
velocidad de la evolución y, aunque no provocan la aparición de
nuevos genes, aumentan el número de combinaciones distintas de
estos. La recombinación supone la aparición de nuevas
combinaciones en las células germinales formadas durante la meiosis.
La transposición origina nuevos ordenamientos, tanto en los
cromosomas de eucariontes como en los de procariontes.
Recombinación y transposición son la fuente de variación secundaria
sobre la que actúa la evolución.
57.- Enzimas de restricción: a) Concepto y mecanismo de acción. b)
Comenta un ejemplo. c) Explica sus aplicaciones en la tecnología del
ADN recombinante.
Solución: a) Los enzimas de restricción son aquellos que cortan el
ADN por unas secuencias específicas, generalmente, constituidas por
4 u 8 pares de bases. Estos puntos de corte se llaman secuencias de
reconocimiento. Algunos de estos enzimas cortan cada cadena en
lugares separados por algunos nucleótidos y, como resultado,
aparecen secuencias de ADN de una sola hebra en los extremos de
corte. Estos extremos se denominan pegajosos, puesto que pueden
unirse de nuevo, restableciéndose espontáneamente los puentes de
hidrógeno entre las bases complementarias. b) Se conocen
centenares de enzimas de restricción. Uno de los más utlizados es el
EcoRI, que corta el AND. c) Los enzimas de restricción permiten unir
extremos pegajosos, procedentes de cualquier molécula de ADN
(incluso de especies distintas), que hayan sido cortados por el mismo
enzima. De esta forma, se pueden sintetizar moléculas de ADN
recombinante, como pueden ser plásmidos, que contengan genes
humanos.
58.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la
replicación: a) Concepto de replicación. b) Tras el descubrimiento de
la estructura del ADN, ¿qué modelos se plantearon para explicar la
replicación?; ¿cuál de ellos es el correcto? c) En la replicación de una
molécula de ADN de doble hebra y después de tres ciclos de
replicación, ¿cuántas hebras de nueva síntesis habrán aparecido?
Solución: a) La replicación consiste en la síntesis de una copia de una
molécula de ADN; es decir, a partir de una molécula de ADN se
obtendrán dos moléculas idénticas. Este proceso está relacionado
con la reproducción y ocurre en la fase S del ciclo celular. De esta
forma, después de que ha tenido lugar la división celular, cada célula
hija posee la misma información genética. b) Una vez descubierta la
estructura del ADN, se plantearon tres hipótesis para tratar de
explicar el mecanismo de la replicación: Conservativa. Según esta
hipótesis, las dos cadenas de la doble hélice hija se sintetizan de
nuevo a partir del molde de la parental, que permanece. Dispersiva.
Según esta hipótesis, las dos cadenas tendrían fragmentos de la
cadena antigua y fragmentos recién sintetizados. Semiconservativa.
La molécula de ADN se separa en sus dos hebras y cada una de ellas
sirve de molde para la síntesis de su complementaria. De esta forma,
las dobles hélices resultantes contienen una hebra antigua o parental
y una de nueva síntesis. La hipótesis semiconservativa es el modelo
de replicación confirmado, tanto en eucariontes como en
procariontes. Al ser la replicación un proceso semiconservativo,
después de dos ciclos de replicación se formarán seis hebras de
nueva síntesis, tal como se muestra en el esquema.
59.- Define el concepto de mutación y clasifica los distintos tipos de
mutaciones.
Solución: Una mutación es un cambio heredable y medible del
material genético. Las mutaciones pueden afectar a cualquier tipo de
células, pero solamente se transmitirán a la descendencia aquellas
mutaciones que se produzcan en los gametos o en células
embrionarias que den lugar a gametos. Podemos distinguir dos
grandes tipos de mutaciones: Génicas: Afectan solo a un gen o a un
número pequeño de genes. Son mutaciones que provocan un cambio
en la secuencia de nucleótidos del ADN. Estos cambios pueden ser la
sustitución de un o unos nucleótidos por otros, la inversión, inserción
o deleción (pérdida) de uno o varios nucleótidos. Cromosómicas.
Suponen un cambio en la estructura o en el número de los
cromosomas. Pueden ser: Estructurales: Cuando afectan a la
ordenación de los genes de uno o varios cromosomas. Modifican los
grupos de ligamiento. Numéricas: Suponen una alteración del
número de cromosomas o de juegos cromosómicos.
60.- Explica la forma de actuación de un mutágeno físico y otro
químico y represéntalo esquemáticamente.
Solución: La radiación ultravioleta es un mutágeno físico que induce
la formación de dímeros de pirimidinas (especialmente, de timina).
Este tipo de mutación impide el apareamiento específico de las bases,
produciendo la interrupción de la replicación. El bloqueo de la
replicación pone en funcionamiento el sistema de repación SOS, que
promueve la inserción de bases con muy poca fidelidad, pero que
permite que la replicación continúe. La 2-aminopurina es un análogo
de la adenina. Esta molécula se aparea con la citosina, originando una
transición G -C A -T.
Supongamos que en una molécula de ADN se produce un dímero de
timina por acción de la radiación UV. ¿De qué mecanismos dispone la
célula para su reparación? Los dímeros de timina formados por la luz
UV pueden ser subsanados por dos mecanismos de reparación,
dependiendo de la situación en la que se encuentre la célula: En
presencia de luz, la reparación la realiza el enzima endonucleasa
ultravioleta, que se activa por la luz (enzima fotorreactivo). Este
enzima debe absorber un fotón para poder deshacer el dímero en
dos monómeros. En ausencia de luz, existe una vía alternativa, que es
la reparación por escisión. En este caso, una endonucleasa escinde un
segmento de 10 a 100 nucleótidos a ambos lados del dímero.
Posteriormente, la ADN polimerasa I y la ligasa rellenan el hueco.
Durante la replicación la aparición de dímeros de timina bloquea el
proceso. Esta circunstancia pone en marcha el mecanismo SOS o de
emergencia. Este sistema de reparación desbloquea la replicación,
pero promueve inserciones de bases reduciendo la fidelidad, lo que
supone la aparición de mutaciones.
61.- Define recombinación y transposición. ¿Qué diferencias existen
entre estos procesos y la mutación, en cuanto a sus consecuencias
genéticas?
Solución: La recombinación consiste en la aparición de nuevas
combinaciones de genes, que van a ser diferentes de las que se
encuentran en los cromosomas de una célula determinada. Las
nuevas combinaciones surgen por el intercambio de fragmentos de
ADN entre los cromosomas, durante el proceso llamado
sobrecruzamiento. Durante la recombinación no se pierde ni se gana
ningún nucleótido, por lo que el mecanismo molecular de
intercambio es muy preciso. La transposición es un mecanismo de
cambio genético que se debe al desplazamiento de genes
(fragmentos de ADN) dentro del mismo cromosoma o de un
cromosoma a otro. Los fragmentos de ADN que se desplazan se
denominan elementos genéticos transponibles o transposones, y han
sido observados tanto en procariontes como en eucariontes. Tanto la
recombinación como la transposición provocan la aparición de
nuevas combinaciones de genes en los cromosomas de una especie
determinada. Sin embargo, la mutación origina la aparición de nuevos
genes en una población por la modificación de la secuencia de bases
del ADN.
62.- Justifica la siguiente frase: Sin mutación no se hubiera producido
el hecho evolutivo, pero sin recombinación, sí.
Solución: La mutación es la fuente primaria de variación, produce
modificaciones en las secuencias de bases del ADN que originan la
aparición de nuevos genes (alelos). En los organismos resulta
beneficiosa para su evolución la ocurrencia de mutaciones, ya que
aumenta la variabilidad genética en las poblaciones y le permite
responder con mayor plasticidad ante condiciones ambientales
cambiantes. Sin embargo, el mecanismo de la recombinación
genética no conduce a la aparición de nuevos genes, pero crea
nuevas combinaciones de estos, que permiten potenciar al máximo la
variabilidad genética debida al fenómeno de la mutación. Esto no
quiere decir que las nuevas combinaciones genéticas no se pudieran
producir por mutación; lo que sucede es que la recombinación
aumenta la velocidad con la que el nuevo espectro genético se
extenderá por la población. En resumen, sin mutación no existiría el
fenómeno evolutivo, pero sin recombinación, sí, aunque hubiera sido
mucho más lenta.
63.- ¿Cómo construirías una molécula de ADN recombinante?
Solución: Una molécula de ADN recombinante es aquella que
contiene fragmentos no homólogos que pueden proceder incluso de
organismos distintos. Las moléculas de ADN recombinante suelen
contener un vector y el gen o los genes de interés. Supongamos que
se quiere construir una molécula que utilice un plásmido como vector
y un gen objeto de estudio. El proceso sería el siguiente: 1.- El
plásmido se corta con un enzima de restricción, quedando abierto y
con los extremos pegajosos expuestos en sus extremos. 2.- A
continuación, se ponen en contacto el plásmido abierto con el gen
objeto de estudio que, también, ha sido cortado por el mismo enzima
de restricción. 3.- Las dos moléculas se funden por sus extremos
pegajosos, obteniéndose plásmidos recombinantes que contienen el
gen de interés y la información genética del plásmido. 4.Posteriormente, la molécula de ADN recombinante puede clonarse
para amplificar las copias del gen. Para ello, los plásmidos
recombinantes se colocan en un medio de cultivo con bacterias,
incorporándose a algunas células bacterianas. Cuando estas células
se dividen, los plásmidos recombinantes se replican,
incrementándose rápidamente el número de células que contienen el
gen objeto de estudio. 5.- Por último, los plásmidos pueden aislarse y
ser tratados con el mismo enzima de restricción, para recuperar las
copias del gen clonado.
LA CELULA I
1. FUNCIONES DE NUTRICION.
Funciones encaminadas a la obtención de energía y a la construcción
celular. Todas las células requieren una fuente de Carbono y una
fuente de Energía.
a) Fuente de Carbono: Necesaria para la construcción celular.
CO2 ------------------------------ Autótrofos.
Moléculas Orgánicas ------- Heterótrofos.
b) Fuente de Energía: Necesaria para transformarla en energía
química (ATP).
E. Lumínica ------------ Fotótrofos.
E. Química ------------- Quimiótrofos.
CO2
MOLÉCULAS ORGANICAS
(autótrofos)
(heterótrofos)
E. LUMINICA
FOTOAUTOTROFOS
FOTOHETEROTROFOS
(fotótrofos)
Plantas, algas y bacterias
fotosintetizadoras
Bacterias rojas y verdes
E. QUIMICA
QUIMIOAUTOTROFOS
QUIMIOHETEROTROFOS
(quimiótrofos) Bacterias Nitrificantes y
Sulfobacterias
Metazoos, protozoos,
hongos y bacterias.
1.2. INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA.
El transporte de sustancias a través de la membrana puede ser un
transporte pasivo o un transporte activo.
1.2.1. Transporte pasivo. Es un proceso espontaneo de difusión de
sustancias a través de la membrana, a favor de gradiente
electroquímico. Puede ser de tres formas:
i) ósmosis: de la cual ya hemos hablado.
ii) Difusión simple: paso de pequéñas moléculas disueltas en el agua
(CO2, O2, NA, K, etc). Las moléculas atraviesan la bicapa por lo que
han de ser muy pequeñas y/o ser una molécula lipófila. En ocasiones
la difusión simple se realiza a través de proteínas transmembranales
que actúan como verdaderos canales iónicos. Estos canales pueden
estar permanente abiertos o ser de apertura regulada bien por
voltaje o bien por ligandos.
Los canales regulados por voltaje se abren y cierran en respuesta a
los cambios de potencial de membrana. Por ejemplo, los canales de
Na+ y K+ localizados en la membrana plasmática de la neurona, o los
canales de Ca2+ situados en los botones sinápticos.
Los canales regulados por ligandos se abren y cierran como
consecuencia de la unión de una molécula que actúa como ligando en
un sitio de la proteina canal que actúa como receptor. Los ligandos
pueden ser neorotransmisores u hormonas. Pertenecen a esta clase
los canales de Na+, K+ y Cl- que se abren en las membranas
plasmáticas de las neuronas cuando los neurotransmisores se unen a
los receptores postsinápticos.
iii) Transporte facilitado. Se realiza mediante unas proteínas
denominadas permeasas, que poseen una estructura
complementaria de la molecula específica que dejan pasar.
1.2.2. Transporte activo. Es un proceso que se realiza en contra de
gradiente de concentración, que requiere de enzimas situadas en la
membrana que consumen energía en forma de ATP.
i) La bomba de Na+-K+ es una ATP-asa que hidroliza ATP para obtener
la energía necesaria para el transporte de Na+ hacia el exterior y de
K+ hacia el interior. La concentración de Na+ en el interior respecto al
exterior es muy baja, mientras que la concentración de K+ en el
interior es muy superior a la que hay en el exterior.
ii) La bomba de Ca2+ realiza el transporte de los iones Ca2+ desde el
citoplasma hacia el exterior de la celula utilizando ATP.
. Difusión
. Fagocitosis y Pinocitosis
. Digestión. Lisosomas. Enzimas hidrolíticas.
. Metabolismo
. Catabolismo. Respiración celular. ATP
. Anabolismo. Síntesis de biomoléculas.
. Excrección.
2. FUNCIONES DE RELACION.
Funciones que relacionan a la célula con el medio externo y con
células adyacentes.
- Receptores celulares situados en la membrana reciben señales
químicas. (Hormonas).
- Cambios en las concentraciones de sales en el exterior e interior de
la célula. (Impulso Nervioso).
- Movimientos celulares.
1. Endocelular. Citoesqueleto.
2. Ameboideo. Pseudópodos.
3. Contráctil. Miofibrillas.
4. Vibrátil. Cilios y flagelos.
3. FUNCIONES DE REPRODUCCION
Son las funciones encaminadas a la formación de nuevas células.
4.1. CICLO VITAL DE LA CELULA.
Fase G1. Fase de crecimineto inicial. Etapa de intensidad metabólica.
Los genes se transcriben y traducen para sinteizar proteínas.
Fase S. Duplicación de los cromosomas por replicación de las
moléculas de ADN.
Fase G2. Transcripción y traducción de genes implicados en la división
celular
Fase M. División y reparto de cromosomas homólogos (mitosis) y del
citoplasma (citocinesis).
4.1.1. FASE S.
Durante la fase anterior G1, las moléculas de ADN están enrolladas
alrededor de las proteínas histonas, formando los fibras de
cromatina que constituyen los cromosomas. Durante la fase S se
realiza la duplicación de los cromosomas en el núcleo, por replicación
de las moléculas de ADN. Las dos moléculas hijas de cada cromosoma
son identicas entre sí, por lo que se denominan cromátidas
hermanas.
4.1.2. FASE G2.
Durante esta fase se inicia la condensación de los cromatidas
hermanas hasta formar los cromosomas mitóticos. Cada cromátida
tiene forma de bastocillo y permanecen unidas entre si a través de
una región denominada centromero. Según la posición relativa del
centrómero en los cromosomas mitóticos, esto se clasifican en:
- Metacéntricos: Centrómero central. Dos brazos iguales en cada
cromátida.
- Acrocéntricos: Centrómero distal. Dos brazos desiguales en cada
cromátida.
- Telocéntricos: Centrómero terminal. Un solo brazo por cada
cromátida.
4.1.3. FASE M: DIVISION CELULAR
MITOSIS.
La mitosis es la fase en la cual los nucleos de las células se dividen y se
reparten las cromátidas hermanas. Es un proceso continuo en el que
se distinguen cinco etapas: Profase, prometafase, metafase, anafase
y telofase. Cada etapa viene caracterizada por una serie de cambios
celulares.
a) PROFASE: A lo largo de esta fase finaliza la condensación de las
cromátidas hermanas iniciada en la fase G2. Los cromosomas
mitóticos se van haciendo más cortos y grueos, haciendose visibles al
microscopio óptico. En esta fase el complejo centriolar (formado por
dos centriolos y fibras pericentriolares), se duplica formando
los asteres que comienzan a alejarse a polos opuestos del núcleo, al
tiempo que se forman nuevas fibras de microtúbulos polares que
constituyen el huso mitótico. Las células animales, que poseen
centriolos y por tanto forman aster realizan una mitosis llamda astral,
para diferenciarla de la mitosis anastral que realizan las células
vegetales que carecen de centriolos. En este caso las fibras del huso
se forman en una región del citoplasma cercana al nucleo y libre de
orgánulos que se conoce como zona clara.
b) PROMETAFASE: La ruptura de la envoltura nuclear señala el
comienzo de esta fase, quedando los cromosomas libres. Se forman
los microtúbulos cinetocóricos, a apartir de los cinetocoros de los
cromosomas. Estos microtúbulos son perpendiculares al eje del
cromosoma. Al final de esta fase los cromosomas comienzan a
orientarse respecto a los polos, de modo que cada cinetocoro se
encuentra frente a un de los polos.
c) METAFASE. Los cromosomas se disponen con sus cinetocoros en
un mismo plano ecuatorial equidistantes de los dos polos, formando
la llamada placa metafásica. Los microtúbulos cinetocóricos se
alargan hacia los polos.
d) ANAFASE. Las cromátidas hermanas de cada cromosoma se
separan y se convierten en cromosomas independientes que son
desplazdos, a la misma velocidad y simultáneamente, hacia el polo
que miran sus cinetocoros. Esto es posible por un acortamiento de
los microtúbulos cinetocóricos y un alargamiento de los microtubulos
polaraes que alargan el huso y alejan ambos polos.
e) TELOFASE. Al principio desaparecen las microtubulos
cinetocóricos y fragmentos de retículo endoplasmático se unen a los
cromosomas, formando un esbozo de la envoltura nuclear. Los
microtubulos polares se agrupan en haces y se alejan de los polos. Al
final de esta fase se completa la envoltura nuclear, los cromosomas
comienzan a descondensarse y los microtubulos polares se
encuentran agrupados formando un haz único.
CITOCINESIS.
a) Final de la anafase: la división del citoplasma se inicia al final de la
anafase. La membrana citoplasmática se invagina, gracias al anillo
contráctil de fibras de actina dispuesto alrededor de la célula,
iniciando asi la formación del surco de división.
b) Telofase: Al lo largo de la telofase el surco crece y se comprime
alrededor del haz microtúbulos polares
Al final de la telofase las células hijas estan unidas por un puente
citoplasmático donde se encuentra el haz de microtúbulos.
c) Separación de las células: El puente citoplasmático se rompe, las
celulas se separan y una de ellas arrastra los restos del haz de
microtúbulos que finalmente seran dgradados.
En las células vegetales la citocinesis presenta algunas diferencias
respecto a lo visto anteriormente:
Durante la telofase, vesículas provenientes del aparato de Golgi
confluyen en la región media de la célula y se fusionanan formando
el fragmoplasto. Al final de la telofase todas las vesiculas se han
fusionado formando las membranas plasmáticas de las dos células
hijas. A partir del contenido de la vesiculas se forma la pared celular.
Los Puentes o poros persisten entre las dos células y sonstituyen
los plasmodesmos.
En general la división citoplasmática puede ser de tres formas
diferentes:
- Bipartición: La célula se divide en dos células hijas iguales.
- Gemación: el núcleo se divide una o pocas veces y se separa de la
célula madre en forma de yemas.
- División Múltiple: El núcleo se divide muchas veces, cada núcleo se
rodea de una porción de citoplasma, quedando libres cuando la
membrana de la célula madre se rompe.
MEIOSIS
El número de cromosomas es igual en todas las células de los
individuos de una misma especie, siendo característo de las
diferentes especies: Homo sapiens 46 cromosomas, Canis
domesticus (perro) 78, Licopersicum sculentum (tomate) 36. Este
número de cromosomas se denomina número diploide y se
designa 2n, ya que esta formado por pares de cromosomas,
denominados cromosomas homólogo. Los pares homologos
proceden del gameto masculino y del gameto femenino, y se reunen
en el momento de la fecundación. Los gametos poseen por
tanto n cromosomas o número haploide. Así, las células del hombre
hay 23 parejas de cromososmas homólogos (46), excepto en los
gametos que solo poseen 23 cromosomas.
_ (n) + _ (n) ---fecundación----® Zigoto (2n)
Las células germinativas, a partir de las cuales se originan
los gametos, son células diploides. Por tal motivo estas células tienen
que sufrir una reducción cromosómica. Esta reducción es posible
gracias a la meiosis que consiste basicamente en dos divisiones
consecutivas de la célula, con una sola división cromosómica. El
resultado es que a partir de una célula 2n se obtienen cuatro
células n.
Tal y como ocurre en la mitosis, durante las fases previas S y G1, se
produce la duplicación de los cromosomas, los cuales quedan unidos
a través del centromero. A partir de aqui la meiosis transcurre en dos
divisiones sucesivas:
Primera División Meiótica.
1. PROFASE I. Es la fase clave de la meiosis y la más larga y compleja.
Durante todo el proceso la envoltura nuclear permanece intacta, al
tiempo que se desintegran el nucleolo y se forma el huso mitótico. Se
distinguen cinco fases:
1.1. Leptoteno: Los cromosomas se hacen visibles por condensación.
Sin embargo no se distinguen las cromatidas hermanas pues
permanecen estrechamente unidas. Los cromosomas forman bucles
de manera que sus extremos se unen a la cara interna de la envoltura
nuclear a través de la placa de unión.
1.2. Zigoteno: Los cromosomas homólogos se aparean punto por
punto, de forma intima, en toda su longitud. Este emparejamiento
gen a gen de los cromosomas homólogos se denomina Sinapsis. El
apareamiento preciso de los homólogos queda estabilazado y
mantenido hasta el final de la siguiente fase gracias a la formación de
una estructura proteica en forma de cinta denominada complejo
sinaptonémico. La sinapsis se produce entre todos los cromosomas
homólogos excepto entre los cromosomas X e Y, que solo se aparean
parcialmente.
1.3. Paquiteno: Los cromosomas se encogen haciendose más grueso.
Cada par de cromosomas homólogo se denomina bivalente. Durante
esta fase se produce el intercambio de fragmentos cromatídico entre
cromátidas no hermanas de los cromosomas homólogos, mediante
un procesos complejo conocido como sobrecruzamiento y que es la
causa de la recombinación genética. Al final del paquiteno son
visibles las cromatiadas hermanas, de manera ene cada grupo
cromosómico posee cuatro cromátidas y se denomia tetrada.
1.4. Diploteno: Desaparece el complejo sinaptonémico lo que provoca
la separación de los cromosomas homólogos. La separación no es
total pues las cromátidas no hermanas permanecen unidas por zonas
denominadas quiasmas, que son los puntos por donde se produjo el
sobrecruzamiento.
1.5. Diacinesis: La condesación de las tetradas es máxima. Las
cromátidasno hemanas permanecen unidas por los quiasmas que se
han desplazado a los extremos de los cromosomas homólogos. Al
final de esta fase comineza la desintegración de la envoltura nuclear y
del nucleolo, al tiempo que se duplica el diplosoma, se forma el aster
y se inicia la formación del huso con microtúbulos polares
2. METAFASE I.
Se forman los microtúbulos cinetocóricos, pero a diferencia de la
mitosis, los dos cinetocoros de un mismo cromosoma homólogo
estan orientados hacia el mismo polo, mientras que los cinotocoros
del homólogo se orientan hacia el polo opuesto.
3. ANAFASE I.
Los quiasmas se rompesn y al acortarse los microtúbulos
cinetocoricos se produce la separación de los cromosomas
homólogos, que emigran hacia polos opuestos.
4. TELOFASE.
Desaparece el huso y se forma la envoltura nuclear. Los cromosomas
se sufren una ligera descondensación y la celula se divide en dos.
Como resultado de esta primera división se producen dos células que
tiene cada una un juego completo de cromosomas homólogos
procedentes de la célula madre. Estos cromosomas homologos ya no
son completamente pateno o maternos pues debido al
sobrecruzamineto alternan segmentos paternos y maternos al azar.
De esta forma la recombinación genética hace que todos los
gamentos sean geneticamente diferentes.
Segunda División Meiótica.
Se trata de un proceso similar a la mitosis. Comprende las fases:
profase II, metafase II, anafase II, telofase II y citocinesis que son
identicas a las estudiadas en la mitosis . El resultado final de esta
segunda división son cuatro células haploides por cada célula madre
diploide.
PREGUNTAS RESUELTAS. LA CÉLULA
1.- Explica la función de la cápsula de las células bacterianas.
2.- ¿Qué es el glucocálix?, ¿cuáles son sus funciones?
3.- La comunicación entre las células de un organismo pluricelular se
realiza, en la mayoría de los casos, a través de mensajeros químicos
que no pueden atravesar la membrana celular. Explica cómo la célula
recibe y transmite esa información.
4.- Define los conceptos de endocitosis y exocitosis.
5.- ¿En qué células aparecen las uniones estrechas?, ¿cuáles son las
características de este tipo de unión?
6.- ¿Cuáles son las estructuras que permiten el intercambio de agua y
solutos entre las células vegetales adyacentes?
7.- ¿En qué grupos se dividen las proteínas presentes en la membrana
plasmática? ¿Qué funciones realizan?
8.- ¿Por qué las hormonas esteroides no disponen de receptores de
membrana?
9.- ¿Cómo actúa la bomba de sodio y potasio?, ¿cuáles son sus
funciones?
10.- Explica las características de los distintos tipos de uniones
intercelulares.
11.- ¿Qué funciones realiza la pared celular de las plantas?
12.- Explica el modelo de mosaico fluido de la membrana plasmática y
realiza un dibujo esquemático señalando las moléculas que participan
en su estructura.
13.- Justifica por qué las células diana son específicas para
determinados mensajeros químicos (ligandos).
14.- Explica los mecanismos de transporte de pequeñas moléculas a
través de la membrana.
15.- Explica la estructura de los desmosomas y señala algún tejido
donde puedan encontrarse.
16.- ¿Qué es el peptidoglicano? ¿Cuáles son las diferencias entre la
pared celular de las bacterias gram-positivas y la de las bacterias
gram-negativas?
17.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con los lípidos
de membrana: a) ¿Qué lípidos forman parte de las membranas
biológicas? b) ¿Qué característica común presentan los lípidos de
membrana que les permite formar bicapas? c) ¿Cuáles son las
funciones de la membrana plasmática debidas a los lípidos?
18.- Explica las diferencias entre la fagocitosis y la pinocitosis.
19.- ¿Qué son las uniones en hendidura? Indica algún ejemplo en el
que participe este tipo de contacto celular.
20.- Explica la estructura y la composición química de la pared celular
de las plantas.
21.- Explica los conceptos de mensajero agonista y antagonista, y
propón un ejemplo de su utilidad en farmacología.
22.- Explica mediante un dibujo el proceso de endocitosis mediada
por receptor.
23.- Explica cómo están formados los microtúbulos y los
microfilamentos. ¿Qué significado tiene que estas estructuras sean
dinámicas?
24.- ¿Cuántos tipos de vesículas se pueden diferenciar en el aparato
de Golgi?
25.- ¿Qué son los lisosomas? ¿Cómo mantienen las condiciones
adecuadas para ser activos?
26.- ¿Qué procesos ocurren en la matriz mitocondrial?
27.- Representa mediante un dibujo un cloroplasto. Indica mediante
números cada parte.
28.- ¿Cuáles son las proteínas que están formando los undulipodios?
29.- ¿Qué elementos constituyen el citoesqueleto y qué funciones
desempeña este?
30.- ¿Qué es el retículo endoplasmático? ¿Cuántos tipos de retículo se
diferencian?
31.- ¿Qué semejanzas presentan los peroxisomas con los lisosomas y
las mitocondrias?
32.- ¿Qué son las partículas elementales? ¿Dónde se localizan?
33.- ¿Qué son los plastos? Principales tipos de plastos.
34.- Explica cómo es la estructura de un flagelo.
35.- ¿A qué se denomina hialoplasma? ¿Qué función tiene?
36.- Enumera las funciones más importantes del aparato de Golgi.
37.- ¿Cuántos tipos de lisosomas hay? ¿Cómo se forman cada uno de
ellos?
38.- ¿Se pueden sintetizar proteínas en las mitocondrias? Razónalo.
39.- ¿Qué son los tilacoides?
40.- ¿Dónde se localizan los ribosomas en las células eucariotas?
41.- ¿Qué son los filamentos intermedios? Cita ejemplos.
42.- Explica una función de cada uno de los tipos de retículo
endoplasmático que conozcas.
43.- ¿Para qué sirven las vacuolas contráctiles?
44.- ¿Qué características presenta la membrana mitocondrial interna?
¿Qué procesos ocurren en ella?
45.- ¿Los cloroplastos y las mitocondrias presentan alguna semejanza
con las bacterias?
46.- ¿Qué son los centriolos? Explica cómo es su estructura.
47.- Enunciar tres funciones de los microtúbulos y otras tres de los
microfilamentos.
48.- ¿Qué son los dictiosomas?
49.- Señala las semejanzas y diferencias que existen entre los
heterolisosomas y los autolisosomas.
50.- Dibuja una mitocondria señalando en ella todas sus partes
51.- Función de los cloroplastos.
52.- ¿Qué son las inclusiones? Cita ejemplos.
53.- ¿Cuáles son los principales componentes químicos del núcleo y
cómo varían dichos componentes?
54.- ¿Qué características presentan las membranas que constituyen la
envoltura nuclear?
55.- ¿Qué función desempeña el nucléolo?
56.- Explica a qué tipo, según la posición del centrómero, pertenecen
los cromosomas siguientes: 1. Metacéntricos. 2. Submetacéntricos. 3.
Acrocéntricos. 4. Telocéntricos.
57.- Según las características del núcleo celular: a) ¿Cuál es el tamaño
del núcleo y qué relación existe entre su volumen y el citoplasmático?
b) ¿Qué es una estructura sincitial?
58.- Diferencia entre heterocromatina y eucromatina.
59.- Ayudándote de un dibujo, explica la ultraestructura del
cromosoma.
60.- Explica las formas que presentan habitualmente los núcleos
celulares, señalando algún ejemplo. ¿Cuál es la situación del núcleo
dentro de la célula?
61.- ¿Cuál es el aspecto externo de la envoltura nuclear?
62.- ¿Qué entendemos por cromatina? ¿Cuál es su estructura?
63.- ¿Cómo contribuye el nucléolo a que la síntesis proteica no se vea
disminuida?
64.- ¿La relación entre el volumen nuclear y citoplasmático incide de
alguna manera en el proceso de división celular?
65.- ¿Qué es el complejo del poro?
66.- ¿Cuáles consideras que son las principales diferencias entre la
cromatina interfásica y el cromosoma metafásico?
67.- ¿Qué aspecto tiene el nucléolo visto al microscopio electrónico?
68.- Define los siguientes términos: 1. Cromosoma, 2. Haploide, 3.
Cariotipo, 4. Autosomas, 5. Loci, 6. Telómeros, 7. Cromátida, 8.
Centrómero.
69.- ¿Crees que existe alguna actividad metabólica en el núcleo
interfásico? En el caso de que tu respuesta sea positiva, explica: ¿de
dónde recibe el núcleo la materia y energía necesarias para realizar su
actividad metabólica durante la interfase?
70.- La matriz nuclear, ¿con qué otros nombres se conoce?, ¿cuáles
son sus componentes?
71.- Explica la relación que existe entre nucleosoma, cromatina y
cromosomas.
72.- ¿Qué son los nucléolos, cómo se originan y cuál es su estructura?
73.- ¿En qué consisten los métodos de coloración denominados de
bandeo cromosómico?
74.- ¿Qué sucede durante la fase S del ciclo celular? ¿Cuál es su
duración?
75.- En las células haploides producidas tras una meiosis, ¿es cada uno
de los cromosomas hijos portador del mismo mensaje genético que el
cromosoma del que procede?
76.- ¿Es cierta la siguiente afirmación?: gametogénesis y
espermatogénesis son dos procesos equivalentes . Razona la
respuesta.
77.- ¿Qué son células quiescentes?
78.- De las distintas etapas de la mitosis, ¿cuál tiene mayor duración?
Haz un esquema de la anafase de una célula que tenga 2n=4
cromosomas.
79.- Indica las diferencias entre reproducción sexual y asexual y
escribe algún ejemplo de cada una.
80.- ¿Qué es el ciclo celular? Define y explica sus fases.
81.- Haz un esquema que represente la metafase de la mitosis. ¿Qué
estructuras aparecen en ella? ¿Crees que estas estructuras son
reconocibles durante la mitosis de todas las células? Razona la
respuesta.
82.- En el proceso de formación de los gametos masculinos y
femeninos existe un mecanismo llamado meiosis. ¿En qué consiste?
¿Cuál es su finalidad?
83.- ¿Podrían encontrarse en algún momento de una mitosis
cromosomas con cromátidas distintas? ¿Y durante la meiosis? Razona
las respuestas.
84.- Durante la fase G1 de la interfase existe un momento llamado
punto R. ¿Qué significado tiene?
85.- Indica dos diferencias entre los procesos de división celular en
animales y plantas.
86.- ¿Qué fenómenos se producen durante la primera profase
meiótica? Indica cuál es su significado biológico.
87.- Diferencias entre el proceso de la meiosis y de la mitosis.
88.- Realiza un esquema sencillo del ciclo celular y explica qué sucede
durante la interfase.
89.- En un organismo pluricelular, casi todas sus células se dividen en
uno u otro momento. a) ¿Por qué tienen que dividirse la mayoría de
las células de un organismo pluricelular? b) ¿Cuáles son la etapas de la
mitosis?
90.- Define los distintos tipos de organismos según el lugar de la
meiosis.
91.- Indica cuántos óvulos se originarán de: a) Una ovogonia primaria.
SOLUCIONES
1.- Explica la función de la cápsula de las células bacterianas.
Solución: En algunas bacterias se sitúa sobre la pared una capa de
material gelatinoso denominada cápsula o capa mucosa: esta
envoltura está constituida por polisacáridos de glucosa, fructosa y
derivados de estos azúcares. Sus funciones son: Servir de protección
ante la fagocitosis y los agentes antimicrobianos. Actúan de
receptores de virus. Aumentan la virulencia de la bacteria al permitir
la adherencia a las células eucariotas, previa a la invasión bacteriana.
2.- ¿Qué es el glucocálix?, ¿cuáles son sus funciones?
Solución: El glucocálix es la capa que recubre la membrana de las
células eucariotas por su cara externa. Está formada por
oligosacáridos y polisacáridos. Estos glúcidos aparecen unidos a los
lípidos de la membrana formando glucolípidos, o a las proteínas
constituyendo glucoproteínas. El glucocálix al situarse en el exterior
celular confiere asimetría a la membrana. Las funciones del glucocálix
son: Protege la superficie celular y otorga viscosidad. Es la zona de
identificación de la célula. A través del glucocálix entran en contacto
y comunicación las células, siendo el responsable de la inhibición por
contacto. Este fenómeno provoca que dos células, al juntarse,
interrumpan su movimiento, el crecimiento y la división celular y
queden agrupadas constituyendo una asociación estable. Actúan
como antígenos de superficie sobre los que se fijan anticuerpos que
determinan el comportamiento inmunológico de las células. Los
antígenos de histocompatibilidad o los que determinan el grupo
sanguíneo ABO son glúcidos localizados en el glucocálix. Es el
receptor de distintos tipos de moléculas (hormonas, virus, toxinas...).
Regula el crecimiento y la reproducción celular al estar sometidas a la
inhibición por contacto. Participa en el proceso de la fecundación.
3.- La comunicación entre las células de un organismo pluricelular se
realiza, en la mayoría de los casos, a través de mensajeros químicos
que no pueden atravesar la membrana celular. Explica cómo la célula
recibe y transmite esa información.
Solución: Los mensajeros químicos (ligandos) liberados al medio
interno de un organismo pluricelular actúan sobre determinadas
células, llamadas células diana. Estas poseen en su membrana
plasmática receptores específicos (generalmente glucoproteínas) a
las que se unen los ligandos, llamados primeros mensajeros. Debido a
que los ligandos no pueden atravesar la membrana celular, la
información debe transmitirse al interior de la célula mediante
sistemas de transducción de señales. Para ello, el propio complejo
proteico que forma el receptor genera en el interior celular segundos
mensajeros (AMPc, GMPc, fosfatidil inositoles...). El segundo
mensajero induce en el interior del citoplasma la amplificación de la
señal, activando alguna proteína que desencadena el funcionamiento
de una ruta metabólica y, por tanto, de una función celular
(contracción muscular, mitosis...).
4.- Define los conceptos de endocitosis y exocitosis.
Solución: La endocitosis es el proceso de incorporación de
macromoléculas y partículas sólidas al interior de la célula. Tras su
unión a la superficie de la membrana, las partículas son rodeadas por
una porción de la misma, resultado de su invaginación, formándose
una vesícula en la que quedan englobadas. Estas vesículas están
rodeadas por una red de microfilamentos de clatrina. Las vesículas se
separan posteriormente de la membrana, desplazándose hacia el
interior celular. La exocitosis es el proceso contrario a la endocitosis.
Las vesículas intracelulares se fusionan con la membrana plasmática,
liberándose al exterior el contenido de estas. De esta forma, las
células liberan macromoléculas sintetizadas y productos de desecho.
5.- ¿En qué células aparecen las uniones estrechas?, ¿cuáles son las
características de este tipo de unión?
Solución: Las uniones estrechas u ocluyentes se encuentran en los
endotelios de los vasos sanguíneos y en las células del epitelio
intestinal. Consisten en la unión íntima (fusión) de las membranas
plasmáticas de dos células adyacentes, sin que quede entre ellas
espacio intercelular. Las zonas de unión están reforzadas por
filamentos que impiden el paso lateral de sustancias entre las células.
6.- ¿Cuáles son las estructuras que permiten el intercambio de agua y
solutos entre las células vegetales adyacentes?
Solución: El intercambio de agua y solutos entre las células vecinas de
un vegetal está facilitado por la presencia de dos tipos de
estructuras: los plasmodesmos y las punteaduras. Los
plasmodesmos. Son puentes de citoplasma que atraviesan la pared y
comunican dos células vecinas. Se forman en los orificios originados
al depositarse la lámina media; estos orificios son atravesados por
cordones citoplasmáticos. Posteriormente cuando se deposita la
pared primaria, no lo hace sobre los plasmodesmos. Las punteaduras.
Son zonas donde no se deposita pared secundaria y que,
generalmente, coinciden las de dos células adyacentes. En ellas
aparece una membrana limitante formada por la lámina media y la
pared primaria. Los plasmodesmos pueden agruparse en zonas de
punteaduras formando los campos de punteaduras.
7.- ¿En qué grupos se dividen las proteínas presentes en la membrana
plasmática? ¿Qué funciones realizan?
Solución: Las proteínas de la membrana pueden dividirse en dos
grandes grupos: Proteínas intrínsecas o integrales. Son aquellas que
presentan una parte de su molécula incluida en la bicapa. Pueden
atravesar totalmente la bicapa (proteínas transmembrana), o solo
parcialmente. Estas proteínas presentan restos de aminoácidos con
radical apolar hacia el exterior que permiten que se inserten entre las
colas hidrófobas de la bicapa lipídica. Proteínas periféricas o
extrínsecas. Se sitúan hacia el exterior de la bicapa unidas a lípidos
(formando lipoproteínas) o a otras proteínas. Las proteínas de la
membrana plasmática actúan como: Túneles que permiten el
transporte de moléculas hidrófilas. Bombas para el transporte de
iones (Na+, K+, H+...). Enzimas que catalizan procesos metabólicos
asociados a la membrana. Receptores de mensajeros químicos del
entorno celular.
8.- ¿Por qué las hormonas esteroides no disponen de receptores de
membrana?
Solución: Las hormonas esteroides son moléculas liposolubles que
pueden atravesar la membrana celular. Este hecho hace que no sea
necesaria la presencia de receptores específicos en la membrana
plasmática, localizándose estos en el núcleo celular.
9.- ¿Cómo actúa la bomba de sodio y potasio?, ¿cuáles son sus
funciones?
Solución: La bomba de Na+/K+ es un ejemplo de transporte activo de
transmembrana. Está constituida por un complejo proteico
tetramérico, formado por dos subunidades y dos subunidades. La
subunidad presenta los puntos de unión para el Na+ y el ATP en su
lado intracelular y para el K+ en su superficie externa. Para realizar el
transporte, une el Na+ en el lado citoplasmático produciéndose un
cambio conformacional que tiene como consecuencia la
transferencia del Na+ al exterior. Posteriormente, la unión del K+ en
el exterior celular devuelve al transportador a su estado inicial,
transportando el K+ simultáneamente al interior de la célula. Como
consecuencia de este proceso, se transportan 3 Na+ hacia el exterior
celular y 2 K+ hacia el interior, por cada molécula de ATP hidrolizada.
Las funciones de la bomba de Na+/K+ son: Mantener a un nivel bajo la
concentración intracelular de sodio. Regula el volumen celular, al
regular la concentración del potasio intracelular y la osmolaridad de
la célula. Proporciona un gradiente de sodio como fuente de energía
para otros transportes, como puede ser el intercambio de Na+/H+.
Genera un potencial de membrana, debido al desequilibrio eléctrico
que se crea a ambos lados de ella. El potasio sale al exterior de la
célula a favor de gradiente de concentración, lo que hace que el
interior de la célula esté cargado negativamente y el exterior de
forma positiva.
10.- Explica las características de los distintos tipos de uniones
intercelulares.
Solución: Podemos destacar los siguientes tipos de uniones
intercelulares: Las uniones estrechas u ocluyentes se encuentran en
los endotelios de los vasos sanguíneos y en las células del epitelio
intestinal (a). Consisten en la unión íntima de las membranas
plasmáticas de dos células adyacentes, sin que quede entre ellas
espacio intercelular. Las zonas de unión están reforzadas por
filamentos, que impiden el paso lateral de sustancias entre las células.
Los desmosomas (b) están formados por un material intercelular que
se deposita entre las membranas de las células adyacentes, que
produce la adherencia de las mismas. En las caras internas de cada
una de las membranas se dispone un material denso hacia el que
convergen tonofilamentos que dan soporte mecánico a la estructura.
Son las uniones más frecuentes y aparecen en células sometidas a
tensión como las del tejido epitelial, el músculo cardiaco o el músculo
del útero. Las uniones en hendidura o gap (c) son aquellas en las que
las células se conectan mediante el alineamiento de proteínas túnel
(canales), anclados en cada una de las membranas. Los canales
presentan una estructura cilíndrico-hexagonal y reciben el nombre de
conexones. Las uniones en hendidura aparecen en las sinapsis
químicas que se establecen entre dos neuronas, y en las sinapsis
electrónicas de las células musculares.
11.- ¿Qué funciones realiza la pared celular de las plantas?
Solución: Las funciones de la pared celular de las plantas son: Conferir
protección y rigidez, y dar forma a las células, ya que actúa como un
esqueleto celular externo. Participar en procesos de transpiración,
secreción y absorción radicular. Mantener erguidas a las plantas y
formar la madera. Mantener el balance osmótico, sobre todo, de las
células adultas. Estas se encuentran en un medio extracelular
hipoosmótico por lo que incorporarían agua continuamente de no
existir la contrapresión de la pared celular, que se opone a una mayor
expansión de la célula.
12.- Explica el modelo de mosaico fluido de la membrana plasmática y
realiza un dibujo esquemático señalando las moléculas que participan
en su estructura.
Solución: El modelo de mosaico fluido fue propuesto por Singer y
Nicholson en 1972. Según este modelo la membrana es un mosaico
formado por una solución de proteínas dispersas en la matriz de una
bicapa lipídica fluida. Según este modelo: Los lípidos y las proteínas
pueden desplazarse en el plano de la bicapa, por lo que se dice que la
membrana es fluida. Es asimétrica gracias a la distinta composición de
lípidos y de proteínas de cada una de las hemimembranas y por la
localización de los glúcidos del glucocálix en la cara externa de la
bicapa. b)
13.- Justifica por qué las células diana son específicas para
determinados mensajeros químicos (ligandos).
Solución: La transmisión de mensajes entre las células de un
organismo pluricelular se realiza mediante mensajeros químicos
(hormonas, neurotransmisores...) que son liberados al medio interno.
Estos mensajeros (ligandos) pueden unirse, únicamente, a aquellas
células (células diana) que disponen de glucoproteínas en su
membrana, las cuales actúan de receptores específicos para ese
ligando.
14.- Explica los mecanismos de transporte de pequeñas moléculas a
través de la membrana.
Solución: El transporte de pequeñas moléculas e iones a través de la
membrana plasmática se realiza mediante procesos que no suponen
alteraciones en la estructura de la membrana. Este tipo de transporte
recibe el nombre de transmembrana. Dentro de él y en función de la
disponibilidad de energía, se diferencian a su vez dos tipos:
Transporte pasivo. Se realiza a favor de gradiente de concentración,
de tal forma que las moléculas viajan desde la zona donde la
concentración es mayor hacia la zona donde es menor. Dentro de
este tipo de transporte se diferencian: la difusión simple y la difusión
facilitada. Difusión simple: Las moléculas atraviesan la membrana por
la diferencia de concentración que existe a ambos lados de esta, sin
utilizar transportadores específicos. Se realiza a través de canales
acuosos o a través de la propia bicapa lipídica. De esta forma se
transportan moléculas como el O2, CO2, etanol, etc. Difusión
facilitada: En este caso, las moléculas se unen específicamente a unas
proteínas transportadoras de la membrana, llamadas permeasas.
Estas proteínas, al unirse con las moléculas, cambian su
conformación, lo que permite transportar las moléculas de uno al
otro lado de la membrana. Así se transportan las moléculas polares
(iones, aminoácidos, glucosa...). Transporte activo. Es un tipo de
transporte de pequeñas moléculas que se lleva a cabo en contra de
gradiente de concentración, de presión osmótica o de un gradiente
eléctrico, por lo que se necesita un gasto energético, procedente de
la hidrólisis de ATP. Se realiza mediante la acción de proteínas
transportadoras llamadas bombas. Entre las más importantes se
encuentra la bomba de sodio/ potasio que transporta 3 cationes
sodio hacia el exterior celular y 2 cationes potasio hacia el interior,
ambos en contra de gradiente, por molécula de ATP hidrolizada.
15.- Explica la estructura de los desmosomas y señala algún tejido
donde puedan encontrarse.
Solución: Los desmosomas están formados por un material
intercelular depositado entre las membranas de las células
adyacentes, que produce la adherencia de las mismas. En las caras
internas de cada una de las membranas se dispone un material denso
o placas, hacia las que convergen tonofilamentos que dan soporte
mecánico a la estructura. Son las uniones más frecuentes y aparecen
en células sometidas a tensión como las del tejido epitelial, el
músculo cardiaco o el músculo del útero.
16.- ¿Qué es el peptidoglicano? ¿Cuáles son las diferencias entre la
pared celular de las bacterias gram-positivas y la de las bacterias
gram-negativas?
Solución: El peptidoglicano es una glucoproteína formada por un
polisacárido estructural y una cadena proteica. El polisacárido está
formado por la repetición de 2 aminoazúcares (N-acetilglucosamina y
ácido N-acetilmurámico). La proteína está formada por la repetición
de un tetrapéptido que se une al N-acetilmurámico y otras cadenas
polipeptídicas cortas, que se unen transversalmente dando lugar a
una malla molecular. Las diferencias entre las bacterias grampositivas y las gram-negativas se encuentran en la estructura y la
composición de su pared. Las bacterias gram-negativas presentan
una pared delgada formada por dos capas. La capa exterior es una
estructura lipoproteica y se corresponde con el modelo típico de
membrana biológica. La interna está constituida por una capa de
peptidoglicano. Las bacterias gram-positivas presentan una pared
gruesa que está formada por varias capas de peptidoglucano. Carece
de capa externa lipoproteica.
17.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con los lípidos
de membrana: a) ¿Qué lípidos forman parte de las membranas
biológicas? b) ¿Qué característica común presentan los lípidos de
membrana que les permite formar bicapas? c) ¿Cuáles son las
funciones de la membrana plasmática debidas a los lípidos?
Solución: a) La gran mayoría de los lípidos que constituyen las
membranas biológicas son fosfolípidos, aunque también se
encuentran glucolípidos y esteroles (como el colesterol en las células
eucariotas). b) La característica que permite a estos lípidos constituir
bicapas y, por tanto, formar las membranas biológicas, es que son
moléculas anfipáticas, poseen una cabeza polar (hidrófila) y unas
colas apolares (hidrófobas). Esta característica hace que en medio
acuoso los lípidos se organicen espontáneamente en forma de doble
capa, situándose las cabezas polares en el exterior y en contacto con
el agua, y las colas hidrófobas enfrentadas entre sí hacia el interior de
la bicapa. c) Los lípidos proporcionan la estabilidad estructural a la
membrana. Forman una bicapa fluida e impermeable al agua, que
constituye el soporte del resto de las moléculas de la membrana. La
comunicación entre las células de un organismo pluricelular se
realiza, en la mayoría de los casos, a través de mensajeros químicos
que no pueden atravesar la membrana celular. Representa en un
dibujo esquemático el mecanismo de acción de los mensajeros
químicos y la transducción de la información al interior celular.
18.- Explica las diferencias entre la fagocitosis y la pinocitosis.
Solución: Fagocitosis. Es un mecanismo de endocitosis utilizado por la
célula para introducir grandes partículas sólidas (microorganismos,
restos celulares). Se realiza mediante un desplazamiento de la
membrana que puede ser una expansión en forma de pseudópodo o
una invaginación, que rodea a la partícula y se forma una vesícula
llamada vesícula fagocítica. Se asimila al comer de las células.
Pinocitosis. También es un mecanismo de endocitosis, en este caso se
introducen líquidos y pequeñas moléculas disueltas. Se produce por
invaginaciones de la membrana que rodean una gota de líquido y se
libera hacia el interior del citoplasma en forma de pequeña vesícula,
llamada pinocito. Estas vesículas son más pequeñas que las
fagocíticas. Es un proceso comparable al beber de la célula.
19.- ¿Qué son las uniones en hendidura? Indica algún ejemplo en el
que participe este tipo de contacto celular.
Solución: Las uniones en hendidura o gap son aquellas en las que las
células se conectan mediante el alineamiento de proteínas túnel
(canales), anclados en cada una de las membranas. Los canales
presentan una estructura cilíndrico-hexagonal y reciben el nombre de
conexones. Las uniones en hendidura aparecen en las sinapsis
químicas que se establecen entre dos neuronas, y en las sinapsis
eléctricas de las células musculares.
20.- Explica la estructura y la composición química de la pared celular
de las plantas.
Solución: En la pared celular de las plantas se distinguen, de fuera a
dentro, tres capas que varían con la edad y con la función de la célula,
y son: Lámina media. Es la primera capa formada a partir de las
sustancias que contienen las vesículas del aparato de Golgi que se
alinean en la placa ecuatorial durante la citocinesis. Se localiza entre
las paredes primarias de dos células adyacentes, presenta una
consistencia gelatinosa y una estructura simple. Está formada por
pectinas, que son macromoléculas constituidas por sales cálcicas y
magnésicas del ácido péctico, cuya base estructural es el ácido
galacturónico. Pared primaria. Se deposita a continuación de la
lámina media y delimita a la célula vegetal a modo de caja. Está
formada por un retículo microfibrilar y una matriz amorfa. Retículo
microfibrilar: está formado por moléculas de celulosa que se agrupan
en paralelo para constituir fibrillas elementales. Éstas, a su vez, se
entrelazan para dar lugar a las microfibrillas, las cuales, se enrollan
helicoidalmente originando macrofibrillas. Por último, varias
macrofibrillas vuelven a enrollarse formando fibras de celulosa. El
retículo microfibrilar puede estar formado por una sola capa como
ocurre en las células meristemáticas, o por tres como sucede en las
células adultas. Matriz amorfa: se sitúa englobando a las fibras de
celulosa y está constituida por agua (80-90 %), hemicelulosa,
sustancias pécticas, monosacáridos y proteínas. Sobre la pared
primaria y dependiendo del tipo y la función de la célula pueden
depositarse distintas sustancias como son: Lignina que formará la
madera. Sales minerales como el carbonato cálcico o la sílice. Ceras
que originan cutícula de las hojas. Suberina que dará lugar a la
formación del corcho. Pared secundaria. Aparece únicamente en
algunas células vegetales donde se deposita internamente y otorga
una resistencia mecánica más elevada al tejido. Su composición es
similar a la de la pared primaria, aunque es más rica en fibras de
celulosa (94%) y contiene menos agua (25-30%) y hemicelulosa. Carece
de pectina. Generalmente presenta una estructura con tres capas,
aunque en algunos casos puede llegar a tener hasta veinte. En los
tejidos conductores se deposita en forma de anillos, retículos o
refuerzos irregulares, que no llegan a cubrir en su totalidad a la pared
primaria.
21.- Explica los conceptos de mensajero agonista y antagonista, y
propón un ejemplo de su utilidad en farmacología.
Solución: Los mensajeros agonistas son mensajeros naturales
(ligandos) que, tras su unión al receptor, lo activan, y desencadenan
una serie de reacciones metabólicas que producirán un efecto
fisiológico. La respuesta celular está en función de su concentración.
Los antagonistas son mensajeros que, aunque se unen
específicamente a los receptores, no los activan, por lo que no son
capaces de producir una respuesta, independientemente de su
concentración. Sin embargo, bloquean la acción de los agonistas al
no permitir su unión al receptor. En farmacología juegan un papel
muy importante debido a que muchos medicamentos son
antagonistas para agonistas que pueden tener un efecto fisiológico.
Así sucede, por ejemplo, con los antihistamínicos que bloquean los
receptores celulares de la histamina segregada por el propio
organismo durante la reacción alérgica.
22.- Explica mediante un dibujo el proceso de endocitosis mediada
por receptor.
Solución: Un ejemplo de endocitosis mediada por receptor es el
transporte de hierro a las células unido a la proteína transferrina.
23.- Explica cómo están formados los microtúbulos y los
microfilamentos. ¿Qué significado tiene que estas estructuras sean
dinámicas?
Solución: Los microtúbulos son formaciones cilíndricas que tienen 25
nm de diámetro y varias micras de longitud. Están formados por
moléculas de una proteína globular denominada tubulina, la cual
puede ser de dos tipos: -tubulina y -tubulina. Estas dos moléculas se
unen, formando un dímero, que se une con otros dímeros, formando
filamentos largos y gruesos de tubulina. Estos filamentos se asocian
entre sí y forman las paredes del microtúbulo. Cada microtúbulo está
formado por 13 filamentos de tubulina. Los microfilamentos o
filamentos de actina son los componentes más delgados del
citoesqueleto; tienen 8 nm de diámetro, de ahí el nombre que
reciben. Están formados por dos hebras enrolladas helicoidalmente,
cada una de las cuales formada por la polimerización de moléculas de
una proteína globular denominada actina. Tanto los microtúbulos
como los microfilamentos son estructuras dinámicas, es decir,
estructuras que se están creando y destruyendo constantemente
dependiendo de las necesidades fisiológicas de la célula. Se forman
por polimerización y se destruyen por despolimerización, utilizando o
rindiendo respectivamente las unidades moleculares que las
constituyen (dímero de -tubulina y -tubulina o moléculas de actina).
24.- ¿Cuántos tipos de vesículas se pueden diferenciar en el aparato
de Golgi?
Solución: Las cisternas que forman los dictiosomas que constituyen el
aparato de Golgi están rodeadas por numerosas vesículas de
diferentes tamaños cuya misión es transportar moléculas. Estas
vesículas son principalmente de tres tipos: Vesículas de transición o
de Golgi, que se sitúan alrededor de la cisterna de Golgi que hay en la
cara cis. Estas vesículas se forman por gemación a partir del retículo
endoplasmático y se fusionan con la cisterna de Golgi. Transportan
moléculas desde el retículo hasta el aparato de Golgi. Vesículas
medianas, que se sitúan alrededor de las cisternas intermedias que se
encuentran entre la cara cis y la cara trans. Estas vesículas se forman
por gemación del borde de una cisterna y se fusionan con el borde de
la siguiente. Sirven para transportar moléculas de una cisterna a la
siguiente. Vesículas de secreción, que se sitúan alrededor de la
cisterna de Golgi de la cara trans. Estas cisternas son más grandes
que las anteriores y se forman por gemación de la cisterna de la cara
trans. Mediante estas cisternas las moléculas salen del aparato de
Golgi.
25.- ¿Qué son los lisosomas? ¿Cómo mantienen las condiciones
adecuadas para ser activos?
Solución: Los lisosomas son orgánulos que están presentes en todas
las células eucariotas, tanto en las animales como en las vegetales, si
bien en las vegetales son menos abundantes. El número varía según
la función célular, siendo especialmente abundantes en los
macrófagos. Los lisosomas son vesículas rodeadas por una
membrana que contienen en su interior una gran cantidad de
enzimas hidrolasas ácidas. Estas enzimas catalizan reacciones
mediante las cuales se rompen ciertos enlaces (peptídicos,
glucosídicos, etc.), por lo que son capaces de transformar
macromoléculas en moléculas más simples. En esto consiste la
digestión celular, que es el proceso celular que llevan a cabo. Las
enzimas que hay en el interior de los lisosomas solo son activas en un
medio ácido cuyo pH oscile entre 3 y 6. Por ello, en la membrana de
los lisosomas hay una bomba de H+ que transporta mediante
transporte activo H+ hacia el interior de los lisosomas. De esa
manera, en el interior del lisosoma se mantiene un pH ácido que
permite que los enzimas se mantengan activos.
26.- ¿Qué procesos ocurren en la matriz mitocondrial?
Solución: En la matriz mitocondrial se producen los siguientes
procesos: Algunas oxidaciones respiratorias, entre las que hay que
destacar las siguientes: Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico,
que se obtiene mediante la glucólisis de los glúcidos. Mediante esta
oxidación se obtiene acetil-CoA, un coenzima reducido (NADH+H+) y
CO2. -oxidación de los ácidos. Mediante este proceso, a partir de los
ácidos grasos, se obtienen moléculas de acetil-CoA y moléculas de
coenzimas reducidos (NADH+H+ y FADH2). Ciclo de Krebs, que es una
serie de reacciones cíclicas mediante las cuales se oxida
completamente el acetil-CoA, obteniéndose CO2 y coenzimas
reducidos (NADH+H+ y FADH2). En la matriz también se sintetizan
diversos metabolitos, que van a ser los precursores para la síntesis de
otras macromoléculas. En la matriz de las mitocondrias se van a
sintetizar las proteínas mitocondriales que están codificadas por el
ADN mitocondrial. Estas proteínas representan únicamente el 10% de
todas las proteínas que hay en la mitocondria.
27.- Representa mediante un dibujo un cloroplasto. Indica mediante
números cada parte.
Solución: El cloroplasto es un tipo de plasto de color verde, debido a
la presencia de clorofila. En estos orgánulos es donde se realiza la
fotosíntesis. 1. Membrana plastidial externa. 2. Espacio
intermembranoso: un pequeño espacio que queda entre ambas
membranas. 3. Membrana plastidial interna. 4. Membrana tilacoidal:
una tercera membrana muy replegada que hay en el estroma. 5.
Espacio intratilacoidal: espacio limitado por la membrana tilacoidal. 6.
Tilacoide: sacos aplanados que forman la membrana tilacoidal. 7.
Tilacoide de la grana: uno de los tipos de tilacoides que tienen forma
discoidal, y se disponen apilados. 8. Tilacoides del estroma o lamelas:
tipo de tilacoides de superficie amplia que no se disponen apilados;
conectan entre sí a los tilacoides grana. 9. Grana: apilamiento de
varios tilacoides grana. 10. Estroma: interior del cloroplasto. 11. ADN
plastidial: moléculas de ADN bicatenarias y circulares. 12.
Plastorribosomas: pequeños ribosomas que hay en el estroma.
28.- ¿Cuáles son las proteínas que están formando los undulipodios?
Solución: Las proteínas que forman parte de la estructura de los
undulipodios: cilios y flagelos, son las siguientes: La tubulina. Es una
proteína globular que puede ser de dos tipos: -tubulina y -tubulina.
Estas moléculas se polimerizan y forman los microtúbulos que
constituyen los undulipodios, tanto los periféricos como los
centrales. La dineína. Es una proteína que a intervalos regulares
forma dos brazos que salen de uno de los microtúbulos de cada par
periférico y se dirigen hacia el par de microtúbulos adyacente. La
nexina. Es una proteína que forma fibras mediante las cuales se une
cada par de microtúbulos periféricos con los pares adyacentes.
Además existen otras fibras proteicas, llamadas fibras radiales, que
unen cada par de microtúbulos periféricos con la vaina que rodea los
microtúbulos centrales.
29.- ¿Qué elementos constituyen el citoesqueleto y qué funciones
desempeña este?
Solución: El citoesqueleto o esqueleto celular está formado por una
red de fibras y filamentos proteicos, interconectados entre sí, que se
extiende por todo el hialoplasma. Sus elementos constituyentes son
tres: Los microfilamentos o filamentos de actina son los elementos
más delgados que forman el citoesqueleto; su grosor es de 8 nm.
Están formados por la proteína actina. Los microtúbulos son
formaciones cilíndricas que tienen un grosor de unos 25 nm. Están
formadas por la proteína tubulina. Los filamentos intermedios son
formaciones que tienen un diámetro intermedio entre las otras dos
de ahí el nombre. Están formados por diversas proteínas. El
citoesqueleto desempeña principalmente tres funciones: Es el que
determina la forma de la célula. Interviene en la organización interna
de esta. Es el responsable de los movimientos celulares, tanto de
materiales y orgánulos como de la célula en su totalidad.
30.- ¿Qué es el retículo endoplasmático? ¿Cuántos tipos de retículo se
diferencian?
Solución: El retículo endoplasmático fue descrito por primera vez en
1950 por Palade, Sjostrand y Porter. Se puede definir como una
compleja red de membranas interconectadas que se extiende por
todo el hialoplasma y originan cavidades de distintas formas: sacos
aplanados, túbulos, vesículas, etc., que se comunican entre sí. El
espacio interno de todas estas cavidades que forman el retículo,
limitado por su membrana, se denomina lumen. En la cara de la
membrana del retículo que da al hialoplasma pueden ir adosados
ribosomas. Según que estos aparezcan o no, se diferencian dos tipos
de retículo endoplasmático: El retículo endoplasmático rugoso o
granular, que tiene adosado en la cara externa de la membrana
ribosomas, y eso le da aspecto rugoso o granular, de ahí el nombre. El
retículo endoplasmático liso, que no tiene ribosomas en la cara
externa de la membrana, por lo que no tiene aspecto rugoso, de ahí
su nombre.
31.- ¿Qué semejanzas presentan los peroxisomas con los lisosomas y
las mitocondrias?
Solución: Los peroxisomas, al igual que las mitocondrias y los
lisosomas, son orgánulos que se presentan en todas las células
eucariotas tanto animales como vegetales. Tanto los peroxisomas
como los lisosomas son vesículas rodeadas por una membrana que
contienen en su interior una gran cantidad de enzimas. Ahora bien,
las enzimas de los lisosomas son hidrolasas ácidas que catalizan las
reacciones de la digestión celular, mientras que las enzimas de los
peroxisomas son enzimas oxidativas que catalizan reacciones de
oxidación que se producen en su interior. Tanto en los peroxisomas
como en las mitocondrias se producen reacciones oxidativas
mediante las cuales se oxidan sustratos orgánicos (ácidos grasos,
etc.). En ambos casos se utiliza como aceptor de hidrógenos el
oxígeno molecular, que se reduce a agua. La diferencia más
importante es que en la oxidaciones mitocondriales la energía que se
libera se utiliza para sintetizar ATP, mientras que en las oxidaciones
que ocurren en los peroxisomas no se sintetiza ATP, puesto que la
energía que se desprende se disipa en forma de calor.
32.- ¿Qué son las partículas elementales? ¿Dónde se localizan?
Solución: Las partículas elementales o partículas F también se
denominan oxisomas. Son fácilmente visibles con el microscopio
electrónico y se localizan en la membrana mitocondrial interna, en la
cara interna que da hacia la matriz. Cada una de estas partículas es un
complejo enzimático, la ATP-sintetasa, en la que se produce la síntesis
de ATP (fosforilación oxidativa). Estas partículas tienen forma de
peón de ajedrez, diferenciándose en ellas las siguientes partes: Una
cabeza esférica de 9 nm de diámetro que se dirige hacia la matriz es
el factor F1. Está formada por una proteína globular y constituye la
parte catalítica del complejo. Un tallo, llamado factor F0. Está
formado por tres o cuatro polinucleótidos. Una base hidrófoba,
integrada en el seno de la bicapa lipídica de la membrana interna.
33.- ¿Qué son los plastos? Principales tipos de plastos.
Solución: Los plastos son orgánulos exclusivos de las células
vegetales. Todos ellos están rodeados por una envoltura externa
formada por dos membranas: la membrana plastidial externa y la
membrana plastidial interna. Entre ambas queda un pequeño espacio
denominado espacio intermembranoso. Según las moléculas que
contengan en su interior, pueden ser de tres tipos: Cromoplastos.
Son plastos de color amarillo, anaranjado, etc., debido a que
contienen en su interior muchas moléculas de pigmentos
carotenoides que les dan estas coloraciones. Estos plastos son los
responsables de los colores amarillo, anaranjado y rojo de distintas
partes de las plantas, como flores, frutos (tomate) y raíces.
Cloroplastos. Son plastos de color verde, debido a que en su interior
contienen clorofila. Se los puede considerar como un tipo de
cromoplastos en los que el pigmento que contienen es la clorofila.
Son los responsables del color verde que presentan distintas partes
de la planta: hojas, tallos jóvenes, etc. Leucoplastos. Son incoloros,
debido a que en su interior no hay pigmentos. En ellos se almacenan
sustancias de reserva. Según cuales sean las moléculas que
almacenan pueden ser de varios tipos: amiloplastos, si almacenan
almidón; proteoplastos, si almacenan proteínas; oleoplastos, si
almacenan lípidos.
34.- Explica cómo es la estructura de un flagelo.
Solución: En los cilios y flagelos se diferencian las siguientes partes:
Una envoltura externa, que es la membrana plasmática (1). Nueve
pares de microtúbulos periféricos (2), que forman la pared de esta
estructura cilíndrica que constituye el cilio o el flagelo. Un par de
microtúbulos centrales (3), que están rodeados por una delgada
envoltura llamada vaina (4). Cada par de microtúbulos periféricos
está formado por un microtúbulo completo llamado microtúbulo A
(5) y otro incompleto llamado B (6). Del microtúbulo A de una pareja
salen dos brazos (7) dirigidos hacia el microtúbulo B de la pareja
adyacente. Estos brazos están formados por la proteína dineína. Cada
pareja de microtúbulos periféricos se une a las parejas adyacentes
mediante fibras de la proteína nexina (8). Cada pareja de
microtúbulos periféricos se une a la vaina central mediante unas
fibras proteicas llamadas fibras radiales.
35.- ¿A qué se denomina hialoplasma? ¿Qué función tiene?
Solución: Al hialoplasma también se le denomina citoplasma
fundamental. Es el medio acuoso del citoplasma, donde están
inmersos los diferentes orgánulos citoplasmáticos, y se comunica con
el nucleoplasma mediante los poros de la membrana nuclear. El
hialoplasma está formado principalmente por agua, que representa
entre un 70 y un 90 %. En él se encuentran disueltas otras muchas
moléculas, entre las que caben destacar: iones, pequeñas moléculas
orgánicas precursoras de macromoléculas (aminoácidos,
monosacáridos, nucleótidos, etc.), proteínas enzimáticas, ácidos
nucleicos (ARNt, ARNm, etc.), coenzimas (ATP, NAD+, etc.),
metabolitos, etc. El hialoplasma tiene la capacidad de poder cambiar
su densidad y pasar de un estado de alta densidad, viscoso (estado
gel), a otro de baja densidad, fluido (estado sol), en función de las
necesidades metabólicas de la célula. El paso de sol a gel y de gel a
sol se produce por despolimerización y polimerización de ciertas
proteínas que se encuentran dispersas en el hialoplasma. El
hialoplasma realiza dos funciones principalmente: En él se van a
producir muchas de las reacciones químicas del metabolismo celular,
tanto anabólicas como catabólicas. Algunas de estas reacciones son:
las fermentaciones, la glucólisis, etc. Sirve a la célula como almacén
de sustancias de reserva.
36.- Enumera las funciones más importantes del aparato de Golgi.
Solución: El aparato de Golgi desempeña numerosas funciones, entre
las que cabe destacar las siguientes: Interviene en el transporte y
distribución de moléculas sintetizadas en el retículo (proteínas,
lípidos, etc.). Estas moléculas son transferidas desde el retículo a la
cisterna de la cara cis del dictiosoma mediante las vesículas de Golgi.
Una vez en el dictiosoma, estas moléculas se van desplazando por las
cisternas en dirección cis - trans; el paso de una cisterna a otra se
realiza mediante las vesículas medianas. A medida que estas
moléculas se van desplazando por las cisternas del dictiosoma, van
modificándose químicamente. Una vez que llegan a la cara trans, son
clasificadas y empaquetadas según su destino, y se desprenden
mediante las vesículas de secreción, donde quedarán englobadas.
Estas vesículas permanecerán en el hialoplasma o bien liberarán su
contenido al exterior mediante exocitosis. Interviene en la
fabricación de lisosomas primarios mediante un proceso similar al
anterior. Interviene en la regeneración de la membrana plasmática.
Esto es debido a que las vesículas de secreción, en muchos casos, se
fusionan con la membrana plasmática, y de esa forma se reponen los
fragmentos de membrana perdidos en la endocitosis. Completa la
glicosilación de las proteínas que se había iniciado en el retículo y
produce la glicosilación de los lípidos. Sintetiza y segrega muchos de
los componentes de la pared celular (celulosa, pectina, hemicelulosa,
etc.). Forma el acrosoma de los espermatozoides. Forma la placa
celular que en la citocinesis de las células vegetales divide al
citoplasma en dos. Esta placa celular dará lugar a la lámina media.
37.- ¿Cuántos tipos de lisosomas hay? ¿Cómo se forman cada uno de
ellos?
Solución: Los lisosomas, según su origen, son de dos tipos: lisosomas
primarios y lisosomas secundarios: Lisosomas primarios. Son
lisosomas que solo contienen en su interior enzimas hidrolasas
ácidas. Lisosomas secundarios. Son lisosomas que contienen, además
de hidrolasas ácidas, otros sustratos en vías de digestión. Dentro de
estos atendiendo a la procedencia del sustrato, se diferencian dos
tipos: heterolisosomas y autolisosomas. Los lisosomas primarios se
forman a partir del aparato de Golgi. Son vesículas de secreción que
contienen en su interior enzimas y se desprenden por gemación de la
cisterna de la cara trans del dictiosoma. Las enzimas que contienen
en su interior son proteínas que se forman en los ribosomas que hay
adheridos en la cara externa del retículo endoplasmático rugoso.
Estas pasan primero al interior del retículo, y posteriormente son
transferidas mediante las vesículas de Golgi a la cisternas de la cara
cis del dictiosoma. De aquí van pasando a través de las cisternas
hasta la cara trans, donde se desprenden mediante las vesículas de
secreción para quedar quedarán englobadas formando el lisosoma.
Los lisosomas secundarios se forman al fusionarse lisosomas
primarios con una vacuola que contiene en su interior el sustrato que
se va a digerir.
38.- ¿Se pueden sintetizar proteínas en las mitocondrias? Razónalo.
Solución: En las mitocondrias sí se pueden sintetizar proteínas, ya que
poseen su propio ADN y las enzimas necesarias para transcribirlo a
ARN y posteriormente traducirlo, en sus propios ribosomas
(mitorribosomas), a proteínas. Las mitocondrias poseen su propia
versión del código genético, que no es igual en todos los seres Sin
embargo, en las mitocondrias tan solo se sintetizan el 10%
aproximadamente de las proteínas que las constituyen; el 90%
restante son sintetizadas en el hialoplasma, a partir del ADN nuclear,
y posteriormente son transportadas a su interior. Por ello podemos
decir que las mitocondrias no son autosuficientes.
39.- ¿Qué son los tilacoides?
Solución: Los tilacoides son sacos aplanados que se localizan en el
interior (estroma) de los cloroplastos. Están formados por una
membrana muy replegada que hay en el interior del estroma, llamada
membrana tilacoidal. Esta membrana rodea un espacio interno
denominado espacio intratilacoidal, que es el espacio interno de
todos los tilacoides que se comunican entre sí. Los tilacoides pueden
ser de dos tipos: Tilacoides grana. Son sacos aplanados y discoidales
que se disponen apilados en grupos; a cada uno de estos
apilamientos se le denomina grana. Tilacoides del estroma o lamelas.
Son sacos aplanados extensos que no se disponen apilados; se
extienden por todo el estroma paralelos al eje mayor del cloroplasto
y conectan entre sí a los tilacoides grana.
40.- ¿Dónde se localizan los ribosomas en las células eucariotas?
Solución: Los ribosomas en las células eucariotas se pueden localizar
en los siguientes lugares: Pueden encontrarse libres en el
hialoplasma. Se pueden encontrar unidos a la cara de la membrana
nuclear que da al hialoplasma. También se pueden encontrar unidos a
la cara externa de la membrana del retículo endoplasmático rugoso,
lo que le da a este retículo aspecto granular o rugoso, de ahí el
nombre. En este caso, igual que en el caso en que se unen a la
membrana externa del núcleo, lo hacen por la subunidad mayor. Esta
unión se asegura mediante dos tipos de glucoproteínas de anclaje: las
riboforinas I y II. Igualmente, en las células eucariotas se localizan
ribosomas en el interior de las mitocondrias y de los cloroplastos; en
este caso, se denominan, respectivamente, mitorribosomas y
plastorribosomas. Estos ribosomas son más parecidos a los
ribosomas bacterianos que a los demás ribosomas de las células
eucariotas.
41.- ¿Qué son los filamentos intermedios? Cita ejemplos.
Solución: Son fibras proteicas gruesas y resistentes que forman parte
del citoesqueleto. Tienen un grosor de unos 10 nm, que es intermedio
entre el grosor de los microfilamentos y el de los microtúbulos, de ahí
que se las denomine filamentos intermedios. Existen muchos tipos de
filamentos intermedios que son característicos de cada tipo de célula.
Entre los más importantes destacan los siguientes: Filamentos de
queratina, que abundan en las células epiteliales. Neurofilamentos,
que se encuentran en el cuerpo y en el axón de las neuronas.
Filamentos de desmina, que están presentes en las células
musculares. Filamentos de vimentina, que se encuentran en células
del tejido conjuntivo. Filamentos gliales, que se encuentran en las
células de la glía del tejido nervioso.
42.- Explica una función de cada uno de los tipos de retículo
endoplasmático que conozcas.
Solución: Retículo endoplasmático rugoso. Una de sus principales
funciones es la de almacenar y transportar las proteínas que se
sintetizan en los ribosomas que hay adosados en la cara externa de
su membrana. Estas proteínas pueden tener dos destinos: si se trata
de proteínas de membrana, entonces pasan directamente a la
membrana del retículo como proteínas transmembrana; si se trata de
proteínas de secreción, entonces pasan al interior del lumen y desde
allí son transportadas a su destino. Muchas de estas proteínas, antes
de ser transportadas a su destino, sufren un proceso de glucosilación,
mediante el cual se unen a oligosacáridos y forman glucoproteínas.
Este proceso está catalizado por la enzima glicosil-transferasa.
Retículo endoplasmático liso. En él se producen, entre otros, los
procesos de detoxificación, mediante los cuales se reduce o se
elimina la toxicidad de sustancias perjudiciales para la célula, que
pueden haber sido producidas por la propia célula en el metabolismo
o bien pueden proceder del exterior (conservantes, insecticidas,
medicamentos, etc.). La reducción de la toxicidad se consigue
aumentando la solubilidad de dichas sustancias para que así puedan
ser eliminadas más rápidamente por la orina o por la bilis. Esta
función la realizan principalmente las células de la piel, el pulmón, el
hígado, etc.
43.- ¿Para qué sirven las vacuolas contráctiles?
Solución: Las vacuolas contráctiles, también llamadas pulsátiles, son
un tipo de vacuolas animales que aparecen en células que viven en
ambientes hipotónicos, como, por ejemplo, en los protozoos que
viven en agua dulce. Estas vacuolas se van llenando poco a poco de
agua, y cuando están llenas, lo expulsan violentamente al exterior.
Sirven para bombear al exterior el exceso de agua que ha entrado en
la célula a través de la membrana mediante ósmosis. De esa manera
se impide que la célula se hinche y estalle.
44.- ¿Qué características presenta la membrana mitocondrial interna?
¿Qué procesos ocurren en ella?
Solución: La membrana mitocondrial interna no es lisa, sino que
presenta numerosos pliegues, que se dirigen hacia la matriz. Estos
pliegues se denominan crestas mitocondriales, y pueden ser de
distintos tipos. Su finalidad es aumentar la superficie de la
membrana. Esta membrana es más impermeable que la membrana
externa. En ella hay más proteínas (80%) y menos lípidos (20%) que en
otras membranas, entre los que no se encuentra el colesterol. En la
membrana mitocondrial interna hay tres tipos de proteínas
importantes: Las proteínas transportadoras, que se encargan de
transportar a través de ellas iones y diferentes moléculas. Las
proteínas que forman la cadena respiratoria, que se encargan de
transportar los electrones y los H+ que ceden los coenzimas
reducidos (NADH+H+ y FADH2) hasta el oxígeno molecular, que es el
último aceptor, el cual al captarlos se reduce, dando agua.
Igualmente, en esta membrana hay unos complejos enzimáticos,
denominados ATP-sintetasas o también llamados partículas F u
oxisomas, que se localizan en la cara interna de esta membrana.
Estos enzimas se encargan de sintetizar ATP a partir de ADP y P. En
esta membrana se produce la fosforilazión oxidativa, que es el
proceso mediante el cual se sintetiza en los oxisomas ATP a partir de
ADP y P, aprovechando para ello la energía que se desprende al
transportar hasta el oxígeno molecular, a través de la cadena
respiratoria, los electrones y H+ cedidos por los coenzimas reducidos.
45.- ¿Los cloroplastos y las mitocondrias presentan alguna semejanza
con las bacterias?
Solución: Las mitocondrias y los cloroplastos sí que tienen ciertas
similitudes con las células bacterianas. Las más importantes son las
siguientes: Ambos orgánulos poseen en su interior ADN, el cual es
similar al ADN bacteriano, es decir, es bicatenario, circular, y no está
asociado a proteínas. Tanto en las mitocondrias como en los
cloroplastos existen en su interior ribosomas, que son similares a los
ribosomas bacterianos. Son más pequeños que los ribosomas que
hay en el hialoplasma de las células eucariotas, y su coeficiente de
sedimentación es de 70 S. Los dos orgánulos se pueden dividir por
división binaria, como las bacterias.
46.- ¿Qué son los centriolos? Explica cómo es su estructura.
Solución: Los centriolos son orgánulos cilíndricos de 0,2 m de
diámetro y 0,5 m de longitud, cuya pared está formada por nueve
tripletes de microtúbulos. Los tripletes de microtúbulos adyacentes
se unen entre sí mediante puentes proteicos, que aseguran la
cohesión de la estructura. Los microtúbulos que constituyen los
tripletes están formados por moléculas de -tubulina y -tubulina. En las
células eucariotas animales, los centriolos aparecen formando parte
de una estructura llamada centrosoma, que se sitúa cerca del núcleo.
El centrosoma está formado por dos centriolos que se disponen
perpendiculares entre sí, constituyendo el diplosoma, el material
amorfo que los rodea, llamado centrosfera, y las fibras del áster, que
salen radialmente de la centrosfera. Los centriolos, además de
formar el centrosoma, también se encuentran en la base de cada cilio
y flagelo, constituyendo el corpúsculo basal o cinetosoma.
47.- Enunciar tres funciones de los microtúbulos y otras tres de los
microfilamentos.
Solución: Tres funciones de los microtúbulos son: Pueden actuar
como canales para el transporte intracelular de moléculas,
aprovechando su estructura hueca. Forman el huso mitótico que se
origina durante la división nuclear (mitosis). Organizan los demás
elementos del citoesqueleto. Tres funciones de los microfilamentos
son: Asociados con los filamentos de miosina, son los responsables
de la contracción de las fibras musculares. Proporcionan rigidez
mecánica a muchas prolongaciones celulares como, por ejemplo, las
microvellosidades, las cuales mantienen su rigidez gracias a un haz de
filamentos paralelos de actina que hay en su interior. Junto con la
miosina, forma el anillo contráctil que se forma después de la división
por debajo de la membrana y alrededor del ecuador y sirve para
dividir el citoplasma de las células animales en dos.
48.- ¿Qué son los dictiosomas?
Solución: Los dictiosomas son las unidades funcionales que
constituyen el aparato de Golgi. Están formados por el apilamiento
de una serie de sacos aplanados y discoidales llamados cisternas,
alrededor de los cuales existen numerosas vesículas pequeñas. El
número de cisternas que hay en cada dictiosoma oscila entre 4 y 6,
aunque en las células vegetales y en los eucariotas inferiores este
número es mayor. En Euglena, los dictiosomas pueden llegar a tener
hasta 30 cisternas. El número de dictiosomas que forman el aparato
de Golgi de una célula varía según el tipo de célula, desde aquellas
que tienen un solo dictiosoma grande hasta las que poseen muchos
dictiosomas pequeños. Los dictiosomas están polarizados; es decir,
en ellos se diferencian dos caras distintas que presentan diferente
orientación: La cara cis o de formación es convexa y está orientada
hacia el retículo endoplasmático. La cisterna de esta cara está
rodeada por pequeñas vesículas procedentes del retículo llamadas
vesículas de transición, que se fusionan con esta cisterna, y tienen
como función transportar moléculas desde el retículo hasta el
dictiosoma. La cara trans o de maduración es cóncava, y está
orientada hacia la membrana plasmática. Alrededor de la cisterna de
esta cara existen numerosas vesículas que se desprenden de ella por
gemación, llamadas vesículas de secreción; mediante ellas se emiten
los productos del aparato de Golgi.
49.- Señala las semejanzas y diferencias que existen entre los
heterolisosomas y los autolisosomas.
Solución: Semejanzas: Ambos son lisosomas secundarios, y, por lo
tanto, en su interior habrá enzimas hidrolasas ácidas y un sustrato en
vías de digestión. En ambos casos, en su interior se realiza la
digestión intracelular. Tanto en uno como en otro, una vez realizada
la digestión, las moléculas resultantes atraviesan la pared del
lisosoma y pasan al hialoplasma. Ambos lisosomas, después de la
digestión, contienen en su interior restos no digeridos, por lo que se
transforman en cuerpos residuales que pueden acumularse en el
citoplasma (pudiendo llegar a producir la muerte celular) o ser
expulsados por exocitosis. Diferencias: Los heterolisosomas se
forman al fusionarse lisosomas primarios con una vacuola endocítica
(fagosoma, vacuola pinocítica) en la que se engloba un sustrato
exógeno. Los autolisosomas se forman al fusionarse lisosomas
primarios con unas vesículas originadas en el citoplasma
(autofagosoma) en las que se engloban sustratos endógenos
(orgánulos, restos celulares). Los heterolisosomas, además de servir
para la nutrición celular, también tienen función defensiva, ya que
mediante ellos algunas células, como los macrófagos, eliminan
gérmenes que pueden entrar en el organismo. Los autolisosomas
sirven para eliminar materiales inútiles de la célula y orgánulos
envejecidos, y permiten la nutrición celular a partir de sus propios
materiales.
50.- Dibuja una mitocondria señalando en ella todas sus partes
Solución: 1. Membrana mitocondrial externa: separa la mitocondria
del hialoplasma. 2. Membrana mitocondrial interna. 3. Crestas
mitocondriales: repliegues de la membrana interna dirigidos hacia el
interior. 4. Espacio intermembranoso: espacio que hay entre ambas
membranas. 5. Matriz mitocondrial: espacio interno de la
mitocondria. 6. ADN mitocondrial: moléculas de ADN que se localizan
en la matriz. 7. Mitorribosomas: ribosomas que hay en la matriz.
51.- Función de los cloroplastos.
Solución: En los cloroplastos se realizan dos funciones: La
fotosíntesis, que es la función más importante. Mediante este
proceso se sintetizan compuestos orgánicos a partir de compuestos
inorgánicos, utilizándose para ello la energía solar. En este proceso se
produce como producto secundario oxígeno molecular, que es
expulsado a la atmósfera. En la fotosíntesis se diferencian dos fases:
la fase luminosa y la fase oscura. La fase luminosa ocurre en la
membrana tilacoidal. En esta etapa se necesita la energía luminosa,
que se emplea para formar ATP y NADPH+H+. La fase oscura ocurre
en el estroma. En esta etapa se utiliza el ATP y el NADPH+H+ para
transformar la materia inorgánica en materia orgánica. En el estroma
de los cloroplastos también se sintetizan algunas de las proteínas que
forman parte del cloroplasto, aquellas que están codificadas por el
ADN que hay en su interior. Estas proteínas sólo representan una
pequeña parte. La mayoría de ellas están codificadas por el ADN
nuclear y se sintetizan fuera del cloroplasto.
52.- ¿Qué son las inclusiones? Cita ejemplos.
Solución: Las inclusiones son acúmulos o granulaciones de diferentes
sustancias que aparecen en el hialoplasma de algunas células; pueden
estar o no rodeados por membrana. Los materiales que forman las
inclusiones pueden ser sustancias de reserva, sustancias de desecho,
pigmentos, etc. Algunas de estas inclusiones son: Los granos de
glucógeno, que pueden aparecer en las células hepáticas y
musculares. Los granos de almidón, que pueden encontrarse en
algunas células vegetales. Las gotas de grasas, como las que
aparecen en los adipocitos, que ocupan gran parte del citoplasma. En
las células vegetales también pueden aparecer gotas de aceites
esenciales, etc. Los gránulos de melanina, que es un pigmento de
color pardo abundante en los melanóforos. En los macrófagos
también pueden aparecer acúmulos de hemosiderina, un pigmento
de color pardo procedente de la degradación de la hemoglobina.
Igualmente, en células animales pueden aparecer acúmulos
cristalinos de naturaleza proteica, como los que aparecen en la
coroides del gato.
53.- ¿Cuáles son los principales componentes químicos del núcleo y
cómo varían dichos componentes?
Solución: Los principales componentes del núcleo son:
desoxirribonucleoproteínas, ribonucleoproteínas, enzimas, ARN
solubles, nucleótidos de ADN y ARN, ATP, lípidos, aminoácidos, sales
de magnesio, calcio, cobalto y cinc, y agua. La composición química
del núcleo varía en función del tipo celular. Por ejemplo, la
proporción del ADN varía desde un 60% en los núcleos de
espermatozoides, pasando por un 22% en los núcleos de las células
hepáticas de cobaya, hasta un 1% en los ovocitos. Sin embargo, esta
cantidad no varía prácticamente en cada uno de los tejidos de la
misma especie.
54.- ¿Qué características presentan las membranas que constituyen la
envoltura nuclear?
Solución: La envoltura nuclear consta de dos membranas
concéntricas de estructura trilaminar. La membrana externa presenta
polisomas en su superficie citoplasmática, por lo que se la considera
una diferenciación especial del retículo endoplasmático rugoso RER.
La membrana interna es lisa al carecer de ribosomas, y entre ambas
existe un espacio perinuclear o cisternal, más ancho, que recibe las
proteínas sintetizadas por los polisomas y los transfiere hacia las
zonas citoplasmáticas interiores del retículo endoplasmático RE, con
las que se comunica. Existen también poros que relacionan el núcleo
con el citoplasma.
55.- ¿Qué función desempeña el nucléolo?
Solución: Tiene como función albergar el ARN que se sintetiza a partir
del ADN asociado al nucléolo. Posteriormente, este ARN se une con
proteínas procedentes del citoplasma, que formarán las subunidades
pequeñas y grandes que, saliendo al citoplasma por los poros
nucleares, se unirán para formar los ribosomas.
56.- Explica a qué tipo, según la posición del centrómero, pertenecen
los cromosomas siguientes: 1. Metacéntricos. 2. Submetacéntricos. 3.
Acrocéntricos. 4. Telocéntricos.
Solución: 1. Metacéntricos. El centrómero se sitúa aproximadamente
en la mitad del cromosoma y los dos brazos tienen la misma o similar
longitud. 2. Submetacéntricos. Los brazos originados por el
centrómero son ligeramente desiguales. 3. Acrocéntricos. Los brazos
son muy desiguales; uno de ellos es muy largo y otro muy corto. 4.
Telocéntricos. El centrómero se sitúa en el extremo del cromosoma,
en la región del telómero.
57.- Según las características del núcleo celular: a) ¿Cuál es el tamaño
del núcleo y qué relación existe entre su volumen y el citoplasmático?
b) ¿Qué es una estructura sincitial?
Solución: a) El tamaño del núcleo, por lo general, es proporcional al
de la célula, aunque existe un límite. Su tamaño medio oscila entre 8
y 10 m. El volumen que ocupa el núcleo en relación con el volumen
celular es de un 10% aproximadamente, y la relación entre ambos se
expresa mediante un coeficiente, K. b) Es un tipo de estructura que
presentan ciertos organismos como las algas sifonales o los
mixomicetos, en los que una masa citoplasmática común alberga un
elevado número de núcleos.
58.- Diferencia entre heterocromatina y eucromatina.
Solución: La heterocromatina es el material cromosómico que forma
ciertas partes de las fibras de cromatina denominadas cromocentros,
que presentan un mayor nivel de condensación en la interfase, y fijan
mejor los colorantes. Presenta escasa actividad heterosintética. Se
transcribe antes del inicio de la mitosis. Los demás segmentos de
cromatina dispersa constituyen la eucromatina, y en ellos se realizan
los procesos de transcripción activa; es la más abundante en la
interfase. Equivaldría al cromosoma funcional.
59.- Ayudándote de un dibujo, explica la ultraestructura del
cromosoma.
Solución: La cromatina se organiza estructuralmente en fibras
nucleosómicas. Al comienzo de la mitosis, las fibras de cromatina
comienzan a individualizarse, se espiralizan, pliegan y empaquetan
hasta constituir unas estructuras macizas que son los cromosomas.
Alrededor de un eje de proteínas no histónicas, la cromatina se
enrolla en hélices que se pliegan en bucles muy compactos, y que a su
vez se agrupan en unas formaciones oblongas, llamadas
microcónvulas. El cromosoma metafásico está formado por dos
cromátidas unidas por el centrómero. Al final de la mitosis, esta
estructura se despliega para permitir la transcripción de ciertos
segmentos de ADN (genes).
60.- Explica las formas que presentan habitualmente los núcleos
celulares, señalando algún ejemplo. ¿Cuál es la situación del núcleo
dentro de la célula?
Solución: Los núcleos celulares tienen habitualmente forma esférica,
arriñonada o elipsoidal; sin embargo, existen células que presentan
sus núcleos con formas muy diferentes, así por ejemplo: Stentor
(protozoo): su núcleo tiene forma arrosariada. Neutrófilos
(Leucocitos/células sanguíneas): forma polilobulada. Células de los
arácnidos: núcleo de contorno sinuoso. El núcleo suele estar situado
en el centro de las células, pero existen numerosas excepciones,
como es el caso de las células adiposas, en las que el núcleo se sitúa
en posición lateral o en los epitelios mucosos y secretores, donde el
núcleo ocupa una posición basal.
61.- ¿Cuál es el aspecto externo de la envoltura nuclear?
Solución: La envoltura nuclear está formada por dos membranas
concéntricas: externa e interna, de estructura trilaminar, que dejan
entre sí un espacio perinuclear. Estas membranas que se encuentran
atravesadas por numerosos orificios circulares o poros se fusionan
entre sí alrededor de cada uno de ellos, siendo el número de poros
proporcional a la actividad transcriptora del ADN. La membrana
externa presenta una serie de ribosomas en su superficie, por lo que
se la considera una diferenciación especial del retículo
endoplasmático rugoso, mientras que la membrana interna es lisa por
carecer de ribosomas.
62.- ¿Qué entendemos por cromatina? ¿Cuál es su estructura?
Solución: La cromatina es el material con aspecto de grumos y
filamentos que se observa al microscopio óptico en el núcleo
interfásico. Cada fibrilla de cromatina está constituida por una
molécula de ADN asociada a histonas. Las histonas son proteínas de
bajo peso molecular, con un elevado porcentaje de aminoácidos
básicos (arginina y lisina), y aparecen cinco tipos, llamados: H3, H4,
H2a y H2b y H1. No obstante, la cromatina también contiene cierta
cantidad de otros componentes: proteínas ácidas (no histónicas) y
ARN. Cuando se observan las fibras de cromatina con el microscopio
electrónico de alta resolución, se aprecia el aspecto típico de un collar
de perlas . El análisis de difracción con rayos X revela que la molécula
de ADN se asocia con octámeros de histonas, formando unas
estructuras llamadas nucleosomas. El ADN rodea al octámero y
quedan íntimamente unidos unos 140 pares de bases. Fragmentos de
unos 60 pares de bases forman el ADN ligador entre dos
nucleosomas. Otra histona de mayor peso molecular, la H1, se asocia
por fuera con cada nucleosoma. Todo ello da lugar a fibras de
cromatina de unos 10 nm de grosor, que constituyen un primer orden
de empaquetamiento: la fibra de cromatina unidad. La fibra de
cromatina unidad sufre espiralizaciones que provocan un
empaquetamiento más compacto. En este empaquetamiento
interviene la H1. La hipótesis del solenoide supone que estas fibras
siguen enrollándose en hélices sucesivas, hasta alcanzar un grosor
que es visible al microscopio óptico. De este modo, se visualizan los
cromosomas con la estructura típica de máxima condensación
durante la metafase mitótica.
63.- ¿Cómo contribuye el nucléolo a que la síntesis proteica no se vea
disminuida?
Solución: En el nucléolo se sintetizan todos los tipos de ARNr,
excepto una pequeña porción de la subunidad mayor. Los diferentes
fragmentos de ARN ribosómicos se unen en el nucléolo con las
proteínas ribosómicas sintetizadas en el citoplasma, que se
introducen en el núcleo a través de los poros de la cubierta nuclear.
Estos complejos ARNr-proteína vuelven al citoplasma para participar
en el ensamblaje de los nuevos ribosomas. Al compensarse de esta
manera el desgaste de los ribosomas, la síntesis proteica no se verá
disminuida.
64.- ¿La relación entre el volumen nuclear y citoplasmático incide de
alguna manera en el proceso de división celular?
Solución: Por regla general, el tamaño del núcleo es proporcional al
de la célula, y se expresa mediante un coeficiente, K, que viene
definido por la fórmula: Cuando K alcanza un cierto valor mínimo, la
célula entra en división, es decir, cuando el citoplasma alcanza un
cierto volumen, la célula se divide como si el núcleo no pudiera
controlar todo el volumen que le rodea.
65.- ¿Qué es el complejo del poro?
Solución: Es un diafragma formado por el conjunto de poros que
posee la envoltura nuclear. Los poros no son simples orificios, sino un
conjunto de estructuras dinámicas, que se forman y desaparecen en
función de las necesidades de la célula. El complejo del poro consiste
básicamente en dos estructuras anulares octogonales o anillos, uno
en la superficie exterior y otro en la cara nucleoplasmática, formados
por ocho subunidades globulares. En su interior existen ocho solapas
cónicas situadas entre las dos membranas, que actúan como un
diafragma cerrando el poro, a excepción de un orificio central, que
suele estar obturado. Los poros están conectados entre sí por la
lámina nuclear. Los poros sirven como canal por el que pasan las
macromoléculas de ARN y las proteínas, así como las subunidades
ribosómicas formadas en el nucléolo.
66.- ¿Cuáles consideras que son las principales diferencias entre la
cromatina interfásica y el cromosoma metafásico?
Solución: El cromosoma metafásico es, en esencia, cromatina
condensada que forma una estructura visible al microscopio óptico.
Esta condensación tiene lugar por espiralización de la fibra de la
cromatina unidad. La cromatina, básicamente, consta de una
molécula de ADN y proteínas histónicas asociadas que forman los
nucleosomas. La cromatina en forma de cromosoma no es activa
desde el punto de vista genético (no hay transcripción). Por el
contrario, la cromatina interfásica es, básicamente, el cromosoma
metafásico desespiralizado, no observándose estructuras visibles al
microscopio óptico, y es activa genéticamente, expresando la
información mediante los procesos de transcripción y traducción.
67.- ¿Qué aspecto tiene el nucléolo visto al microscopio electrónico?
Solución: El nucléolo visto al microscopio electrónico aparece como
una masa irregular de unos 2 m de diámetro. En el nucléolo se
distingue una parte fibrilar central, formada por fibras de ADN y ARN,
y otra granular periférica, formada por gránulos densos de
ribonucleoproteínas. Está atravesado por cromatina, que
corresponde a la zona del organizador nucleolar de los cromosomas,
y sus huecos los ocupa el nucleoplasma. También existe cromatina
alrededor del nucléolo; es la cromatina perinuclear.
68.- Define los siguientes términos: 1. Cromosoma, 2. Haploide, 3.
Cariotipo, 4. Autosomas, 5. Loci, 6. Telómeros, 7. Cromátida, 8.
Centrómero.
Solución: 1. Cromosoma. Es el material genético organizado cuya
misión es conservar, transmitir y expresar la información genética
que contiene. 2. Haploide. Es el número de parejas de cromosomas
existentes en el núcleo. 3. Cariotipo. Es el conjunto de cromosomas
de cada especie, ordenados según su tamaño, forma y características.
4. Autosomas. Son los cromosomas somáticos.5. Loci. Es el lugar que
ocupa cada gen en el cromosoma. 6. Telómeros. Son los extremos del
cromosoma, y se corresponden con los extremos de la molécula de
ADN que lo recorre longitudinalmente. Su existencia se debe a la
acción del enzima telomerasa, que añade nucleótidos cuando el
cromosoma los pierde en el proceso de replicación. 7. Cromátida. Son
las dos partes en que se divide un cromosoma metafásico. Son
idénticas en morfología e información, ya que contienen una
molécula de ADN cada una, resultado de la duplicación del material
genético, por lo que reciben el nombre de cromátidas hermanas. 8.
Centrómero. Llamado también constricción primaria, es un
estrechamiento responsable de la morfología cromosómica general,
al dividir el cromosoma en dos brazos.
69.- ¿Crees que existe alguna actividad metabólica en el núcleo
interfásico? En el caso de que tu respuesta sea positiva, explica: ¿de
dónde recibe el núcleo la materia y energía necesarias para realizar su
actividad metabólica durante la interfase?
Solución: Aunque al microscopio poco puede observarse, en el núcleo
interfásico se produce una intensa actividad metabólica, ya que en
esos momentos tiene lugar la transcripción del ADN para la síntesis
de los ARN (mensajero, transferente y ribosómico), esenciales para la
producción de enzimas y demás proteínas en el citoplasma. También
en la interfase tiene lugar la réplica del ADN celular previa a la mitosis.
El núcleo recibe del citoplasma tanto las materias primas (sustratos y
enzimas), como la energía, ya que el núcleo carece de una fuente
autónoma de esta. La energía nuclear depende de los ATP, GTP, CTP y
UTP citoplasmáticos.
70.- La matriz nuclear, ¿con qué otros nombres se conoce?, ¿cuáles
son sus componentes?
Solución: La matriz nuclear se conoce también con los nombres de
nucleoplasma y carioplasma. Contiene la cromatina, formada por
ADN y proteínas cromosómicas, y los sistemas enzimáticos, llegados
del citoplasma. Además, contiene gotas lipídicas, gránulos de
glucógeno, y ribonucleoproteínas granulares y fibrosas.
71.- Explica la relación que existe entre nucleosoma, cromatina y
cromosomas.
Solución: El nucleosoma es una estructura formada por la asociación
de las histonas y la molécula de ADN en las células eucariotas; esta
asociación da lugar a glomérulos de unos 11 nm. La cromatina es el
conjunto del ADN y las proteínas asociadas que se encuentra en el
núcleo y se tiñe con colorantes básicos; en la cromatina hay multitud
de nucleosomas. La cromatina se condensa en el proceso de división
celular, durante la mitosis o meiosis, formando estructuras alargadas
denominadas cromosomas.
72.- ¿Qué son los nucléolos, cómo se originan y cuál es su estructura?
Solución: Los nucléolos son estructuras siempre presentes,
esferoidales, bien definidas y muy variables en número, tamaño y
forma. Se originan por la transcripción de los genes del llamado
organizador nucleolar (NOR) de determinados cromosomas, y
solamente en determinados segmentos; son observables al
microscopio óptico y al electrónico. En ellos se distingue: Una parte
fibrilar formada por ADN y ARN. Otra parte granular periférica
formada por gránulos densos de ribonucleoproteínas. Además
contienen cromatina, que se encuentra de dos formas: Atravesando
al nucléolo. Alrededor del nucléolo (cromatina perinuclear).
73.- ¿En qué consisten los métodos de coloración denominados de
bandeo cromosómico?
Solución: Son diversos métodos de tinción, en los que se pone de
manifiesto que hay cromosomas o fragmentos de cromosomas que
adquieren una coloración uniforme al ser teñidos, y se denominan
cromosomas o bandas eucromáticas. Mientras, otros cromosomas o
fragmentos no se tiñen por igual debido a una mayor o menor
densidad de la cromatina en telofase, interfase y profase temprana.
Se forman bandas heterocromáticas transversales, las cuales son
utilizadas como características específicas en el proceso de
identificación de los cromosomas.
74.- ¿Qué sucede durante la fase S del ciclo celular? ¿Cuál es su
duración?
Solución: La fase S es la fase de síntesis del ciclo celular. Durante este
periodo se replica el ADN del núcleo y, como resultado de ello, cada
cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas
idénticas. La eucromatina se replica en primer lugar, mientras que la
heterocromatina lo hace al final de la fase. Tras la síntesis, se
ensamblan las proteínas de las fibras de nucleosomas con el ADN
para formar las nuevas fibras de cromatina. La duración está en
función de la temperatura y del tipo general de célula. Por ejemplo,
en los mamíferos dura unas siete horas.
75.- En las células haploides producidas tras una meiosis, ¿es cada uno
de los cromosomas hijos portador del mismo mensaje genético que el
cromosoma del que procede?
Solución: En la profase I de la meiosis tienen lugar entrecruzamientos
entre cromátidas homólogas. En la subfase de paquiteno, los
cromosomas homólogos se aparean íntimamente. En esta situación y
gracias al concurso de enzimas, cromátidas homólogas sufren roturas
en algunos puntos e intercambian segmentos, dando lugar a
cromosomas recombinados. A lo largo del cromosoma puede haber
uno o más entrecruzamientos, dependiendo en parte de su longitud.
Por ello, los cromosomas recombinados no son idénticos a los
cromosomas de los que proceden.
76.- ¿Es cierta la siguiente afirmación?: gametogénesis y
espermatogénesis son dos procesos equivalentes . Razona la
respuesta.
Solución: Esta afirmación es falsa. Gametogénesis es el proceso de
formación de gametos en general y comprende la espermatogénesis
y la ovogénesis. La ovogénesis es el proceso de formación de
gametos femeninos, y la espermatogénesis es el proceso de
formación de gametos masculinos o espermatozoides; por tanto,
este término se utiliza para referirse a un aspecto concreto de la
gametogénesis.
77.- ¿Qué son células quiescentes?
Solución: Son aquellas células que permanecen de por vida en el
estado G0, es decir, en periodo de reposo. En esta fase no se
sintetizan ni proteínas cromosómicas ni el ARNm de las histonas. En
ocasiones, es posible hacer salir a las células de este estado mediante
estimulación mitogénica, con el aporte de sustancias como
aminoácidos u hormonas. Pero cuando salen de él a destiempo y de
forma descontrolada se produce cáncer.
78.- De las distintas etapas de la mitosis, ¿cuál tiene mayor duración?
Haz un esquema de la anafase de una célula que tenga 2n=4
cromosomas.
Solución: La duración relativa de los diferentes estadios de la mitosis
es variable según el tipo de célula. Normalmente, la profase es la fase
más larga. Esquema de la anafase para una célula 2n=4.
79.- Indica las diferencias entre reproducción sexual y asexual y
escribe algún ejemplo de cada una.
Solución: La reproducción sexual es aquella en la que participan dos
organismos, los cuales, mediante la formación de células gaméticas y
su posterior fusión, dan lugar a una célula huevo o zigoto, de la que
se desarrollará un individuo con caracteres de ambos progenitores.
Este tipo de reproducción la presentan la mayoría de animales y
vegetales, tanto de sexos separados (la especie humana, por
ejemplo) como hermafroditas (la mayoría de las especies vegetales).
La reproducción asexual es aquella en la que solo participa un
progenitor, el cual, mediante distintos mecanismos, da lugar a
descendientes que son copias genéticas de sí mismo. Este es el modo
de reproducción de muchos animales inferiores, como los pólipos (se
reproducen por gemación), y de algunos vegetales (multiplicación
vegetativa).
80.- ¿Qué es el ciclo celular? Define y explica sus fases.
Solución: Un ciclo celular es el conjunto de fenómenos que tienen
lugar en el periodo que se inicia con una división mitótica y finaliza al
inicio de la siguiente división. Por los acontecimientos que suceden
en el núcleo se pueden distinguir dos fases: fase mitótica o fase M, e
interfase. La interfase es el periodo comprendido entre dos mitosis
sucesivas. En el núcleo pueden observarse la cromatina dispersa y
algunos nucléolos con ARN. Durante este periodo tiene lugar una
intensa actividad metabólica: la replicación y la transcripción del ADN.
La interfase suele dividirse en tres periodos: G1, S y G2. Cada periodo
G dura cuatro horas, mientras que el S dura nueve horas. La
transcripción, síntesis de ARNm y proteínas tiene lugar en los tres,
mientras que la replicación del ADN acontece en el periodo S, es
decir, tras el periodo posmitótico G1 y antes del G2. La mitosis
comienza al final del periodo G2 y se suele subdividir en cuatro fases:
profase, metafase, anafase y telofase.
81.- Haz un esquema que represente la metafase de la mitosis. ¿Qué
estructuras aparecen en ella? ¿Crees que estas estructuras son
reconocibles durante la mitosis de todas las células? Razona la
respuesta.
Solución: En el esquema aparece representada la metafase de la
mitosis en una célula animal. El huso acromático, formado por los
filamentos que parten de los dos centríolos. Dos cromosomas
situados en la placa metafásica y orientados perpendicularmente al
eje del huso gracias a los filamentos cinetocóricos que se hallan
imbricados con los filamentos del huso. Algunas de estas estructuras
no aparecen en las células vegetales, ya que estas carecen de
centríolo. Sin embargo, el huso también se forma en ellas a partir del
material difuso que existe en una zona clara próxima al núcleo. Por
otra parte, en las células procarióticas no aparece ninguna de estas
estructuras, ya que estas células carecen de centríolos y no forman
huso acromático, y su material genético no se condensa en forma de
cromosomas visibles al microscopio óptico, como sucede en las
células eucarióticas.
82.- En el proceso de formación de los gametos masculinos y
femeninos existe un mecanismo llamado meiosis. ¿En qué consiste?
¿Cuál es su finalidad?
Solución: La meiosis es un proceso de división del núcleo celular por
el cual se forman núcleos hijos con la mitad de cromosomas de la
célula materna. En las especies de reproducción sexual la meiosis
debe tener lugar, necesariamente, en algún momento de su ciclo
biológico. De esta manera se evita la duplicación en el número de
cromosomas, como consecuencia de la fecundación y fusión de los
núcleos (cariogamia) de los gametos. En los organismos de ciclo
diplonte (animales), la meiosis tiene lugar durante la gametogénesis.
En los organismos diplohaplontes (vegetales), la meiosis tiene lugar
durante la formación de las esporas que originarán los gametofitos
haploides.
83.- ¿Podrían encontrarse en algún momento de una mitosis
cromosomas con cromátidas distintas? ¿Y durante la meiosis? Razona
las respuestas.
Solución: Durante la interfase del ciclo celular, previo a la mitosis, las
células maternas duplican su ADN, por lo que en la mitosis aparecen
los cromosomas duplicados con dos cromátidas hermanas
exactamente iguales. Durante la mitosis se separan las dos
cromátidas hermanas de cada cromosoma, y jamás se ponen en
contacto dos cromátidas distintas; por tanto, sería imposible que un
cromosoma presentara dos cromátidas distintas durante la mitosis.
Sin embargo, en la meiosis, durante la Profase I, se produce el
entrecruzamiento; es decir, intercambios de fragmentos entre
cromátidas homólogas de diferentes cromosomas. Así pues, debido a
este entrecruzamiento, sí es posible encontrar un cromosoma con
cromátidas diferentes.
84.- Durante la fase G1 de la interfase existe un momento llamado
punto R. ¿Qué significado tiene?
Solución: Existe un momento de la fase G1 llamado punto de no
retorno o punto R, en el cual la célula está obligada a realizar la
totalidad del proceso. El paso del punto R está regulado por factores
de crecimiento, que actúan uniéndose a receptores de la superficie
celular. Una vez sobrepasado el punto R, otras moléculas toman el
relevo para continuar el ciclo hasta la fase S.
85.- Indica dos diferencias entre los procesos de división celular en
animales y plantas.
Solución: La mitosis en las células vegetales es muy semejante a la de
las células animales. En la cariocinesis o división del núcleo, podemos
destacar que las células vegetales carecen de centriolos. Los
microtúbulos del huso se organizan a partir de una zona del
citoplasma próxima al núcleo y desprovista de orgánulos la zona
clara. Al no existir centriolos, el huso que se forma carece de ásteres,
y se denomina huso anastral (sin áster). La citocinesis o división del
citoplasma, en general, es diferente. En las células animales se forma
un surco de segmentación en la zona superficial a la altura del plano
ecuatorial del huso acromático. En la zona subcortical adyacente se
organiza un haz de microtúbulos concéntrico al surco: el anillo
contráctil, responsable del estrechamiento del surco. Finalmente, el
surco termina por estrangularse, separándose las dos células hijas. En
las células vegetales, la rígida pared celular impide la formación del
surco de segmentación; en su lugar se forma un tabique de
separación entre las dos células hijas. Su origen está en una serie de
vesículas derivadas del aparato de Golgi dispuestas en el plano
perpendicular al huso. Las vesículas van fusionándose para constituir
en primera instancia el fragmoplasto, que finalmente se fusionará en
sus extremos con la membrana plasmática. En el espacio vacío del
fragmoplasto que queda entre las dos células se deposita pectina,
para construir la lámina media. A ambos lados de ella cada célula
fabricará su propia pared celular.
86.- ¿Qué fenómenos se producen durante la primera profase
meiótica? Indica cuál es su significado biológico.
Solución: Antes de iniciarse la primera división meiótica, la célula
materna es diploide, es decir, presenta dos series de cromosomas
(2n). En la profase de la primera división meiótica (profase I), los
cromosomas están replicados cada uno en dos cromátidas
(cromátidas hermanas), por lo que puede decirse que la dotación
cromosómica es 2n. Los cromosomas homólogos se emparejan
formando tétradas. Las dos cromátidas homólogas próximas se unen
íntimamente en algunos puntos, formando quiasmas. En ese
momento tienen lugar roturas en los filamentos de las cromátidas
homólogas e intercambian segmentos de ADN entre ellas. Este
fenómeno recibe el nombre de entrecruzamiento y, como
consecuencia de él, se produce la recombinación genética del
material hereditario. Debido a la recombinación genética, se forman
cromosomas con fragmentos intercambiados que darán lugar a
gametos recombinados, mientras que las cromátidas que no han
sufrido entrecruzamiento darán lugar a cromosomas idénticos a los
parentales y gametos no recombinados. Estas nuevas combinaciones
posibilitan que pueda existir una gran variedad de individuos
descendientes sobre los que podrá optar la selección natural; la
variabilidad genética es, además de necesaria para la evolución, una
ventaja para la supervivencia de la especie.
87.- Diferencias entre el proceso de la meiosis y de la mitosis.
Solución: La mitosis es un proceso de división del núcleo celular cuyo
objeto es formar núcleos hijos con el mismo número y los mismos
cromosomas que la célula madre. La meiosis, en cambio, es un
proceso de división particular del núcleo de células diploides cuyo
objeto es formar núcleos hijos haploides, es decir, con la mitad de
cromosomas que la célula madre. La mitosis tiene lugar en el proceso
de reproducción celular. La meiosis tiene lugar en las especies que se
reproducen sexualmente (en algún momento de su ciclo biológico),
para evitar la duplicación cromosómica que se produciría como
consecuencia de la fecundación de los gametos. La finalidad de la
meiosis es mantener constante el número de cromosomas de la
especie. Respecto al proceso en sí, las diferencias más destacables
son: En la división mitótica tan solo tiene lugar una división celular,
por lo que se forman dos células hijas por cada célula materna. En la
meiosis tienen lugar dos divisiones consecutivas (primera y segunda
división meiótica), por lo que se forman cuatro células hijas haploides
por cada célula materna diploide. En la profase de la primera división
meiótica se emparejan los cromosomas homólogos y se producen
quiasmas, de esta manera tienen lugar los entrecruzamientos entre
las cromátidas adyacentes de los cromosomas homólogos, hecho
que no ocurre en la mitosis. En la metafase de la primera división
meiótica se forma una placa metafásica doble, al estar emparejados y
superpuestos los cromosomas homólogos; en la mitosis se forma una
placa metafásica sencilla. En la anafase de la primera división meiótica
se separan los cromosomas homólogos y se dirige cada uno de los
integrantes del par a un polo celular; en la mitosis se separan las
cromátidas de cada cromosoma, y cada una de ellas se encamina a un
polo celular.
88.- Realiza un esquema sencillo del ciclo celular y explica qué sucede
durante la interfase.
Solución: La interfase es el periodo comprendido entre dos mitosis
sucesivas. En el núcleo pueden observarse la cromatina dispersa y
algunos nucléolos con ARN. Durante este periodo tiene lugar una
intensa actividad metabólica: la replicación y la transcripción del ADN.
La interfase suele dividirse en tres periodos: G1, S y G2. Cada periodo
G dura cuatro horas, mientras que el S dura nueve horas. La
transcripción, síntesis de ARNm y proteínas tiene lugar en los tres,
mientras que la replicación del ADN acontece en el periodo S, es
decir, tras el periodo posmitótico G1 y antes del G2.
89.- En un organismo pluricelular, casi todas sus células se dividen en
uno u otro momento. a) ¿Por qué tienen que dividirse la mayoría de
las células de un organismo pluricelular? b) ¿Cuáles son la etapas de la
mitosis?
Solución: a) Una vez completado el desarrollo embrionario, las
células de un organismo se dividen para reponer aquellas que se
pierden o se inutilizan; tal es el caso de las células del tejido epitelial y
de las células sanguíneas. Sin embargo, otras células pierden la
capacidad de división y no se reproducen, como las de los tejidos
muscular y nervioso. El mecanismo por el cual las células de los
mamíferos entran en división es la existencia de una proteína cuya
concentración máxima en el periodo G1 alcanzaría un punto sin
retorno R y determinaría la entrada en los periodos S, G2 y, más
tarde, en el de mitosis. b) Las etapas de la mitosis son: profase,
metafase, anafase y telofase. Profase. Comienza en el momento del
ciclo celular en el que los cromosomas condensados empiezan a ser
visibles en forma de filamentos en el interior del núcleo. A lo largo de
la profase continúa la condensación de los cromosomas, haciéndose
cada vez más cortos y gruesos. Cada cromosoma aparece formado
por dos cromátidas hermanas idénticas, que están unidas por sus
centrómeros; en cada uno de ellos se desarrolla un cinetócoro. Al
mismo tiempo que los cromosomas se condensan comienza a
descondensarse el nucléolo y desaparece progresivamente. Mientras
que en el núcleo tienen lugar estos cambios, en el citoplasma se
empieza a formar el huso mitótico. En las células animales, la
formación del huso está relacionada con el centrosoma, que consta
de dos pares de centríolos, que se duplicaron durante el periodo S de
la interfase. Durante la profase el centrosoma se divide, y cada
centrosoma hijo se dirige hacia un polo de la célula, organizándose
entre ellos un haz de microtúbulos que constituyen el huso mitótico.
Los microtúbulos del huso se denominan microtúbulos polares, y los
que son exteriores al huso, microtúbulos astrales. En las células de los
vegetales superiores, que carecen de centríolos, el huso mitótico se
forma a partir de una zona difusa, desprovista de orgánulos, situada
alrededor del núcleo. Comienza a romperse la envoltura nuclear en
pequeñas vesículas o fragmentos. Dichas vesículas permanecen
durante la mitosis en las proximidades del huso, y a partir de ellas se
formarán las nuevas envolturas nucleares de las células hijas. La
rotura de la membrana nuclear permite que los microtúbulos del
huso mitótico interaccionen con los cromosomas a través del
cinetócoro. Los microtúbulos polares capturados por los cinetócoros
pasan a denominarse cinetocóricos. En cada cromosoma los
microtúbulos cinetocóricos se extienden en direcciones opuestas y
orientan a los cromosomas, haciendo que se vayan concentrando en
el plano ecuatorial de la célula. Metafase. Todos los cromosomas se
sitúan en el plano ecuatorial del huso, formando la placa metafásica.
En esta fase es cuando los cromosomas están más condensados y,
por ello, son más visibles. Anafase. Comienza con la separación
simultánea de cada cromosoma en sus cromátidas hermanas, que se
desplazan hacia polos opuestos del huso. El desplazamiento de las
cromátidas se produce como consecuencia del desensamblaje y
acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos. Además, al mismo
tiempo, los dos polos del huso mitótico se separan entre sí, debido a
que los microtúbulos polares se alargan por el ensamblaje de
moléculas de tubulina en sus extremos. Hacia el final de la anafase,
los cromosomas se han separado en dos grupos iguales, cada uno de
los cuales se halla situado en un polo del huso y formará parte del
núcleo de una nueva célula. Telofase. Se caracteriza por la
reconstrucción de los núcleos de las células hijas. Para ellos se forma
una nueva envoltura nuclear alrededor de cada grupo de
cromosomas separados; los cromosomas se descondensan, y los
nucléolos vuelven a reaparecer.
90.- Define los distintos tipos de organismos según el lugar de la
meiosis.
Solución: Según el momento en que sucede la meiosis en el ciclo
biológico de los organismos, se pueden definir tres tipos de ciclos:
Ciclo haplonte (algas y animales inferiores): la meiosis tiene lugar tras
la formación del zigoto. Ciclo diplonte (animales superiores): la
meiosis tiene lugar durante la gametogénesis. Ciclo diplohaplonte
(vegetales): la meiosis tiene lugar en la formación de esporas
(meiosporas), si esas esporas son las que formarán los gametofitos
que formarán los gametofitos haploides.
91.- Indica cuántos óvulos se originarán de: a) Una ovogonia primaria.
Solución: a) Las ovogonias (2n) se multiplican en la fase de
proliferación para dar lugar, en la fase de crecimiento, a los ovocitos
primarios o de primer orden: las ovogonias primarias se supone que
son las células germinales que se multiplican por mitosis y, por tanto,
teóricamente, pueden formar un número indeterminado de
ovogonias secundarias que, en la fase de crecimiento, formarán cada
una un ovocito primario. En la especie humana la fase proliferativa de
la ovogénesis tiene lugar durante el desarrollo del embrión femenino.
Al nacer, muchas ovogonias secundarias se habrán diferenciado en
ovocitos primarios que quedarán encerrados en los folículos del
ovario. b) En la fase de maduración, un ovocito primario (2n) dará
lugar a un ovocito secundario (n) y al primer corpúsculo polar (n). c)
Un ovocito secundario (n) en la fase de diferenciación dará lugar a un
solo óvulo (n) y al segundo corpúsculo polar (n). d) Un corpúsculo
polar es una célula que apenas tiene citoplasma y que será eliminada;
no dará lugar a ningún óvulo. c) Un ovocito de segundo orden. b) Un
ovocito de primer orden. d) Un corpúsculo polar.
METABOLISMO II: CATABOLISMO
CATABOLISMO.
El Catabolismo es la fase degradativa del metabolismo en la cual
moleculas orgánicas complejas y grandes (glúcidos, lípidos y
proteínas) son transformadas en moléculas sencillas (ac. lactico, ac.
acético, CO2, amoniaco, urea, etc.). Como resultado de este proceso
de degradación se libera energía que se almacena en las células en
forma de ATP. El catabolismo es semejante en los organismos
autótrofos y heterótrofos y consiste en transformaciones químicas
que en su mayor parte son reacciones de oxidación y reducción. Las
enzimas que interviene en estas reacciones son del grupo de las
deshidrogenasas que utilizan como coenzimas el NAD, NADP, FAD y
el coenzima Q.
Las reacciones catabólicas estan muy relacionadas entre sí, pero a
efectos de estudio veremos las diferentes rutas catabolicas que
afectan a glúcidos, lípidos y proteínas.
1. CATABOLISMO DE GLÚCIDOS.
Los glúcidos se ingieren principalmente en forma de disacaridos y
polisacáridos (sacarosa, fructosa, almidón) los cuales son
hidrolizados en el tubo digestivo en sus unidades, principalmente
glucosa la cual es absorvida en el intestino delgado pasando al
torrente sanguineo y a todas las células del organismo. Por tanto, el
catabolismo de los glúcidos es, principalmente, el catabolismo de la
glucosa, que en las células, en condiciones aerobias, comprende
varias fases.
1.1. GLUCOLISIS.
Es una ruta por la cual una molecula de glucosa (6C) se degrada en
dos moléculas de ac. pirúvico (3C). Es una fase
totalmente aneróbica que se produce en el citoplasma celular.
Probablemente, la glucolisis fue el primer sistema metabólico
empleado por las células primitivas para extraer energía de la glucosa
cuando la atmosfera de la Tierra carecía de oxígeno.
La glucolisis comprende nueve reacciones que pueden agruparse en
dos fases:
1º Fase: La glucosa es degradada en dos moléculas de glicealdehído3-fsfato y se hidrolizan dos moleculas de ATP.
1. Fosforilación del OH del C6 de la glucosa para dar glucosa-6-fosfato
(G-6-P). Se emplea una molécula de ATP.
2. Isomerización de la G-6-P en fructosa-6-P.
3. Fosforilación del OH del C1 de la F-6-P para dar fructosa-1,6difosfato (F-1,6-diP). Consume una molécula de ATP
4. Ruptura de la F-1,6-diP en una molecula de gliceraldehído-3-fosfato
(G-3-P) y una molecula de dihidroxicetona fosfato (DHAP). El DHAP se
isomeriza transnsformandose en G-3-P. De tal manera que podemos
afirmar que por cada molecula de glucosa de obtienen 2 moleculas de
G-3-P.
2ª Fase: Transformación de las dos moleculas de G-3-P en dos
moleculas de ac. pirúvico y generación de cuatro moléculas de ATP.
5. Oxidación del G-3-P por acción de la G-3-P deshidrogenasa,
transformandolo en ácido 1,3-difosfoglicérico
(ac. 1,3-diPG) y reduciendo el NAD que pasa a la forma reducida
NADH. Esta reacción constituye la etapa central de la glicolisis pues la
energía generada en la oxidación se aprovecha para formar un enlace
fosfato rico en energía a partir de un fosfato inorgánico libre (no
proviene del ATP). Esta energía se emplea en reacciones posteriores
(6 y 9) para generar ATP a parttir de ADP mediante fosforilaciones a
nivel de sustrato. Por otra parte en esta reacción se forma poder
reductor en forma de NADH.
6. Defosforilación del ac. 1,3-diPG que se convierte en ac. 3fosfoglicérico (ac. 3-PG) cediendo un grupo fosfato (P) para la
sínteisis de una molécula de ATP.
7. Isomerización del ac. 3-PG transformandose en ac. 2-fosfoglicérico
(ac. 2-PG).
8. Deshidratación del ac. 2-PG transformandose en ac. fosfoenol
pirúvico (PEP) por la formación de un doble enlace.
9. Defosforilación de PEP, transfiriendo el P al ADP para dar ATP y
transformarse el ac. pirúvico.
Balance de materia y energía de la glucolisis.
Por cada molécula de glucosa se obtine:
- 2 moléculas de NADH (una por cada molécula de G-3-P).
- 2 moléculas de ATP. Durante la primera fase se consumen 2 ATPs y
durante la segunda fase se generan generan 4 ATPs (2 por cada
molécula de G-3-P).
- 2 moléculas de ac. piruvico.
La raección global es por tanto.
1 glucosa + 2 NAD+ + 2 ATP + 2 P ---® 2 ac. pirúvicos + 2 NADH + 2 H+ + 2
ATP
El destino final del ac. piruvico y del NADH depende del tipo de
organismo y el ambiente que se desarrolle, es decir que viva en
condiciones anaerobias (sin oxígeno) o aerobias (con oxigeno). En
condiciones anaerobias el piruvico se emplea procesos
de Fermentación que estudiaremos posteriormente. En condiciones
areobias el piruvico se emplea en la Respiración aeroba. (Fig).
1.2. RESPIRACION AEROBIA
La respiración aerobia es el proceso por el cual las células obtienen
energía a partir de la oxidación de las moleculas combustibles por el
oxígeno molecular. Es un proceso cuyas reacciones transcurren en el
interior de las mitocondrias y que comprende tre etapas
consecutivas: 1. Síntesis de acetil-coenzima A (acetil-CoA). 2. Ciclo de
Krebs.
3. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa. (Figura)
1.2.1. Síntesis de Acetil-CoA.
La síntesis de acetil-CoA se produce por una descarboxilación
oxidativa del ac. pirúvico procedente de la glucolisis. Esta reacción
esta catalizada por el complejo multienzimático de la piruvatodeshidrogenasa, constituido por tres enzimas diferentes y cinco
coenzimas distintos (CoA-SH, FAD, NAD+, TPP y ac. lipoico), y que se
localiza el la matriz mitocondrial. El ac. piruvico formado en el
citoplasma atraviesa las membranas de la mitocondria gracias a
transportadores específicos acoplados al transporte de OH-.
El proceso de descarboxilación es muy complicado pero se puede
resumir en la ecuación global:
CH3-CO-COOH + NAD+ + CoA-SH ---® CH3-CO-S-CoA + NADH + H+ +
CO2 (- 8,0 kcal/mol)
(ac. piruvico)
(acetil-Coa)
El acetil-CoA se produce también por oxidación de los ac. grasos y de
los aminoacaidos, de manera que el catabolismo de lípidos y de
proteínas, que veremos más adelante, es común al de los glúcidos a
partir de esta fase.
Balance de la descarboxilación de una molécula de ac. piruvico
- Síntesis de 1 molécula de acetil-CoA. (2 por cada molécula de
glucosa)
- Síntesis de 1 molécula de NADH y 1 H+. (2 por cada molécula de
glucosa)
- Producción de 1 molécula de CO2. (2 por cada molécula de glucosa)
1.2.2. Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ac. cítrico o de los acidos
tricarboxílicos, consiste en una serie cíclica de reacciones, en la cual
se incorpara el acetil-CoA que es oxidado totalmente. Comprende las
siguientes reacciones:
1. Condensación del acetil-CoA (2C) y ac. oxalacético (4C) para dar una
molecula de ac. cítrico (6C), hidrolizandose el CoA-SH.
2. Isomerización del ac. cítrico en isocítrico.
3. Descarboxilación oxidativa del ac. isocítrico a ac. ?-cetoglutárico. Se
producen una molécula de NADH, una de CO2 y un H+.
4. Dexcarboxilación oxidativa del ac. ?-cetoglutárico a succinil-CoA.
Hace falta una molécula de CoA-SH, y se producen una molécula de
NADH, una de CO2 y un H+.
5. Desacilación (liberación del CoA-SH) del succinil-CoA para dar ac.
succínico. Se produce la fosforilación de una molécula de GDP a GTP
6. Oxidación del ac. succínico a ac. fumárico y reducción del FAD a
FADH2.
7. Hidratación del ac. fumárico para dar ac. málico.
8. Oxidación del ac. málico para formar de nuevo ac. oxalacético
reduciendose una molécula de NAD+ a NADH más un H+.
La reacción global del ciclo de Krebss es:
acetil-CoA + 2 H20 + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi ---® 2 CO2 + 3 NADH + 3
H+ + FADH2 + GTP
Balance global del ciclo de Krebs
Por cada molecula de acetil-CoA se producen:
- 3 moléculas de NADH y 3 H+ (6 por cada molécula de glucosa).
- 1 molécula de FADH2 (2 por cada molécula de glucosa).
- 1 molécula de ATP. En realidad se sintetiza un molécula de GTP, pero
esta se hidroliza para dar una de ATP a partir de ADP.
Caracter anfibólico del ciclo de Krebs.
El ciclo de Krebs interviene no solo en procesos catabólicos, sino que
además es la fuente de precursores que son utilizados para diversas
reacciones de biosínteis. Las reacciones de este tipos son pues
importantes tanto en el catabolismo como en el anabolismo celular:
esta dualidad de funciones se resume diciendo que el ciclo de Krebs
es anfibólico.
Los procesos anabólicos se desarrollan en el citoplasma, por lo que
los precursores procedentes del ciclo de Krebs tienen que ser
exportados gracias a transportadores específicos. Algunos de estos
prescursores y los procesos en los que interviene son:
ac. oxalacético. Es precursor de la síntesis de glucosa
(neoglucogénesis).
ac. cítrico. Suministra acetil-CoA para la biosíntesis de ac. grasos.
ac. ?-cetoglutárico. Precursor de la síntesis de aminoácidos no
esenciales.
1.2.3. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Durante las fases anteriores, hemos visto que a partir de 1 molécula
de glucosa se originan 10 moléculas de NADH y 2 de FADH2, que son
coenzimas reducidos como consecuencia de las diferentes reacciones
de oxidación-reducción Estos coenzimas son muy excasos en la
célula por lo que deben se rapidamente oxidados, para que puedan
intervenir de nuevo en estas reacciones, para lo cual deben ceder los
electrones. El aceptor final de estos electrones es el oxígeno (razón
por lo que se habla de respiración aerobia), pero el paso de estos
desde los coenzimas reducidos al oxígeno no ocurre directamente,
sino que lo hacen a traves de una serie de reacciones de oxidaciónreducción de un conjunto de enzimas unidas a coenzimas , que
reciben el nombre de cadena transportadora de electrones o cadena
respiratoria. Estas enzimas se encuentran en la membrana interna de
las mitocondrias y constituyen tres grandes complejos enzimáticos :
i. El complejo de NADH deshidrogenasa, formado por 12 cadenas
polipeptídicas, acepta los 2 electrones y los dos H+ del NADH+H+, y los
transfiere a la ubiquinona (uQ) a través de proteínas con
centros ferro-sulfurados (Fe-S). La uQ cede los electrones y protones
a las proteínas del segundo complejo enzimático.
ii. El complejo b-c1, contiene 8 cadenas polipeptídicas. Contiene
dos citocromos (proteínas con grupos hemo, similares a la
hemoglobina) cuyo átomo de Fe participa en el transporte pasando
de su estado ferroso (Fe2+) al férrico (Fe3+). Solo transporta un
electrón por citocromo por lo que es necesaria dos moleculas de
cada, además no es capaz de transportar los H+, los cuales son
bombeados al espacio intermembrana. Los electrones son cedidos a
las proteínas del tercer complejo.
iii. el complejo de la citocromo oxidasa, que esta formado por
el citocrocmo a que contiene Fe y el citocromo a3 que contiene
cobre. Este último cede los electrones al oxígeno molecular (1/2 O2)
que se reduce a l ion O2- que al unirse con 2 H+ del medio forma una
molécula de H2O.
Fosforilación oxidativa
Las enzimas de la cadena respiratoria se encuentran ordenadas según
su potencial redox, de manera que los electrones son transportados
desde el par más negativo, NAD/NADH (Eo= -0,33 V) al más positivo,
O2-/H20
(Eo= + 0,816). Esta cesión de electrones en "cascada", va
acompañada de la liberación de energía. Cuando la caida de energía
es igual o superior a 300 mV, se genera energía suficiente para la
formación de una molécula de ATP a partir de ADP y Pi. A este
proceso se denomina fosforilación oxidativa.
A lo largo de la cadena de transporte electrónico hay tres sitios
donde se libera suficiente energía para esta síntesis de forma que por
cada par de electrones que se transporta desde el NADH hasta el
oxigeno se libera energía sufiente para la síntesis de tres moléculas
de ATP. Sin embargo, la reacción de síntesis de ATP NO esta acoplada
a las reacciones redox de la cadena respiratoria. ¿Cómo entonces se
emplea la energía liberada en este transporte en la síntesis de ATP?.
Diferentes hipotesis intenta explicarlo, de las cuales, la hipótesis
quimiostática propuesta por P. Mitchell en 1960.
Según esta hipotesis, la energía liberada durante el transporte
electónico se emplea en transportar H+desde la matriz mitocondrial
hasta el espacio intermembrana, mediante transportadores activos
localizados en los tres complejos enzimaticos. Se crea un gradiente
electroquímico de protones, generadora de una
fuerza protonmotriz, de manera que cuando los protones regresan a
la matriz a favor de gradiente lo hacen a través de la ATPsintetasa, situada en la membrana interna de la mitocondria, la
fuerza protonmotriz se transforma en energía de enlace para formar
ATP.
Balance total del catabolimo oxidativo de una molécula de glucosa.
- 10 NADH (2 glucolisis, 2 síntesis acetil-CoA y 6 ciclo de Krebs)
........... 30 ATP
- 2 FADH2 (ciclo de Krebs) ................................................................ 4
ATP
- Síntesis de 2 ATP en la glicolisis y 2 ATP en el ciclo de Kresbs
............. 4 ATP
TOTAL .......... 38 ATP
1.3. RESPIRACION ANAEROBIA
En algunas pocas clases de bacterias, el aceptor final de los
electrones procedentes de las recciones de oxidación-reducción no
es el oxígeno, sino diferentes compuestos inorgánicos tales como
sulfatos, nitratos y carbonatos. Estos microorganismos realizan una
clase expecial de proceso rerspiratorio que se denomina respiración
anaerobia. La mayoría de estos microorganismo son además
anaerobios estrictos, es decir no pueden utilizar el oxígeno en ningún
caso, siendo incluso tóxico para su metabolismo. Estos
microorganismos participan en diferentes ciclos biológicos como los
del Nitrógeno y del Azufre.
1.4. FERMENTACIONES
La fermentación es un proceso catabólico en el cual tanto el dador
como el aceptor final de electrones son compuestos orgánicos.
Generalmente estos dos compuestos son metabolitos de un único
sutrato que durante el proceso se escinde en dos, uno actua como
reductor y otro como oxidante.
La fermentación es un proceso anerobio y en el que no intervine la
cadena respiratoria. Por tal razón son poco rentables
energéticamente si se comparan con la respiración aerobia. Son
propias de los microorganimos, pero también pueden darse en
determinadas células eucariotas heterótrofas aerobias, tales como
las cleulas del músculo estriado, cuando no hay un aporte de oxígeno
adecuado.
La mayor parte de las fermentaciones consisten en un proceso de
oxidación incompleta de la glucosa, dando un producto final que es
otro compuesto orgánico y cuya naturaleza da nombre al proceso
fermentativo. Asi las moleculas de ac. pirúvico procedentes de la
glucolisis (porceso anaerobio) pueden seguir dos vias fermentativas:
1.4.1. Fermentación alcohólica.
El ac. piruvico se descarboxila a acetaldehido que es el metabolito
que sufre la reducción rindiendo una molécula de alchol etílico.
Glucosa ---------- 2 ac. piruvico ---------- 2 acetaldehido + 2 CO2 -------- 2
alcohol etílico + 2 CO2
Se producen solo 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
La fermentación alcoholica la realizan enzimas que solo poseen
levaduras del género Sacchromyces, que son anaerobias facultativas
muy aprovechadas industrialmente para la producción de vino,
cervezas y otras bebidas alcohólicas.
1.4.2. Fermentación láctica
Consiste en la oxidación parcial de la lactosa, para dar ac. lactico. La
lactosa se hidroliza previamente en glucosa y galactosa y esta se
transforma en glucosa por acción de una isomerasa. Las dos
moleculas de glucosa a trvés de la glucolisis producen 4 moléculas de
ac. priruvico las cuales son reducidas para dar ac. lactico. Se originan
de esta forma 4 ATPs por cada molécula de glucosa
Lactosa ------ Glucosa + galactosa ------- 2 Glucosas ----------- 4 ac.pirúvicos
---------- 4 ac.lácticos
Este tipo de feremntación es la base de las industrias del yogur, el
kefir y otros derivados acidos de la leche. La cidificación de la leche
provocada por la acumulación de ac. láctico disminuye el pH lo que
hace que precipite la caseína. La fermentación lactica se produce
también en la fibras del musculo estriado cuando hay esacasez de O2.
1.4.3. Otras fermentaciones
Existen una gran variedad de bacterias y levaduras que utilizan la
glucosa y otros monosacridos para obtener energía por
fermentaciones distintas de las vistas anteriormente.
Fermentación propiónica: glucosa ------- ac. propiónico.
Género Propionibacterium.
Fermentación fórmica: glucosa -------- ac. fórmico.
Género Enterobacter como Escherichia y Salmonella.
Fermentación butírica: almidón y celulosa ------- glucosa ------- ac.
butírico. Género Clostridium.
2. CATABOLISMO DE LIPIDOS
Los acilgliceridos constituyen combustible metabólicos de elevada
energía que gracias a su faciliadad para almacenarse desempeñan un
papel de reserva energética más importante que el de los glúcidos.
Estos lípidos de reserva son hidrolizados por acción de lipasas para
dar ac. grasos y glicerol. El glicerol se incorpora en la glucolisis
mientras que los ac. grasos son oxidados para dar acetil-CoA que se
incorpora en el ciclo de Krebs.
2.1. ß-Oxidación de los ac. grasos.
Los ac. grasos una vez libres sufren el proceso de la ß-oxidación, que
consiste el la oxidación sucesiva del carbono ß de un ácido graso de n
carbonos para dar n/2 moléculas de acetil-CoA. Las sucesivas etapas
de este proceso son:
1. Activación del ac. graso por el CoA-SH para dar acil-CoA. Esta etapa
consume una molécula de ATP que se hidroliza a AMP y PPi y
trascurre en el citoplasma. El acil-CoA entra en la mitocondria con
ayuda de la carnitina.
2. Oxidación del acil-CoA para dar acil-CoA ß-insaturado (A)
(R-CH=CH-CO-SCoA). La deshidrogenasa que cataliza la reacción
reduce el FAD a FADH2.
3. Hidratación del aci-CoA insaturado para dar ß-hidroxiacil-CoA
(B) de nuevo saturado (R-CHOH-CH2-CO-SCoA).
4. Oxidación del hidroxilo del carbono ß para dar un grupo cetonico,
formandose el ß-cetoacil-CoA (C) (R-CO-CH2-CO-S-CoA). Se reduce
una molecula de NAD+ a NADH+H+.
5. Tiolisis. Escisión del enlace ß-? del cetoacil-CoA por el grupo tiol (SH) de una molécula de CoA-SH. Se libera de esta forma una molécula
de acetil-CoA (CH3-CO-S-CoA) y un acil-CoA
(R-CO-S-CoA) con dos átomos de carbono menos, que vuelve a sufrir
el proceso desde la primera oxidación (reacción 2).
Balance energético de la ß-oxidación
Tomemos por ejemplo la ß-oxidación del ac. palmítico (16 C). La
ecuación gobal de la reacción será:
ac. palmítico + 8 CoA-SH + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O + ATP ------® 8 Acetil
Co-A +
7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ + AMP + PPi
8 aetil-CoA entran en el ciclo de Krebs .........
H+
8 x 3 = 24 NADH +
8 x 1 = 8 FADH2
8 x 1 = 8 ATP
cadena respiratoria
31 NADH+H+ ........
15 FADH2 .............. 15 x 2 = 30 ATP
31 x 3 = 93 ATP
Total ......................... 131 ATP
Hay que descontar el ATP gastado durante la fase de activación que
al pasar a AMP es como si gastase 2, por lo que el total de ATP
generado durante la ß-oxidación del ac. palmítico es 129 ATP.
ac. palmítico + 23 O2 + 129 Pi + 129 ADP -------® 16 CO2 + 145 H2O + 129
ATP
3. CATABOLISMO DE PROTEINAS
Las proteínas que son ingeridas por la dieta y las endogenas para ser
catabolizadas previamente son hidrolizadas a sus correspondientes
aminoacidos.
Los aminoacidos no son carburantes metabolícos típicos pues su
misión principal es participar en la síntesis de proteínas. Sin embargo,
cuando son ingeridos en gran cantidad, sus cadenas hidrocarbonadas
pueden oxidarse para obtener energía o bien se transforman en
ácidos grasos que se almacenan como trigliceridos.
En ayunos prolongados se emplean los aminoacidos procedentes de
proteínas endógenas como carburantes metabolícos, pero sobre
todo sus cadenas carbonadas se utilizan como precursores de la
síntesis de glucosa (gluconeogénesis) ya que no es posible la sintesis
a apartir de los ac. grasos y la glucosa es el unico combustible
metabólico que pueden emplear las neuronas del cerebro.
La oxidación de los aminoacidos se realiza en dos etapas:
a) Eliminación del grupo amino: se lleva a cabo mediante dos clases
diferentes de reacciones.
* Transaminaciones Son reacciones reversibles catalizadas por
las transaminasas que utilizan Vit B6como coenzima. Se porducen
een el citoplasma y mitocondrias de todas las células especialmente
los hepatocitos.
Utilizan el ac. ?-cetoglutárico (ciclo de Krebs) como aceptor de
los grupos amino que quedan almacenados en el ac. glutámico.
* Desaminación oxidativa. Formación de amoniaco a espensas del ac.
glutámico. Esta reacción se realiza en el hígado y en los riñones y esta
catalizada por la glutamato deshidrogenasa.
b) Oxidación de las cadenas carbonadas
Tras la eliminación de los grupos amino, los
restos cetoacidos resultantes continuan su proceso degradativo, de
forma independiente mediante veinte rutas metabólicas, que
convergen en un reducido némero de metabolitos en función de los
cuales los aminoacidos se dividen en:
* Aminoacidos glucogénicos: sus cadenas carbonadas se
transforman en acido pirúvico o en algún intermediario del ciclo de
Krebs.
* Aminoacidos cetogénicos: sus cadenas carbonadas se transforman
en acetil-CoA, por lo que pueden oxidarse en el ciclo de Krebs o bien
intervenir en la sintesis de ac. grasos.
QUIMIOSÍNTESIS
Cosiste en la síntesis de ATP a parttir de la energía despredida en
reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas. Los organismos
que realizan estos procesos se
denominan quimiolitotrofos o fotoautótrofos, son todos bacterias
algunas de las cuales participan en los ciclos biogeoquímicos.
En la quimiosíntesis podemos distinguir dos fases: en la primera fase
se obtiene ATP y NADH, y en la segunda fase se emplea esta energía y
el poder reductor para sintetizar compuestos orgánicos a partir de
compuestos inorgánicos.
Las principales reacciones quimiosintéticas son:
a) Nitrificación: Consiste en la oxidación del amoniaco (procedente
de la descomposicion de la materia orgánica) a nitratos. Esta
reacción ocurre en dos fases realizadas por distinto grupo de
bacterias:
* Bacterias Nitrosomonas. Transforman amoniaco en su forma de ion
amonio en nitritos.
2 NH4+ + 3 O2 ----® 2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O + 70 Kcal/mol
* Bacterias Nitrobacter. Transforman nitritos en nitratos.
NO2- + 1/2 O2 ----® NO3- + 17 kcal/mol
b) Bacterias del azufre. Oxidan el azufre o compuestos de azufre. y lo
transforman acido sulfúrico y sulfatos.
H2S + 1/2 O2 ------® S + H20 + 41 kcal/mol
2 S + 3 O2 + 2 H2O ------® 2 SO42- + 4 H+ + 118 kcal/mol
c) Bacterias del hierro: Oxidan compuestos ferrosos (Fe2+) a férricos
(Fe3+)
4 Fe2+ + 4 H+ + O2 ------® 4 Fe3+ + 2 H2O + 40 kcal/mol
d) Bacterias del hidrógeno: Oxidan el hidrógeno molecular.
H2 + 1/2 O2 ------® H2O + 58 kcal/mol
METABOLISMO I
1. METABOLISMO.
El metabolismo puede definirse como el conjunto de todas las
reacciones enzimáticas que tienen lugar en la célula. Se trata de una
actividad muy coordinada en la que participan sistemas
enzimaticos mutuamente relacionados, intercambiando materia y
energia entre la celula y el entorno. El metabolismo esta constituido
por rutas metabólicas, que consisten en la sucesión de reacciones
enzimaticamente catalizadas, en ocasiones por complejos
multienzimaticos, que transforman un sustrato S en un producto
final P a trvés de una serie de metabolitos intermediarios (a, b, c, d,
etc.).
S --® a --® b --® c --® d --® P
Las funciones específicas del metabolismo son:
1) Obtención de energía química que se almacena en forma de ATP.
2) Transformación de las moléculas nutritivas exógenas en
biomoléculas empleadas en la construcción de componentes
macromoleculares de la célula.
3) Ensamblaje de estas biomoléculas para formar proteínas, lípidos,
ac. nucleicos y otros componentes celulares.
4) Formación y degradación de las biomoléculas necesarias para las
funciones especializadas de la célula.
El metabolismo se divide en dos fases:
El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo en la cual las
moleculas nutritivas complejas y grandes (polisacáridos, lípido y
proteínas) se degradan para producir moléculas sencillas (ac. láctico,
CO2, urea, amoniaco) transformando la energía liberada en el proceso
degradativo en energía química que se almacena en forma de ATP.
El anabolismo es la fase biosintetizadora del metabolismo, en la cula
tiene lugar la biosíntesis de componentes moleculares de las celulas
tales como propeinas, ac. nucleicos, polisacaridos y lípidos a partir de
precursores sencillos. Estos procesos precisan de la energía química
aportada por el ATP.
Catabolismo y anabolismo se desarrollan simultaneamente y de
modo concurrente en las celulas, pero son regulados de forma
independiente.
2. TIPOS DE ORGANISMOS SEGÚN SU METABOLISMO
Se pueden distinguir diferentes tipos de metabolismos atendiendos a
diferentes características:
Según la fuente de carbono que los organismos necesitan tomar del
exterior para construir los esqueletos carbonados de todas las
biomoléculas, las células pueden ser:
Autótrofas: Utilizan el CO2 como única fuente.
Heterótrofas: Utilizan moléculas orgánicas tales como la glucosa.
Según la fuente de energía externa que transforman en energía
quimica, pueden ser:
Fotótrofas: Emplean la energía lumínica mediante la fotosintesis.
Quimiótrofos: Emplean la energía desprendida en las reacciones de
oxidación-reducción de moléculas organicas (catabolismo) o
inorgánicas (quimiosíntsis).
REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
Son reacciones de transferencia de electrones desde un dador de
electrones (agente reductor) a un aceptor (agente oxidante). El
dador queda oxidado y el aceptor reducido. Los agentes oxidantes y
reductores actúan como pares redox conjugados constituidos por un
dador y un aceptor de electrones (NAD+/NADH+H+).
La tendencia de un agente reductor a perder electrones viene dada
por su potencial de oxidoreducción standar (E0') que se define como
la fuerza electromotriz, expresada en voltios, de un semi-elemento
en el que el reductor y el oxidante se hallan presentes en
concentración 1 N, a 25 °C y pH 7,0, en equilibrio con un electrodo de
hidrógeno que puede aceptar reversiblemente, electrodos de las
especies reductora (La energía eléctrica de las pilas se generan gracia
a este potencial redox).
Este potencial redox nos permite saber la dirección del flujo de
electrones entre dos pares redox en los sistemas biológicos, de
manera que los electrones fluyen desde el par más negativo al menos
negativo (o más positivo).
Las variaciones de energía libre estándar que se produce al
reaccionar entre sí dos pares redox de potenciales conocidos:
/\G°' = - n F /\E0'
n = número de electrones transferidos
F = faraday (23,062 kcal)
/\E0' = E0'(aceptor) - E0'(dador)
En la fosforilación se transfieren 2 electrones desde el par
NAD+/NADH+H+ (E0'= - 0,32 V) al par ½ O2/H2O (E0'= + 0,816 V). Por
tanto /\E0'= 0,816 - (-0,32)= + 1,136 V.
/\G°'= - 2 × 23,062 × 1,136 = - 52, 39 kcal/mol
Por tanto la reacción global sería:
NADH + H+ + ½ O2 -------® NAD+ + H2O /\G°'= - 52, 39 kcal/mol
Por otro lado la reacción de síntesis de 3 ATPs sería:
3 ADP + 3 Pi ---------® 3 ATP + 3 H2O /\G°'= 3 x 7,3 = + 21,9 kcal/mol
Por tanto el transporte de dos electrones por la cadena de transporte
electrónico genera suficiente energía para generar 3 moléculas de
ATP, es más solo se aprovecha un 42% de la energía liberada.
PREGUNTAS DE SELECTIVIDAD SOBRE
METABOLISMO
1. Razonar el balance energético de la oxidación de una molécula de
acetil-CoA en el ciclo de Krebs. (J91)
2. Enumera y describe las etapas de la fase lumínica de la fotosíntesis.
(J91)
3. Explica la localización celular y el mecanismo de la fosforilación
oxidativa y la fotofosforilación. (J91)
4. Glucolisis: importancia biológica y balance energético. (S91)
5. Definir anabolismo y catabolismo. Señala las relaciones. (J92)
6. Razona el mayor rendimiento energético del catabolismo aerobio
de la glucosa frente a su degradación anaerobia.
7. Enumerar y describir las etapas que pueden distinguirse en el ciclo
de Calvin. (S92)
8. Localización celular de los procesos: a) Glucolisis, b) Fosforilación
oxidativa, c) Ciclo de Calvin y d) Síntesis de proteínas. (S92).
9. Mitocondrias: Señala en un esquema los procesos bioquímicos que
tienen lugar. (J93)
10. Razonar el papel central del ciclo de Krebs en el metabolismo
aerobio.
11. Enumera y describe los procesos metabólicos que tienen lugar en
el hialoplasma. (S93)
12. Fotosíntesis: (J94)
a) ¿Cómo, dónde y cuándo se produce la fotolisis del agua?
b) ¿Qué consecuencias tiene la fotolisis del agua?
13. Fermentaciones: (S94)
a) Concepto
b) ¿En qué condiciones ocurren?
c) ¿Cuál es el papel del ácido pirúvico?
14. Contestar brevemente a las siguientes cuestiones relacionadas
con la fotosíntesis: (S95)
a) ¿Cuál es la fuente de electrones?
b) ¿De dónde procede el oxígeno desprendido?
c) ¿De dónde procede el ATP sintetizado durante el proceso?
d) ¿Qué papel juegan ATP y NADPH durante la fase oscura?
e) ¿Qué diferencias existen con el proceso de la quimiosíntesis?
15. Fosforilación oxidativa y fotofosforilación: (S96)
a) Concepto
b) Localización celular
c) Analogías y diferencias
METABOLISMO III: FOTOSÍNTESIS
FOTOSÍNTESIS.
En un sentido estricto, la fotosíntesis es un proceso consistente en la
conversión de energía lumínica en energía química. La realizan ciertos
organismos, tales como, plantas, algas, bacterias fotosintéticas y
algunos protozoos. Estos organismos captan la radiación lumínica y
la transforman en compuestos de alto poder reductor (NADPH) y
compuestos con enlaces ricos en energía (ATP). Estos productos que
se forman durante la fase lumínica de la fotosíntesis, se utilizan
durante la fase oscura para la síntesis de materia orgánica a partir de
materia inorgánica.
1. FASE LUMÍNICA DE LA FOTOSÍNTESIS.
1.1. Absorción de energía lumínica: Fotosistemas.
Se realiza en la membrana de los tilacoides del interior de los
cloroplastos, donde se localizan pigmentos fotosensibles (clorofilas a
y b, carotenos, xantofilas etc), formando antenas
solaresdenominadas complejos colectores de luz (CCL), que son
verdaderas trampas para los fotones.
Cuando un fotón choca con un electrón de un pigmento
fotosintético, la energía del fotón (E=hv) es absorbida por el electrón
el cual salta a un nivel más alejado del núcleo, pudiendo dejar
ionizado al átomo. El pigmento queda de esta forma con un defecto
de electrones es decir oxidado.
Los pigmentos fotosintéticos están asociados a proteínas formando
los fotosistemas, constituidos por la antena y el centro de
reacción. Los pigmentos de la antena encauzan la energía fotónica
hasta el centro de reacción, el cual esta constituido por una clorofila
diana a la que va a parar la energía de excitación, transfiriendo así
electrones al aceptor primario de electrones, que a su vez los
transfiere fuera del fotosistema. La clorofila diana queda así oxidada,
recuperando los electrones de una molécula denominada dador
primario de electrones.
Según la longitud de onda a la que se excitan los pigmentos
fotosintéticos podemos diferenciar dos fotosistemas diferentes:
Fotosistema I: capta luz de £ 700 nm. La antena esta constituida por
clorofilas a, b y carotenos. La clorofila diana es un dímero de clorofila
aI que absorbe a 700 nm, antes conocida como P700. El aceptor
primario es poco conocido y se llama aceptor X y el dador es
la plastocianina.
Fotosistema II: capta luz de £ 680 nm. La antena esta constituida
por clorofilas a, b y xantofilas. La clorofila diana es un dímero
de clorofila aII que absorbe a 680 nm, antes conocida como P680. El
aceptor primario es el aceptor Q (probablemente una plastoquinona)
y el dador primario se denomina dador Z y es también poco conocido.
1.2. Transporte de electrones: cadena fotosintética.
La energía lumínica se va transformar en moléculas de alto poder
reductor NADPH. El transporte de electrones desde el agua hasta el
NADPH se realiza a través de una cadena de transportadores situada
en la membrana de los tilacoides, en la que interviene de forma activa
los dos fotosistemas. Esta cadena fotosintética se puede dividir en
tres segmentos: (Figura)
I Transporte de e- desde el agua hasta el Fotosistema II.
La fotolisis del agua es un proceso poco conocido que
libera 2 electrones que son transportados hasta 2 moléculas de Chl
aII del fotosistema II (que se encuentran oxidadas por una reacción
fotoquímica anterior). Los electrones son transportados a través de
un intermediario Z que es considerado el dador primario de
electrones del fotosistema II. La fotolisis del agua ocurre en el
espacio intratilacoidal, donde quedan liberados el oxígeno y los
protones.
H2O --luz---® ½ O2 + 2 H+ + 2 e-
II Transporte de e- desde el fotosistema II hasta el fotosistema I.
La reacción de oxidación fotoquímica consiste en que la energía
de 2 fotones de £ 680 nm hacen pasar 2 electrón desde 2 moléculas
Chl aII hasta el aceptor primario de electrones Q. Las moléculas de
clorofila quedan oxidadas, pasando a su forma reducida gracias a los
electrones procedentes del agua. Gracias a esta activación
fotoquímica, los electrones aumentan su nivel de energía pasando de
un potencial redox + 1,0 V a un potencial de 0 V. Los electrones son
transportados hasta el fotosistema I a través de una cadena de
transportadores constituida en orden creciente de sus potenciales
redox, plastoquinona (PQ),citocromo f y plastocianina (PC) siendo
este último, considerado el dador primario del fotosistema I, cede los
electrones a 2 moléculas de Chl aI que se encuentran oxidadas por
una segunda reacción fotoquímica anterior. El transporte de
electrones a lo largo de esta cadena supone una perdida de energía
que es empleada en la síntesis de ATP.
III Transporte de e- desde el fotosistema I al NADPH
De nuevo la energía de 2 fotones, esta vez de £ 700 nm, va a hacer
que dos electrones procedentes de dos moléculas de Chl aI se activen
reduciendo una molécula del aceptor de electrones X. Las moléculas
de clorofila oxidadas pasan a su forma reducida al captar los
electrones procedentes del fotosistema II. Los electrones son
cedidos desde el aceptor X a la ferredoxina FD, luego a la reductasa,
y por último al NADP+ que queda reducido a NADPH más H+.
Globalmente el proceso se resume:
H20 + NADP+ + 4 fotones ----------® ½ O2 + NADPH + H+
Son necesarias la fotolisis de 2 moléculas de agua para que se forme
una molécula de oxígeno.
Los cuatro fotones actúan dos sobre el fotosistema II y dos sobre el
fotosistema I, de manera que los 2 electrones que provienen del agua
son impulsados energéticamente "cuesta arriba" en dos ocasiones.
Así, a partir de una molécula como el agua con potencial redox
positivo (escasamente reductora), se obtiene una molécula de
NADPH de potencial redox negativo (reductor fuerte), útil es las
reacciones de reducción de la fase oscura de la
fotosínteis.
Comparativamente el transporte de electrones por
la cadena fotosintética es contrario al transporte en la cadena
respiratoria donde los electrones eran transportados desde el
NADPH hasta el agua.
Transporte cíclico de electrones
A nivel de los tilacoides existe un segundo proceso de transporte de
electrones que requiere una sola reacción fotoquímica, la del
fotosistema I. El aceptor primario X transfiere los electrones
provenientes de la Chl aI hasta la ferredoxina la cual en lugar de
transferirlos al NADP, lo hace al citocromo b6, el cual lo transfiere de
nuevo a la ChlaI a través de la plastoquinona, citocromo f y
plastocianina. En el transporte cíclico no hay producción de NADPH ni
se libera oxígeno pues no hay fotolisis del agua. Este proceso cíclico
tiene como única misión la síntesis de ATP. El que se de este
transporte cíclico o no depende de la cantidad de NADPH, si hay poco
los electrones son transportados de manera no cíclica, si hay mucho
siguen este transporte cíclico. (Para algunos autores este transporte
cíclico no es más que un artefacto experimental).
Los procesos fotosintéticos donde el agua actúa como molécula
reductora y en los que se libera oxígeno, se denominan fotosínteis
oxigénica, para diferenciarlos de otros procesos fotosintéticos donde
el dador de electrones no es el agua y por tanto no liberan oxígeno,
que se denominan fotosíntesis anoxigénica.
La fotosínteis anoxigénica la realizan algunos grupos de bacterias
como las sulfobacterias purpúreasque utilizan H2S como dador de
electrones; las sulfobacterias verdes que también utilizan H2S pero
no acumulan azufre y las bacterias verdes no sulfúreas, que utilizan
moléculas orgánicas como agentes reductores. De cualquier forma,
en estas bacterias se producen moléculas reductoras de NADPH, que
al igual que las producidas en la fotosíntesis oxigénica se emplean en
la síntesis de ATP y reducción de materia inorgánica.
1.3. Traslocación de protones y fotofosforilación
El ordenamiento de los trasportadores de electrones en la membrana
tilacoidal tiene como consecuencia el que el transporte de electrones
se acompañe de una liberación de protones en el espacio
intratilacoidal, procedentes del estroma. Al igual que en la
fosforilación oxidativa, la energía liberada en el transporte
fotosintético de electrones desde el fotosistema II al I se emplea para
generar un gradiente electroquímico capaz de generar una fuerza
protonmotriz, que sirve para que los sistemas ATPasa localizados en
la membrana tilacoidal sinteticen ATP.
Parece que son necesarios la traslocación de tres protones para la
síntesis de una molécula de ATP (no hay unanimidad en este
número). La fotolisis de una molécula de agua y el consiguiente
transporte de los electrones hasta el NADPH, libera 4 H+ en el espacio
intratilacoidal, 2 provenientes del agua y dos son bombeados desde
el estroma por la plastoquinona. De esta forma se formaría una
molécula de ATP por cada molécula de agua que se rompe. Sin
embargo, para algunos autores el transporte de electrones desde el
agua hasta el fotosistema II libera suficiente energía como para la
síntesis de otra molécula de ATP, de manera que hay dos posibles
balances de la fotofosforilación acoplada al transporte no cíclico:
a) 2 H2O + 2 NADP+ + 2 ADP + 2 Pi + 8 fotones ----------® O2 + 2 NADPH +
2 H+ + 2 ATP
b) 2 H2O + 2 NADP+ + 4 ADP + 4 Pi + 8 fotones ----------® O2 + 2 NADPH +
2 H+ + 4 ATP
En el caso a, la relación NADPH/ATP es 1/1, sin embargo, durante la
fase oscura de la fotosíntesis hacen falta 3 ATP por cada 2 NADPH.
Para los científicos que proponen este balance, esta mayor demanda
de ATP se compensaría con el producido por el transporte cíclico.
En el caso b, la relación NADPH/ATP es 1/2. Sería suficiente para la
fase oscura y el transporte cíclico solo sería un modo de control del
NADPH o incluso un artefacto experimental.
Comparación entre fosforilación oxidativa y fotofosforilación
Ambos mecanismos, siempre según la hipótesis de Mitchel, son muy
similares, teniendo en común las siguientes características:
- Las reacciones ocurren en una membrana poco permeable a los
protones: la membrana del tilacoide y la membrana interna de la
mitocondria que delimitan un compartimento cerrado: el espacio
intratilacoidal y la matriz.
- En ambos casos los transportadores de electrones se alternan con
transportadores de protones que bombean protones desde la matriz
al espacio intermembrana y del estroma al espacio intratilacoidal.
- La traslocación de protones genera en ambos casos un gradiente
electroquímico que tiene dos componentes: un gradiente de pH y un
gradiente de cargas eléctricas (una diferencia de potencial). De esta
forma los espacios intratilacoidal e intermembrana se hacen más
ácidos y más positivos que el estroma y la matriz, respectivamente.
- El gradiente electroquímico genera una fuerza llamada
protonmotriz que impulsa los protones hacia el estroma o la matriz.
- Los protones solo pueden atravesar la membrana a través de las
ATPasas, que en su base hidrófoba se comportan como
transportadores de protones, los cuales impulsados por la fuerza
protonmotriz pasan a través de la esfera de la ATPasa permitiendo la
síntesis del ATP.
2. FASE OSCURA DE LA FOTOSÍNTESIS
Durante la fase oscura el NADPH y el ATP producidos durante la fase
lumínica son utilizados en el estroma para la síntesis de moléculas
orgánicas por reducción de moléculas o iones inorgánicos como
el anhídrido carbónico, el nitrato o el sulfato.
2.1. Reducción fotosintética del anhídrido carbónico: Ciclo de Calvin.
Los trabajos de Calvin, Basshan y Benson realizados entre 1946 y
1953, demostraron que el CO2 es incorporado por fijación, sobre un
aceptor de C5: la ribulosa 1,5-difosfato, dando un compuesto
intermediario de C6 muy inestable, el cual se escinde en dos
moléculas C3 de ácido 3-fosfoglicérico (APG). Ambas reacciones,
fijación y escisión, son catalizadas por la enzima ribulosa-1,5-difosfato
carboxilasa-oxigenasa (Rubisco).
En el estroma las moléculas de APG son fosforiladas y reducidas
mediante dos reacciones consecutivas de fosforilación y oxidoreducción, que emplean la misma cantidad de ATP y NADPH,
produciéndose osas de 3 carbonos -el gliceraldehído 3-fosfato y su
isómero hidroxicetona fosfato-, que pueden seguir dos caminos:
- una parte son exportadas al citoplasma, donde sirven para la síntesis
de hexosas (glucosa) o almidón.
- otra parte es utilizada en el estroma para regenerar el aceptor C5,
mediante un conjunto de complejas reacciones en las que
intervienen triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas que
intercambian fragmentos de dos o tres átomos de carbono mediante
reacciones de condensación y transcetolización,cuya última reacción
es una fosforilación que requiere ATP.
Todo este conjunto de reacciones constituyen el llamado ciclo de
Calvin que podemos ver resumidamente en la figura. Tal y como
podemos ver la fijación de 3 CO2 requieren 9 ATP y 6 NADPH para dar
una molécula de gliceraldehído 3-fosfato. Por tanto para la síntesis
de una molécula de glucosa harán falta 18 ATP y 12 NADPH.
La ecuación global de síntesis fotosintética de una molécula de
glucosa será:
6 CO2 + 12 H2O -----LUZ----® C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2
* Fotorrespiración
La enzima Rubisco es bifuncional, actuando como carboxilasa cuando
[CO2] ñ [O2] o como oxidasacuando [CO2] á [O2].
Como carboxilasa fija 1 molécula de CO2 en la ribulasa 1,5-difosfato
para dar 2 moléculas de APG, tal y como hemos visto anteriormente.
RuDP + CO2 -------------® 2 APG
Como oxidasa NO fija CO2 y la ribulasa 1,5-difosfato se oxida
(consume O2) produciendo 1 molécula de APG, que sigue el ciclo de
Calvin, y 1 molécula de ac. fosfoglicólico que es transportado a los
peroxisomas donde a partir de 2 moléculas se obtiene 1 molécula
de APG y una 1 de CO2.
2 RuDP + 2 O2 -----------® 2 APG + 2 PGli
2 PGli ------------------------® 1 APG + 2 CO2
Globalmente:
2 RuDP + 2 O2 ------------------------® 3 APG + 2 CO2
Debido a que es un proceso que consume oxígeno y libera CO2, pero
esta asociado a la fotosíntesis, se denomina fotorrespiración. Supone
una perdida de eficacia en la fijación fotosintética del CO2 durante el
ciclo de Calvin, siendo un problema grave cuando las plantas están
sometidas a elevadas temperaturas y sequedad (verano y climas
cálidos), pues en estas condiciones la planta cierra
sus estomas dificultando la entrada de CO2 y la salida de O2, lo cual
favorece la fotorrespiración. Sin embargo, la fotorrespiración no es
un problema para algunas géneros de plantas que viven en climas
cálidos y que han adaptado su metabolismo fotosintético con el fin
de evitar la fotorrespiración. A este grupo de plantas, entre las que se
encuentra la caña de azúcar, se llaman plantas C4 debido a que el
CO2 se fija previamente sobre una molécula de tres carbonos para dar
una molécula de 4 carbonos (C4), a diferencia de la gran mayoría de
las plantas que como hemos visto fija el CO2 sobre una molécula de
cinco carbonos para dar dos moléculas de 3 carbonos (C3), razón por
la que se las llama plantas C3.
* Ciclo de Hatch-Slack
En las plantas C3 el ciclo de Calvin y la fotorrespiración ocurren
simultáneamente, mientras que en las plantas C4 apenas se produce
fotorrespiración. Esto es posible gracias a la estructura anatómica de
las hojas de estas plantas. Las células fotosintéticas se distribuyen en
dos capas concéntricas alrededor de los vasos transportadores de
savia. En la corona externa, las células del mesófilo realizan la fijación
del CO2 sobre para dar moléculas de 4 carbonos, mientras que en la
corona interna, las células de la vaina perivascular donde se realiza el
ciclo de Calvin. Las interrelaciones entre ambas coronas se conoce
como ciclo de Hatch-Slack (Fig).
En las células del mesófilo, el CO2 se fija sobre el ac.
fosfoenolpirúvico (C3) para dar ac. oxalacético(C4). La enzima que
cataliza esta reacción es una carboxilasa con más afinidad por el
CO2 que la Rubisco. El ac. oxalacético se transforma en ac. aspártico o
en ac. málico, que son transportados a las células de la vaina, donde
sufren descarboxilación para dar por un lado ac. pirúvico (C3) que es
exportado a las células del mesófilo para cerrar el ciclo como
fosfoenolpirúvico, y por otro lado CO2 que se incorpora en el ciclo de
Calvin.
Por tanto, podemos considerar que este ciclo sirve como lanzadera
de CO2 hacia las células de la vaina con el fin de que la [CO2] sea
mucho mayor que la [O2] y así la Rubisco actúe como carboxilasa y no
como oxidasa evitando la fotorrespiración.
2.2. Reducción fotosintética del nitrógeno.
Se realiza en tres fases;
1) Los iones nitrato (NO3-) son reducidos a nitrito (NO2-) por la
enzima nitrato reductasa.
NO3- + NADPH + H+ --------® NO2- + NADP+
2) Los iones nitrito son reducidos a amoníaco por el enzima nitrito
reductasa.
NO2- + NADPH + H+ --------® NH3 + NADP+
3) el amoníaco se incorpora como grupo amino del ácido
glutámico que posteriormente sirve en la síntesis de
otros aminoácidos.
ac. ?-cetoglutárico + NH3 + NADPH + H+ --------® ac. glutámico
+ NADP+ + H2O.
2.3. Reducción fotosintética del azufre.
También se realiza en tres fases:
1) Los iones sulfato (SO42-) son reducidos a sulfito (SO32-).
SO42- + NADPH + H+ + ATP --------® SO32- + NADP+ + ADP + Pi
2) Los iones sulfito son reducidos a sulfuro de hidrógeno (H2S).
SO32- + NADPH + H+ + ATP --------® H2S + NADP+ + ADP + Pi
3) El sulfuro de hidrógeno se incorpora como grupo tiol (-SH) de la
cisteína.
Acetilserina + H2S --------® Acetato + Cisteína
3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTEIS
a) Intensidad luminosa: La actividad fotosintética aumenta con la
intensidad, hasta un límite que depende de la especie vegetal. Así,
hay especies de penumbra y especies fotófilas. En general las plantas
C4 presentan mayor rendimiento fotosintético para una misma
intensidad luminosa que las plantas C3.
b) Color de la luz: Las plantas precisan luz roja, cuya longitud de onda
es superior a 680 nm, y luz azul de longitud de onda inferior a 680.
Cuando sólo se ilumina con luz roja solo funciona el fotosistema I, lo
cual desencadena el transporte cíclico de electrones y por tanto el
rendimiento fotosintético disminuye. Esto se conoce como declive
del rojo y se produce al atardecer.
c) Fotoperiodo: El rendimiento fotosintético esta relacionado con el
tiempo de luz y el tiempo de oscuridad. En general a mayor cantidad
de luz mayor rendimiento fotosintético. Sin embargo, aunque las
fases luminosa y oscura ocurren simultáneamente, son conveniente
periodos de oscuridad en los que la planta regenera el NADP
reducido durante la fase luminosa.
d) Temperatura: Dentro del intervalo de temperatura al que cada
especie esta adaptada a vivir, existe una temperatura óptima a la cual
las enzimas funcionan a pleno rendimiento.
d) Humedad ambiental: La humedad ambiental condiciona la
apertura y cierre de los estomas. Si el ambiente es seco se cierran si
es húmedo se abren. Esto afecta a las plantas C3, pues el cierre de los
estomas produce un incremento de la fotorrespiración.
e) Concentración de O2: Cuando aumenta la concentración de
oxígeno, se incrementa la fotorrespiración y por tanto disminuye el
rendimiento fotosintético.
d) Concentración de CO2: En este caso ocurre lo contrario. Sin
embargo, hay un concentración máxima de CO2 por encima de la cual
no se incrementa el rendimiento fotosintético, debido a la saturación
del enzima Rubisco. (saturación por sustrato)
METABOLISMO IV: ANABOLISMO
ANABOLISMO
El anabolismo consiste en la construcción de biomoléculas complejas
a partir de las biomoléculas sencillas que hay en el citoplasma,
mediante la energía en forma de ATP obtenida durante el
catabolismo, la quimiosíntesis o la fotosíntesis. Los procesos
anabólicos son similares tanto en las células autótrofas como en las
heterótrofas.
Las reacciones anabólicas suelen ser endergónicas; un enlace
paptídico requiere 4 kcal/mol; un enlace glucosídico requiere también
4 kcal/mol y un enlace esterfosfórico requiere 6,5 kcal/mol.
1. ANABOLISMO DE GLÚCIDOS.
Se pueden distinguir dos tipos de procesos:
1.1. Gluconeogénesis.
Consiste en la síntesis "de novo" de glucosa a expensas del ac.
pirúvico, proveniente del catabolismo de la glucosa, del catabolismo
de algunos aminoacidos o de la fermentación del ac. láctico. El ac.
pirúvico en el interior de la mitocondria se transforma en ac.
málico durante el ciclo de Krebs. Este es exportado de nuevo al
citoplasma donde se transforma en fosfoenolpirúvico, el cual se
transforma en glucosa mediante la gluconeogénesis.
Básicamente la gluneogénesis es el proceso contrario a la glucolisis, si
bien hay que tener en cuenta que algunas reacciones de la glucolisis
son irreversibles por lo que estas etapas no existen en la
gluconeogénesis, además ambas rutas están catalizadas por
diferentes sistemas enzimáticos lo que permite una regulación
independiente de ambos procesos. La síntesis de una molécula de
glucosa requiere 6 moléculas de ATP
1.2. Glucogenogénesis.
Consiste en la síntesis de glucógeno a partir de la glucosa-6fosfato que se transforma en glucosa-1-fosfato. Posteriormente se
une a una molécula de UTP, que confiere a la glucosa un estado de
mayor energía necesario para formar el enlace glucosídico 1-®4,
catalizado por la enzima glucógeno sintetasa.
La glucogenogénesis es un proceso que ocurre en las células del
hígado y del músculo.
2. ANABOLISMO DE LÍPIDOS
2.1 Biosíntesis de ac. grasos.
Se produce el hialoplasma a partir de acetil-CoA, que es un
metabolito de origen mitocondrial procedente de la descarboxilación
oxidativa del ac. pirúvico y del catabolismo de algunos aminoacidos.
El acetil-CoA se transforma en malonil-CoA, mediante una reacción de
carboxilación catalizada por la acetil-CoA carboxilasa que usa biotina
como coenzima.
acetil-CoA + CO2 + Biotina + ATP -------® malonil-CoA + Biotina + ADP
+Pi
La síntesis de un ac. graso ocurre por sucesivas incorporaciones de
moléculas de malonil-CoA, siguiendo un proceso inverso a la hélice de
Lynen (ß-oxidación). La síntesis esta catalizada por el complejo
multienzimático ácido graso sintetasa.
2.2. Biosíntesis de triglicéridos y fosfolípidos.
A partir del glicerol-3-fosfato obtenido en la glucolisis o en el
catabolismo de lípidos, se va a formar ac. fosfatídico por
esterificación de dos ácidos grasos activados en forma de acil-CoA. A
partir del ac. fosfatídico se pueden sintetizar fosfolípidos y
triglicéridos.
CH2-OH R1-CO-S-CoA
CH2-O-COR1
CH2-O-CO-R1
|
|
+ R3-CO-SCoA |
CH-OH +
R2-CO-S-CoA ------------------®
---------® CH-O-CO-R2
|
CH2-O-P
P
Glicerol-3P
rido
|
CH-O-CO-R2
¯
--------------|
CH2-OPi
CH2-O-CO-R3
ac.fosfatídico
Triglicé
|
|
|¬ Serina
¯
CH2-O-CO-R1
|
CH-O-CO-R2
|
CH2-O-P-O-Serina
Fosfolípido
3. ANABOLISMO DE AMINOACIDOS
Cada aminoácido posee su propio proceso de Biosíntesis, pero en
todos ellos podemos distinguir dos procesos diferentes: la síntesis del
esqueleto carbonado y el origen del grupo amino.
- Síntesis del esqueleto carbonado: Se realiza a partir de precursores
sencillos procedentes de la glucolisis y del ciclo de Krebs (ac. pirúvico,
ac. ?-cetoglutárico, acetil-CoA, etc). Solo los organismos autótrofos
pueden sintetizar los veinte aminoacidos, los heterótrofos sintetizan
un número limitado de aminoacidos dependiendo por tanto de la
ingestión en la dieta de los otros que por esta razón se conocen
como aa esenciales. En el hombre son ocho los aa esenciales:
treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y
fenilalanina.
- Origen del grupo amino: Algunas bacterias son capaces de fijar el N
atmosférico para formar compuestos nitrogenados. Las plantas solo
pueden fijar el N en forma de nitratos que abundan en el suelo como
consecuencia de la acción de bacterias nitrificantes que transforman
el amoníaco de excrementos y cadáveres en nitritos y
posteriormente en nitratos. Los animales obtienen el grupo amino
gracias al aporte proteico que contienen los alimentos.
Los aminoacidos son imprescindibles para la biosíntesis de proteínas,
pero cumplen otras importantes funciones: neurotransmisores,
coenzimas, antibióticos, hormonas, pigmentos. También actúan
como precursores de las bases púricas y pirimidínicas necesarias para
la síntesis de nucleótidos.
PREGUNTAS RESUELTAS. METABOLISMO
1.- Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo.
2.- ¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente?
3.- ¿Cómo se forma el ATP en las células?
4.- Principales mecanismos de la regulación metabólica.
5.- ¿Qué son las rutas metabólicas?
6.- ¿A qué se llama sistema termodinámico? Señala los principales
sistemas termodinámicos que conozcas.
7.- ¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como
transportadores de electrones en el metabolismo?
8.- Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos
metabólicos que ocurren en ellos.
9.- ¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de
carbono que utilizan?
10.- ¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el
metabolismo y qué papel desempeñan?
11.- ¿Qué condiciones debe cumplir la regulación metabólica?
12.- ¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende?
13.- Enuncia los dos principios fundamentales de la termodinámica.
14.- ¿Qué características tienen en común los intermediarios
transportadores que intervienen en el metabolismo?
15.- ¿Qué ventajas representa la compartimentación celular en el
metabolismo?
16.- Según cual sea la fuente de energía que utilicen, ¿cuántos tipos
de células se pueden diferenciar? Pon algún ejemplo.
17.- La glucosa-1-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato en dos
reacciones sucesivas: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato. glucosa-6fosfato fructosa-6-fosfato. Sabiendo que la variación de la energía
libre es la siguiente: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -1,7
Kcal/mol. fructosa-6-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -0,4 Kcal/mol.
Determina el valor del Go' para la reacción global e indica si esta
reacción es endergónica o exergónica.
18.- ¿Cuál es la composición del ATP? ¿A qué debe su papel de
intermediario energético?
19.- ¿Qué es el recambio metabólico?
20.- ¿Qué diferencia existe entre un organismo aerobio y uno
anaerobio? ¿Cuál obtiene mayor cantidad de energía?
21.- Describe la vía glucolítica.
22.- Además de la glucosa, ¿qué otras moléculas de naturaleza
glucídica entran a formar parte del catabolismo para la obtención de
energía?
23.- ¿Qué relación existe entre el intercambio de gases y la
respiración?
24.- Explica cómo la ruta de degradación de los aminoácidos se
encontrará con el intermediario central en el metabolismo, esto es,
con el acetil-CoA.
25.- ¿Qué relación existe entre el ciclo de Krebs y la Glucólisis?
26.- ¿A qué proceso corresponde este esquema? Realiza su
interpretación, indicando balance energético y orgánulo en el que
tiene lugar el proceso.
27.- ¿En qué proceso obtiene una célula más energía a partir de una
molécula de glucosa, en la respiración o en la fermentación? Razona
la respuesta.
28.- Diferencia entre organismos anaerobios estrictos y anaerobios
facultativos.
29.- ¿En qué tipo de proceso interviene la lactato deshidrogenasa?
¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso?
30.- ¿Qué disacáridos importantes son utilizados por las células para
obtener energía?
31.- Explica de manera general cómo se lleva a cabo la respiración
celular.
32.- ¿Qué es un proceso de -oxidación?
33.- ¿Qué función tiene la cadena de transporte electrónico en la
mitocondria? ¿En qué lugar de la mitocondria se localiza físicamente?
34.- Razona el rendimiento energético, en forma de número de
moléculas de ATP, producido por la degradación total de una
molécula de glucosa.
35.- Define respiración celular y fermentación. ¿Tienen alguna fase en
común?
36.- Realiza el balance energético de la glucólisis, su localización
celular y el destino del ácido pirúvico formado.
37.- ¿A qué se denomina fosforólisis? ¿Qué enzimas intervienen en
este proceso y cómo se lleva a cabo?
38.- ¿Qué importante ruta metabólica se inicia con la condensación
del acetato y el oxalacetato? ¿De dónde proviene fundamentalmente
el acetato? ¿Dónde tiene lugar esta ruta metabólica?
39.- El monóxido de carbono es un poderoso inhibidor de la
citocromo-oxidasa, complejo enzimático de la cadena respiratoria
mitocondrial. ¿Qué efectos puede tener la intoxicación con monóxido
de carbono sobre el consumo de O2 en la mitocondria? ¿Y sobre la
producción de ATP? Razona la respuesta.
40.- ¿Qué sistemas de lanzaderas existen para que el NADH penetre
en la matriz mitocondrial desde el citosol?
41.- ¿Qué es el catabolismo? ¿Qué tipos de catabolismo se distinguen
según el grado de oxidación?
42.- Describe la fermentación alcohólica y representa la reacción
global resumida. Indica algún organismo responsable de dicha
fermentación. ¿Qué productos se obtienen de ella?
43.- ¿Cómo se incorporan el almidón y el glucógeno a la glucólisis?
44.- ¿En qué consiste la respiración celular desde el punto de vista
metabólico? ¿Qué células la llevan a cabo y en qué lugar de la célula se
produce?
45.- Explica, de forma razonada, el balance energético del
catabolismo del siguiente compuesto: CH3-(CH2)14-COOH.
46.- ¿Cuál es el papel del ciclo de Krebs en el metabolismo celular?
47.- ¿En qué consiste la fosforilación oxidativa?
48.- A continuación aparecen algunas reacciones generales de varios
procesos metabólicos. Indica a qué rutas metabólicas corresponde
cada reacción. A) Glucosa + O2 CO2 + H2O + ATP. B) Ácido graso + O2
CO2 + H2O + ATP. C) Glucosa Alcohol etílico + CO2 + ATP
49.- ¿En qué fases se divide la respiración celular? Explica qué ocurre
en cada una de ellas.
50.- ¿De qué formas se elimina el amonio, tóxico para el organismo,
proveniente del catabolismo de los aminoácidos?
51.- ¿El ácido pirúvico ingresa directamente en el ciclo de Krebs?
Razona la respuesta.
52.- ¿Cómo ocurre la transferencia de electrones desde el NADH al
O2? Explícalo ayudándote de un esquema.
53.- ¿Cómo se produce la regulación del proceso respiratorio?
54.- ¿En qué fases se divide la fotosíntesis? Indica su localización
celular.
55.- ¿Cómo se sintetiza el ATP durante la fase lumínica de la
fotosíntesis?
56.- Fase oscura de la fotosíntesis:a) ¿Cuántas moléculas de NADPH y
de ATP son necesarias para sintetizar una molécula de glucosa? b)
Señala las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utiliza el NADPH
y el ATP.c) Formula la ecuación general de la fase oscura de la
fotosíntesis para la formación de una molécula de glucosa.
57.- Justifica las siguientes afirmaciones:a) Las plantas C4 presentan
menos pérdidas por fotorrespiración y un crecimiento más rápido
que las plantas C3. b) La alternativa C4 necesita más energía para fijar
el CO2 que la C3.
58.- ¿Qué es la quimiosíntesis? Explica sus fases.
59.- ¿De dónde procede el oxígeno desprendido en la fotosíntesis?
¿Cómo demostrarías experimentalmente este hecho?
60.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la fase
lumínica de la fotosíntesis: a) Enumera las diferencias entre el
transporte de electrones cíclico y el no cíclico. b) ¿En qué
circunstancias metabólicas se produce el transporte cíclico de
electrones? c) Justifica el número de fotones necesarios para liberar
una molécula de oxígeno a la atmósfera.
61.- Justifica la obtención neta de una molécula de glucosa a través de
las etapas del ciclo de Calvin.
62.- La temperatura es un factor que influye en la actividad de la
ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa desviando su actividad hacia la
oxidación de la ribulosa. ¿Qué mecanismos han desarrollado las
plantas de climas cálidos para evitar las pérdidas por
fotorrespiración?
63.- ¿De qué forma obtienen la energía los organismos fotosintéticos?
¿Qué diferencias existen entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis?
64.- ¿Qué características definen a los organismos quimiosintéticos?
65.- Contesta las siguientes cuestiones relacionadas con la
fotosíntesis: a) Escribe la ecuación general. b) Indica qué moléculas
actúan de dador y cuáles de aceptor de electrones. c) ¿Es directa la
reacción de óxido-reducción, tal como se representa en la ecuación
general? d) Explica la procedencia del O2 liberado en el proceso. e)
¿La fotosíntesis es un proceso espontáneo o requiere aporte de
energía?
66.- ¿Qué es un fotosistema? Explica su funcionamiento e indica su
localización celular.
67.- Fase lumínica de la fotosíntesis: a) Explica la procedencia de la
energía necesaria para el desarrollo del ciclo de Calvin. b) Explica las
fases en las que se divide en proceso.
68.- Define fotorrespiración y explica cómo actúa la enzima rubisco
(ribulosa1,5 difosfato carboxilasa) en el proceso.
69.- Define los siguientes términos: a) Organismo quimiolitótrofo. b)
Organismo fotolitótrofo. c) Quimiosíntesis. d) Fotosíntesis.
70.- ¿Qué función realizan los organismos quimiosintéticos en la
naturaleza? Señala algún ejemplo.
71.- Define los siguientes términos: Organismo autótrofo. Organismo
fotosintético. Organismo quimiosintético. Fotosíntesis.
72.- Explica las características de las moléculas implicadas en la
captación de la luz durante la fotosíntesis.
73.- Indica las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utilizan el
NADPH y el ATP sintetizados durante la fase lumínica.
74.- Explica cómo influyen los siguientes factores en el rendimiento
de la fotosíntesis: a) Concentración de CO2 b) Concentración de O2.
c) Temperatura.
75.- Define quimiosíntesis y representa el proceso en un esquema.
76.- Explica la importancia de las bacterias nitrificantes en los ciclos
biogeoquímicos.
77.- Escribe la ecuación general de la fotosíntesis y analiza las
diferencias con la respiración celular.
78.- Explica cómo se produce el transporte de electrones desde el
H2O hasta el NADP durante la fase lumínica de la fotosíntesis, e indica
la ecuación general del proceso.
79.- ¿Cómo se produce la fijación del CO2?, ¿en qué lugar del
cloroplasto se produce? ¿Qué enzima cataliza el proceso?
80.- ¿Qué factores favorecen la fotorrespiración?
81.- La quimiosíntesis: a) Explica el concepto de quimosíntesis. b) Pon
un ejemplo de bacteria quimiosintética y describe la reacción
mediante la cual obtiene la energía.
82.- Justifica por qué el metabolismo quimiosintético se considera
una forma metabólica evolucionada.
SOLUCIONES
1.- Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo.
Solución: El anabolismo y el catabolismo constituyen los dos tipos de
procesos que se dan en el metabolismo; las principales diferencias
que presentan son las siguientes: El catabolismo es la fase destructiva
del metabolismo. Comprende las reacciones metabólicas mediante
las cuales moléculas orgánicas más o menos complejas se degradan,
transformándose en otras moléculas más sencillas. El anabolismo es,
por el contrario, la fase constructiva del metabolismo; comprende las
reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de moléculas
sencillas se obtienen otras moléculas más complejas. En los procesos
catabólicos se libera energía, que se almacena en forma de ATP,
mientras que en los procesos anabólicos se requiere un aporte
energético, que se obtiene de la hidrólisis del ATP. Mediante los
procesos catabólicos compuestos reducidos se transforman en otras
moléculas más oxidadas; por consiguiente, los procesos catabólicos
son procesos oxidativos. Por el contrario, los procesos anabólicos son
procesos reductores a través de los cuales moléculas oxidadas se
transforman en otras más reducidas.
2.- ¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente?
Solución: Lo que permite predecir que una reacción transcurra
espontáneamente o no es la variación de la energía libre ( G). Si G < 0,
la reacción es exergónica y transcurre espontáneamente. Si G > 0, la
reacción es endergónica y no transcurre espontáneamente; ocurrirá
en sentido contrario. Si G = 0, el sistema está en equilibrio y no hay
cambios.
3.- ¿Cómo se forma el ATP en las células?
Solución: El ATP se forma al unirse al ADP una molécula de fosfato;
este proceso se denomina fosforilación. Este es un proceso
endergónico, no espontáneo, que requiere un aporte energético para
producirse. Ocurre en el interior de las células acoplado a procesos
muy exergónicos. ADP + Pi + Energía ATP + H2O Existen dos
mecanismos para sintetizar el ATP: la fosforilación a nivel de sustrato
y la fosforilación debida al transporte de electrones. Fosforilación a
nivel de sustrato: Este proceso consiste en transferir un grupo
fosfato de alta energía desde una molécula fosforilada hasta el ADP,
formándose ATP. En este proceso se aprovecha la energía que se
libera al hidrolizarse el grupo fosfato de la molécula fosforilada, para
transferir dicho grupo fosfato al ADP y formar ATP. Este tipo de
fosforilación se da en la glucólisis y, también, en alguna de las etapas
del ciclo de Krebs. Fosforilación debida al transporte de electrones:
En este caso, la fosforilación del ADP para formar ATP se realiza
gracias a la energía que se libera al transportar electrones a través de
una serie de proteínas situadas en la membrana mitocondrial o en la
de los cloroplastos. Esta energía es aprovechada por el complejo
enzimático ATP-sintetasa para fosforilar el ADP y formar ATP. Existen
dos procesos de este tipo: la fosforilación oxidativa ocurre en las
mitocondrias, y la fotofosforilación tiene lugar en los cloroplastos.
4.- Principales mecanismos de la regulación metabólica.
Solución: La regulación del metabolismo celular se produce
principalmente a tres niveles que son los siguientes: Controlando la
cantidad de los enzimas. Los enzimas, al igual que otras moléculas
celulares, sufren recambio metabólico y, por consiguiente, se
degradan y se sintetizan continuamente. Esto permite regular la
cantidad de un enzima que hay en un momento dado. La velocidad de
síntesis enzimática dependerá de la velocidad de transcripción del
gen que la codifica. Controlando la actividad enzimática. Los
organismos disponen de varios mecanismos para modificar la
actividad enzimática. Uno de los más importantes es la regulación por
retroinhibición. En este mecanismo intervienen los enzimas
alostéricos, los cuales catalizan reacciones que están localizadas en
puntos clave de una ruta metabólica, como puede ser la primera
reacción de una ruta metabólica o el punto de ramificación de una
ruta. En este tipo de control, el producto final de la ruta actúa como
inhibidor del enzima alostérico. Otros mecanismos de regulación son:
la regulación por isoenzimas y la regulación por modificación
covalente reversible del enzima. Controlando la cantidad de sustrato.
Otro mecanismo que permite regular el metabolismo es controlar la
cantidad de sustrato que llega al interior de un orgánulo a través de la
membrana.
5.- ¿Qué son las rutas metabólicas?
Solución: Se denomina ruta metabólica a una secuencia de reacciones
encadenadas en las que el producto de una de ellas es el sustrato de
la siguiente. Cada una de las reacciones de una ruta está catalizada
por un enzima específico. Las rutas metabólicas pueden ser de
muchos tipos: Lineales: el sustrato inicial no coincide con el producto
de la última reacción. Un ejemplo de estas rutas lo constituye la
glucólisis Cíclicas: el sustrato inicial coincide con el producto de la
última reacción. Un ejemplo es el ciclo de Krebs. Atendiendo al tipo
de proceso metabólico, las rutas pueden ser: anabólicas, como el
ciclo de Calvin, y catabólicas, como las fermentaciones. Las rutas
metabólicas no suelen estar aisladas, sino que suelen conectar unas
con otras, formando redes complejas. A los compuestos intermedios
que intervienen en una ruta metabólica se los denomina metabolitos.
Un ejemplo: el ácido cítrico en el ciclo de Krebs o el fosfoenolpirúvico
en la glucólisis. Hay rutas que pueden ser catabólicas y anabólicas, a
estas se las denomina anfibólicas; el ejemplo más característico lo
constituye el ciclo de Krebs. En el metabolismo hay rutas centrales
donde confluyen otras rutas metabólicas. Un ejemplo es el ciclo de
Krebs.
6.- ¿A qué se llama sistema termodinámico? Señala los principales
sistemas termodinámicos que conozcas.
Solución: Un sistema termodinámico es cualquier región
macroscópica del universo, formada por el conjunto de materia en
estudio, que se separa del resto mediante una superficie cerrada
denominada superficie termodinámica. Principalmente, se
diferencian tres tipos de sistemas: Sistema cerrado. Un sistema es
cerrado cuando puede intercambiar energía con el entorno, pero no
materia. Sistema abierto. Un sistema es abierto cuando puede
intercambiar materia y energía con el entorno. Sistema aislado. Un
sistema es aislado cuando no intercambia ni materia ni energía con el
entorno. Sistema adiabático. Un sistema es adiabático cuando no
intercambia materia ni energía en forma de calor con el entorno, pero
sí intercambia energía en forma de trabajo.
7.- ¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como
transportadores de electrones en el metabolismo?
Solución: En el metabolismo los procesos de óxido-reducción tienen
una enorme importancia; muchas de las reacciones catabólicas son
reacciones de oxidación, en las que se liberan electrones, mientras
que muchas de las reacciones anabólicas son reductoras, en las que
se requieren electrones. En los procesos biológicos de óxidoreducción, la pérdida y ganancia de electrones suele ir acompañada
de pérdida y ganancia de H+, por lo que estos procesos son
deshidrogenaciones e hidrogenaciones. Los electrones, desprendidos
en las oxidaciones catabólicas, son recogidos por un coenzima y
transportados, a veces, hasta procesos anabólicos reductores donde
se requieren. En otras ocasiones son encaminados hasta una cadena
transportadora (cadena respiratoria) que los conducirá hasta el O2,
que será su aceptor final. Los coenzimas que se encargan de recoger
y transportar los electrones que se liberan en las oxidaciones
metabólicas son: NAD+, NADP+ y FAD. Los tres son dinucleótidos de
adenina. Estos coenzimas se reducen al captar los electrones y,
posteriormente, cuando los ceden, se regeneran y se oxidan de
nuevo. NAD+ (nicotinamín adenín dinucleótido). Está formado por
dos ribonucleótidos: el de la adenina y el que tiene por base la
nicotinamida (vitamina PP). En las oxidaciones en las que interviene
este coenzima, el sustrato pierde dos electrones y dos protones; los
dos e-; junto con un H+ se unen al NAD+ y se forma NADH, mientras
que el otro H+ queda en el medio; por ello, la forma reducida de este
coenzima se debe escribir NADH+H+ aunque también está permitido
NADH. Este coenzima suele intervenir en reacciones de
deshidrogenación de alcoholes. La forma reducida (NADH) suele
ceder los electrones a una cadena de transporte de e- que los hará
llegar hasta el oxígeno. En este transporte se forma ATP. NADP+
(nicotinamín adenín dinucleótido fosfato). Es similar al NAD+, salvo
que en el carbono 3 de la ribosa del nucleótido de la adenina lleva un
grupo fosfato. La forma reducida (NADPH) actúa aportando
electrones en los procesos de biosíntesis (anabólicos). FAD (flavín
adenín dinucleótido). Está formado por dos ribonucleótidos: el de la
riboflavina (vitamina B2) y el de la adenina. Interviene en reacciones
de deshidrogenación con formación de enlaces dobles. Su forma
reducida (FADH2), al igual que el NADH, cede los electrones a una
cadena transportadora de estos que los lleva hasta el O2; en este
transporte se forma ATP.
8.- Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos
metabólicos que ocurren en ellos.
Solución: Mitocondrias. Los procesos metabólicos que ocurren son:
ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, transporte
electrónico y fosforilación oxidativa, -oxidación de los ácidos grasos o
hélice de Lynen, descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico.
Cloroplasto. El proceso metabólico que ocurre es la fotosíntesis (fase
luminosa y oscura). Hialoplasma. Algunos de los procesos que
ocurren son: la glucólisis, muchas etapas de la gluconeogénesis,
síntesis de ácidos grasos, síntesis de algunos aminoácidos, síntesis de
nucleótidos, etc. Núcleo. Los principales procesos metabólicos son: la
replicación del ADN y la transcripción del ADN para formar ARN.
Retículo endoplasmático. Los procesos que ocurren son: síntesis de
lípidos, síntesis de esteroides, etc.
9.- ¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de
carbono que utilizan?
Solución: Además de energía, las células necesitan una fuente de
carbono para poder construir las moléculas que la forman. Según cual
sea esta fuente de carbono que utilicen, podemos dividir las células
en dos grandes grupos: autótrofas y heterótrofas. Autótrofas: son
células que utilizan el CO2 atmosférico como fuente de carbono para
construir sus moléculas orgánicas. A este grupo pertenecen las
células fotótrofas, entre las que se encuentran muchas de las células
vegetales que realizan la fotosíntesis, y también las quimiosintéticas,
que realizan el proceso de quimiosíntesis, entre las que se
encuentran bacterias como, por ejemplo, las bacterias incoloras del
azufre. Heterótrofas son células que utilizan como fuente de carbono
las moléculas orgánicas. A este grupo pertenecen las células
animales, las de los hongos, etc. Estas células utilizan los compuestos
orgánicos no solo como fuente de carbono, sino también como
fuente de energía, por ello se las denomina quimioheterótrofas.
10.- ¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el
metabolismo y qué papel desempeñan?
Solución: En el metabolismo intervienen una serie de intermediarios
cuyo papel es el de transportar electrones, energía y otros grupos
químicos activados desde unos procesos donde se desprenden hasta
otros en los que se requieren. Los principales intermediarios son: ATP
(adenosín trifosfato): actúa como intermediario energético,
transfiriendo energía desde unos procesos en los que se desprende
(procesos catabólicos) hasta otros procesos en los que se requiere
(procesos anabólicos). Aunque el ATP es el compuesto que más se
utiliza en la transferencia de energía, no es el único; hay otros
nucleótidos que también se emplean, como el GTP o el UTP.
Dinucleótidos de adenina: entre los cuales destacan principalmente:
el NAD+, el NADP+ y el FAD. Estos coenzimas actúan transfiriendo
electrones e hidrogeniones desde los procesos en los que se
desprenden hasta los procesos en los que se requieren. Al captar los
electrones y los protones que se desprenden en los procesos
catabólicos de oxidación, se reducen y, posteriormente, cuando los
ceden, se oxidan. Coenzima A: actúa transportando cadenas
hidrocarbonadas y, más concretamente, radicales de ácidos
orgánicos (acilos). El radical acilo se une mediante un enlace tioéster
con el azufre del grupo sulfhidrilo del CoA; este enlace es de alta
energía, y su hidrólisis es muy exergónica.
11.- ¿Qué condiciones debe cumplir la regulación metabólica?
Solución: En las células se producen simultáneamente una enorme
cantidad de reacciones metabólicas (anabólicas y catabólicas), que
están catalizadas por diferentes enzimas. Estas reacciones están
organizadas en rutas metabólicas. Cada una de estas rutas posee uno
o varios puntos de control, que se encargan de asegurar las
necesidades que en cada instante posee la célula. La regulación debe
cumplir dos condiciones: Debe ajustarse a las necesidades de la célula
en cada instante. La célula produce la energía, las macromoléculas y
los eslabones estructurales que necesita en cada momento, con
independencia de la abundancia en el medio. Es decir, lo que
determina la velocidad del catabolismo es la necesidad de ATP. Debe
ser flexible con las variaciones de nutrientes que presenta el medio
en diferentes momentos.
12.- ¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende?
Solución: El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que
se producen en las células y mediante las cuales se transforman los
nutrientes que llegan a ellas desde el exterior. El metabolismo tiene
dos finalidades: Que la célula obtenga energía química utilizable, que
se almacena en forma de ATP. Que la célula fabrique a partir de esos
nutrientes sus propios compuestos, que serán utilizados para fabricar
sus estructuras celulares o para almacenarlos como reserva. Por
consiguiente, dentro del metabolismo se diferencian dos tipos de
procesos: el anabolismo y el catabolismo. El catabolismo comprende
la fase destructiva del metabolismo. Consiste en la oxidación de
moléculas orgánicas reducidas, que se convierten en otras más
simples y oxidadas. Estas transformaciones desprenden energía,
recogida en moléculas intermediarias de energía como el ATP, o en
forma de poder reductor en moléculas transportadoras de electrones
(NADH, NADPH). El anabolismo es la fase constructiva del
metabolismo; mediante él se sintetizan moléculas orgánicas. Esta
síntesis se realiza a partir de moléculas simples y oxidadas, que se
reducen utilizando la energía del ATP y el poder reductor (NADH,
NADPH) que se obtuvieron en el catabolismo.
13.- Enuncia los dos principios fundamentales de la termodinámica.
Solución: Los dos principios de la termodinámica son: El primer
principio de la termodinámica es el principio de la conservación de la
energía. Este principio establece que la energía puede ser convertida
de una forma a otra, pero no se puede crear o destruir. En otras
palabras: la energía total del universo es constante. El segundo
principio de la termodinámica es el aumento de la entropía. Este
principio establece que la entropía del universo se incrementa en un
proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se
encuentra en equilibrio. Como universo = sistema + entorno, para
cualquier proceso el cambio de entropía del universo es la suma de
los cambios de entropía del sistema y de su entorno.
Matemáticamente este principio se puede expresar de la siguiente
forma: Suniv. = Ssist. + Sent. Si el proceso es espontáneo Suniv 0,
para un proceso en equilibrio Suniv = 0
14.- ¿Qué características tienen en común los intermediarios
transportadores que intervienen en el metabolismo?
Solución: Todos los intermediarios transportadores que intervienen
en el metabolismo presentan una serie de características comunes,
entre las cuales destacan las siguientes: Ocupan un papel central en
el metabolismo. Son muy versátiles e intervienen en numerosas
reacciones químicas metabólicas. Son comunes a todos los
organismos vivos. Son todos ribonucleótidos de adenina. Es probable
que su origen se encuentre en los comienzos de la vida; posiblemente
deriven de las primeras moléculas con capacidad catalítica y de
duplicación: las ribozimas (ARN). Debido a su eficacia y versatilidad,
se han mantenido como coenzimas de los enzimas actuales
(proteínas).
15.- ¿Qué ventajas representa la compartimentación celular en el
metabolismo?
Solución: La compartimentación celular se presenta en las células
eucariotas, no así en las procariotas, en las que no hay orgánulos
membranosos diferenciados. En las células eucariotas la existencia de
sistemas de endomembranas permite compartimentar en múltiples
cavidades el volumen celular, con ello se logra que las numerosas
reacciones metabólicas, que se producen continuamente, y los
enzimas que las catalizan no se interfieran entre sí, teniendo cada una
un lugar específico de acción. La compartimentación es ventajosa, ya
que permite separar rutas metabólicas, algunas de ellas
incompatibles, lo que favorece su control. Así por ejemplo, una célula
puede realizar al mismo tiempo la oxidación de ácidos grasos de
cadena larga hasta acetil, y el proceso inverso de reducción del acetil
para formar ácidos grasos de cadena larga. Estos procesos, que son
químicamente incompatibles, se pueden realizar porque ocurren en
diferentes lugares de la célula: la oxidación en las mitocondrias y la
reducción en el hialoplasma. En las células eucariotas los distintos
orgánulos celulares (mitocondrias, núcleo, lisosomas, etc) pueden ser
considerados como compartimentos especializados, donde se
encuentran confinados enzimas relacionados funcionalmente, que
realizan tareas específicas.
16.- Según cual sea la fuente de energía que utilicen, ¿cuántos tipos
de células se pueden diferenciar? Pon algún ejemplo.
Solución: Atendiendo a la fuente de energía que utilicen las células,
las podemos dividir en dos grupos: fototrofas y quimiotrofas.
Fotótrofas son aquellas células que utilizan como fuente de energía la
luz solar y la transforman en energía química. A este grupo
pertenecen muchas de las células vegetales, aquellas que realizan la
fotosíntesis. Quimiótrofas son las que utilizan como fuente de
energía la energía química que se desprende de la oxidación de
compuestos químicos. Algunas la obtienen de la oxidación de
compuestos inorgánicos, esto es lo que hacen las bacterias
quimiosintéticas (bacterias del nitrógeno). Otras, como las células
animales, obtienen la energía mediante la oxidación de compuestos
orgánicos.
17.- La glucosa-1-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato en dos
reacciones sucesivas: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato. glucosa-6fosfato fructosa-6-fosfato. Sabiendo que la variación de la energía
libre es la siguiente: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -1,7
Kcal/mol. fructosa-6-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -0,4 Kcal/mol.
Determina el valor del Go' para la reacción global e indica si esta
reacción es endergónica o exergónica.
Solución: Estas dos reacciones están acopladas a través de la glucosa6-fosfato, que es el intermediario común. Por lo tanto, para calcular la
variación global de la energía libre, se suman. Así, tendremos:
glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato Go'= -1,7 Kcal/mol glucosa-6fosfato fructosa-6-fosfato Go'= +0,4 Kcal/mol Sumando estas dos,
obtenemos: glucosa-1-fosfato fructosa-6-fosfato Go'= -1,3 Kcal/mol
Como la variación de la energía libre es menor que 0, el proceso de
forma global es exergónico y transcurre espontáneamente.
18.- ¿Cuál es la composición del ATP? ¿A qué debe su papel de
intermediario energético?
Solución: El ATP o adenosín trifosfato es un ribonucleótido de
adenina que tiene tres moléculas de fosfato. Por consiguiente, está
formado por: una molécula de adenina, una molécula de ribosa ( -DRibofuranosa) y tres moléculas de fosfato. La adenina se une con la
ribosa mediante un enlace N-glucosídico que se establece entre el
carbono 1 de la ribosa y el nitrógeno 9 de la adenina. La primera
molécula de fosfato se une mediante un enlace éster con el carbono
5 de la ribosa, las otras dos moléculas de fosfato se unen entre sí y
con la molécula de fosfato anterior mediante unos enlaces especiales
denominados enlaces ácido-anhídrido. Los enlaces ácido-anhídrido,
que unen entre sí las moléculas de fosfato, son enlaces de alta
energía. Esto significa que para formarse se requiere mucha energía,
y cuando se hidrolizan igualmente liberan mucha energía. En esto se
fundamenta el papel de intermediario energético que realiza el ATP;
en la creación y destrucción de estos enlaces. El ATP almacena
energía en los enlaces que unen entre sí a los grupos fosfato,
especialmente el que une el 2 y el 3er fosfato. Mediante la hidrólisis,
que es un proceso espontáneo, se rompe este enlace y se libera
energía, permitiendo que pueda actuar acoplada a procesos
endergónicos que no serían posibles sin un aporte energético.
Posteriormente, el ATP se regenera mediante la fosforilación del
ADP, en el que se requiere un aporte energético.
19.- ¿Qué es el recambio metabólico?
Solución: Es la renovación continua de todos los componentes
celulares; las moléculas que forman estos componentes se degradan
y son sustituidas por otras nuevas que se sintetizan. El recambio
metabólico fue observado por primera vez en 1930 por Schenheimer,
gracias al método de los trazadores isotópicos. Hasta entonces se
creía que, una vez que los componentes celulares se habían formado,
permanecían intactos y estables durante todo el ciclo celular. El
recambio metabólico es necesario para que no se paralice la actividad
vital, y permite controlar el nivel de cada sustancia en cada momento.
La velocidad de síntesis y de degradación es equilibrada para
compuestos que se presentan en concentración constante. El
recambio metabólico es notable en células o tejidos que se adaptan
rápidamente a cambios de composición química en sus elementos
nutritivos, tales como el hígado, la mucosa intestinal, etc.
20.- ¿Qué diferencia existe entre un organismo aerobio y uno
anaerobio? ¿Cuál obtiene mayor cantidad de energía?
Solución: El organismo aerobio utiliza el oxígeno molecular como
último aceptor de electrones. La oxidación de la molécula se puede
considerar completa. Los productos resultantes son CO2, H2O y
sustancias minerales que carecen de energía. Por ello, en la
respiración aerobia es donde más energía se desprende. El organismo
anaerobio emplea otras moléculas aceptoras. La oxidación es parcial
e incompleta.
21.- Describe la vía glucolítica.
Solución: La glucólisis es un conjunto de reacciones anaeróbicas que
degradan la glucosa (6C), transformándola en dos moléculas de ácido
pirúvico. Es utilizada por casi todas las células como medio para
obtener energía. Cualquiera que sea la fuente de glucosa utilizada, el
resultado final será la obtención de ácido pirúvico, ATP y NADH. Las
reacciones que se producen tienen lugar en dos etapas sucesivas: 1.
La glucosa, tras su activación y transformación en otras hexosas, se
descompone en dos moléculas de 3 átomos de C, gliceraldehído-3-
fosfato. Para ello se necesita la energía aportada por dos moléculas
de ATP. 2. Las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se oxidan
después, a través de una serie de reacciones, hasta rendir dos
moléculas de ácido pirúvico. En esta oxidación se necesita como
coenzima el NAD+, que se reduce a NADH. Asimismo, la energía
liberada en el proceso es utilizada para fabricar cuatro moléculas de
ATP.
22.- Además de la glucosa, ¿qué otras moléculas de naturaleza
glucídica entran a formar parte del catabolismo para la obtención de
energía?
Solución: Aunque la glucosa sea el monosacárido más utilizado por
las células para obtener energía, otros glúcidos también
desembocarán en la glucólisis. Entre los monosacáridos, destacan la
fructosa y la galactosa, que serán transformados para entrar en la
glucólisis. Entre los disacáridos, la sacarosa (azúcar común) y la
lactosa (azúcar de la leche), que serán hidrolizados hasta sus
componentes monosacáridos. Y entre los polisacáridos, el almidón y
el glucógeno, que constituyen sustancias de reserva en los vegetales
y animales, respectivamente.
23.- ¿Qué relación existe entre el intercambio de gases y la
respiración?
Solución: El intercambio de gases es el proceso que lleva a cabo el
organismo captando el oxígeno del aire (o disuelto en agua) y
eliminando CO2. La finalidad del intercambio de gases es
proporcionar oxígeno molecular a las células y eliminar el CO2
producto de su actividad. La respiración tiene como finalidad obtener
energía mediante la combustión de moléculas orgánicas, las cuales
son oxidadas hasta CO2 y H2O.
24.- Explica cómo la ruta de degradación de los aminoácidos se
encontrará con el intermediario central en el metabolismo, esto es,
con el acetil-CoA.
Solución: Una vez constituidas las proteínas necesarias, los
aminoácidos sobrantes se degradan por diferentes rutas. Estas rutas
confluyen en el ciclo de Krebs. El grupo amino se transfiere a otras
moléculas. En el hígado de los mamíferos, las transaminasas
transfieren el grupo amino a un cetoácido, el -cetoglutárico. Se forma
el ácido glutámico que se desaminará produciendo amonio.
25.- ¿Qué relación existe entre el ciclo de Krebs y la Glucólisis?
Solución: La glucólisis constituye una primera fase en la degradación
de la glucosa. Su balance es 2 moléculas de pirúvico, 2 ATP y 2 NADH
por molécula de glucosa. Ahora bien, el pirúvico sigue siendo materia
orgánica que puede ser oxidada y transformada en materia
inorgánica (CO2). Esta transformación ocurre en la ruta metabólica
denominada ciclo de Krebs, que tiene lugar en la matriz mitocondrial.
El ciclo de Krebs se inicia con la incorporación del acetil-CoA (2C) a
una molécula de ácido cítrico. A lo largo del ciclo se produce su
oxidación total, generando dos moléculas de CO2, una de FADH2, 3
de NADH y una de GTP, recuperándose finalmente el ácido cítrico. El
acetil-CoA procede, en gran medida, de la descarboxilación oxidativa
del ácido pirúvico, producto final de la glucólisis, aunque también
puede proceder de la degradación de los ácidos grasos, glicerina o
desaminación de los aminoácidos. La glucólisis es una vía anaeróbica
en la que se inicia la degradación de los azúcares, mientras que en el
ciclo de Krebs se completa la destrucción no solo de los azúcares,
sino también de otros principios inmediatos. El objeto de todo ello es
conseguir el máximo posible de coenzimas reducidos, lo que
finalmente se traducirá en una gran cantidad de ATP en la cadena de
transporte de electrones de la mitocondria.
26.- ¿A qué proceso corresponde este esquema? Realiza su
interpretación, indicando balance energético y orgánulo en el que
tiene lugar el proceso.
Solución: El esquema representa la cadena de transporte de
electrones, que tiene lugar en la membrana mitocondrial interna. Se
denomina así porque se van transfiriendo electrones desde los
coenzimas reducidos (fundamentalmente NADH y FADH2, que se
reoxidan a NAD+ y FAD), hasta el oxígeno molecular, que se reduce a
agua. La cadena se inicia con un sustrato reducido, que se oxida
cediendo sus hidrógenos al NAD+, que se reduce a NADH. El resto de
la cadena lo forman transportadores de H+ y de electrones, que
acaban cediéndolos al O2, que se reduce a agua. El hecho de que
aparezcan transportadores capaces de recoger electrones y H+, en la
misma cadena que otros que solo aceptan electrones provoca que en
un punto determinado de la cadena los H+ queden libres. Se puede
observar también que existen tres pasos en los que se libera la
energía en el transporte, esta energía se utiliza para bombear los
protones (H+) libres desde la matriz mitocondrial al espacio
intermembranas donde se acumulan. Estos protones vuelven de
nuevo a la matriz, esta vez a favor de gradiente, a través de unos
complejos enzimáticos llamados ATP-sintetasas de la membrana
mitocondrial interna. Estos complejos utilizan la energía liberada en el
paso de H+ para sintetizar ATP a partir de ADP+P. Balance energético:
Por cada pareja de electrones cedida por el NADH y transportada
hasta el O2, se logran fabricar 3 moléculas de ATP. Hay sustratos que
al oxidarse utilizan como coenzima el FAD y no el NAD+. En estos
casos, si los electrones son aportados a la cadena por el FADH2, tan
solo se formarán 2 ATP.
27.- ¿En qué proceso obtiene una célula más energía a partir de una
molécula de glucosa, en la respiración o en la fermentación? Razona
la respuesta.
Solución: La degradación aerobia de la glucosa se lleva a cabo
mediante las oxidaciones respiratorias que se inician en la glucólisis
en el hialoplasma y acaban en el transporte de electrones en la
mitocondria. Mediante estas vías la glucosa se degrada
completamente a CO2, y se obtienen de 36 a 38 moléculas de ATP por
cada molécula de glucosa. La degradación anaerobia se lleva a cabo
mediante la fermentación de la molécula de glucosa, que tiene lugar
en el hialoplasma. En este proceso también tiene lugar la glucólisis;
pero el producto final, el piruvato, no se transforma en acetil-CoA y,
por tanto, no se incorpora a la mitocondria, sino que experimenta
unas transformaciones en el propio hialoplasma, dando lugar a los
productos finales de la fermentación (alcohol, lactato...). La única
energía que se obtiene en todo el proceso es la producida en la
glucólisis, es decir, 2 ATP por molécula de glucosa. La gran diferencia
en el rendimiento energético se debe a que la molécula de glucosa es
oxidada completamente a CO2 mediante la respiración, mientras que
en la degradación anaerobia no es oxidada completamente. Los
productos finales de la fermentación aún contienen energía que no
es aprovechada para formar ATP.
28.- Diferencia entre organismos anaerobios estrictos y anaerobios
facultativos.
Solución: Los anaerobios estrictos son los que no pueden utilizar el
oxígeno o aquellos a los que incluso les resulta nocivo, como es el
caso de algunas bacterias. Los anaerobios facultativos, como las
levaduras, prefieren utilizar el oxígeno, pero si este escasea, emplean
otras moléculas aceptoras. Hay células, como las del músculo
esquelético, que necesitan gran cantidad de energía en un momento
dado. Cuando el O2 que les llega no es suficiente, utilizan el proceso
anaerobio para la obtención de energía.
29.- ¿En qué tipo de proceso interviene la lactato deshidrogenasa?
¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso?
Solución: La lactato deshidrogenasa es un enzima que interviene en la
fermentación homoláctica. Después de la glucólisis se produce la
reducción del piruvato a lactato. Se recupera NAD+ por la reducción
catalizada por la lactato deshidrogenasa (LDH). El ácido láctico es
eliminado por las bacterias y enviado al hígado en los organismos
superiores.
30.- ¿Qué disacáridos importantes son utilizados por las células para
obtener energía?
Solución: La sacarosa (azúcar común) y la lactosa (azúcar de la leche)
son disacáridos muy importantes que forman parte de la
alimentación humana. Dichos disacáridos serán hidrolizados a sus
componentes monosacáridos, de lo cual se encargan enzimas
específicos como la sacarasa y la lactasa, que se encuentran en las
paredes del intestino.
31.- Explica de manera general cómo se lleva a cabo la respiración
celular.
Solución: Las moléculas orgánicas que se oxidan por vía aerobia
ceden electrones al oxígeno molecular a través de intermediarios
como el NADH y el FADH2. En el transcurso de esta cesión se produce
ATP. Los productos finales son CO2 y H2O. os principales
combustibles empleados son los glúcidos, sobre todo la glucosa y los
ácidos grasos. Otras moléculas, como los aminoácidos, también son
catabolizadas en la respiración. El ácido pirúvico, producto de la
glucólisis, es totalmente oxidado. El último aceptor de electrones en
la respiración es el O2. Las moléculas de NADH ceden sus electrones a
una cadena de transporte que termina en el oxígeno, y por lo tanto
se recupera el NAD+, por lo que la etapa glucolítica no se detendrá.
32.- ¿Qué es un proceso de -oxidación?
Solución: La -oxidación es un proceso catabólico mediante el cual se
oxida el carbono situado en posición beta. Por medio de este
proceso, los ácidos grasos se van fragmentando en moléculas de
acetil-CoA. Esta ruta metabólica tiene lugar en la matriz mitocondrial.
33.- ¿Qué función tiene la cadena de transporte electrónico en la
mitocondria? ¿En qué lugar de la mitocondria se localiza físicamente?
Solución: La función de la cadena es transportar electrones hasta el
aceptor final, que es el O2 (que se reduce a H2O), y su objetivo es
doble: Por un lado, oxidar los coenzimas FADH2 y NADH + H+, que se
han reducido en las rutas catabólicas (glucólisis, descarboxilación del
ácido pirúvico, -oxidación, ciclo de Krebs, etc.), para que, de esta
manera, dichas rutas puedan seguir funcionando. La energía liberada
en el transporte de electrones es utilizada para convertir el ADP+ Pi
en ATP, en un proceso denominado fosforilación oxidativa. Este ATP
será utilizado para realizar todos los procesos celulares que requieran
energía.
34.- Razona el rendimiento energético, en forma de número de
moléculas de ATP, producido por la degradación total de una
molécula de glucosa.
Solución: La oxidación completa de la glucosa se lleva a cabo
mediante las oxidaciones respiratorias que se inician con la glucólisis
en el hialoplasma y acaban en el transporte de electrones en las
mitocondrias. Mediante estas vías, la glucosa se degrada
completamente a CO2, y se obtienen de 36 a 38 moléculas de ATP.
35.- Define respiración celular y fermentación. ¿Tienen alguna fase en
común?
Solución: La respiración celular consiste en la degradación total de
moléculas orgánicas por medio del oxígeno molecular. La
fermentación es una oxidación incompleta, apareciendo como
producto algún compuesto orgánico, como por ejemplo el ácido
láctico. Tanto en la fermentación como en la respiración celular, la
primera parte, común y obligada, es la glucólisis, cuya función es
doble: Proporcionar energía. Formar intermediarios de los eslabones
estructurales para la síntesis de otras moléculas, como, por ejemplo,
los ácidos grasos.
36.- Realiza el balance energético de la glucólisis, su localización
celular y el destino del ácido pirúvico formado.
Solución: Por cada molécula de glucosa que ingresa en esta vía, se
obtiene: 2 moléculas de ácido pirúvico. 2 moléculas de ATP (cuatro
formadas menos dos gastadas). 2 moléculas de NADH + H+. Estas
reacciones tienen lugar en el hialoplasma. El destino del ácido
pirúvico es diferente según las condiciones: En condiciones aerobias,
el ácido pirúvico es descarboxilado a acetil-CoA y oxidado
completamente mediante el ciclo de Krebs en la mitocondria. En
condiciones anaerobias, el ácido pirúvico es reducido mediante la
fermentación a ácido láctico u otro compuesto en el citoplasma.
37.- ¿A qué se denomina fosforólisis? ¿Qué enzimas intervienen en
este proceso y cómo se lleva a cabo?
Solución: Es la ruptura del enlace glucosídico ( 1 4) del almidón y el
glucógeno por adición de fosfato inorgánico. Dicha ruptura es
catalizada por las fosforilasas. La fosforilasa actúa con el coenzima
fosfato de piridoxal. El proceso continúa con la eliminación sucesiva
de restos de glucosa de la cadena hasta que se encuentra con una
ramificación ( 6). El enzima 1 6-glucosidasa hidroliza la rama y la
fosforilasa continúa actuando.
38.- ¿Qué importante ruta metabólica se inicia con la condensación
del acetato y el oxalacetato? ¿De dónde proviene fundamentalmente
el acetato? ¿Dónde tiene lugar esta ruta metabólica?
Solución: Esta ruta es el ciclo de Krebs (llamado también del ácido
cítrico o de los ácidos tricarboxílicos) en la que la condensación de
estos dos compuestos origina el ácido cítrico. Al final del ciclo se
recupera el oxalacetato, que puede incorporar una nueva molécula
de acetato. El acetato proviene de: La degradación de los ácidos
grasos en la -oxidación o hélice de Lynen. La descarboxilación
oxidativa del piruvato obtenido fundamentalmente, en la glucólisis. El
ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial.
39.- El monóxido de carbono es un poderoso inhibidor de la
citocromo-oxidasa, complejo enzimático de la cadena respiratoria
mitocondrial. ¿Qué efectos puede tener la intoxicación con monóxido
de carbono sobre el consumo de O2 en la mitocondria? ¿Y sobre la
producción de ATP? Razona la respuesta.
Solución: La producción de ATP asociada a la cadena cesa. No
obstante, existen otras fuentes de ATP, como son las fosforilaciones
al nivel del sustrato (iguales a las que tienen lugar en la glucólisis),
que, como es el caso de las células musculares mediante la
fermentación, podrían aportar ATP a la célula, aunque en cantidad
mucho menor. El consumo de O2 cesaría también, ya que, al
bloquearse el transporte de electrones, la función del papel del O2
como aceptor final desaparece. Los coenzimas, FADH2 y NADH + H+,
que se han reducido en las rutas catabólicas no pueden oxidarse de
nuevo y, en consecuencia, dichas rutas tampoco podrían seguir
funcionando. En resumen, sin ATP suficiente y sin FAD y NAD+ para
poder realizar reacciones oxidativas, la célula no podría desarrollar
sus funciones, y moriría. Cuando esta muerte celular es elevada y
afecta a órganos importantes como el cerebro, se produciría la
muerte del organismo.
40.- ¿Qué sistemas de lanzaderas existen para que el NADH penetre
en la matriz mitocondrial desde el citosol?
Solución: Como el NADH no puede llegar directamente a la matriz,
existen unos sistemas de lanzaderas que trasladan los equivalentes
de reducción al interior. Lanzadera del malato. En el hígado y el
corazón, 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 del glicerofosfato. Este sistema de lanzadera lo emplea el
músculo, que cede los electrones al complejo II, por lo que se
producirá un ATP menos, es decir, dos ATP.
41.- ¿Qué es el catabolismo? ¿Qué tipos de catabolismo se distinguen
según el grado de oxidación?
Solución: Es un proceso destructivo en el que, a partir de sustancias
complejas, se obtienen otras más simples y energía, que se utilizará
para la producción de calor, el movimiento, la biosíntesis, etc. El
catabolismo es semejante en los organismos autótrofos y en los
heterótrofos. Son transformaciones químicas, en su mayor parte
reacciones de óxido-reducción, en las que unos compuestos se
oxidan a expensas de otros que se reducen. Dentro del catabolismo,
la respiración es la oxidación completa de la materia orgánica,
formándose CO2 y H2O, mientras que la fermentación se produce
cuando hay oxidación incompleta, es decir, que en el producto
aparece algún compuesto orgánico.
42.- Describe la fermentación alcohólica y representa la reacción
global resumida. Indica algún organismo responsable de dicha
fermentación. ¿Qué productos se obtienen de ella?
Solución: La fermentación alcohólica se produce en el hialoplasma de
ciertas levaduras del género Saccharomyces en condiciones
anaeróbicas. Este proceso es la continuación de la vía glucolítica que
se produce también en condiciones anaeróbicas en el hialoplasma de
todas las células. En esta primera fase de la fermentación se obtiene
energía (ATP) y se forma NADH + H+ (coenzima reducido). El NADH +
H+ debe volver a oxidarse para que el proceso continúe. La
reoxidación del NADH + H+ tiene lugar, en este caso, por la
descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, que conlleva la
obtención de alcohol etílico. Este proceso se aprovecha en la
industria para la fermentación del pan y la obtención de bebidas
alcohólicas.
43.- ¿Cómo se incorporan el almidón y el glucógeno a la glucólisis?
Solución: El almidón constituye la reserva del combustible glucosa en
los vegetales, y el glucógeno, en los animales. La obtención de
glucosa a partir de estos polisacáridos está catalizada por los
correspondientes enzimas, las fosforilasas (almidónfosforilasa y
glucogenofosforilasa), que producen la fosforólisis o ruptura del
enlace glucosídico ( 1 4) por adición de fosfato inorgánico.
44.- ¿En qué consiste la respiración celular desde el punto de vista
metabólico? ¿Qué células la llevan a cabo y en qué lugar de la célula se
produce?
Solución: La respiración celular es un conjunto de transformaciones
químicas o secuencias de reacciones que tienen la función de
proporcionar energía para el trabajo celular y para la biosíntesis. Es
una ruta catabólica aerobia que llevan a cabo las células eucarióticas,
tanto animales como vegetales, y muchas procarióticas. En las
primeras, las etapas centrales del proceso se producen en las
mitocondrias. En las segundas, en el citosol, aunque los enzimas más
importantes se encuentran en la membrana celular.
45.- Explica, de forma razonada, el balance energético del
catabolismo del siguiente compuesto: CH3-(CH2)14-COOH.
Solución: Se trata de un ácido graso saturado de número par de
carbonos (16), en concreto, es el ácido palmítico. Estos ácidos grasos,
una vez activados mediante su unión con el CoA, inician su
degradación en la matriz mitocondrial en la ruta llamada -oxidación.
En cada vuelta de la hélice de Lynen se desprende una molécula de
acetil-CoA y se forma un NADH y un FADH2. Para degradar una
molécula de ácido graso de 16 C hace falta dar 7 vueltas a la hélice de
Lynen, y así se obtienen: 8 moléculas de acetil-CoA, 7 de NADH y 7 de
FADH2. Las 8 moléculas de acetil-CoA se incorporan al ciclo de Krebs
para su total transformación en CO2. Por 8 vueltas al ciclo de Krebs se
obtiene: 8 2 = 16 CO2. 8 3 = 24 NADH. 8 1 = 8 FADH2. 8 1 = 8 GTP (= 8
ATP). Los NADH y FADH2 se reoxidan en la cadena de transporte
electrónico. Por cada NADH se obtiene 3 ATP, y por cada FADH2, 2
ATP. En total: (7+24) = 31 NADH 3 = 63 ATP. (7 +8) = 15 FADH2 2 = 30
ATP. TOTAL 93 + 8 = 101 ATP.
46.- ¿Cuál es el papel del ciclo de Krebs en el metabolismo celular?
Solución: El ciclo de Krebs constituye una etapa de la respiración
oxidativa y tiene lugar en la matriz mitocondrial. Consiste en la
oxidación completa a CO2 de moléculas de acetil-CoA, que se
incorporan a un ciclo de reacciones. En cada vuelta del ciclo de Krebs,
se incorpora una molécula de acetil-CoA, y salen de él: Dos moléculas
de CO2. Cuatro moléculas de coenzimas reducidas (3NADH y 1
FADH2). Una molécula de GTP equivalente a ATP. El acetil-CoA que se
incorpora al ciclo y es oxidado a CO2 procede de la degradación de
los principios inmediatos, principalmente de ácidos grasos y de
azúcares. De todo ello, podemos concluir que el ciclo de Krebs es la
vía metabólica en la que termina la degradación total de la materia
orgánica y se transforma en inorgánica. Además, estas oxidaciones
proporcionan energía (ATP) que se obtiene, bien directamente en
este ciclo (sólo 1 ATP), o bien reoxidando los coenzimas reducidos en
la cadena de transporte de electrones, localizada en la membrana
mitocondrial interna. Aunque el ciclo de Krebs es eminentemente
catabólico, de él parten también importantes rutas anabólicas. Por
ejemplo, el ácido -cetoglutárico puede servir, previa transformación,
en glutámico para sintetizar los aminoácidos no esenciales. Por otra
parte, el ácido cítrico, una vez transformado en acetil-CoA, será
utilizado para fabricar ácidos grasos, y el ácido oxalacético puede
transformarse en glucosa si se incorpora a la vía de la
neoglucogénesis.
47.- ¿En qué consiste la fosforilación oxidativa?
Solución: La energía liberada en el transporte de electrones permite
bombear los protones desde la matriz al espacio intermembrana. Hay
tres puntos en la cadena respiratoria en los que ocurre esta
translocación de protones, que, debido a la impermeabilidad de la
membrana mitocondrial interna, se acumulan en el espacio
intermembrana. Así se origina un gradiente electroquímico de
protones y un gradiente eléctrico (potencial de membrana). Debido a
la impermeabilidad de la membrana interna, el retorno de protones a
la matriz solo puede hacerse a través de la ATP sintetasa. La
ATP sintetasa cambia su conformación y se activa para fosforilar el
ADP y pasarlo a ATP. La hipótesis que explica el acoplamiento de
estos dos procesos, uno químico, de oxidación-reducción en la
cadena respiratoria, y otro osmótico, de transporte de protones, se
conoce con el nombre de hipótesis quimiosmótica, dada por Mitchell,
y su resultado es la fosforilación oxidativa. Cada NADH2 que llega a la
cadena respiratoria cede una pareja de e-, que en su transporte
liberan energía suficiente para bombear 6 H+ desde la matriz al
espacio intermembrana. Si los electrones proceden del FADH2, solo
se bombean 4 H+. Por cada 2 H+ que vuelven a la matriz a través de la
ATP sintetasa, se fosforila 1 ADP. Por tanto, se pueden obtener 3 ATP
por cada NADH obtenido en el catabolismo, y 2 ATP por cada FADH2.
48.- A continuación aparecen algunas reacciones generales de varios
procesos metabólicos. Indica a qué rutas metabólicas corresponde
cada reacción. A) Glucosa + O2 CO2 + H2O + ATP. B) Ácido graso + O2
CO2 + H2O + ATP. C) Glucosa Alcohol etílico + CO2 + ATP
Solución: A) Esta reacción corresponde a la ecuación general de la
respiración aerobia de la glucosa. Es una ruta catabólica, puesto que
se descomponen moléculas complejas (glucosa) en otras más simples
(CO2 + H2O), y se desprende energía para formar ATP. B) Esta
reacción se corresponde con una ruta catabólica (catabolismo de los
ácidos grasos), puesto que se descomponen moléculas complejas
(ácidos grasos) en otras más simples (CO2 + H2O), y se desprende
energía que se utiliza para formar ATP. C) Esta reacción corresponde
a la ecuación general de la fermentación alcohólica de la glucosa. Es
una ruta catabólica, puesto que se descomponen moléculas
complejas (glucosa) en otras más simples (alcohol etílico y CO2), y se
desprende energía para formar ATP.
49.- ¿En qué fases se divide la respiración celular? Explica qué ocurre
en cada una de ellas.
Solución: 1-Primera fase: oxidación parcial a acetato. Formación de
acetil-CoA. Los esqueletos hidrocarbonados de la mayoría de las
moléculas orgánicas se escinden y se transforman en un compuesto
de dos carbonos: el ácido acético. El ácido acético está activado por
el coenzima A, mediante un enlace tioéster de alta energía. Tanto los
ácidos grasos como la glucosa y algunos aminoácidos darán lugar a la
acetil-CoA, que es un punto de conexión de las rutas catabólicas en
las que las moléculas orgánicas se oxidan parcialmente. 2-Segunda
fase: ciclo del ácido cítrico o de Krebs. El acetil-CoA se condensará
con un ácido de 4 carbonos para formar el ácido cítrico, de 6
carbonos. A lo largo de esta ruta circular se oxidarán intermediarios
hasta rendir dos moléculas de CO2 y 8 hidrógenos (4 pares de
electrones) transportados por NAD+ y FAD. En la ruta entra un
esqueleto de dos carbonos, el ácido acético, y salen dos carbonos en
forma oxidada. El ciclo cataliza la descomposición del acético. En
cada vuelta se incorporará una molécula de ácido acético. 3-Tercera
fase: cadena de transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Los
intermediarios NADH y FADH2 ceden los electrones a una cadena de
transporte en la que una serie de proteínas en cascada transfieren los
electrones al O2. Acoplada a esta cadena se produce la síntesis de
ATP a partir de ADP + Pi.
50.- ¿De qué formas se elimina el amonio, tóxico para el organismo,
proveniente del catabolismo de los aminoácidos?
Solución: En los mamíferos y otros animales, como los anfibios, el
amonio terminará formando parte de la urea, molécula que se
excreta por la orina. En reptiles, aves e invertebrados terrestres el
nitrógeno se excreta en forma de ácido úrico. En animales acuáticos
se elimina directamente en forma de amoniaco.
51.- ¿El ácido pirúvico ingresa directamente en el ciclo de Krebs?
Razona la respuesta.
Solución: Al ciclo de Krebs no se incorpora ácido pirúvico, sino
acetilCoA. El pirúvico, que procede del hialoplasma, penetra en la
mitocondria, donde es transformado en acético por la acción de un
complejo enzimático llamado piruvato deshidrogenasa. El acetato
activado por la coenzima A se une al oxalacetato, formando ácido
cítrico. En este ciclo el acetato es degradado y transformado en CO2.
52.- ¿Cómo ocurre la transferencia de electrones desde el NADH al
O2? Explícalo ayudándote de un esquema.
Solución: La transferencia de electrones desde el NADH al O2 es un
proceso complejo que desprende gran cantidad de energía libre. Si
esta oxidación se produjera en un solo paso, se produciría gran
cantidad de calor, lo que supondría la incompatibilidad con las
condiciones celulares. El proceso transcurre de una forma suave a
través de pequeños cambios de energía, lo que la hace más
aprovechable. Los electrones fluyen desde el NADH hasta el oxígeno
por medio de un gran número de proteínas transportadoras y
coenzimas reunidos en tres grandes complejos: Complejo I: NADH-Q
reductasa. Complejo III: citocromo-reductasa. Complejo IV:citocromo
oxidasa. El FADH2 cede sus electrones a través del succinato-Q
reductasa o Complejo II.
53.- ¿Cómo se produce la regulación del proceso respiratorio?
Solución: La regulación de la velocidad del proceso respiratorio está
determinada por la cantidad de energía que necesita la célula. En la
glucólisis la fosforilación de la fructosa 6-P está catalizada por un
enzima alostérico, por lo que este es un importante punto de
regulación y control de la glucólisis. En el ciclo del ácido cítrico, el
paso de oxalacetato a ácido cítrico, de isocítrico a -cetoglutárico y de
-cetoglutárico a succinil-CoA están catalizados por enzimas
alostéricos que son inhibidos por el ATP y activados por el ADP. Estos
mecanismos están coordinados, de forma que solo se produce la
cantidad de metabolitos necesaria.
54.- ¿En qué fases se divide la fotosíntesis? Indica su localización
celular.
Solución: La fotosíntesis es un proceso de nutrición autótrofa.
Consiste en sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica,
utilizando la energía de la luz, y liberándose oxígeno a la atmósfera.
La fotosíntesis tiene lugar en dos fases: La fase luminosa se produce
solo en presencia de luz y se realiza en la membrana de los tilacoides,
en los cloroplastos. Durante esta fase los pigmentos fotosintéticos
captan la energía de la luz y la transforman en energía química: en
forma de poder reductor (NADPH) y energía libre (ATP). En esta fase
se libera oxígeno a la atmósfera procedente de la rotura de moléculas
de agua (fotólisis del agua). La fase oscura es una ruta metabólica
cíclica llamada ciclo de Calvin. Se realiza en el estroma del cloroplasto
y es independiente de la luz. Consiste en la reducción de moléculas de
CO2, para obtener moléculas orgánicas, utilizando la energía
producida en la fase lumínica (NADPH y ATP).
55.- ¿Cómo se sintetiza el ATP durante la fase lumínica de la
fotosíntesis?
Solución: La síntesis de ATP en la fase lumínica de la fotosíntesis se
realiza en un proceso llamado fosforilación fotosintética o
fotofosforilación.La cadena fotosintética presenta una orientación
específica en la membrana del tilacoide. Esta orientación permite que
durante el transporte de electrones (tanto cíclico como no cíclico) se
produzca la liberación de H+ al espacio intratilacoide.Durante el
transporte no cíclico, se traslocan protones desde el estroma hasta el
lumen por acción del complejo cit bf. Además, se acumulan los
protones procedentes de la fotólisis del agua.En el transporte cíclico,
únicamente se acumulan los traslocados por el complejo cit bf,
debido a que no se produce fotólisis del agua.La acumulación de H+
en el espacio intratilacoide crea un gradiente de pH, que es
aprovechado por la ATPsintetasa cloroplástica para sintetizar ATP. La
base hidrófoba de la ATPasa forma un canal, por donde salen los H+,
desde el espacio intratilacoide hasta el estroma. La energía liberada
por la corriente de H+ se convierte en energía química en la esfera
CF1, que sintetiza ATP a partir de ADP+Pi. Por cada par de protones
que atraviesan la ATP sintetasa, se libera energía para sintetizar entre
una y dos moléculas de ATP.
56.- Fase oscura de la fotosíntesis:a) ¿Cuántas moléculas de NADPH y
de ATP son necesarias para sintetizar una molécula de glucosa? b)
Señala las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utiliza el NADPH
y el ATP.c) Formula la ecuación general de la fase oscura de la
fotosíntesis para la formación de una molécula de glucosa.
Solución: a) Para sintetizar una molécula de glucosa durante el ciclo
de Calvin, se necesita el poder reductor aportado por 12 moléculas de
NADPH y la energía de 18 moléculas de ATP. Estas moléculas se
fabrican en la fase lumínica de la fotosíntesis.b) Las moléculas de
NADPH y de ATP que se utilizan en el ciclo de Calvin son consumidas
en la fase de reducción, que se lleva a cabo en dos etapas: Primero se
produce la fosforilación del 3 PG a 1,3 difosfoglicerato por acción del
ATP. Posteriormente, el 1,3 difosfoglicerato es reducido por el NADPH
a gliceraldehído-3-P, que se encuentra en equilibrio con la DHAP.
Esta reacción está catalizada por la enzima G-3-P deshidrogenasa.
Además, en la fase de regeneración, se utilizan moléculas de ATP
para fosforilar la ribulosa 5 fosfato a ribulosa 1,5 difosfato,
cerrándose el ciclo.c) Balance global de la fase oscura:
57.- Justifica las siguientes afirmaciones:a) Las plantas C4 presentan
menos pérdidas por fotorrespiración y un crecimiento más rápido
que las plantas C3. b) La alternativa C4 necesita más energía para fijar
el CO2 que la C3.
Solución: a) La alternativa C4 es un mecanismo para aumentar la
concentración de CO2 en las células túnico-vasculares, que son las
que realizan la fotosíntesis. En estas células, gracias al ciclo de Hatch
y Slack, la relación CO2/O2 permanece siempre elevada. Esto provoca
la disminución de la fotorrespiración por la inhibición de la acción
oxidativa de la rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa), y el
aumento de la actividad fotosintética al estimularse la carboxilación
de la ribulosa 1,5 difosfato. El hecho de que se vea favorecida la
fotosíntesis implica una mayor producción de biomasa y el
crecimiento más rápido del vegetal. b) La ruta de fijación del CO2 en
las plantas C4 conlleva un gasto de energía mayor que en las C3. Las
plantas C4 necesitan cinco moléculas de ATP para fijar una molécula
de CO2, mientras que las C3 solo necesitan tres. La diferencia de ATP
se justifica por el hecho de que, por cada molécula de CO2 que fijan
las plantas C4, debe regenerarse una molécula de fosfoenolpirúvico a
expensas del ATP. A pesar de que el consuno de energía sea mayor, la
eficiencia de las plantas C4 es más elevada que la de las C3, ya que
disminuyen notablemente las pérdidas por fotorrespiración.
58.- ¿Qué es la quimiosíntesis? Explica sus fases.
Solución: La quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. Consiste
en la obtención de materia orgánica a partir de inorgánica, utilizando
como fuente de energía la liberada en reacciones químicas redox
exergónicas. La quimiosíntesis se divide en dos fases, equivalentes a
las fases lumínica y oscura de la fotosíntesis: Obtención de energía.
En la quimiosíntesis la energía se obtiene de reacciones químicas
inorgánicas y exergónicas, en las que se produce una oxidación que
desprende energía en forma de ATP y coenzimas reducidas (NADH).
Producción de materia orgánica. El ATP y el NADH obtenidos en la
fase anterior se utilizan para la síntesis de materia orgánica por medio
del ciclo de Calvin.
59.- ¿De dónde procede el oxígeno desprendido en la fotosíntesis?
¿Cómo demostrarías experimentalmente este hecho?
Solución: El O2 liberado durante la fotosíntesis procede del agua que
es la molécula que actúa como dador de electrones. Durante la
fotolisis la molécula de agua se rompe y libera H+, que servirán para
reducir el CO2 a moléculas orgánicas. El oxígeno se libera a la
atmósfera como producto residual. Se puede comprobar
experimentalmente con la utilización del isótopo O18. Si se
proporciona a una planta agua marcada (H2O18), se obtiene oxígeno
con actividad radiactiva.
60.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la fase
lumínica de la fotosíntesis: a) Enumera las diferencias entre el
transporte de electrones cíclico y el no cíclico. b) ¿En qué
circunstancias metabólicas se produce el transporte cíclico de
electrones? c) Justifica el número de fotones necesarios para liberar
una molécula de oxígeno a la atmósfera.
Solución: a) Diferencias entre el transporte cíclico y el transporte no
cíclico: b) El transporte cíclico se realiza cuando en los cloroplastos
escasea el NADP+. En estas circunstancias, los electrones captados
por la ferredoxina se transportan al citocromo bf al no encontrar
moléculas de NADP oxidadas. El citocromo bf devuelve los
electrones, nuevamente, al PS I. Probablemente este tipo de
transporte sea, también, una forma de producir ATP para otras
funciones celulares. c) El recorrido de un electrón desde el H2O hasta
el NADP+ necesita la energía proporcionada por dos fotones, que
incidirán en cada uno de los fotosistemas. Como la formación de una
molécula O2 requiere la rotura de dos moléculas de agua y, por tanto,
el transporte de 4 electrones por la cadena fotosintética, serán
necesarios 8 fotones para liberar una molécula de O2.
61.- Justifica la obtención neta de una molécula de glucosa a través de
las etapas del ciclo de Calvin.
Solución: La obtención de una molécula de glucosa (hexosa de 6
átomos de carbono) durante las etapas del ciclo de Calvin requiere la
fijación de 6 moléculas de CO2. Estas son las que, en el balance
global, originarán la molécula de glucosa. Este proceso requiere que
el ciclo se produzca seis veces. Así, 6 moléculas de CO2 se fijarán
sobre 6 moléculas orgánicas de 5 carbonos (la ribulosa 1,5 difosfato),
las cuales se rompen en 12 moléculas de 3 átomos de carbono (12
moléculas de 3 PG). En este momento existen 36 átomos de carbono
en moléculas orgánicas. 12 moléculas x 3 carbonos = 36 átomos de
carbono Tras la fase de reducción, de las 12 moléculas de 3 PG se
obtienen 12 triosas fosforiladas (DHAP y G-3-P). De estas 12 moléculas,
2 (6 carbonos) se utilizarán para sintetizar una molécula de glucosa (6
carbonos), y las 10 restantes (30 carbonos) para regenerar las 6
moléculas de ribulosa 1,5 difosfato (6 moléculas x 5 carbonos = 30
carbonos) sobre las que se fijó el CO2.
62.- La temperatura es un factor que influye en la actividad de la
ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa desviando su actividad hacia la
oxidación de la ribulosa. ¿Qué mecanismos han desarrollado las
plantas de climas cálidos para evitar las pérdidas por
fotorrespiración?
Solución: Las plantas de climas cálidos, para contrarrestar el efecto
de la fotorrespiración, han desarrollado mecanismos para concentrar
y fijar el CO2. Estos mecanismos constituyen el ciclo de Hatch y Slack
que se basa en la acción coordinada de dos tipos de células de la hoja.
Las primeras son las células del mesófilo, que rodean a las segundas,
que forman la túnica de la vaina. Estas, a su vez, circundan a los vasos
conductores. El ciclo de Hatch y Slack se puede resumir en los
siguientes pasos: Las células del mesófilo reciben el CO2, que penetra
por los estomas, y lo incorporan al fosfoenolpiruvato para formar una
molécula de 4 carbonos: el oxalacetato. El oxalacetato se reduce a
malato, que es transportado a las células de la túnica vascular. Allí
sufre una descarboxilación, rindiendo piruvato y CO2, que se
incorporará al ciclo de Calvin. El piruvato es devuelto a las células del
mesófilo, donde se transforma en fosfoenolpirúvico con gasto de
ATP y NADH. Los vegetales que utilizan esta vía se denominan C4,
porque incorporan el CO2 en un compuesto de 4 carbonos, a
diferencia de los C3 que lo incorporan, directamente, en el 3fosfoglicerato (3 PG).
63.- ¿De qué forma obtienen la energía los organismos fotosintéticos?
¿Qué diferencias existen entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis?
Solución: Los organismos quimiosintéticos obtienen la energía de
reacciones químicas inorgánicas y exergónicas, en las que se produce
una oxidación que desprende energía, aprovechándose en forma de
ATP y coenzimas reducidas (NADH). La diferencia entre la fotosíntesis
y la quimiosíntesis se encuentra en la forma de obtención de energía.
En la fotosíntesis la energía necesaria para reducir el CO2 durante el
ciclo de Calvin procede de la luz, mientras que en la quimiosíntesis
procede de reacciones redox exergónicas, en las que se oxidan
compuestos inorgánicos. La síntesis de materia orgánica se realiza, en
los dos casos, a través del ciclo de Calvin.
64.- ¿Qué características definen a los organismos quimiosintéticos?
Solución: Los organismos quimiosintéticos presentan una serie de
características comunes: Son procariontes. Solamente algunas
bacterias poseen metabolismo quimiosintético. Viven de una fuente
inorgánica: agua, sales, O2, CO2 y compuestos orgánicos de cuya
oxidación obtienen energía. Obtienen la energía de una reacción
química específica. Solamente crecen con compuestos específicos de
origen inorgánico o producidos por la actividad de otros organismos.
Son aerobios. Utilizan el oxígeno como último aceptor de electrones.
Sintetizan materia orgánica por medio del ciclo de Calvin.
65.- Contesta las siguientes cuestiones relacionadas con la
fotosíntesis: a) Escribe la ecuación general. b) Indica qué moléculas
actúan de dador y cuáles de aceptor de electrones. c) ¿Es directa la
reacción de óxido-reducción, tal como se representa en la ecuación
general? d) Explica la procedencia del O2 liberado en el proceso. e)
¿La fotosíntesis es un proceso espontáneo o requiere aporte de
energía?
Solución: a) La ecuación general de la fotosíntesis es la siguiente: b)
La fotosíntesis es un proceso anabólico y redox. El dador de
electrones es el H2O en la mayoría de los casos, siendo el aceptor el
CO2, que se reduce a moléculas orgánicas. Este proceso no se
produce directamente, sino que se desarrolla mediante una ruta
metabólica compleja. c) El O2 es un producto resultante de la cesión
de hidrógenos del H2O al CO2. Este hecho, requiere la rotura de la
molécula de H2O (fotólisis) que cede los H+ al CO2 para su reducción,
liberándose el O2 resultante a la atmósfera. d) La fotosíntesis es un
proceso anabólico que, por tanto, no se produce espontáneamente y
que requiere un aporte de energía externo al sistema, que es
proporcionada por la luz.
66.- ¿Qué es un fotosistema? Explica su funcionamiento e indica su
localización celular.
Solución: Los fotosistemas son conjuntos de pigmentos
fotosintéticos que se encuentran localizados en la membrana del
tilacoide, y que se caracterizan por presentar un máximo de
absorción de la luz a una determinada longitud de onda. Los
fotosistemas están constituidos por dos estructuras: Los pigmentos
antena. Son un conjunto de pigmentos (carotenoides, clorofilas) que
captan la energía de la luz a diferentes longitudes de onda. El centro
de reacción. Está formado por una clorofila a, un aceptor de
electrones y un dador de electrones. La clorofila del centro de
reacción recibe la energía de la luz absorbida por la antena y es la
única molécula capaz de ceder un electrón. En los vegetales
superiores existen dos fotosistemas: el fotosistema I (PS I), que
presenta un máximo de absorción de luz a 700 nm, y el fotosistema II
(PS II), con un máximo de absorción a 680 nm. Cada pigmento de un
fotosistema es capaz de captar la energía de la luz a una determinada
longitud de onda. Cuando un fotón incide sobre un pigmento, hace
pasar a uno de sus electrones a una órbita más alejada, a un nivel
energético superior. Se dice que la molécula está excitada. El
pigmento puede volver a su estado normal por varios mecanismos:
Emisión de luz fluorescente o calor. Transferencia de la energía a otra
molécula por resonancia. Cediendo un electrón a otra molécula.
Dentro del fotosistema, la energía de excitación se transmite por
resonancia, desde el pigmento que absorbe la luz a menor longitud
de onda hasta el que la absorbe a mayor. Como el pigmento que
absorbe la mayor longitud de onda es la clorofila a del centro de
reacción, será la molécula que siempre reciba la energía de cualquier
fotón captada por los pigmentos del fotosistema. Por último, la
clorofila a excitada, cederá un electrón a la cadena fotosintética.
67.- Fase lumínica de la fotosíntesis: a) Explica la procedencia de la
energía necesaria para el desarrollo del ciclo de Calvin. b) Explica las
fases en las que se divide en proceso.
Solución: a) Tanto el poder reductor en forma de NADPH como la
energía libre en forma de ATP proceden de la fase lumínica de la
fotosíntesis. Durante el ciclo de Calvin, estas moléculas serán
empleadas para fabricar materia orgánica a partir de la reducción de
moléculas de CO2. b) La fase oscura de la fotosíntesis se puede
resumir en tres fases: 1. Fijación del CO2. La fijación del CO2 consiste
en su incorporación a una molécula orgánica. Se produce gracias a
una reacción exergónica que consiste en la unión del CO2 a una
pentosa, la ribulosa 1,5 difostato, formándose un compuesto de 6
átomos de carbono muy inestable. Este compuesto se escinde en 2
moléculas de 3- fosfoglicerato. La reacción está catalizada por la
enzima ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa. 2. Reducción del ácido-3-
fosfoglicérico (3 PG). Esta etapa se realiza en dos fases: Primero se
produce la fosforilación del 3 PG a 1,3 difosfoglicerato por acción del
ATP. Posteriormente, el 1,3 difosfoglicerato es reducido por el NADPH
a gliceraldehído-3-P, que se encuentra en equilibrio con la DHAP.
Esta reacción está catalizada por la enzima G-3-P deshidrogenasa. 3.
Regeneración de la ribulosa. Las moléculas de G-3-P y de DHAP,
formadas en la fase anterior, se transforman en compuestos de 4, 6 y
7 carbonos, mediante los cuales se regeneren las moléculas de
ribulosa-5- fosfato, y se forma una molécula de glucosa. Por último, la
ribulosa-5- fosfato es fosforilada a ribulosa 1,5 difosfato, con gasto de
ATP. De esta forma se cierra el ciclo.
68.- Define fotorrespiración y explica cómo actúa la enzima rubisco
(ribulosa1,5 difosfato carboxilasa) en el proceso.
Solución: La fotorrespiración es el proceso metabólico por el cual se
produce la oxidación de la ribulosa, en presencia de O2. Esta
oxidación conduce a la formación de ácido-3-fosfoglicérico y
fosfoglicolato. La enzima que realiza la fotorrespiración es la ribulosa
1,5 difostato carboxilasa (rubisco), que presenta dos actividades
alternativas: En presencia de CO2 realiza la carboxilación de la
ribulosa 1,5 difosfato (fijación del CO2) en el proceso fotosintético
normal. Cuando la concentración de O2 es alta, su actividad se desvía
hacia la fotorrespiración y cataliza la oxidación de la ribulosa, dando
como resultado la formación de 3-fosfoglicerato y fosfoglicolato. La
fotorrespiración supone una pérdida en la eficacia de la fotosíntesis.
69.- Define los siguientes términos: a) Organismo quimiolitótrofo. b)
Organismo fotolitótrofo. c) Quimiosíntesis. d) Fotosíntesis.
Solución: a) Organismo quimiolitótrofo es aquel que es capaz de
sintetizar materia orgánica a partir de compuestos inorgánicos,
utilizando como fuente de energía la desprendida en reacciones
químicas exergónicas. Realizan la quimiosíntesis. b) Organismo
fotolitotrofo. Los fotolitotrofos son organismos autótrofos, que
utilizan la energía de la luz para fabricar materia orgánica a partir de
inorgánica. Realizan la fotosíntesis. c) Quimiosíntesis. La
quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. Consiste en la
obtención de materia orgánica a partir de inorgánica, utilizando como
fuente de energía la liberada en reacciones químicas redox
exergónicas. d) Fotosíntesis. Es un proceso de nutrición autótrofa.
Consiste en sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica,
utilizando la energía de la luz y liberando oxígeno a la atmósfera.
70.- ¿Qué función realizan los organismos quimiosintéticos en la
naturaleza? Señala algún ejemplo.
Solución: Los organismos quimiosintéticos desarrollan una función
fundamental en la naturaleza, puesto que participan como elementos
clave de los ciclos biogeoquímicos. Un ejemplo del papel de una
bacteria quimiosintética en un ciclo biogeoquímico es la
Nitrosomonas, que participa en el ciclo del nitrógeno, transformando
el amoniaco en nitritos en una reacción llamada nitrosación. La
importancia dentro del ciclo del nitrógeno radica en que esta bacteria
produce el primer paso en la transformación del amoniaco en
nitratos, proceso llamado nitrificación. El amoniaco del suelo
procedente de los restos de seres vivos y de la fijación del N2
atmosférico que realizan algunas bacterias es transformado por
Nitrosomonas en nitritos, que en una reacción posterior, llamada
nitratación, se transformarán en nitratos por acción de bacterias del
género Nitrobacter. Los nitratos son la forma en que las plantas
pueden absorber por sus raíces el nitrógeno, pudiendo incorporarlo a
sus proteínas, y de ahí, pasar al resto de la biocenosis del ecosistema.
71.- Define los siguientes términos: Organismo autótrofo. Organismo
fotosintético. Organismo quimiosintético. Fotosíntesis.
Solución: Los organismos autótrofos son aquellos capaces de
producir materia orgánica a partir de materia inorgánica. Dentro de
ellos se encuentran los seres fotosintéticos y los quimiosintéticos.
Organismos fotosintéticos. Son los seres autótrofos que utilizan la
energía de la luz para construir sus moléculas orgánicas. Organismos
quimiosintéticos. Son aquellos seres vivos que transforman materia
inorgánica en materia orgánica, utilizando la energía liberada en
reacciones químicas exergónicas. Fotosíntesis. Es un proceso de
nutrición autótrofa. Consiste en sintetizar materia orgánica a partir
de materia inorgánica, utilizando la energía de la luz y liberando
oxígeno a la atmósfera. La fotosíntesis tiene lugar en dos fases: La
fase luminosa se produce solo en presencia de luz y se realiza en la
membrana de los tilacoides, en los cloroplastos. Durante esta fase los
pigmentos fotosintéticos captan la energía de la luz, y la transforman
en energía química: en forma de poder reductor (NADPH) y energía
libre (ATP). En esta fase se libera oxígeno a la atmósfera procedente
de la rotura de moléculas de agua (fotólisis del agua). La fase oscura
es una ruta metabólica cíclica, llamada ciclo de Calvin. Se realiza en el
estroma del cloroplasto y es independiente de la luz. Consiste en la
reducción de moléculas de CO2 para obtener moléculas orgánicas,
utilizando la energía producida en la fase lumínica (NADPH y ATP).
72.- Explica las características de las moléculas implicadas en la
captación de la luz durante la fotosíntesis.
Solución: Las principales moléculas implicadas en la captación de la
luz son los pigmentos fotosintéticos. Los más importantes son:
Clorofilas. Son moléculas porfirínicas. Poseen un núcleo
tetrapirrólico, con un átomo de magnesio en el centro. En el anillo IV
del núcleo tetrapirrólico, el grupo ácido está esterificado con un
alcohol de 20 átomos de carbono, el fitol. Son moléculas anfipáticas,
correspondiendo el polo hidrófobo al fitol y el polo hidrófilo al núcleo
tetrapirrólico. En los vegetales superiores aparecen dos tipos de
clorofilas, la clorofila a y la clorofila b, que se diferencian en el radical
unido en el anillo II del núcleo de porfirina. La clorofila a presenta un
grupo metilo y la clorofila b un formilo. Carotenoides. Son pigmentos
liposolubles que pertenecen al grupo de los terpenos o isoprenoides.
Son moléculas formadas por la unión de unidades de isopreno (2metil-1,3-butadieno). Son de color amarillo y anaranjado, y entre ellos
destacan los carotenos y sus derivados oxigenados, las xantofilas. Las
clorofilas y los carotenoides absorben la energía de la luz debido a
que poseen dobles enlaces conjugados. Cada pigmento absorbe luz a
una determinada longitud de onda. Los pigmentos aparecen en la
membrana del tilacoide agrupados en unas estructuras llamadas
fotosistemas (PS), que se intercalan con las moléculas de la cadena
fotosintética. Hay dos fotosistemas: el PS I, con un máximo de
absorción de 700 nm, y el PS II, con un máximo de 680 nm.
73.- Indica las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utilizan el
NADPH y el ATP sintetizados durante la fase lumínica.
Solución: Las moléculas de NADPH y de ATP que se utilizan en al ciclo
de Calvin proceden de la fase lumínica de la fotosíntesis. Estas
moléculas son utilizadas en la fase de reducción, que se lleva a cabo
en dos etapas: Primero se produce la fosforilación del 3 PG a 1,3
difosfoglicerato, por acción del ATP. Posteriormente, el 1,3
difosfoglicerato es reducido por el NADPH a gliceraldehído-3-P, que
se encuentra en equilibrio con la DHAP. Esta reacción está catalizada
por la enzima G-3-P deshidrogenasa. Además, en la fase de
regeneración se utilizan moléculas de ATP para fosforilar la ribulosa 5
fosfato a ribulosa 1,5 difosfato, cerrándose el ciclo.
74.- Explica cómo influyen los siguientes factores en el rendimiento
de la fotosíntesis: a) Concentración de CO2 b) Concentración de O2.
c) Temperatura.
Solución: a) Concentración de CO2. La concentración de dióxido de
carbono es un factor limitante de la fotosíntesis. Puesto que es un
sustrato esencial, su carencia frena la fotosíntesis. A bajas
concentraciones la actividad es también baja. b) Concentración de
O2. El oxígeno es un producto de la fotosíntesis y actúa como
inhibidor de la ruta. Pero su acción más importante se debe a su
efecto activador de la fotorrespiración. Así, cuando la relación
CO2/O2 es baja, el oxígeno actúa como inhibidor de la rubisco, lo que
supone una importante pérdida de rendimiento de la fotosíntesis. c)
Temperatura. La temperatura no influye de forma importante en la
fotosíntesis. Sin embargo, las temperaturas elevadas desvían la
actividad de la rubisco hacia la fotorrespiración. Las plantas tropicales
y de climas cálidos se han adaptado a este fenómeno a través de la
ruta C4.
75.- Define quimiosíntesis y representa el proceso en un esquema.
Solución: La quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. Consiste
en la obtención de materia orgánica a partir de inorgánica, utilizando
como fuente de energía la liberada en reacciones químicas redox
exergónicas. La quimiosíntesis se desarrolla en dos fases, que pueden
esquematizarse del siguiente modo:
76.- Explica la importancia de las bacterias nitrificantes en los ciclos
biogeoquímicos.
Solución: La importancia de las bacterias nitrificantes en los ciclos
biogeoquímicos radica en su participación dentro del ciclo del
nitrógeno. Este grupo de bacterias produce la transformación del
amoniaco en nitratos, proceso llamado nitrificación. El amoniaco del
suelo procedente de los restos de seres vivos y de la fijación del N2
atmosférico que realizan algunas bacterias, es transformado en
nitritos por las bacterias del género Nitrosomonas, en una reacción
llamada nitrosación. En una reacción posterior, llamada nitratación,
se transformarán en nitratos por acción de bacterias del género
Nitrobacter. Los nitratos son la forma en que las plantas pueden
absorber por sus raíces el nitrógeno, pudiendo incorporarlo a sus
proteínas, y de ahí, pasar al resto de la biocenosis del ecosistema.
77.- Escribe la ecuación general de la fotosíntesis y analiza las
diferencias con la respiración celular.
Solución: La fotosíntesis se puede resumir en la siguiente ecuación
general: H2O + CO2 (CH2O) + O2 . (CH2O) representa un compuesto
orgánico, por ejemplo, la sexta parte de una molécula de glucosa. De
la comparación de la ecuación global de la fotosíntesis con la
respiración celular puede deducirse que son procesos inversos. La
respiración celular es un proceso catabólico en el que se obtiene
energía a partir de la oxidación de compuestos orgánicos. Ocurre en
presencia de O2 (que actúa como último aceptor de electrones),
produciéndose H2O y CO2. (CH2O) + O2 H2O + CO2 En la fotosíntesis
se obtiene materia orgánica (CH2O) por la reducción de moléculas de
CO2. Este proceso requiere un dador de hidrógenos (electrones) que,
generalmente, es el H2O. La rotura de la molécula de agua provoca la
liberación de O2 a la atmósfera.
78.- Explica cómo se produce el transporte de electrones desde el
H2O hasta el NADP durante la fase lumínica de la fotosíntesis, e indica
la ecuación general del proceso.
Solución: El transporte de electrones, desde el agua hasta el NADP, se
realiza a través de la cadena fotosintética localizada en la membrana
del tilacoide. Esta cadena está formada por un conjunto de moléculas
transportadoras de electrones, entre las que se encuentran
intercalados los fotosistemas I y II. El transporte no es espontáneo.
La transferencia de electrones únicamente puede realizarse desde el
par que presenta un potencial redox más negativo, hacia el que lo
presenta más positivo. Por tanto, debe aplicarse energía que, en este
caso, es la energía de la luz captada por los fotosistemas. El
transporte de electrones desde el agua hasta el NADP se puede
dividir en tres segmentos, que se representan mediante el llamado
esquema en Z. 1er segmento: reducción del NADP. El proceso se inicia
cuando un fotón incide sobre el fotosistema I (PS I) y produce la
excitación de una de sus moléculas. La energía del fotón es
transmitida hasta la clorofila a del centro de reacción, que cede un
electrón a un aceptor que, a su vez, lo cede a la ferredoxina. Como el
potencial de la ferredoxina es muy alto, esta cede espontáneamente
el electrón al NADP, que se reduce a NADPH. 2º segmento:
recuperación del electrón cedido por el PS I. Interviene el PS II que
presenta un máximo de absorción a 680 nm. La iluminación de este
fotosistema provoca su excitación y la emisión de electrones, que
viajan por una cadena de transportadores (plastoquinona, complejo
citocromo bf y plastocianina), y los terminan por ceder al PS I,
rellenando el hueco que se había producido. Pero es ahora el PS II el
que presenta el hueco electrónico. 3er segmento: recuperación del
electrón perdido por el PSII. Fotólisis del agua. La recuperación de los
electrones cedidos por el PSII se produce gracias a la rotura de una
molécula de agua (fotólisis del H2O). Como consecuencia de esta
rotura se produce la cesión de electrones al PS II, la liberación de H+
al espacio intratilacoide (lumen) y de O2 a la atmósfera.
79.- ¿Cómo se produce la fijación del CO2?, ¿en qué lugar del
cloroplasto se produce? ¿Qué enzima cataliza el proceso?
Solución: La fijación del CO2 consiste en su incorporación a una
molécula orgánica. Se produce gracias a una reacción exergónica,
que consiste en la unión del CO2 a una pentosa, la ribulosa 1,5
difostato, formándose un compuesto de 6 átomos de carbono muy
inestable. Este compuesto se escinde en 2 moléculas de 3fosfoglicerato. La reacción está catalizada por la enzima ribulosa 1,5
difosfato carboxilasa, que es la enzima más abundante de la biosfera,
y se localiza en la superficie externa de la membrana del tilacoide. La
fijación del CO2, igual que el resto de la fase oscura de la fotosíntesis,
se realiza en el estroma del cloroplasto.
80.- ¿Qué factores favorecen la fotorrespiración?
Solución: La fotorrespiración se ve favorecida por la luz, la
concentración de O2 y la temperatura. Estos factores desvían la
actividad del enzima ribulosa 1,5 difosfato hacia la oxidación de la
ribulosa y, en consecuencia, disminuyen la eficacia de la fotosíntesis,
limitando la producción de biomasa.
81.- La quimiosíntesis: a) Explica el concepto de quimosíntesis. b) Pon
un ejemplo de bacteria quimiosintética y describe la reacción
mediante la cual obtiene la energía.
Solución: a) La quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa.
Consiste en la obtención de materia orgánica a partir de inorgánica,
utilizando como fuente de energía la liberada en reacciones químicas
redox exergónicas. b) Un ejemplo de organismos quimiosintéticos
son las bacterias nitrificantes, que utilizan como sustrato compuestos
del nitrógeno. Entre ellas se encuentran dos géneros importantes:
82.- Justifica por qué el metabolismo quimiosintético se considera
una forma metabólica evolucionada.
Solución: Teniendo en cuenta que los primeros seres vivos fueron
heterótrofos, podemos pensar que la quimiosíntesis surgió como una
adaptación posterior de algunas bacterias a medios inorgánicos
específicos. La quimiosíntesis se considera una forma metabólica
evolucionada por dos razones: Constituye una forma muy eficaz de
independencia del resto de los seres vivos, al depender de
compuestos inorgánicos que oxidan en una reacción específica. Son
organismos independientes de la luz. Presentan una maquinaria
bioquímica tan compleja como la de otras bacterias.
LOS CINCO REINOS
1. REINO MONERAS.
Incluye a todos los seres vivos de organización procariota.
1.1. BACTERIAS.
1.1.1. Bacterias fermentadoras. Anaerobias estrictas
como Clotridium y Lactobacilus.
1.1.2. Espiroquetas. Bacterias alargadas con flagelos
internos. Treponema.
1.1.3. Fijadoras de nitrógeno. Azotobacter y Rhizobium.
1.1.4. Bacterias quimioautótrofas. Realizan la
quimiosíntesis. Nitrobacter y Nitosomonas.
1.1.5. Omnibacterias. Anaerobias facultativas. Enterobacterias
como Escherichia y Salmonella.
1.1.6. Actinobacterias. Forman filamentos
multicelulares. Mycobacterium y Streptomyces.
1.2. CIANOBACTERIAS.
También conocidas como cianoficeas, poseen pigmentos
fotosintetizadores. Realizan fotosíntesis igual que las plantas
superiores. Su actividad fotosintética fue responsables del cambio
hacia una atmósfera oxidante hace unos 2.000 millones de años. Son
organismos unicelulares, que en algunos casos pueden formar
colonias. Son organismos adaptados a todos los medios acuáticos y
temperaturas.
2. REINO PROTOCTISTAS.
Formado por organismos eucariotas, unicelulares o pluricelurares sin
diferenciación celular ni tejidos.
2.1. ALGAS
Con el nombre de algas se conocen a un gran número de seres vivos,
agrupados en doce phyla o Divisiones diferentes, constituidas por
seres unicelulares, coloniales, filamentosos o de organización
talofítica (falsos tejidos), que realizan fotosínteis. Habitan todo tipo
de hábitat marinos y de aguas dulces, algunas pueden vivir en troncos
de árboles, rocas, fangos o cualquier sitio húmedo. Constituyen el
primer eslabón de la cadena alimentaria de los ecosistemas marinos y
dulceacuícolas.
2.2. PROTOZOOS.
Organismos unicelulares heterótrofos, que durante mucho tiempo
fueron considerados animales unicelulares. Viven en medios
acuáticos o ambientes húmedos. De vida libre se mueven por
pseudópodos, flagelos o cilios. Capturan el alimento y responden a
estímulos del medio como la luz o la salinidad. Se reproducen por
bipartición o por esporulación.
3. REINO FUNGI
Este reino comprende los llamados hongos, seres unicelulares o
pluricelulares de nutrición heterótrofa. Los pluricelulares son de
organización talofítica, forman hifas o filamentos que se agrupan
para formar el micelio. La reproducción se efectúa sexual o
asexualmente, siendo esta última más frecuente. Forman esporas
que pueden aparecer ascas o basidios, estos últimos agrupados
formando las setas.
4. REINO METAFITAS
Este reino comprende las plantas, seres pluricelulares,
fotosintetizadores, primordialmente terrestres.
4.1. BRIOFITOS
Constituidos por organismos de organización intermedia entre
talofítica y cormofítica, que no se han independizado totalmente del
agua pues viven en zonas húmedas. Comprende dos clases diferentes
de organismo:
4.1.1. Hepáticas. Tallos en forma laminar.
4.1.2. Musgos. Con raicillas. caulidio y hojitas.
4.2. PTERIDOFITOS
Son verdaderos cormófitos, con raíz tallo y hojas verdaderas.
Disponen de vasos conductores. Son los denominados helechos.
4.3. ESPERMATOFITOS.
Son las denominadas fanerógamas o plantas superiores. Con
reproducción sexual, forman semillas para la dispersión de las
especies.
4.3.1. Gimnospermas. Semillas descubiertas sin la protección de un
verdadero fruto. Son plantas leñosas. Coníferas: Pino, abeto, ciprés...
4.3.2. Angiospermas. Semillas protegidas por un fruto. Con vasos
conductores evolucionados xilema yfloema. Con gran variadad de
hojas, flores y frutos. Las hay leñosas y herbaceas.
5. REINO METAZOOS
son los animales propiamente dichos, caracterizados por ser
eucariotas, heterótrofos, pluricelulares que forman tejidos y
frecuentemente organos.
5.1. METAZOOS DIBLASTICOS
Durante el desarrollo embrionario solo forman dos hojas
embrionarias, ectodermo y endodermo, por lo que son animales muy
simples. Son los poríferos o esponjas, celentereos y ctenóforos. Entre
el ectodermo y el mesodermo hay un espacio ocupado por la
mesoglea.
5.2. METAZOOS TRIBLASTICOS.
Poseen una tercera capa embrionaria llamada mesodermo. Si la boca
del animal procede del blastoporose clasifican como protostomas si
el blastoporo se convierte en el ano se habla de deuterostomas. Por
otra parte atendiendo a la posesión de celoma o no se clasifican
en celomados, pseudocelomados o acelomados.
5.2.1. Protostomas acelomados: Son los platelmintos o gusanos
planos y los nemertinos. Los platelmintos poseen un tubo digestivo
muy simple con una sola abertura. Tenias y céstodos carecen de tubo
digestivo. Poseen gónadas, protonefridios y órganos sensoriales. Los
nermertinos poseen un tubo digestivo con boca y ano.
5.2.2. Protostomas pseudocelomados: Son los rotíferos, nematodos,
quinorrincos, acantocéfalos y gastroticos. Todos eran conocidos
antes como asquelmintos. Poseen una cavidad que deriva del
blastocele y se denomina pseudoceloma.
5.2.3. Protostomas celomados: Son los anélidos, moluscos y
artrópodos. En todos ellos el sistema nervioso se diferencia un área
ganglionar cefálica y una cadena ganglionar ventral (hiponeuros).
5.2.4. Deuterostomas: Son los equinodermos y cordados. Estos
últimos comprenden urocordados, cefalocordados y vertebrados,
caracterizados por un sistema nervioso complejos formado por un
cerebro, un cordon nervioso dorsal (epineuros) y nervios periféricos.
PREGUNTAS RESUELTAS. LOS
MICROORGANISMOS
1.- ¿Qué características importantes presentan los plásmidos?
2.- ¿Cuáles son las proteínas que codifica el genoma vírico? ¿Cuál es su
función?
3.- En relación con los ciclos lítico y lisogénico, explica qué seres vivos
los llevan a cabo y cuál es su funcionamiento.
4.- Clasifica los virus siguientes atendiendo a criterios
epidemiológicos y explica brevemente cómo se produce su infección:
a) Virus herpes. b) Virus del sarampión. c) Virus de la polio. d) Virus de
la fiebre amarilla.
5.- ¿Qué proteína antivírica ha creado grandes expectativas en la
lucha contra los virus?
6.- Lee el siguiente texto: El virus de inmunodeficiencia humana, VIH,
que causa el sida, se caracteriza por su mutabilidad y la complejidad
de su comportamiento, por lo que la ciencia no ha podido dar aún
con un método simple y universal para combatirlo.
7.- Las encefalopatías subagudas espongiformes transmisibles son
causadas por formas acelulares, descritas por Prusiner en 1982.
¿Cómo se denominan los agentes causantes de estas enfermedades?
¿Cómo se propaga la infección?
8.- ¿Qué tipos de estructuras presentan los virus? Explícalas
ayudándote de un dibujo.
9.- Comenta la relación que existe entre: a) los virus que infectan a las
bacterias, b) el hecho de que determinados virus pasen
desapercibidos durante cierto período de tiempo cuando penetran
en una célula. c) el tipo de infección que presentan los virus
lisogénicos.
10.- La teoría celular fue uno de los grandes avances de la biología del
siglo XIX. Teniendo en cuenta la estructura de los virus, analiza la
posición de estos en relación con los enunciados de la teoría celular.
11.- ¿Qué tipos de manifestaciones patológicas presenta el virus del
sida?
12.- Lee el texto que sigue: El mal de Alzheimer es la demencia más
frecuente en la población anciana, representando un 50% de las
demencias. Los trabajos científicos están dejando claro que el
porcentaje de dementes entre las personas con más de 75 años
sobrepasa el 10% en casi todos los países. Según la Asociación de
Alzheimer Internacional, la enfermedad puede comenzar a una edad
tan temprana como los 50 años. No tiene cura conocida aún. Muchos
equipos médicos están investigando las causas de la enfermedad, y
estas aún van en diversas direcciones. Las investigaciones de la
Universidad de Cornell de Nueva York relacionan la enfermedad con
factores genéticos y beta amiloide, con factores ambientales, con
infecciones víricas, con determinados metales, con la exposición a
campos electromagnéticos y con una anormal respuesta a la
inflamación.
13.- ¿Qué es un plásmido? ¿Por qué se les denominó transposones?
14.- Define retrovirus.
15.- ¿Cómo actúa un virus lisogénico?
16.- Haz un dibujo del virus de Sida. Complétalo escribiendo los
nombres de cada una de sus partes.
17.- ¿Qué son formas acelulares? ¿Cuáles son las más conocidas?
18.- Formas de replicación que presentan los virus que contienen
ADN.
19.- En el ciclo lítico de un virus se produce una fase de eclipse. ¿Qué
está sucediendo durante dicha fase?
20.- ¿Qué papel han desempeñado los virus en la evolución de los
seres vivos?
21.- ¿Podrías explicar por qué la única solución posible para combatir
el VIH es la prevención? ¿Cuáles son los tratamientos que se utilizan?
22.- ¿Cuáles son los agentes infecciosos conocidos más pequeños?
¿Cómo están formados? ¿Qué tipo de enfermedades producen?
23.- Definición de virus y características.
24.- ¿De qué formas se produce la penetración del ADN o ARN vírico
durante el ciclo lítico?
25.- Escribe todo lo que sepas acerca de los virus oncogénicos.
26.- ¿Qué son los protooncogenes y qué relación tienen con los
cánceres humanos?
27.- ¿Qué características presentan los microorganismos? ¿A qué
reinos pertenecen?
28.- Principales diferencias que presentan los distintos grupos de
microorganismos.
29.- ¿En qué consiste la conjugación sexual?
30.- ¿Por qué se caracterizan los hongos?
31.- ¿Por qué se caracterizan las Arqueobacterias?
32.- Principales rasgos de los protoctistas. ¿Cuántos grupos se
diferencian dentro de este reino?
33.- ¿Qué tienen en común y en qué se diferencian las paredes
celulares de las eubacterias Gram + y las Gram -? Cita algún ejemplo
de cada uno de estos grupos.
34.- Señala las características más destacadas de los individuos del
reino monera e indica los principales grupos que se diferencian en él.
35.- ¿Qué son las endosporas?
36.- Explica la función de las siguientes bacterias en el ciclo del
nitrógeno: Azotobacter. Nitrosomonas. Nitrobacter.
37.- ¿Qué es una toxina? ¿En qué grupos se clasifican las toxinas según
sus propiedades químicas? Señala algunos ejemplos.
38.- Las técnicas de cultivo de microorganismos exigen que el trabajo
se realice en condiciones asépticas para evitar las posibles
contaminaciones. Una condición indispensable es la esterilización de
los materiales que se van a utilizar. a) Define esterilización. b) Indica
qué método emplearías para esterilizar los siguientes medios:
Material de laboratorio de vidrio. Material de laboratorio de vidrio.
Cámara de siembra. Suero. Limpieza de las superficies de trabajo.
39.- ¿Cuáles son las funciones generales que realizan los
microorganismos en la naturaleza? ¿Sería posible la vida en la
Tierra sin microorganismos?
40.- Define enfermedad infecciosa y describe las distintas vías de
transmisión de los patógenos.
41.- ¿Qué es un medio de cultivo? ¿Qué características tienen los
medios enriquecidos, los selectivos y los inhibidores?
42.- Representa el ciclo del carbono y explica las consecuencias que
tiene la acumulación de los productos procedentes de la
fermentación en los ambientes acuáticos.
43.- ¿Qué papel realizan las adhesinas en el proceso de la infección
bacteriana? ¿Qué es el periodo de incubación?
44.- ¿En qué consiste la inoculación o siembra? ¿Qué técnica de
siembra utilizarías para cultivar una bacteria anaerobia?
45.- Representa el ciclo del azufre y explica la función de alguna
bacteria que participe en el ciclo.
46.- Define los siguientes términos: Infección. Enfermedad infecciosa.
Patogeneidad. Toxicogenicidad.
47.- ¿En qué características de las bacterias se basan las pruebas
bioquímicas de identificación? Señala algún ejemplo.
48.- Define el concepto de simbiosis. ¿Cómo realizan las bacterias del
género Rhizobium la fijación del N2 atmosférico?
49.- Enuncia los postulados de Koch. ¿Qué experiencias condujeron a
Koch a enunciar sus postulados?
50.- Haz una gráfica que represente el crecimiento de una población
bacteriana y contesta: ¿Cuántas fases se observan? Explica los
acontecimientos que suceden en cada una de ellas.
51.- Explica el papel de los mohos como microorganismos de interés
biotecnológico.
52.- ¿De qué manera contribuye la biotecnología a paliar las
agresiones que afectan al entorno?
53.- ¿Qué procesos tienen lugar en la maduración de los quesos y de
qué depende el que se formen unos u otros productos finales?
54.- Explica el proceso que se sigue en la fabricación del vino.
55.- Define antibiótico. ¿Cuáles son los principales grupos de
microorganismos productores de antibióticos?
56.- Explica cómo se pueden obtener sustancias utilizando bacterias
mediante ingeniería genética.
57.- Realiza una breve historia de cómo ha utilizado el ser humano los
microorganismos desde los primeros tiempos.
58.- ¿Qué se pretende con la aplicación de la ingeniería genética a la
ganadería y la acuicultura? ¿En cuál de estos campos se ha obtenido
un mayor éxito y por qué? Razona la respuesta.
59.- ¿Qué microorganismos intervienen en la fabricación de los
quesos?
60.- ¿Qué diferencia hay entre el pan ácimo y el pan normal?
61.- Cada vez es más frecuente la aparición de cepas bacterianas
resistentes a antibióticos, especialmente a aquellos que se vienen
usando desde antiguo. ¿Cómo piensas que consiguen las bacterias ser
cada vez menos sensibles a los antibióticos? ¿Puede tener esto algo
que ver con los constantes consejos médicos de no automedicarse?
¿Por qué?
62.- Explica la frase gran parte de la biotecnología radica en el poder
transformador de las enzimas.
63.- ¿Qué tipo de actividades engloba la biotecnología? ¿Con qué
otras disciplinas está relacionada?
64.- ¿Qué son las llamadas PSC? ¿De dónde se extraen? ¿Qué
sustancias contienen y para qué se utilizan?
65.- ¿Qué bacterias producen la conversión del etanol en ácido
acético? ¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso?
66.- ¿Qué procesos habría que seguir para fabricar una bebida como
el whisky?
67.- Describe la importancia de la penicilina.
68.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la
vacuna de la hepatitis B humana?
69.- ¿Cómo se dividen los microorganismos de interés industrial
según los productos resultantes de sus conversiones biológicas?
70.- Define que es un organismo transgénico y explica el proceso de
obtención de plantas transgénicas.
71.- La siguiente reacción corresponde a la conversión de un alcohol
en un ácido. ¿Qué organismos la llevan a cabo? ¿Cuál es su aplicación
desde el punto de vista industrial? CH3-CH2OH + O2 CH3-COOH + H2O.
72.- ¿En qué consiste el malteado?
73.- ¿En qué consiste la metodología semisintética que se está
utilizando en el trabajo con los antibióticos?
74.- ¿Qué es la insulina? Existe alguna forma de obtenerla utilizando
técnicas de ingeniería genética?
75.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina.
76.- ¿Qué fases principales se distinguen en la obtención del queso?
77.- La fabricación de la cerveza, igual que la del vino, se lleva a cabo
gracias a la intervención de las levaduras. ¿Cuál es la levadura más
utilizada para realizar estos procesos? Explica los pasos que hay que
seguir para la elaboración de la cerveza.
78.- ¿Cuál es la naturaleza química de los antibióticos? ¿Cuál es el
principio de toxicidad selectiva?
79.- ¿Qué bacteria se utiliza habitualmente en ingeniería genética
como huésped de un plásmido recombinante? ¿Qué fármacos
importantes se pueden obtener de esta manera?
80.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina.
81.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la
vacuna de la hepatitis B humana?
SOLUCIONES
1.- ¿Qué características importantes presentan los plásmidos?
Solución: Los plásmidos son capaces de: Aportar toda la información
para la conjugación (apareamiento) entre bacterias. En este proceso
se puede producir intercambio de plásmidos entre especies o
géneros incapaces de intercambiar genes cromosómicos. Conferir
resistencia a los antibióticos (penicilina, cloramfenicol,
estreptomicina) y otras sustancias tóxicas para las bacterias. Permitir
nuevas fuentes de nutrientes. Transformar la bacteria en patógena.
2.- ¿Cuáles son las proteínas que codifica el genoma vírico? ¿Cuál es su
función?
Solución: Los virus más simples contienen solo ADN o ARN para
codificar de 4 a 8 proteínas, aunque existen virus complejos que
pueden codificar entre 100 y 200 proteínas distintas. Dichas proteínas
pueden ser: Estructurales, que constituyen la estructura final del
virión. Enzimáticas, implicadas en la síntesis de los ácidos nucleicos.
Aglutinantes, que interactúan con los receptores celulares y
capacitan al virión para propagar la infección.
3.- En relación con los ciclos lítico y lisogénico, explica qué seres vivos
los llevan a cabo y cuál es su funcionamiento.
Solución: Los virus bacteriófago. En la vía lítica se suceden los
siguientes hechos: El virus se une a receptores específicos de la pared
de la bacteria y le inyecta su ácido nucleico. La entrada del ácido
nucleico del virus interrumpe el funcionamiento normal de la
bacteria, que pone a disposición del virus su maquinaria celular. Se
empieza a fabricar, con la información contenida en el ácido nucleico
del virus, componentes víricos (proteínas de la cabeza y cola y ácidos
nucleicos). Los componentes víricos fabricados se ensamblan para
dar lugar a nuevos virus (unos 100 por célula infectada). Los nuevos
virus provocan la rotura enzimática de la pared bacteriana y su
muerte. Los viriones liberados inician la infección de otras bacterias.
En la vía lisogénica, la infección se inicia como en el caso de la lisis,
pero, una vez que el ácido nucleico del virus penetra en la bacteria, se
integra en el cromosoma bacteriano (a este fago integrado se le
llama profago) y se replica con él. Así, en forma de profago, puede
ser transmitido a los descendientes de esta bacteria lisogénica, como
cualquier otro gen en los que la expresión de la información esté
reprimida. Ahora bien, el profago puede, de manera espontánea o
inducido por diversas causas, activarse e iniciar un ciclo lítico.
4.- Clasifica los virus siguientes atendiendo a criterios
epidemiológicos y explica brevemente cómo se produce su infección:
a) Virus herpes. b) Virus del sarampión. c) Virus de la polio. d) Virus de
la fiebre amarilla.
Solución: a) Los virus herpes pertenecen a los virus oncogénicos y se
adquieren por contacto directo y estrecho, por inyección y por
mecanismos aún desconocidos. b) El virus del sarampión es un virus
respiratorio. Su infección se produce generalmente por inhalación de
aerosoles (transmisión respiratoria) o por contacto (transmisión
mano-nariz o boca-ojo). c) El virus de la polio pertenece al grupo de
los virus entéricos. Se adquiere por ingestión de alimentos y agua
(transmisión fecal-oral). d) El virus de la fiebre amarilla pertenece al
grupo de virus transmitidos por artrópodos. Parte del ciclo del
artrópodo puede ser evadido por algunos virus por transmisión
vertical. Esta infección se puede transmitir transováricamente de una
generación a otra.
5.- ¿Qué proteína antivírica ha creado grandes expectativas en la
lucha contra los virus?
Solución: Los humanos y otros mamíferos, una vez infectadas sus
células, sintetizan unas proteínas antivíricas denominadas
interferones. La presencia de dichos interferones impide la síntesis de
proteínas víricas. Esta proteína se ha podido obtener en cantidades
significativas gracias a la ingeniería genética. Se ha demostrado su
eficacia en algunos tratamientos, pero la aparición de efectos
secundarios ha disminuido las expectativas que en 1980 se crearon
sobre su utilización. En biotecnología se continúa investigando sobre
sus posibles propiedades anticancerosas.
6.- Lee el siguiente texto: El virus de inmunodeficiencia humana, VIH,
que causa el sida, se caracteriza por su mutabilidad y la complejidad
de su comportamiento, por lo que la ciencia no ha podido dar aún
con un método simple y universal para combatirlo.
Solución: La terapia que se aplica en la actualidad para tratar a las
personas con síndrome de inmunodeficiencia adquirida en los países
desarrollados es la combinación de varios métodos que bloquean el
desarrollo del VIH. En España, entre los años 1995 y 1998, el descenso
de casos de sida se cifra en torno al 45%. El cambio de rumbo que ha
experimentado la epidemia se debe, por una parte, a un buen plan de
prevención y, de forma muy especial, a las estrategias desarrolladas
para evitar la transmisión por el uso compartido de material de
inyección entre usuarios de drogas por vía intravenosa; no hay que
olvidar que el 64% de los casos de sida se deben a este mecanismo de
transmisión y que ocho de cada diez casos de sida en nuestro país
tienen relación directa con el consumo de drogas. Existen tres ideas
claves que el Plan Nacional sobre el Sida intenta que estén
constantemente en los medios de comunicación: La percepción del
riesgo de contraer la infección. Utilización del preservativo en las
relaciones sexuales fuera de la pareja estable y seronegativa. Lucha
contra la discriminación y la estigmatización que sufren los afectados.
7.- Las encefalopatías subagudas espongiformes transmisibles son
causadas por formas acelulares, descritas por Prusiner en 1982.
¿Cómo se denominan los agentes causantes de estas enfermedades?
¿Cómo se propaga la infección?
Solución: Prusiner, en 1982, propuso los priones como causantes de
ciertas enfermedades degenerativas (hereditarias o contraíbles) de
los mamíferos, incluidas las personas (síndrome de Kuru y de
Creutzfeldt-Jakob). Describió los priones como pequeñas partículas
proteínicas infecciosas. La infección se propaga cuando proteínas
infecciosas entran en contacto con las normales situadas en las
membranas internas de las neuronas. Se produce entonces una
reacción en cadena, en la que las moléculas patológicas atacan a las
normales y estas, transformadas en patológicas, a otras normales,
etc., extendiendo la infección que invade el cerebro. La acumulación
de depósitos de priones, que no son eliminados por el organismo, en
las neuronas causa su destrucción. Existen casos de enfermedad de
Alzheimer producidos por priones.
8.- ¿Qué tipos de estructuras presentan los virus? Explícalas
ayudándote de un dibujo.
Solución: Estructura helicoidal. Es el tipo de estructura más simple.
Consiste en una hélice de proteínas con el ARN o el ADN protegido
dentro de ella. Ejemplo, el virus del mosaico del tabaco. Virus
icosaédrico o cuasi-esférico. La cápsida está formada por un
icosaedro. Cada una de las 20 caras triangulares está constituida por
tres subunidades capsídicas idénticas, haciendo un total de 60
subunidades por cápsida. Ejemplo, el virus de la polio. Existen virus
cuya cápsida, ya sea helicoidal o icosaédrica, está envuelta por una
cubierta externa adicional, que en muchos casos es un fragmento de
la membrana plasmática de la célula huésped. Ejemplo de virus con
cápsida poliédrica y envoltura es el productor del herpes labial. Virus
complejos. Algunos virus bacterianos, como los fagos ADNbc, que
atacan a la bacteria Escherichia coli, presentan viriones de estructura
compleja. Estos fagos presentan: Una cabeza icosaédrica. Una cola
con una vaina helicoidal. Una placa basal donde acaba la cola, de la
que salen unas cortas espinas de anclaje que le sirven para fijarse a la
bacteria.
9.- Comenta la relación que existe entre: a) los virus que infectan a las
bacterias, b) el hecho de que determinados virus pasen
desapercibidos durante cierto período de tiempo cuando penetran
en una célula. c) el tipo de infección que presentan los virus
lisogénicos.
Solución: a) Los virus que infectan las bacterias reciben el nombre de
bacteriófagos. Los bacteriófagos son virus complejos. En ellos se
diferencian las siguientes partes: Una cabeza icosaédrica. Una cola
formada por una vaina helicoidal. Al final de la cola existe una placa
basal de la que parten unas fibras a modo de patas. La placa junto
con las fibras sirven para la fijación del virus en la célula hospedadora.
b) Una de las etapas del ciclo lítico de un virus (bacteriófago) es la
fase de eclipse. En esta fase, el virus, que ha penetrado dentro de la
célula hospedadora, pasa desapercibido, no pudiéndose detectar su
presencia durante un corto período de tiempo que varía de unos virus
a otros. Sin embargo, durante esta fase se lleva a cabo la síntesis del
genoma y de las proteínas víricas. En esta etapa, el ácido nucleico
vírico interrumpe el normal funcionamiento de la célula hospedadora
y dirige su metabolismo hacia la síntesis de nuevos componentes
víricos, utilizando para ello todos los recursos de la célula
hospedadora. c) Los virus lisogénicos producen la infección latente.
Muchos virus, entre ellos algunos bacteriófagos, son lisogénicos. Una
vez que penetran dentro de la célula hospedadora, no se multiplican
de forma inmediata, produciendo la lisis de dicha célula, sino que
entran en un estado de latencia más o menos largo y posponen su
reproducción. En estos caso, el ácido nucleico vírico se integra en el
ADN de la célula hospedadora, incorporándose a algunos de sus
cromosomas. A este estado del virus se le denomina fago
atemperado o profago, y la relación que se establece entre el virus y
la célula huésped se denomina lisogenia.
10.- La teoría celular fue uno de los grandes avances de la biología del
siglo XIX. Teniendo en cuenta la estructura de los virus, analiza la
posición de estos en relación con los enunciados de la teoría celular.
Solución: La teoría celular puede resumirse en los siguientes puntos:
Todos los seres vivos están formados por células. La célula es la
unidad estructural y funcional de los seres vivos, ya que posee la
maquinaria necesaria para mantener su propia existencia. Toda célula
procede de otra preexistente. Ninguno de estos postulados es
aplicable a los virus, ya que los virus no son células; son organismos
acelulares y parásitos celulares. Desde esta perspectiva, los virus no
encajarían en la definición de ser vivo y, por esta razón, muchos
científicos no consideran los virus como seres vivos. Sin embargo, al
igual que todos los seres vivos, poseen información genética (ADN o
ARN) que les permite reproducirse, aunque solo podrán hacerlo
parasitando una célula (parásitos obligados). Para otros muchos
científicos, los virus poseen la cualidad esencial de la vida: la
información para ser reproducidos, y por esta razón consideran los
virus como seres vivos.
11.- ¿Qué tipos de manifestaciones patológicas presenta el virus del
sida?
Solución: El virus del sida presenta cuatro tipos de manifestaciones
patológicas, que son: Deficiencia inmunitaria, ya que ataca a las
células del sistema inmunitario: linfocitos T y macrófagos. Tumores,
como pueden ser el linfoma o el sarcoma de Kaposi (cáncer de piel).
Enflaquecimiento, debido a la pérdida de grasa y musculatura, por
disfunción del crecimiento de los tejidos y la pérdida de apetito.
Neuropatías, ya que el sida puede afectar al sistema nervioso central,
llegando a producir demencia.
12.- Lee el texto que sigue: El mal de Alzheimer es la demencia más
frecuente en la población anciana, representando un 50% de las
demencias. Los trabajos científicos están dejando claro que el
porcentaje de dementes entre las personas con más de 75 años
sobrepasa el 10% en casi todos los países. Según la Asociación de
Alzheimer Internacional, la enfermedad puede comenzar a una edad
tan temprana como los 50 años. No tiene cura conocida aún. Muchos
equipos médicos están investigando las causas de la enfermedad, y
estas aún van en diversas direcciones. Las investigaciones de la
Universidad de Cornell de Nueva York relacionan la enfermedad con
factores genéticos y beta amiloide, con factores ambientales, con
infecciones víricas, con determinados metales, con la exposición a
campos electromagnéticos y con una anormal respuesta a la
inflamación.
Solución: La enfermedad no tiene cura, pero tiene tratamientos que
se utilizan para paliar la situación. Hay medicamentos que ayudan a
desacelerar el deterioro de la acetilcolina, un producto químico
necesario para la comunicación entre las células del cerebro. El
sentirse cuidado, con amor, con muchísima paciencia y comprensión,
es la mejor medicación que podemos suministrar al paciente. La
realidad social española actual y próxima es el cambio demográfico
que está conduciendo a un importante envejecimiento de la
población. El mal de Alzheimer es la demencia más frecuente en la
población anciana. Se calcula que en el mundo hay 22 millones de
personas que lo sufren. Científicamente, se define como una
demencia progresiva y degenerativa del cerebro. ¿Tienes alguna
información sobre las causas de esta enfermedad? ¿Crees que existe
algún tipo de tratamiento? ¿Cuál debe ser la actitud de las personas
que están en contacto con enfermos de Alzheimer?
13.- ¿Qué es un plásmido? ¿Por qué se les denominó transposones?
Solución: Los plásmidos son formas acelulares constituidas por
moléculas circulares de ADN bicatenario extracromosómico que
pueden ser transferidas entre células. Se encuentran en todas las
especies bacterianas en número variable, aunque algunos
organismos eucariotas, como las levaduras o la mosca del vinagre
(Drosophila) también los poseen. Hay normalmente de 2 a 30 copias
de cada plásmido por célula. Se les denominó transposones porque,
aunque no son necesarios para la vida de la célula, proporcionan
rasgos genéticos importantes, ya que son capaces de insertarse en
diferentes puntos del cromosoma e inducir la aparición de
mutaciones.
14.- Define retrovirus.
Solución: Son virus ARN monocatenarios que se replican a través de
intermediarios de ADN bicatenario. Tras la entrada del virus en la
célula, el ARN del virus se transcribe mediante un enzima vírico,
llamado transcriptasa inversa, originándose una molécula de ADN
bicatenario. Este ADN penetra en el núcleo celular y se inserta en un
cromosoma, recibiendo el nombre de provirus, que se transmite de
generación en generación como cualquier carácter heredable. Una
vez integrado, el ADN bicatenario se transcribe en los ARN
mensajeros, que originan, por un lado, las cápsidas y las
transcriptasas inversas y, por otro lado, las cadenas de ARN de los
nuevos virus. A los retrovirus pertenecen virus animales como el
sarcoma de Rous o el virus del SIDA.
15.- ¿Cómo actúa un virus lisogénico?
Solución: El virus se une a receptores específicos de la pared de la
bacteria y le inyecta su ácido nucleico. En la vía lisogénica, una vez
que el ácido nucleico del virus penetra en la bacteria, se integra en el
cromosoma bacteriano (a este fago integrado se le llama profago) y
se replica con él. Así, en forma de profago, puede ser transmitido
como cualquier otro gen a los descendientes de esta bacteria
lisogénica, en los que la expresión de la información del ácido
nucleico del virus está reprimida. Ahora bien, el profago puede, de
manera espontánea o inducido por diversas causas, liberarse e iniciar
un ciclo lítico.
16.- Haz un dibujo del virus de Sida. Complétalo escribiendo los
nombres de cada una de sus partes.
Solución: Se trata del virión del VIH. Tiene forma esférica de unos 100
nm de diámetro. Está envuelto por una bicapa fosfolipídica de la que
emergen unas protuberancias glucoproteicas. Cada protuberancia
está anclada en otra proteína que atraviesa la bicapa. Rodeando el
nucleoide o corpúsculo central del virión, se encuentra una envuelta
de naturaleza proteica de forma trapezoidal. El nucleoide está
constituido por una tercera capa proteica, en cuyo interior se
encuentran dos moléculas idénticas de ARN rodeadas por unas
fundas de proteínas que llevan adheridas moléculas de transcriptasa
inversa.
17.- ¿Qué son formas acelulares? ¿Cuáles son las más conocidas?
Solución: Todos los organismos que se integran en los cinco reinos
son células o están formados por conjuntos de ellas. Sin embargo, en
la naturaleza existen otras formas, llamadas acelulares o
subcelulares, que carecen de estructura celular, no pueden
alimentarse ni crecer y, aunque son capaces de reproducirse, solo lo
hacen dentro de una célula huésped, utilizando sus estructuras
vitales. Entre las formas acelulares se encuentran los plásmidos, los
viroides y los virus. Los priones son un caso aparte. Están formados
por moléculas proteicas de las que no se conoce exactamente su
mecanismo reproductor.
18.- Formas de replicación que presentan los virus que contienen
ADN.
Solución: Una vez que se introducen en el citoplasma de la célula
huésped, estos virus pueden replicarse de tres formas: Virus con ADN
monocatenario. La cadena única se replica en una doble cadena, que,
por un lado, sirve de molde para sintetizar el ADN monocatenario
vírico y, por otro, se transcribe en ARNm, que se traduce
posteriormente dando lugar a las proteínas víricas. Ejemplo, algunos
virus de bacterias. Virus de ADN bicatenario, virulentos. La doble
cadena se replica en nuevo ADN vírico y se transcribe en los ARNm.
Estos se traducen en las proteínas de la cápsida y en los enzimas que
controlan el metabolismo de la célula infectada. Ejemplo, los
adenovirus. Virus de ADN bicatenario, atemperados. El ADN vírico se
integra en el genoma de la célula huésped. La replicación del genoma
está condicionada por una proteína represora que se sintetiza a partir
de un ARNm del mismo virus. El ADN vírico se replica conjuntamente
con el cromosoma de la célula infectada, por lo que el virus no se
multiplica. Este virus atemperado puede retornar al estado virulento
por escisión del ADN. Ejemplo, los virus oncogénicos.
19.- En el ciclo lítico de un virus se produce una fase de eclipse. ¿Qué
está sucediendo durante dicha fase?
Solución: Es un período en el que desaparecen las estructuras del
virión. La presencia del virus en la célula no se pone de manifiesto ni
al microscopio electrónico ni por su infectividad. Su duración varía
con arreglo a cada virus. Sin embargo, es en esta fase donde se llevan
a cabo la síntesis del genoma y de las proteínas víricas. Dentro de la
célula se produce el desensamblaje del virión, e, inmediatamente, el
ADN vírico interacciona con la maquinaria del huésped para
transcribir el ARNm vírico, que es traducido en proteínas víricas por
los ribosomas, los ARNt y los factores de traducción de la célula
huésped. El ADN del virus también se replica. La mayoría de los
productos proteicos víricos pertenecen a una de estas tres
categorías: Enzimas especiales, necesarios para la replicación vírica.
Factores de inhibición, que detienen la síntesis normal del ADN, ARN
y proteínas de la célula huésped. Proteínas utilizadas para la
construcción de nuevos viriones (producidas en mayor cantidad que
los otros dos tipos).
20.- ¿Qué papel han desempeñado los virus en la evolución de los
seres vivos?
Solución: Hay autores que opinan que los virus han tenido un papel
fundamental en la evolución de los seres vivos. Los virus pueden
insertarse en el material genético de algunos seres vivos,
transportando la información a otros. Esto llevaría a una ampliación
de la teoría endosimbionte de Margulis. Se han encontrado multitud
de secuencias virales en genomas de distintas especies.
21.- ¿Podrías explicar por qué la única solución posible para combatir
el VIH es la prevención? ¿Cuáles son los tratamientos que se utilizan?
Solución: Mientras que no exista una vacuna eficaz disponible, y
debido a la diversidad genética del VIH, la única solución es la
prevención. Al principio de la infección, el sistema inmunitario
controla al virus; pero al cabo de un tiempo este acaba por destruirlo.
El tratamiento de la infección se puede hacer por dos vías diferentes:
Por un lado, hay que prevenir y tratar las enfermedades oportunistas
y los cánceres. Por otra, tratar de eliminar el virus con productos
como el AZT, que bloquea la multiplicación de los virus en el
organismo.
22.- ¿Cuáles son los agentes infecciosos conocidos más pequeños?
¿Cómo están formados? ¿Qué tipo de enfermedades producen?
Solución: Los agentes infecciosos más pequeños conocidos son los
viroides. Están formados por pequeñas moléculas de ARN
monocatenario circular y carecen de recubrimiento proteico. Su
replicación depende por completo de los enzimas de la célula
huésped. Se supone que actúan interfiriendo los genes nucleares, sin
llegar a traducirse en ningún tipo de proteínas. Son parásitos
exclusivos de plantas superiores. Se conocen enfermedades
viroídicas en la patata, el limonero, el aguacate, el tabaco, el pepino y
el cocotero. Producen malformaciones, necrosis, clorosis o moteados
de las hojas; agrietamiento y deformaciones de los tallos y los frutos y
enanismo general de la planta.
23.- Definición de virus y características.
Solución: Desde el punto de vista bioquímico, los virus son pequeñas
moléculas de ácido nucleico protegidas dentro de cápsulas proteicas
que las capacitan para entrar en las células. Pueden ser observados
únicamente al microscopio electrónico, ya que su tamaño va desde
los 20 a los 300 nm. Sus características son las siguientes: Solo
pueden multiplicarse en el interior de una célula viva, ya que
necesitan sus estructuras sintéticas y productoras de energía. Son
parásitos obligados. Presentan un único tipo de ácido nucleico: ADN
o ARN, pero nunca ambos a la vez. Presentan una fase de eclipse en
su ciclo de multiplicación en la que no pueden ser localizados dentro
de la célula huésped.
24.- ¿De qué formas se produce la penetración del ADN o ARN vírico
durante el ciclo lítico?
Solución: Existen cuatro formas mediante las que el ADN o ARN vírico
atraviesan la membrana plasmática hacia el citoplasma. En algunos
casos, puede entrar el virión completo o solamente el material
genético: Por penetración directa entra el virus completo a través de
la membrana plasmática. Mediante endocitosis, el virus, tras ser
englobado en una invaginación de la membrana, es liberado en el
citoplasma. Por fusión de membranas entre los virus con envoltura.
La membrana lipoproteica del virus se integra en la celular, y la
partícula se libera en el citoplasma. El virus de la gripe, y otros virus
con envoltura, penetran por un mecanismo combinado de
endocitosis y fusión de membranas.
25.- Escribe todo lo que sepas acerca de los virus oncogénicos.
Solución: Los virus oncogénicos se adquieren por contacto directo y
estrecho, por inyección y por mecanismos aún desconocidos. En
general, infectan únicamente órganos diana específicos, donde
suelen permanecer persistentes y provocar la transformación de la
célula huésped en malignas, con la formación de un tumor canceroso.
Los virus se diseminan dentro del organismo mediante cinco rutas:
De célula a célula. Favoreciendo la fusión de varias células como el
sarampión. A través de la sangre o la linfa (polio, paperas, sarampión,
hepatitis B, SIDA). Sistema nervioso (herpes zóster). En secreciones
de las células infectadas (herpes genital).
26.- ¿Qué son los protooncogenes y qué relación tienen con los
cánceres humanos?
Solución: Los protooncogenes son células normales que llevan
secuencias de ADN similares a las de los virus oncogénicos. La
mayoría de los cánceres humanos parecen deberse a la activación de
sus protooncogenes. Hay varios procesos para activar los
protooncogenes y convertirlos en oncogenes de cánceres, como el
de próstata, pulmón, mama o colon.
27.- ¿Qué características presentan los microorganismos? ¿A qué
reinos pertenecen?
Solución: Los microorganismos son un grupo muy heterogéneo de
organismos que tienen en común las siguientes características:
Poseen un tamaño muy pequeño, por lo que solo son visibles con
ayuda del microscopio; de ahí su nombre. Tienen un metabolismo
muy acelerado. Se multiplican con gran rapidez, debido a su
organización tan simple y a la rapidez de su metabolismo. Se
difunden con suma facilidad, estando diseminados por todas partes.
Atendiendo a su organización, pueden ser tanto procariotas como
eucariotas. Atendiendo a los efectos que producen, algunos son
inofensivos, otros son beneficiosos e imprescindibles, y algunos son
nocivos. A los microorganismos se los incluye en tres de los cinco
reinos en que se dividen los seres vivos según Margulis; estos reinos
son: el reino monera, que comprende las eubacterias y las
arqueobacterias, el reino protoctista, que incluye protozoos y algas
unicelulares, y el reino fungi, que incluye los hongos, algunos de los
cuales son considerados microorganismos (levaduras, mohos).
También son considerados microorganimos los virus, que son seres
acelulares no pertenecientes a ninguno de los cinco reinos.
Tipos de bacterias según su morfología. Una de las características
más fácilmente observables es su morfología, esta fue utilizada en las
primeras clasificaciones que se hicieron de las bacterias. Atendiendo
a su morfología, dentro de las bacterias se diferencian los siguientes
grupos: Cocos: tienen forma esférica. Muchos de ellos se disponen
agrupados; según como se agrupen, se diferencian varios tipos:
diplococos, cuando se presentan agrupados en parejas, los
estafilococos se agrupan en forma arracimada, estreptococos,
cuando forman cadenas, y sarcinas, cuando forman masas cúbicas.
Bacilos: tienen forma de bastoncillo, es decir, son cilíndricas, rectas y
más o menos alargadas. A veces se presentan asociadas formando
cadenas. Vibrios: tienen forma de coma es decir son cilíndricas cortas
y curvas. Espirilos tienen forma alargada y ondulada, las espiras están
poco marcadas. Espiroquetas: son alargadas y en espiral, con las
espiras más marcadas que en las anteriores. Además algunas
bacterias tienen otros aspectos piriformes, irregulares, etc.
28.- Principales diferencias que presentan los distintos grupos de
microorganismos.
Solución: Las principales diferencias que presentan los distintos
grupos de microorganismos las podemos englobar en dos grupos:
estructurales y funcionales. Diferencias estructurales: Estas
diferencias están relacionadas con el tipo de organización que
presentan. Así, tenemos: Los virus no tienen organización celular,
sino que son acelulares. Están formados por: * Un filamento de ácido
nucleico, que puede ser ADN o ARN. * Una envoltura protéica,
llamada cápsida, que rodea el ácido nucleico. * En algunos, por fuera
de la cápsida, otra envoltura similar a la membrana de las células. Los
microorganismos pertenecientes al reino monera son unicelulares de
organización procariota. Tienen las siguientes características: *
Carecen de membrana nuclear y, por consiguiente, de núcleo
definido. Por lo tanto, el material genético, que esta formado por una
molécula de ADN bicatenaria y circular, se encuentra libre en el
citoplasma. * La membrana plasmática presenta pliegues
(mesosomas), y en ellos se localizan numerosas enzimas, entre otras
las enzimas respiratorias; en algunos en estos pliegues también llevan
los pigmentos fotosintéticos. * La mayoría poseen pared celular, y en
algunos existen flagelos. * En el citoplasma poseen ribosomas de 70
S, pero carecen de otros orgánulos celulares. Los microorganismos
pertenecientes a los reinos protoctistas y hongos son
mayoritariamente unicelulares y eucariotas. Aunque en estos reinos
hay individuos pluricelulares, como ocurre con muchas algas, solo se
considera microorganismos a los individuos unicelulares o
pluricelulares microscópicos. Entre los microorganismos del reino
protoctistas, algunos carecen de pared celular (protozoos), mientras
que otros (algas) poseen pared celular, formada principalmente por
celulosa; estos últimos además poseen pigmentos fotosintéticos
(clorofila y otros). Los microorganismos del reino hongos tienen
pared celular de quitina. Diferencias funcionales: En cuanto al
metabolismo: Algunos son autótrofos, pudiendo ser fotosintéticos
(sulfobacterias y algas) o quimiosintéticos (bacterias nitrificantes),
según que la fuente de energía que utilizan para transformar la
materia inorgánica en orgánica sea la luz solar o la energía
desprendida de la oxidación de compuestos inorgánicos. Dentro de
los fotosintéticos, algunos son fotosintéticos oxigénicos (algas), y
otros son fotosintéticos anoxigénicos (sulfobacterias). Otros son
heterótrofos; a este grupo pertenecen los protozoos, los hongos y la
mayoría de las bacterias. Dentro de este grupo, según como
obtengan los compuestos orgánicos, pueden ser de tres tipos: *
Saprófitos: obtienen los compuestos de la materia orgánica muerta
sobre la que viven y a la que descomponen mediante fermentaciones.
A este grupo pertenecen algunas bacterias y algunos hongos. *
Simbiontes: obtienen los compuestos de otros seres sobre los que
viven y a los que ocasionan algún beneficio. A este grupo pertenecen
algunas bacterias, como las que forman la flora intestinal. * Parásitos:
obtienen los compuestos de otros seres sobre los que viven y a los
que ocasionan alteraciones más o menos graves. A este grupo
pertenecen las bacterias patógenas, algunos protozoos y algunos
hongos. En relación con el metabolismo, la mayoría de los
microorganismos son aerobios, necesitan oxígeno. Otros son
anaerobios, son capaces de vivir sin oxígeno, pudiendo ser estrictos o
facultativos. En cuanto a la reproducción, destacamos lo siguiente: La
mayoría tienen reproducción asexual, en unos casos por bipartición
(bacterias, protozoos, algas), en otros casos por gemación
(levaduras), y en otros por esporulación (algunos protozoos, algas,
hongos). En las bacterias la bipartición es diferente a la que se da en
los demás tipos, es directa, sin procesos de mitosis. La reproducción
sexual también se da en algunos casos. Las bacterias no tienen
reproducción sexual propiamente, pero sí presentan fenómenos
parasexuales. Los virus se diferencian de los demás microorganismos
en que no tienen metabolismo propio y, para poder reproducirse,
necesitan de la maquinaria de la célula; por ello, son parásitos
obligados.
29.- ¿En qué consiste la conjugación sexual?
Solución: La conjugación sexual es uno de los procesos parasexuales
que se dan en las bacterias, mediante el cual se transfiere material
genético entre bacterias que pueden o no ser de la misma especie,
produciéndose una recombinación genética. En la conjugación sexual
una bacteria donadora transfiere una réplica de su ADN o parte de él
a otra bacteria denominada receptora. Esta transferencia se realiza a
través de unos finos filamentos proteicos huecos, llamados fimbrias o
pili, de la bacteria donadora, que se fijan sobre la bacteria receptora.
En la conjugación sexual intervienen dos tipos de bacterias: Las
bacterias donadoras son aquellas que además del cromosoma
bacteriano poseen pequeñas moléculas de ADN bicatenario y circular
(plásmidos), denominadas episoma o factor F; estas moléculas llevan
la información para formar las fimbrias. Las bacterias donadoras
pueden ser de dos tipos: F+, si el factor F está libre en el citoplasma, y
Hfr, si está integrado en el cromosoma bacteriano. Las bacterias
receptoras son aquellas que carecen de factor F o episoma y se las
denomina F Si la bacteria donadora es F+, a través de las fimbrias se
transfiere una copia del episoma a la bacteria receptora F. De esta
manera, la bacteria receptora se convierte en donadora. Si la bacteria
donadora es Hfr, el ADN cromosómico, junto con el episoma que
lleva integrado, se duplica. Estas bacterias, al transferir el factor F a la
bacteria receptora, transfieren un fragmento más o menos grande de
la copia de su cromosoma; no se suele transferir toda la copia porque
las fimbrias son frágiles y se rompen antes de terminar la
transferencia, interrumpiéndose esta. El fragmento de ADN
transferido se integra mediante entrecruzamiento en el cromosoma
de la bacteria receptora, modificándose su información y
apareciendo en ella caracteres de la bacteria Hfr. Si no se produce
entrecruzamiento, el fragmento transferido se degrada y la bacteria
receptora queda con la misma información.
30.- ¿Por qué se caracterizan los hongos?
Solución: Son organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares; los
pluricelulares no forman verdaderos tejidos, por ello se dice que
tienen organización talofita. Las células que los forman tienen
paredes celulares rígidas que están constituidas por quitina. En estas
células se almacena glucógeno como reserva energética. Las células
de los hongos pluricelulares se disponen formando filamentos que
pueden ramificarse; a cada uno de estos filamentos se le denomina
hifa. Las hifas se entrecruzan de forma laxa, y al conjunto de todas
ellas se le denomina micelio, el cual constituye el aparato vegetativo
del hongo. Las hifas pueden ser de dos tipos: tabicadas y sifonales o
cenocíticas. * Tabicadas: cuando las células de la hifa están separadas
por tabiques transversales. * Sifonales: cuando las células de la hifa
no están separadas por tabiques. En determinadas circunstancias, los
micelios producen unas estructuras reproductoras que tienen formas
diversas y que se denominan cuerpos fructíferos o carpóforos. Las
setas son estructuras de este tipo. Los carpóforos tienen una
estructura análoga al micelio, pero aquí las hifas se disponen
entrecruzadas y fuertemente apretadas. En ellos se formarán las
esporas. Tienen nutrición heterótrofa; por lo tanto, necesitan
compuestos orgánicos para nutrirse, ya que no los pueden sintetizar.
Según como los obtengan, pueden ser: Saprófitos: viven en lugares
húmedos, con abundante materia orgánica muerta (hojas, estiércol,
paja, madera etc.) sobre la que viven y de donde obtienen los
nutrientes orgánicos que necesitan. Simbiontes: son hongos que,
para obtener los nutrientes orgánicos que necesitan, se asocian con
otros seres vivos a los que proporcionan algún beneficio. Parásitos:
algunos hongos obtienen los nutrientes orgánicos de otros seres
vivos animales o vegetales sobre los que viven y a los que ocasionan
trastornos más o menos graves. En los hongos la reproducción puede
ser: sexual y asexual. Esta última, salvo en las levaduras, que es por
gemación, es por esporas. Las esporas son células especiales que
suelen estar rodeadas por una cubierta resistente; cuando se liberan
son diseminadas por el viento, el agua, los animales etc. Si caen en
lugares adecuados, germinan, dando lugar a nuevos micelios. Las
esporas pueden originarse después de procesos sexuales mediante
meiosis (meiosporas), o bien mediante mitosis (mitósporas). Se
forman en unas estructuras especiales denominadas esporangios,
que son de diferentes tipos: conidios, ascas y basidios. Los hongos
son seres muy importantes desde diferentes puntos de vista: En
ecología tienen gran importancia, ya que actúan como
descomponedores de la materia orgánica. Las levaduras intervienen
en muchas fermentaciones que se han utilizado en diversos procesos
industriales: fabricación del pan, fabricación de bebidas alcohólicas,
etc. Algunos hongos tienen importancia en medicina, porque fabrican
sustancias de interés (antibióticos, alucinógeno, etc). Muchos hongos
se utilizan en la alimentación humana, debido a que los cuerpos
fructíferos (setas) que producen son comestibles (champiñón,
níscalo, trufas, etc). Otras, por el contrario, son venenosas (Amanita
phalloides, boleto se Satanás etc). Algunos hongos son parásitos de
animales y de vegetales a los que producen enfermedades más o
menos graves.
31.- ¿Por qué se caracterizan las Arqueobacterias?
Solución: Constituyen un grupo heterogéneo al que en la actualidad
se considera separado de las bacterias, aunque al igual que ellas tiene
organización procariota. Las paredes celulares son de diversos tipos,
pero en ningún caso poseen peptidoglicanos, ya que falta el ácido
murámico. La membrana plasmática está compuesta por unos lípidos
especiales, constituidos por glicerol, que se unen mediante enlaces
éter a alcoholes isoprenoides de cadena larga. Su estructura es
similar a la de otras membranas. Tienen algunas características
comunes con los eucariotas; entre ellas, destacan las siguientes:
tienen algunos genes que transcriben ARNt que poseen intrones
como los eucariotas, al igual que en eucariotas la síntesis proteica no
la inhibe el cloranfenicol y, por último, el ARN-polimerasa es más
parecido al de los eucariotas que al de las bacterias. Tienen formas
diversas: esféricas, espirales, bastoncillos, etc. Se reproducen
principalmente por división binaria, gemación y fragmentación.
Algunas son autótrofas, otras, no, algunas son aerobias, otras,
anaerobias. Se desarrollan en condiciones ambientales extremas.
32.- Principales rasgos de los protoctistas. ¿Cuántos grupos se
diferencian dentro de este reino?
Solución: El nombre de este reino fue propuesto por H.F. Copeland
en 1956. Constituye un grupo heterogéneo que tiene organización
eucariota. La mayoría de los individuos de este reino es unicelular,
aunque también se incluyen seres pluricelulares, como las algas
macroscópicas. Algunos son autótrofos (algas), siendo
fotosintetizadores oxigénicos, es decir, realizan la fotosíntesis y
utilizan como fuente de electrones el H2O; por ello, en este proceso
liberan O2. Otros son heterótrofos (protozoos). Todos viven en el
agua o en medios húmedos. Algunos son móviles y se desplazan
mediante undulipodios (cilios y flagelos) o por pseudópodos. Se
pueden reproducir sexual y asexualmente. Margulis y Schwartz
incluyen dentro de este reino tres grandes grupos: protozoos, algas y
los denominados hongos inferiores. Protozoos Son protoctistas
unicelulares, carentes de pared celular y heterótrofos. Viven en el
agua o en ambientes húmedos, muchos son de vida libre y algunos
son parásitos. Se diferencian cuatro grandes grupos: Flagelados o
zoomastiginos: Tienen uno o más flagelos, de ahí el nombre. Algunos
son parásitos. En este grupo se incluyen los tripanosomas, como el
Tripanosoma gambiense, que es el causante de la enfermedad del
sueño. Ciliados: Son de vida libre. Presentan dos tipos de núcleos: un
macronúcleo, que regula el metabolismo, y un micronúcleo, que
intervine en la reproducción. Poseen cilios, de ahí su nombre. Se dan
fenómenos de conjugación sexual. Aquí se incluyen los paramecios.
Rizópodos: Se mueven por pseudópodos. Son de vida libre y
parásitos. Algunos presentan caparazón calcáreo o silíceo. Aquí se
incluyen entre otros las amebas y los foraminíferos. Esporozoos: Son
todos parásitos. Entre los que afectan al hombre están los plamodios,
que causan el paludismo, y el Toxoplasma, causante de la
toxoplasmosis. Algas Son protoctistas unicelulares y pluricelulares;
las células, en general, tienen pared celular. Son autótrofos
fotosintéticos, por lo que presentan clorofila; en muchos casos,
además, tienen otros pigmentos que pueden enmascarar la clorofila.
Viven principalmente en el agua o en un medio húmedo. Algunas son
microscópicas, pero otras pueden alcanzar un gran tamaño. Las
formas microscópicas viven flotando en el agua y constituyen el
fitoplancton. Se diferencian varios grupos: Dinoflagelados o
pirrofitos: Son unicelulares marinas, poseen flagelos. Crisofitos: Son
unicelulares marinas y de agua dulce, tienen flagelos. Euglenofitos:
Son unicelulares de agua dulce, sin pared celular. Bacilariofitas o
diatomeas: Son unicelulares de agua dulce o marinas, poseen un
caparazón silíceo formado por dos piezas o valvas. Clorofitos o algas
verdes: Son uni y pluricelulares, marinas y de agua dulce. Tienen color
verde debido a la clorofila. Feofitos o algas pardas: Uni y
pluricelulares, en su mayoría marinas, son de color pardo debido al
pigmento fucoxantina que enmascara la clorofila. De ellas se
obtienen numerosas sustancias de interés industrial y alimentario.
Rodofitos o algas rojas: Son uni y pluricelulares, la mayoría marinas.
Son de color rojo debido a la ficoeritrina. De ellas se extraen
sustancias de interés, como el agar. Hongos inferiores Son
protoctistas microscópicos, heterótrofos que viven en lugares
húmedos; algunos son parásitos. Se diferencian dos grupos:
Mixomicetos: Son los hongos mucilaginosos, presentan formas
ameboides unicelulares, sin pared celular, que posteriormente se
juntan y forman una masa gelatinosa multicelular y móvil. A partir de
ella se desarrolla el cuerpo fructífero, que forma esporas. Oomicetos:
Son unicelulares o pluricelulares con hifas cenocíticas. La paredes
celulares son celulósicas. Son acuáticos, algunos son saprófitos y
otros son parásitos (causante del mildiu de la patata o de la vid).
33.- ¿Qué tienen en común y en qué se diferencian las paredes
celulares de las eubacterias Gram + y las Gram -? Cita algún ejemplo
de cada uno de estos grupos.
Solución: Lo que presentan en común las paredes bacterianas de
estos dos grupos de bacterias es que ambas están formadas por
mureína, que es un peptidoglicano. Los peptidoglicanos son
heterósidos, es decir, son glúcidos complejos en los que se
diferencian dos partes: una parte glucídica y una parte no glucídica
(aglicón): La parte glucídica esta formada por largas cadenas de
polisacáridos que se disponen en paralelo. Estas cadenas
polisacáridas están constituidas por dos clases de unidades: el NAG
(N-acetil-glucosamina) y el NAM (N-acetil-murámico), que se
disponen alternativamente y se unen mediante enlaces (1-4). La parte
no glucídica está formada por tetrapéptidos que se unen a los NAM.
Entre los tetrapéptidos de las cadenas adyacentes se pueden
establecer enlaces peptídicos que unen transversalmente estas
cadenas polisacáridas. Las principales diferencias entre estos dos
grupos de eubacterias son las siguientes: Al grupo de bacterias Gram
+ pertenecen, entre otras: algunas bacterias patógenas (las
causantes de la sífilis, la peste bubónica, el tifus, etc), bacterias del
ciclo del nitrógeno (Nitrobacter, Azotobacter, Nitrosomonas,
Clostridium, etc), las cianobacterias, etc. Al grupo de bacterias Gram pertenecen, entre otras: algunas patógenas (la causante de la
difteria, el botulismo, la tuberculosis, el tétanos, etc), otras de interés
industrial, como Lactobacillus y Streptococcus, etc.
34.- Señala las características más destacadas de los individuos del
reino monera e indica los principales grupos que se diferencian en él.
Solución: Los organismos del reino monera presentan las siguientes
características: Son organismos de organización procariotica. Son
unicelulares, aunque a veces pueden formar colonias. Sus
dimensiones oscilan entre 0,2 y 10 m. Pueden ser inmóviles, aunque
frecuentemente se pueden desplazar, bien por deslizamiento o bien
por flagelos. El material genético nunca está aislado del citoplasma
mediante una membrana, es decir, no poseen un núcleo diferenciado.
Este material está formado por una molécula de ADN bicatenaria y
circular. En algunos casos existen además otras moléculas pequeñas
de ADN circulares denominadas plásmidos. La membrana plasmática
presenta intrusiones citoplasmáticas (mesosomas) de formas
diversas. En estas intrusiones se localizan numerosas enzimas, entre
otras, las enzimas respiratorias. Igualmente, las formas fotosintéticas
con frecuencia llevan los pigmentos fotosintéticos en estas
membranas. En la mayoría de los individuos existe pared celular. En el
citoplasma apenas existen orgánulos, los únicos que aparecen en
todos son los ribosomas, que tienen un coeficiente de sedimentación
de 70 S. Todos se reproducen de forma asexual, generalmente por
bipartición. Además, también presentan fenómenos parasexuales
(conjugación, transformación, etc.), que permiten la transferencia de
genes y la recombinación genética. La clasificación de este reino es
bastante compleja. Según la sistemática Bergey's, que es la más
utilizada por los microbiólogos, dentro de este reino se diferencian
dos grandes grupos: Las eubacterias. Dentro de ellas se distinguen
tres grandes divisiones: Eubacterias con pared celular Gram negativa.
A este grupo pertenecen entre otras las bacterias fijadoras del
nitrógeno (Rhizobium), las bacterias nitrificantes (Nitrobacter,
Nitrosomas), las cianobacterias (Oscillatoria), etc. Eubacterias con
pared celular Gram positiva. Aquí se incluyen muchas bacterias
patógenas productoras de diversas enfermedades como:
tuberculosis, tétanos, botulismo, etc; otras de interés industrial
como: Lactobacillus, Streptococcus, etc. Eubacterias sin pared
celular. Constituyen el grupo que antes se conocía con el nombre de
micoplasmas. Arqueobacterias. Forman un grupo heterogéneo que
muchos científicos consideran separadas de las bacterias.
35.- ¿Qué son las endosporas?
Solución: Son formas de resistencia que se originan en el interior de
algunas bacterias, de ahí el nombre de endospora, como respuesta a
condiciones ambientales adversas. Las endosporas están formadas
por el ADN bacteriano, una pequeña porción de citoplasma
deshidratado y una cubierta gruesa en la que se diferencian tres
capas, que de dentro afuera son: el córtex, la cubierta de la espora
(es una capa densa, formada por proteínas ricas en cisteína y
aminoácidos hidrófobos) y el exosporio, que solo está presente en
algunas. Las endosporas protegen al cromosoma bacteriano de las
condiciones ambientales adversas y pueden permanecer en vida
latente durante mucho tiempo. Son muy resistentes al calor, la
sequedad, las radiaciones ultravioleta e ionizantes, y a otros agentes
químicos adversos. Cuando las condiciones ambientales se hacen
favorables, germinan y dan de nuevo lugar a la bacteria. Las
endosporas son típicas de bacterias Gram positivas, aerobias y
anaerobias. Entre los principales géneros formadores, de endosporas
destacan: Clostridium y Bacillus.
36.- Explica la función de las siguientes bacterias en el ciclo del
nitrógeno: Azotobacter. Nitrosomonas. Nitrobacter.
Solución: Azotobacter. Participa en la fijación biológica del nitrógeno
atmosférico (N2). Estas bacterias toman directamente el N2 del aire y
lo utilizan para formar sus aminoácidos. El compuesto que se obtiene
de la fijación es el amoniaco. La fijación del N2 enriquece el suelo de
ión amonio, forma nitrogenada que puede ser utlizada por las
plantas, ya que estas no pueden asimilar directamente el N2
atmosférico. De esta forma pueden incorporarse al suelo unos 28
kg de nitrógeno por hectárea y año. Nitrosomonas. Es una bacteria
nitrificante que oxida el amoniaco del suelo a nitritos. El proceso
recibe el nombre de nitrosación y se produce a través de la siguiente
reacción: (NH4)2CO3 + CO2 2HNO2 + CO2 + 3H2O + energía
Nitrobacter. Realiza la segunda etapa de la nitrificación: la
nitratación. En este proceso los nitritos, que son tóxicos, se oxidan a
nitratos, que ya pueden ser tomados por las raíces de las plantas,
disueltos en agua. 2KNO2 +O2 2KNO3 + energía
37.- ¿Qué es una toxina? ¿En qué grupos se clasifican las toxinas según
sus propiedades químicas? Señala algunos ejemplos.
Solución: Las toxinas son moléculas producidas por microorganismos
que causan daños concretos en el huésped al que infectan. Estas
moléculas son, generalmente, proteínas o lipopolisacáridos. Las
toxinas se dividen en función de sus propiedades químicas en dos
grupos: Las exotoxinas son proteínas solubles que fabrica y segrega
la bacteria al medio en el que vive, por lo que aparecen en los
extractos celulares o en los medios de cultivo bacterianos.
Normalmente se destruyen fácilmente con el calor. Se distinguen tres
tipos: - Enterotoxinas: actúan estimulando anormalmente las células
de la mucosa intestinal. Entre ellas se encuentran la toxina del cólera
y las producidas por E. Coli. - Citotoxinas: matan enzimáticamente a
las células del huésped. Ejemplo la toxina diftérica. - Neurotoxinas:
Bloquean la transmisión sináptica de los impulsos nerviosos. Toxina
botulínica y tetánica. Las endotoxinas son lipopolisacáridos de la
membrana de las bacterias Gram-negativas. Son resistentes al calor.
Producen diarreas, fiebre y, en ocasiones, hemorragias internas.
38.- Las técnicas de cultivo de microorganismos exigen que el trabajo
se realice en condiciones asépticas para evitar las posibles
contaminaciones. Una condición indispensable es la esterilización de
los materiales que se van a utilizar. a) Define esterilización. b) Indica
qué método emplearías para esterilizar los siguientes medios:
Material de laboratorio de vidrio. Material de laboratorio de vidrio.
Cámara de siembra. Suero. Limpieza de las superficies de trabajo.
Solución: a) La esterilización es un tratamiento que consigue la
eliminación de todos los organismos de un medio. La esterilización
puede lograrse con la utilización de diversas técnicas. b) Material de
vidrio. La técnica más utilizada es la esterilización por calor húmedo
que se lleva a cabo en los autoclaves. Los autoclaves son recipientes
en los que se consiguen presiones superiores a la atmosférica y muy
altas temperaturas. A temperaturas superiores a 120 se consigue la
eliminación de las esporas. También se utiliza calor seco en hornos
que alcanzan temperaturas de 140 a 180 durante tiempos muy largos
(periodos de una hora y media a dos horas). Cámara de siembra. Son
las cámaras que se utilizan en los laboratorios para realizar los
trabajos microbiológicos. Mediante lámparas de luz ultravioleta se
reduce el número de microorganismos (sobre todo bacterias y
esporas de hongos) presentes en el aire. Suero. Para la esterilización
de sueros y otros líquidos que no resisten altas temperaturas se
utiliza la esterilización por filtración. El líquido se hace pasar a través
de un filtro estéril que retiene los microorganismos por el tamaño de
sus poros y por adsorción. Superficie de trabajo. Para la eliminación
de los microorganismos presentes en las superficies de trabajo se
utilizan productos químicos tóxicos y volátiles. Estas sustancias se
aplican antes y después de haber trabajado con microorganismos.
39.- ¿Cuáles son las funciones generales que realizan los
microorganismos en la naturaleza? ¿Sería posible la vida en la
Tierra sin microorganismos?
Solución: Los microorganismos presentan una gran variedad de
especializaciones fisiológicas que les permiten realizar múltiples
transformaciones en la naturaleza. Su papel principal consiste en la
intervención en los ciclos biogeoquímicos, donde producen las
transformaciones necesarias para el reciclaje de la materia. Además,
establecen importantes relaciones ecológicas con otros seres vivos
actuando, por ejemplo, como simbiontes o patógenos. Se puede
afirmar que debido a sus múltiples e importantes funciones la vida
en la Tierra no sería posible sin la presencia de los microorganismos.
Las funciones que realizan los microorganismos en la naturaleza se
pueden resumir en los siguientes apartados: Los microorganismos
autótrofos actúan de productores en los ecosistemas, sintetizando
grandes cantidades de materia orgánica que es consumida por los
organismos superiores. Los microorganismos heterótrofos se
alimentan de compuestos orgánicos solubles y son, a su vez,
alimento para los organismos superiores. Los microorganismos
heterótrofos también actúan en el proceso de mineralización de los
compuestos orgánicos, al transformarlos en inorgánicos. Participan
en la descomposición de las rocas y en la formación del suelo.
Transforman compuestos de nitrógeno, azufre y hierro en los ciclos
biogeoquímicos. Son los descomponedores en las cadenas tróficas de
los ecosistemas. Juegan un importante papel, tanto en la formación
recursos geológicos de interés económico (carbón o petróleo) como
en su destrucción.
40.- Define enfermedad infecciosa y describe las distintas vías de
transmisión de los patógenos.
Solución: Las enfermedades infecciosas son aquellas producidas por
microorganismos. Estos son transmitidos a los individuos sanos
desde los reservorios de la infección, que son ambientes naturales en
los que los patógenos realizan parte de su ciclo vital. Los reservorios
más importantes son: la propia población humana, poblaciones
animales, el agua o el suelo. El paso de una enfermedad desde el
reservorio a los humanos se realiza mediante unas vías de
transmisión características, como son: a.- Por contacto directo a
través de heridas en la piel. Los microorganismos patógenos no
pueden penetrar a través de la piel intacta de los animales, por lo que
deben aprovechar las roturas que se producen en ella para invadir el
cuerpo de estos. Ejemplos de este tipo de infección son: el tétanos, la
gangrena gaseosa y la rabia. b.- Transmisión a través del aire. La
infección se produce por la absorción en el tracto respiratorio de
gotitas u otras sustancias que contengan secreciones respiratorias
infectadas. Ejemplos: tos ferina, difteria, neumonía, tuberculosis. c.Transmisión por vía sexual. Los microorganismos que causan estas
enfermedades se transmiten, de las personas infectadas a las sanas, a
través de las relaciones sexuales, aunque en algunos casos también
se transmiten vía sanguínea (por transfusiones, jeringuillas
contaminadas...). Las principales enfermedades de transmisión
sexual son: la gonorrea, sífilis, herpes genital, hepatitis B y el SIDA. d.Por el agua y los alimentos. El agua contaminada con restos fecales,
los alimentos almacenados de forma inadecuada, manipulados en
condiciones sanitarias deficientes o el cocinado incompleto pueden
ser la causa de transmisión de microorganismos patógenos. En
algunos casos las enfermedades transmitidas por los alimentos y el
agua se deben a la presencia de toxinas, sin que sea necesaria la
presencia del microorganismo. Ejemplos: salmonelosis, botulismo,
cólera, hepatitis A. e.- Transmisión por animales. En este caso los
animales son utilizados como vectores por algunos microorganismos
patógenos para llegar al hospedador definitivo. Los principales
vectores son artrópodos como el piojo, la garrapata, ácaros,
mosquitos, moscas, pulgas..., que transmiten la enfermedad al picar a
un individuo o al contaminar alimentos. Ejemplos: malaria, tifus, peste
bubónica...
41.- ¿Qué es un medio de cultivo? ¿Qué características tienen los
medios enriquecidos, los selectivos y los inhibidores?
Solución: Un medio de cultivo es un preparado que contiene
nutrientes para el cultivo (crecimiento) de microorganismos, de
células vegetales o de células animales. Los medios de cultivo pueden
ser: - Sólidos. Son particularmente idóneos para el cultivo de hongos
y bacterias. Se preparan añadiendo a la mezcla de nutrientes líquidos
un gelificante, generalmente agar, dando lugar a una mezcla llamada
nutriente-agar. - Liquidos. Llamados también caldos de cultivo, se
utilizan generalmente para controlar el crecimiento de las
poblaciones. Los medios de cultivo, tanto líquidos como sólidos,
dependiendo de que contengan determinadas sustancias pueden ser:
medios enriquecidos, medios selectivos o medios inhibidores. Se
utilizan para destacar o favorecer la presencia de un microorganismo
concreto en una población mixta. Los medios enriquecidos contienen
ciertas sustancias que favorecen el desarrollo de algún tipo de
microorganismo frente a los demás. Esta especie presentará un
crecimiento mayor y será dominante en un cultivo mixto. Medios
selectivos. Son aquellos a los que se les añade alguna sustancia que
inhibe el desarrollo de todos los microorganismos excepto uno o
unos pocos. Por ejemplo, un medio al que se le añade penicilina
selecciona a las cepas resistentes a ese antibiótico. Medios
inhibidores. Contienen un indicador que permite que las colonias de
un microorganismo determinado se distingan visiblemente de las
demás.
42.- Representa el ciclo del carbono y explica las consecuencias que
tiene la acumulación de los productos procedentes de la
fermentación en los ambientes acuáticos.
Solución: a) Ciclo del carbono. b) En las zonas profundas de los
ambientes acuáticos se crean condiciones anaerobias que favorecen
la descomposición de los restos orgánicos por fermentación. Estas
fermentaciones producen ácidos orgánicos, CH4, H2 y CO2, que
cuando alcanzan una cierta concentración, inhiben la acción de las
bacterias anaerobias. En consecuencia, se produce la acumulación de
compuestos orgánicos en el fondo y el estancamiento del ciclo. De
esta forma se han originado, en ambientes lacustres y pantanosos,
los depósitos de carbón, y en los ambientes marinos, los depósitos de
petróleo.
43.- ¿Qué papel realizan las adhesinas en el proceso de la infección
bacteriana? ¿Qué es el periodo de incubación?
Solución: Las adhesinas o factores de adhesión son moléculas de la
superficie celular de las bacterias que se unen a receptores
específicos de las células del hospedador. Esta unión confiere la
patogeneidad al microorganismo al permitirle invadir los tejidos del
huésped o colonizar una superficie de su cuerpo. Actúan como
adhesinas la cápsula bacteriana, las proteínas de la membrana, los
pelos y los flagelos. El periodo de incubación es el tiempo que
transcurre desde que un microorganismo coloniza o invade a un
huésped hasta que se manifiestan los síntomas de la enfermedad.
Durante este periodo, que es fijo para cada especie, la bacteria se
divide en el interior del organismo hasta alcanzar un número
suficiente que le permite manifestar su patogeneidad.
44.- ¿En qué consiste la inoculación o siembra? ¿Qué técnica de
siembra utilizarías para cultivar una bacteria anaerobia?
Solución: La inoculación o siembra consiste en la introducción de un
pequeño número de microorganismos en un medio de cultivo. Para
cultivar una bacteria anaerobia se debe utilizar la técnica de siembra
por picadura o en profundidad. Para este tipo de siembra se utiliza un
medio nutritivo de agar en tubo de ensayo, que evita que difunda el
O2 al cultivo gracias a la mayor profundidad del agar y a la pequeña
superficie libre del cultivo en tubo, comparado con el cultivo en placa.
La siembra se realiza con una aguja de siembra, previamente
esterilizada a la llama del mechero, con la que se toma una muestra y
se introduce verticalmente en la zona central del medio de cultivo.
45.- Representa el ciclo del azufre y explica la función de alguna
bacteria que participe en el ciclo.
Solución: Ciclo del azufre: Una bacteria que participa en el ciclo del
azufre es Thiobacillus, que transforma el sulfuro de hidrógeno (H2S)
en ión sulfato. El H2S procede de la reducción de los grupos
sulfhídrilo de las proteínas al descomponerse los restos de seres
vivos por la acción de numerosas bacterias. De esta forma,
Thiobacillus origina una forma de azufre (ión sulfato) que es la única
que puede ser asimilada por las plantas. Estas bacterias también son
las responsables del descenso del pH del suelo al oxidar azufre
elemental en ácido sulfúrico. Este proceso permite que en los suelos
básicos puedan solubilizarse muchos minerales insolubles a pH
alcalino y hacerse disponibles para las plantas.
46.- Define los siguientes términos: Infección. Enfermedad infecciosa.
Patogeneidad. Toxicogenicidad.
Solución: Infección. Es la invasión de un organismo vivo por
microorganismos que producen la enfermedad mediante su
automantenimiento y multiplicación en los tejidos del huésped. Los
patógenos pueden entrar a través de heridas o a través de las
membranas mucosas que tapizan los tractos digestivo, respiratorio y
reproductor, y pueden ser transmitidos por el individuo infectado a
otros. Las infecciones pueden llegar a no producir la enfermedad, en
este caso se llaman infecciones silenciosas. Enfermedad infecciosa. Es
aquella que está producida por microorganismos. Estos son
transmitidos a los individuos sanos desde los reservorios de la
infección que son ambientes naturales en los que los patógenos
realizan parte de su ciclo vital. Los reservorios más importantes son:
la propia población humana, poblaciones animales, el agua o el suelo.
Patogeneidad: es la capacidad de un microorganismo para producir
una enfermedad. Las poblaciones de microorganismos (cepas) que
causan la enfermedad se denominan virulentas, frente a las inocuas o
no virulentas. Toxicogenicidad. Se llama toxicogenicidad a la
capacidad de un microorganismo para producir toxinas. Las toxinas
son proteínas o lipopolisacáridos que causan alteraciones concretas
en el huésped. La toxicogenicidad va ligada a la patogeneidad.
47.- ¿En qué características de las bacterias se basan las pruebas
bioquímicas de identificación? Señala algún ejemplo.
Solución: Las pruebas bioquímicas se basan en la gran diversidad
metabólica que presentan las bacterias. Cada grupo taxonómico
dispone de un genotipo característico y, por tanto, de un equipo
enzimático, que le permite utilizar y transformar sustratos
específicos, sobre los que no actúan otras especies. En estas
diferencias metábolicas se fundamentan las pruebas bioquímicas
Entre las pruebas más utilizadas se encuentran: Prueba de la catalasa.
Se basa en la detección de la enzima catalasa en las bacterias. Las
bacterias se cultivan en un medio con agua oxigenada al 3%, y es
positiva cuando se producen burbujas de O2, procedentes de la
transformación del agua oxigenada en H2O y oxígeno molecular. Así
se diferencian el género Staphylococcus (catalasa +) del género
Streptococcus (catalasa -). Prueba del agar manitol. Sirve para
identificar bacterias capaces de fermentar el manitol. Se prepara un
cultivo con manitol como única fuente de azúcar, donde se cultivan
las bacterias. La prueba será positiva si el medio toma color amarillo.
Así se identifican bacterias patógenas de la especie Staphylococcus
aureus.
48.- Define el concepto de simbiosis. ¿Cómo realizan las bacterias del
género Rhizobium la fijación del N2 atmosférico?
Solución: La simbiosis es un tipo de relación entre individuos de
distinta especie (relación interespecífica) en la que ambos
organismos obtienen un beneficio. Las bacterias del género
Rhizobium establecen relaciones simbióticas formando nódulos en
las raíces de las plantas leguminosas. Estas bacterias son capaces de
fijar grandes cantidades de nitrógeno atmosférico, transformándolo
en amoniaco y nitratos, que circulan a través del xilema hacia los
órganos aéreos de la planta. De esta forma, la leguminosa consigue
una fuente de nitrógeno permanente, ya que las plantas no pueden
fijar el N2 atmosférico. Además, parte del nitrógeno fijado difunde
desde las raíces al suelo, enriqueciéndolo de nitratos y aumentando
su fertilidad. La formación de los nódulos se pude resumir en los
siguientes pasos: 1. Los Rhizobium se multiplican en el suelo próximo
a las raíces, penetran en los pelos radicales y proliferan por el cilindro
central. 2. Las células del periciclo se dividen. 3. Se produce la
nudosidad joven. 4. La nudosidad se desarrolla en la raíz. 5. En la
vejez, la nudosidad muere cuando la raíz deja de ser funcional.
49.- Enuncia los postulados de Koch. ¿Qué experiencias condujeron a
Koch a enunciar sus postulados?
Solución: Los postulados de Koch son cuatro: Primero: el
microorganismo patógeno debe encontrarse siempre en los
individuos que presenten la enfermedad y no estar presente en los
sanos. Segundo: el microorganismo debe aislarse del huésped
enfermo y cultivarse en cultivo puro fuera de su cuerpo. Tercero: la
enfermedad debe reproducirse cuando se inocula el cultivo en un
huésped susceptible sano. Cuarto: el microorganismo debe ser
aislado de nuevo a partir del hospedador infectado
experimentalmente y cultivado en el laboratorio, después de lo cual
debe ser el mismo que el organismo original. Las experiencias que
condujeron a Koch a enunciar sus postulados fueron, entre otras, las
investigaciones sobre el ántrax o carbunco. Esta es una enfermedad
infecciosa que afecta a vacas y ovejas y que pude ser transmitida al
hombre. Koch observó que la sangre de todos los animales enfermos
que analizó contenían grandes cantidades de bacilos.
Posteriormente, para demostrar que los bacilos eran los causantes de
la enfermedad inoculó a ratones de laboratorio con sangre de
animales enfermos, comprobando que los ratones contraían la
enfermedad y morían. A su vez, la sangre de los ratones infectados e
inyectada en otros sanos provocaba la enfermedad (1er postulado).
En segundo lugar consiguió aislar y cultivar la bacteria del ántrax en
condiciones de laboratorio (2º postulado). Las bacterias de los
cultivos al ser inoculadas en animales sanos reproducían la
enfermedad, por lo que tenían el mismo efecto que las extraídas de
animales infectados (3er postulado). De los animales infectados
experimentalmente, aisló y cultivó el microorganismo, comprobando
que era el mismo que el original (4º postulado).
50.- Haz una gráfica que represente el crecimiento de una población
bacteriana y contesta: ¿Cuántas fases se observan? Explica los
acontecimientos que suceden en cada una de ellas.
Solución: En la gráfica se representa el crecimiento de una población
bacteriana en un medio de cultivo. Se distinguen cuatro fases: Fase
de latencia. Durante esta fase el aumento del número de células es
muy pequeño. Esto es debido a que las bacterias deben adaptarse al
medio de cultivo que es distinto a su hábitat natural. También puede
suceder que las bacterias se encuentren en fase de espora y que no
comiencen la división hasta que las condiciones sean favorables. Fase
exponencial. Se produce un crecimiento exponencial de la población
bacteriana, ya que no existe ningún factor que limite su crecimiento.
La población se duplica en cada generación. Fase estacionaria.
Durante esta fase la población se mantiene estable, ya que el
porcentaje de nuevas células se compensa con las muertes. Si no se
suministra nada al cultivo, la cantidad de nutrientes irá disminuyendo,
por lo que el sustrato proporcionará menos energía de la que
necesita la población para continuar creciendo. Fase de muerte. En
esta fase la mayoría de las bacterias mueren y la población decrece
rápidamente. Esto es debido a que la cantidad de nutrientes del
medio y la concentración de O2 disminuyen drásticamente, además
se acumulan sustancias tóxicas procedentes del metabolismo que
pueden provocar variaciones en el pH que inhiben la actividad
enzimática.
51.- Explica el papel de los mohos como microorganismos de interés
biotecnológico.
Solución: Los mohos son hongos que sitúan sus esporas en el
extremo de finos filamentos llamados hifas. Son aerobios estrictos.
En condiciones industriales sus micelios se cultivan en tanques, en
donde forman masas sumergidas, por lo que no producen esporas
sexuales ni asexuales. No son capaces de fijar el nitrógeno gaseoso.
Producen, junto a las levaduras, fermentaciones que proporcionan
bebidas (sake), productos alimenticios (quesos especiales), ácidos
orgánicos (cítrico, láctico), antibióticos (penicilina) o enzimas
(amilasas, pectinasas, proteasas).
52.- ¿De qué manera contribuye la biotecnología a paliar las
agresiones que afectan al entorno?
Solución: En la actualidad se están empleando microorganismos para
el tratamiento y utilización de residuos de origen biológico o
resultado de procesos agrícolas. A la aplicación de los
microorganismos en este campo se la conoce con el nombre de
biorremediación. Por ejemplo, ciertas algas pueden desarrollarse
comensalmente en un medio con bacterias capaces, a su vez, de
oxidar los residuos. El resultado es la liberación de O2 y sustratos de
materia orgánica rica en proteínas, que pueden utilizarse como
piensos para peces y animales de granjas. Los procesos para los que
básicamente se utilizan de manera conjunta algas y bacterias son: 1.
Los que tienen como finalidad la oxidación de residuos. 2. Los que se
destinan a la producción de algas y al reciclado de nutrientes.
53.- ¿Qué procesos tienen lugar en la maduración de los quesos y de
qué depende el que se formen unos u otros productos finales?
Solución: La maduración de los quesos es muy compleja y variable, y
depende del tipo de queso que se pretenda fabricar. En su desarrollo
se hidrolizan progresivamente las proteínas a péptidos solubles y,
finalmente, a aminoácidos libres. Estos aminoácidos pueden
descomponerse en ácidos grasos, aminas y amoniaco. En los quesos
blandos madurados, todas las proteínas se transforman en
compuestos solubles, mientras que en los quesos duros solo se
transforma del 20 al 30%. También se produce una importante
hidrólisis de las grasas presentes en la leche.
54.- Explica el proceso que se sigue en la fabricación del vino.
Solución: La fabricación del vino consiste en la fermentación
alcohólica de los azúcares solubles presentes en el zumo de uvas, es
decir, de glucosa y fructosa, para dar alcohol etílico y CO2. Después
de la vendimia, las uvas se prensan en grandes cubas para extraer su
zumo o mosto. Las levaduras que se encuentran normalmente sobre
la piel de las uvas, Saccharomyces cerevisiae y otros géneros, son las
que realizan espontáneamente la fermentación del mosto. La
fermentación dura unos pocos días. Durante este tiempo hay que
controlar la velocidad mediante la temperatura, ya que, si esta
aumenta mucho, puede llegar a destruir las levaduras. Una vez
finalizada la fermentación, el vino se aclara y estabiliza, saliendo al
mercado como vino joven, o envejece durante algunos años en
barricas apropiadas. En algunos vinos se produce espontáneamente
una segunda fermentación, por la acción de las bacterias del ácido
láctico que disminuyen la acidez del vino.
55.- Define antibiótico. ¿Cuáles son los principales grupos de
microorganismos productores de antibióticos?
Solución: Son sustancias antimicrobianas fabricadas y excretadas por
microorganismos. Pueden definirse como 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 terapeúticos.
Solo hay tres grupos principales de microorganismos productores de
antibióticos: los mohos, las eubacterias y los actinomicetes. De entre
ellos, únicamente unos pocos géneros son capaces de producir
antibióticos.
56.- Explica cómo se pueden obtener sustancias utilizando bacterias
mediante ingeniería genética.
Solución: Mediante ingeniería genética se pueden obtener sustancias
a partir de la información incorporada a las células bacterianas. Para
ello, se les introducen plásmidos recombinantes que portan el gen
que codifica el producto a sintetizar. Una vez en el interior de la
célula, los plásmidos se autorreplican, al tiempo que las bacterias
crecen y se dividen. Así se obtendrá una población de células
idénticas (clon) que contendrá plásmidos recombinantes o, lo que es
lo mismo, el gen habrá sido sometido a clonación.
57.- Realiza una breve historia de cómo ha utilizado el ser humano los
microorganismos desde los primeros tiempos.
Solución: El vino aparece ya citado en el Génesis. Antes del año 6000
a. de C., las civilizaciones sumeria y babilónica ya conocían la
capacidad de las levaduras para producir alcohol en forma de
cerveza. Hacia el año 4000 a. de C., los egipcios descubrieron que el
CO2 liberado por la levadura de cerveza fermentaba el pan. Estos
procesos se transmitían culturalmente, ya que su causa se
desconocía. Anton von Leeuwenhoek detectó por primera vez en
1680 la presencia de levaduras en la cerveza en fermentación. Sus
descubrimientos actualizarían la teoría de la generación espontánea,
que se mantuvo hasta la segunda mitad del siglo XIX. Pasteur
demostró finalmente que la vida microscópica procedía siempre de
vida preexistente, así como que los microorganismos eran los
causantes de las fermentaciones.
58.- ¿Qué se pretende con la aplicación de la ingeniería genética a la
ganadería y la acuicultura? ¿En cuál de estos campos se ha obtenido
un mayor éxito y por qué? Razona la respuesta.
Solución: Con la ingeniería genética se pretende evitar ciertas
patologías y aumentar la producción de carne o leche, sin los riesgos
que implica un engorde artificial con hormonas. Los mayores éxitos
se han obtenido en acuicultura, ya que resulta mucho más fácil
manipular genéticamente peces debido a la fecundación externa y a
que sus huevos, por su tamaño, permiten fácilmente la
microinyección de fragmentos de ADN reconstituidos. Así, se han
obtenido variedades transgénicas de peces comerciales, como el
salmón atlántico, la lubina o la carpa.
59.- ¿Qué microorganismos intervienen en la fabricación de los
quesos?
Solución: La maduración de los quesos frescos (50-80% de agua), la
realizan enzimas de los mohos Penicillium y levaduras que crecen en
su superficie. Los quesos semiduros son más consistentes (45% de
agua), pueden estar poco madurados o muy madurados, para lo que
muchos se recubren con salmuera, que aporta una flora de bacterias
y levaduras a su superficie. La maduración de los quesos duros
(menos del 40% de agua) la llevan a cabo las bacterias lácticas que se
desarrollan en toda la masa. Cuando mueren los microorganismos, se
rompen sus células y se liberan los enzimas hidrolíticos madurantes.
Los quesos enmohecidos (semiduros o duros) son el resultado de
inyectar en la cuajada las esporas del moho transformante
(Penicillium roquefort), que germinan cuando se pincha la cuajada
para dejar entrar el aire. Estos mohos producen los compuestos
responsables del aroma y sabor propios de cada tipo: Cabrales,
Roquefort, Azul, etc. Otra clase de quesos duros, como el de Gruyère,
presenta grandes agujeros, que se deben a la acción de bacterias
productoras de ácido propiónico (Propionibacterium shermaníi).
Estas bacterias confieren sabor al queso y liberan el CO2, que, al
escaparse, produce los agujeros y las burbujas típicos.
60.- ¿Qué diferencia hay entre el pan ácimo y el pan normal?
Solución: Los panes ácimos eran los primeros panes, y consistían
simplemente en una masa de harina y agua que no fermentaba. El
pan normal se obtiene mezclando harina de cereales y agua y
añadiendo la levadura Saccharomyces cerevisiae. Los enzimas de la
harina convierten parte del almidón en glucosa, que fermenta
rápidamente y produce CO2. Las burbujas de CO2 quedan atrapadas
en el seno de la masa, lo que provoca un aumento de volumen. El
alcohol que se produce durante la fermentación se destruye cuando
se cuece el pan para inactivar la levadura y eliminar el agua.
61.- Cada vez es más frecuente la aparición de cepas bacterianas
resistentes a antibióticos, especialmente a aquellos que se vienen
usando desde antiguo. ¿Cómo piensas que consiguen las bacterias ser
cada vez menos sensibles a los antibióticos? ¿Puede tener esto algo
que ver con los constantes consejos médicos de no automedicarse?
¿Por qué?
Solución: La aparición de cepas bacterianas que presentan resistencia
a un determinado antibiótico se debe al desarrollo de cepas
mutantes. El uso de los antibióticos provoca que las cepas resistentes
se desarrollen más frecuentemente, por lo que es conveniente no
abusar de ellos; de ahí la importancia de no automedicarse. La
mayoría de los microorganismos, por no decir todos, son capaces de
desarrollar resistencia a la acción de los antibióticos. El desarrollo de
cepas resistentes a los antibióticos es un grave problema médico.
Para evitar su aparición, debe tenerse en cuenta lo siguiente: Evitar el
empleo irreflexivo de antibióticos cuando no sea de verdadera
necesidad. Restringir la aplicación tópica de los antibióticos, que se
usan frecuentemente en infecciones generalizadas. Administrar dosis
adecuadas del antibiótico específico para dominar rápidamente la
infección. Aplicar un antibiótico diferente cuando el microorganismo
se muestra resistente al utilizado en primer lugar.
62.- Explica la frase gran parte de la biotecnología radica en el poder
transformador de las enzimas.
Solución: Los enzimas son proteínas cuya fuente tradicional eran los
vegetales y los animales, pero desde hace tiempo está aumentando
su obtención a partir de microorganismos y actúan para fabricar el
producto deseado, o son ellos mismos las sustancias de interés que
se obtienen como producto de la fermentación. La producción de
enzimas es un proceso muy importante en la industria química y en el
sector alimentario. Las técnicas genéticas permiten seleccionar
organismos superproductores de enzimas en condiciones
controladas con nutrientes adecuados. Algunos de sus usos
industriales son: Fabricación de detergentes biológicos. Industria
alimentaria para bebés. Industria cervecera. Industria del cuero.
Industria papelera.
63.- ¿Qué tipo de actividades engloba la biotecnología? ¿Con qué
otras disciplinas está relacionada?
Solución: La biotecnología engloba todas las actividades que tienen
en común el aprovechamiento de las células de todos los organismos
para producir sustancias útiles a la humanidad. La OCDE la define
como la aplicación de procedimientos científicos y técnicas a la
transformación de ciertas materias por agentes biológicos para
producir bienes y servicios. Estos agentes biológicos son
esencialmente microorganismos, células vegetales o animales, y
enzimas. Antes de que se supiera de la existencia de
microorganismos, el hombre los utilizaba para fabricar cerveza, vino,
pan, queso, etc. La biotecnología está relacionada con disciplinas
tales como la microbiología, la biología molecular y celular, la
bioquímica, la genética, la inmunología, la química, la ingeniería
industrial y la informática.
64.- ¿Qué son las llamadas PSC? ¿De dónde se extraen? ¿Qué
sustancias contienen y para qué se utilizan?
Solución: Las PSC son proteínas de una sola célula. Se extraen a partir
de cianobacterias, levaduras, microalgas y hongos. Los productos de
las PSC se utilizan tanto en la alimentación humana como en la
animal, dado que aportan además cantidades significativas de
glúcidos, vitaminas y minerales. Las espirulinas (cianobacterias) son
especialmente ricas en aminoácidos esenciales y ácidos grasos
poliinsaturados. En la actualidad se comercializan como un
suplemento dietético en la llamada alimentación natural. La levadura
seca es rica en proteínas y vitaminas del grupo B. Se utiliza como
alimento para los animales de granja y como suplemento dietético en
la alimentación humana. Las microalgas tienen un alto valor nutritivo;
la proteína extraída de las algas es digerible hasta un 80% por los
rumiantes. Se utiliza en la alimentación humana y animal. Los mohos
(Fusarium graminearum) contienen una micoproteína (Quorn) que es
un alimento para el consumo humano tan nutritivo como la carne,
por su contenido en proteína y fibra.
65.- ¿Qué bacterias producen la conversión del etanol en ácido
acético? ¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso?
Solución: Las bacterias que llevan a cabo la transformación de etanol
en ácido acético son eubacterias Gram negativas flageladas de los
géneros Gluconobacter y Acetobacter. Gluconobacter solo es capaz
de oxidar el etanol a acético, mientras que Acetobacter es además
capaz de oxidar el ácido acético que produce, para dar dióxido de
carbono y agua. Para que se produzca la transformación, las bacterias
forman una fina película gelatinosa sobre la superficie del vino,
alcohol destilado o sidra.
66.- ¿Qué procesos habría que seguir para fabricar una bebida como
el whisky?
Solución: Los procesos que habría que seguir para la fabricación del
whisky son similares a los de la fabricación de la cerveza. La cerveza
se elabora a partir de cereales que contienen almidón en sus granos.
Las levaduras solo son capaces de fermentar monosacáridos de seis
carbonos, por lo que es necesario que en primer lugar se produzca la
hidrólisis del almidón. El cereal más empleado es la cebada, aunque
también se utilizan el maíz y el arroz. Al germinar, sus semillas
producen amilasas que rompen los enlaces del almidón,
convirtiéndolo en glucosa. Por lo tanto, estas semillas han de ser
malteadas (se humedecen, se dejan germinar y se secan). A
continuación, se muele la cebada malteada con agua para liberar las
amilasas. El extracto acuoso se separa del triturado sólido de los
granos, se le añade el lúpulo y se cuece. El lúpulo dará el sabor a la
cerveza e impedirá el crecimiento de bacterias. Al hervir la mezcla se
desnaturalizan las amilasas. A esta mezcla se le añaden las levaduras,
que producirán la fermentación entre los cinco y diez días siguientes.
Después de la fermentación, se separa la levadura y se deja madurar
la cerveza un tiempo determinado. Tras la pasteurización y filtración,
ya podría ser bebida. En el caso del whisky, al ser una bebida con
mayor graduación, tienen que producirse fermentaciones
posteriores, para que su contenido en alcohol sea mayor.
67.- Describe la importancia de la penicilina.
Solución: La penicilina fue el primer antibiótico descubierto y el más
conocido. En realidad, hay varias penicilinas en función del medio
donde se cultiva el Penicillium que la sintetiza. Debido a su eficacia
sobre una gran cantidad de bacterias Gram positivas, su aplicación
terapeútica permitió la rápida y completa curación de la mayoría de
las infecciones producidas por estafilococos, como faringitis
estreptocócicas y neumonías neumocócicas, así como endocarditis
bacterianas y meningitis meningocócicas.
68.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la
vacuna de la hepatitis B humana?
Solución: La ingeniería genética ha permitido obtener vacunas sin
tener que utilizar virus vivos. La primera vacuna obtenida por esta
técnica ha sido la de la hepatitis B humana. La vacuna se elabora
transfiriendo un gen de un antígeno concreto de la superficie del
virus a una levadura en donde este gen se expresa. Multiplicando la
levadura en un fermentador se pueden fabricar grandes cantidades
del antígeno puro, que, una vez aislado y purificado, se utiliza
directamente como vacuna.
69.- ¿Cómo se dividen los microorganismos de interés industrial
según los productos resultantes de sus conversiones biológicas?
Solución: Las bacterias, levaduras y mohos son utilizados en unos
tipos muy importantes de reacciones de interés industrial, que son las
fermentaciones. Dichos microorganismos se clasifican en: a)
Homofermentativos: cuando el resultado de su actuación es un único
producto final. b) Heterofermentativos: como resultado de la
fermentación se originan dos o más productos de interés.
70.- Define que es un organismo transgénico y explica el proceso de
obtención de plantas transgénicas.
Solución: Organismo transgénico es aquel que se desarrolla a partir
de una célula en la que se ha introducido ADN procedente de otro ser
vivo. Para poder obtener plantas transgénicas se realizan las
siguientes operaciones: 1. Transformación. Se clona el gen deseado
en un plásmido. El más utilizado es el Ti perteneciente a
Agrobacterium tumefaciens, una bacteria que provoca agallas en las
plantas. La infección lleva consigo la inserción del plásmido en el
material genético de la célula vegetal. La cadena del plásmido
contiene genes que inducen la producción de los tumores. Una vez
eliminados estos genes e insertados los deseados, se provoca la
infección y las células integran sin problemas la secuencia del
plásmido que ya no es patógeno y que, en cambio, lleva la
información que se le insertó por medio de la tecnología del ADN
recombinante. 2. Regeneración. Las células del tejido transformado
se cultivan in vitro hasta dar lugar a una nueva planta. Si todo ha
salido bien, la nueva planta contiene el ADN insertado de forma
estable y lo transmite a sus descendientes.
71.- La siguiente reacción corresponde a la conversión de un alcohol
en un ácido. ¿Qué organismos la llevan a cabo? ¿Cuál es su aplicación
desde el punto de vista industrial? CH3-CH2OH + O2 CH3-COOH + H2O.
Solución: Esta reacción representa la transformación incompleta de
etanol en ácido acético y agua. La llevan a cabo las bacterias del ácido
acético. Dichas bacterias son eubacterias de los géneros
Gluconobacter y Acetobacter, son bacilos Gram negativos flagelados.
Gluconobacter solo es capaz de oxidar el etanol a acético, mientras
que Acetobacter es además capaz de oxidar el ácido acético que
produce, para dar dióxido de carbono y agua. Las bacterias del ácido
acético también se utilizan en la conversión de la glucosa en ácido
glucónico o en la transformación de polialcoholes en azúcares.
72.- ¿En qué consiste el malteado?
Solución: El malteado es una técnica que se utiliza para la fabricación
de bebidas alcohólicas, como la cerveza, utilizando un cereal que
puede ser la cebada, el maíz o el arroz. Consiste en humedecer el
grano y dejarlo germinar antes de secarlo para utilizarlo en forma de
malta. En el estado de malta, el almidón aún se encuentra inalterado,
por lo que es necesario moler la cebada malteada con agua para
liberar las amilasas que degradarán el almidón a glucosa. De esta
manera podrán actuar las levaduras que producirán la fermentación.
73.- ¿En qué consiste la metodología semisintética que se está
utilizando en el trabajo con los antibióticos?
Solución: La metodología semisintética consiste en la adición de
nuevas cadenas laterales a las moléculas producidas naturalmente en
las fermentaciones. Con ello se logra mejorar la estabilidad de la
sustancia, aumentar su potencia de acción, suprimir la posible
toxicidad y aumentar el espectro de patógenos sensibles al
antibiótico. Muchas bacterias que han adquirido resistencia a la
penicilina son sensibles a las nuevas penicilinas semisintéticas.
74.- ¿Qué es la insulina? Existe alguna forma de obtenerla utilizando
técnicas de ingeniería genética?
Solución: La insulina es una proteína que permite que las células
asimilen los glúcidos que circulan por la sangre tras ingerir alimentos.
La insulina que se ha venido utilizando en la terapia de la diabetes
melitus se extraía del páncreas de ganado vacuno o porcino. Esta
insulina era algo diferente en su secuencia de aminoácidos de la
insulina humana y, aunque controlaba básicamente la sintomatología
diabética, presentaba efectos secundarios como el deterioro del
riñón y de la retina. En otros casos producía reacciones alérgicas.
Además, algunas personas tenían prejuicios en inyectarse insulina de
origen animal. En la actualidad, las aplicaciones biotecnológicas de la
ingeniería genética han permitido la modificación de bacterias para
que fabriquen insulina, exactamente de la misma composición que la
humana, mediante la introducción del gen correspondiente de las
personas. La insulina fue la primera sustancia elaborada por estas
técnicas en 1982.
75.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina.
Solución: Obtención de animales transgénicos que suministren
medicamentos (proteínas humanas) u órganos para transplantes
(xenotransplantes). En cuanto a la producción de proteínas humanas,
los trabajos están yendo en la línea de capacitar a las células de las
mamas para que produzcan únicamente la proteína que se pretende
y poderla extraer de la leche. En cuanto a los xenotransplantes, se
han conseguido éxitos en el caso de transplantes de tejidos, e incluso
transplantes de órganos.
76.- ¿Qué fases principales se distinguen en la obtención del queso?
Solución: La obtención del queso comprende dos fases principales,
que son: la formación de la cuajada y la maduración. La formación de
la cuajada se realiza al incorporar a la leche un cultivo de bacterias,
dejando incubar la mezcla un cierto tiempo. A continuación, se añade
un enzima proteolítico (renina) para coagular las proteínas, lo que
conlleva el que la leche se cuaje. Se separa el líquido resultante
(suero) de la cuajada y, tras prensarla para expulsar el agua, se
envuelve en una tela seca. La renina en la actualidad se sustituye por
las bacterias lácticas, que son suficientes para cuajar la leche. La
maduración de la cuajada se lleva a cabo por la acción de bacterias y
mohos. Algunos quesos frescos no llegan a completar este proceso.
77.- La fabricación de la cerveza, igual que la del vino, se lleva a cabo
gracias a la intervención de las levaduras. ¿Cuál es la levadura más
utilizada para realizar estos procesos? Explica los pasos que hay que
seguir para la elaboración de la cerveza.
Solución: La más importante y la primera levadura utilizada en estos
procesos es Saccharomyces cerevisiae. La cerveza se elabora a partir
de cereales que contienen almidón en sus granos. Las levaduras solo
son capaces de fermentar monosacáridos de seis carbonos, por lo
que es necesario que en primer lugar se produzca la hidrólisis del
almidón. El cereal más empleado es la cebada, aunque también se
utilizan el maíz y el arroz. Al germinar sus semillas producen amilasas
que rompen los enlaces del almidón, convirtiéndolo en glucosa. Por
lo tanto, estas semillas han de ser malteadas (se humedecen, se dejan
germinar y se secan). A continuación, se muele la cebada malteada
con agua para liberar las amilasas. El extracto acuoso se separa del
triturado sólido de los granos, se le añade el lúpulo y se cuece. El
lúpulo dará el sabor a la cerveza e impedirá el crecimiento de
bacterias. Al hervir la mezcla se desnaturalizan las amilasas. A esta
mezcla se añaden las levaduras, que producirán la fermentación
entre los cinco y diez días siguientes. Después de la fermentación, se
separa la levadura y se deja madurar la cerveza un tiempo
determinado. Tras la pasteurización y filtración, ya podría ser bebida.
78.- ¿Cuál es la naturaleza química de los antibióticos? ¿Cuál es el
principio de toxicidad selectiva?
Solución: La naturaleza química de los antibióticos es muy variada.
Químicamente pueden ser glucósidos, polipéptidos o compuestos
aromáticos complejos. Algunos son capaces de bloquear casi todas
las fases del ciclo vital de una bacteria, otros solamente un proceso
concreto. Solo unos pocos tienen actividad antifúngica. A pesar de la
diversidad de estructuras químicas y de acción, todos cumplen el
principio de toxicidad selectiva, formulado por P. Ehrlich a principios
de siglo. Según él, un agente quimioterapeútico eficaz no debe
afectar a los tejidos humanos, y sí ser tóxico para el agente
infectante.
79.- ¿Qué bacteria se utiliza habitualmente en ingeniería genética
como huésped de un plásmido recombinante? ¿Qué fármacos
importantes se pueden obtener de esta manera?
Solución: La eubacteria que se utiliza habitualmente como huésped
del plásmido es Escherichia coli. Los fármacos más importantes
obtenidos de esta manera que se utilizan en medicina son: la insulina
y la hormona del crecimiento humanas, la eritropoyetina, la
uroquinasa, determinadas vacunas como la de la hepatitis B, los
interferones alfa y beta, algunas proteínas plasmáticas y los
anticuerpos monoclonales.
80.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina.
Solución: Obtención de animales transgénicos que suministren
medicamentos (proteínas humanas) u órganos para transplantes
(xenotransplantes). En cuanto a la producción de proteínas humanas,
los trabajos están yendo en la línea de capacitar a las células de las
mamas para que produzcan únicamente la proteína que se pretende
y poderla extraer de la leche. En cuanto a los xenotransplantes, se
han conseguido éxitos en el caso de transplantes de tejidos, e incluso
transplantes de órganos.
81.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la
vacuna de la hepatitis B humana?
Solución: La ingeniería genética ha permitido obtener vacunas sin
tener que utilizar virus vivos. La primera vacuna obtenida por esta
técnica ha sido la de la hepatitis B humana. La vacuna se elabora
transfiriendo un gen de un antígeno concreto de la superficie del
virus a una levadura en donde este gen se expresa. Multiplicando la
levadura en un fermentador se pueden fabricar grandes cantidades
del antígeno puro, que, una vez aislado y purificado, se utiliza
directamente como vacuna.
GENÉTICA
La Genética es la ciencia que estudia la herencia de los caracteres
biológicos. La Genética clásica o Genética formal parte de los
caracteres observables (fenotipo), comprueba su transmisión por
herencia a los descendientes y así deduce el genotipo, es decir,
el gen o genes que determinan dichos caracteres y por otro lado,
estudia las leyes reguladoras de la transmisión de estos genes.
CONCEPTOS BÁSICOS DE GENÉTICA.
* FENOTIPO: Conjunto de caracteres observables de un organismo. El
fenotipo es el resultado de la interacción entre el genotipo y la acción
ambiental.
* GENOTIPO: Conjunto de genes presentes en un organismo.
* GEN: Segmento de ADN que contiene información necesaria para la
síntesis de una proteína y, por lo general, determina un carácter
heredable.
* CARÁCTER HEREDABLE: Cada una de las particularidades
morfológicas o fisiológicas de un ser vivo resultado de la actividad de
sus genes, o mejor aún de las proteínas codificadas por sus genes.
~ Carácter cualitativo: Es aquel que solo presenta dos alternativas
fácilmente observables (blanco o negro), reguladas por un mismo
gen que presenta dos alelos, los cuales se representan con dos letras
una mayúscula (A) y otra minúscula (a).
~ Carácter cuantitativo: Es aquel que tiene diferentes gradaciones
entre dos valores extremos (blanco, gris claro, gris, gris oscuro,
negro). Dependen de varios genes que contribuyen en distinta
proporción y que se denominan poligenes.
* ALELOS: Son las distintas formas alternativas que puede presentar
un gen como consecuencia de las modificaciones producidas
mediante mutaciones. Así el gen A pude presentar dos o más formas
alternativas A1, A2 .. An constituyendo Así una serie alélica. Los alelos
son por tanto genes que ocupan el mismo locus.
* LOCUS: Lugar físico que ocupa un gen en un cromosoma. El plural
de locus es loci.
* GENES HOMÓLOGOS: Son los genes que ocupan el mismo locus
en cromosomas homólogos. Son por tanto alelos del mismo gen.
* CROMOSOMAS HOMÓLOGOS: Conjunto de cromosomas que
poseen los mismos loci. Si un organismo posee parejas de
cromosomas homólogos se denomina diploide. En estos individuos
los cromosomas homólogos se unen en el momento de la
fecundación, pues los gametos poseen solo cada uno de los
cromosomas homólogos y por tal razón se dicen que son haploides.
Los cromosomas homólogos por tanto, poseen los mismos genes,
aunque pueden presentar diferentes alelos, situados en los mismos
loci.
* HAPLOIDE: Célula u organismo que posee un único alelo de cada
gen, situado en un cromosoma.
* DIPLOIDE: Célula u organismo que posee dos alelos, iguales
(Homocigto) o diferentes (Heterocigoto), de cada gen, situados en
los mismos loci de cromosomas homólogos.
* HOMOCIGOTO: Individuo diploide que posee dos alelos iguales de
un gen que determina un carácter cualitativo determinado (AA o aa).
Antiguamente conocidos como razas puras.
* HETEROCIGOTO: Individuo diploide que posee dos alelos diferentes
de un gen que determina un carácter cualitativo determinado (Aa).
Se denomina también híbridos.
* HERENCIA DOMINANTE: Se da cuando en un heterocigótico solo se
manifiesta el fenotípicamente uno de los alelos, el cual recibe el
nombre de alelo dominante, mientras que el que no se manifiesta
recibe el nombre de alelo recesivo.
* HERENCIA INTERMEDIA. Se da cuando los dos alelos se manifiestan
mediante un fenotipo intermedio entre las de los fenotipos de los
homocigotos. Ambos alelos son codominantes.
1. HERENCIA DE UN SOLO CARÁCTER CUALITATIVO.
1.1. HERENCIA DOMINANTE.
El carácter cualitativo, con dos posibles fenotipos, viene determinado
por un gen con dos alelos, uno dominante y otro recesivo. Los
individuos homocigóticos para el alelo dominante y los
hererocigóticos poseen el mismo fenotipo, mientras que los
homocigotos para el alelo recesivo poseen el otro un fenotipo
posible.
Ejemplo: El carácter color de la semilla del guisante presenta dos
fenotipos, amarillo y verde. El gen que determina este carácter posee
dos alelos, uno dominante (A) y otro recesivo (a). Los homocigotos
dominantes (AA) y los heterocigotos (Aa) son de fenotipo amarillo,
mientras que los homocigotos recesivos (Aa) son de fenotipo verde.
Las leyes que rigen la herencia de estos caracteres fueros descritas
por Mendel.
1º Ley, ley de uniformidad: Al cruzar dos variedades homocigotas, de
fenotipos diferentes para un determinado carácter, se obtiene una
generación F1 uniforme, genotipicamente heterocigótica y con el
mismo fenotipo que el parental dominante.
P:
AA (amarillo) x aa (verde)
¯
gametos: A
a
¯
F1: Aa (amarillo)
(100%)
2ª Ley, ley de segregación: Al cruzarse entre sí dos heterocigotos de
la generación F1, los alelos se separan y reparten, es decir se
segregan en los gametos, apareciendo los dos posibles fenotipos en
la generación F2, en la proporción 3:1.
F1:
Aa (amarillo) x Aa (amarillo)
¯
gametos:
A a
A a
¯
F2: AA (amarillo) Aa (amarillo) aa (verde)
(25%)
(50%)
(25%)
* Retrocruzamiento o cruzamiento prueba.
Se utiliza en los casos de herencia dominante para averiguar si un
individuo que presenta el fenotipo dominante para un determinado
carácter, posee un genotipo homocigoto o heterocigoto para el par
de alelos del gen que determina dicho carácter.
El retrocruzamiento consiste en cruzar al individuo problema con un
individuo homocigoto recesivo, que posee el fenotipo recesivo. El
resultado de este cruzamiento puede ser:
a) Todos los individuos de la descendencia (F1) presentan el mismo
fenotipo dominante. En este caso el individuo problema
es homocigoto.
Individuo
Homocigoto Recesivo
Problema
Amarillo (AA)
X
¯
Gametos:
A
Verde (aa)
¯
------------------------------ a
¯
F1:
Aa (Amarillo)
(100%)
b) La mitad de los individuos de la descendencia (F1) es de fenotipo
dominante y la otra mitad es de fenotipo recesivo. Es este caso el
individuo problema es heterocigoto.
Problema
Individuo
Homocigoto Recesivo
Amarillo (Aa)
¯
X
Verde (aa)
¯
Gametos: A
a ------------------------------ a
¯
F1: Aa (Amarillo)
aa (Verde)
(50%)
(50%)
1.2. HERENCIA INTERMEDIA: CODOMINANCIA.
La herencia intermedia se produce cuando los dos alelos
son equipotentes, de manera que los individuos heterocigotos
presentan un fenotipo intermedio, mezcla de los fenotipos de los
individuos homocigotos.
Este tipo de herencia es frecuente en caracteres tales como el color
de las flores, tal y como ocurre en el Dondiego de noche (Mirabilis
jalapa), cuya variedad de flores rojas es homocigota (RR) y la variedad
de flores blancas es también homocigota (rr). En este caso no
podemos hablar de alelos dominantes pues los individuos
heterocigotos (Rr) presentan un color rosa .
P:
RR (rojo) x rr (blanco)
¯
gametos: R
¯
F1:
Rr (rosa)
(100%)
r
F1:
Rr (rosa) x Rr (rosa)
¯
gametos:
R r
R r
¯
F2: RR (rojo) Rr (rosa) rr (rojo)
(25%)
(50%)
(25%)
2. HERENCIA DE DOS CARACTERES CUALITATIVOS.
Los dos genes responsables de estos caracteres pueden presentarse
en pares de cromosomas homólogos distintos o bien en el mismo
par.
2.1. LOS DOS GENES SE LOCALIZAN EN PARES DE CROMOSOMAS
HOMÓLOGOS DISTINTOS.
Se van a considerar dos caracteres de la planta del guisante tales
como el color de la semilla y la formade la semilla.
* Color de la semilla: El fenotipo amarillo (AA o Aa) es dominante
sobre el fenotipo verde (aa).
* Forma de la semilla: El fenotipo liso (LL o Ll) es dominante sobre el
fenotipo rugoso (ll).
Los alelos A, a y los alelos L, l están situados en loci de parejas de
cromosomas homólogos distintos. Al realizar los cruces que
permitieron definir las dos primeras leyes de la herencia se obtiene
los siguientes resultados.
1ª generación filial (F1): Al cruzar dos plantas con fenotipos
dominantes y fenotipos recesivos, homocigotas para ambos genes, el
resultado es una descendencia uniforme, genotipicamente
heterocigota y con el fenotipo dominante.
P:
AA/LL (amarillo/liso) x aa/ll (verde/rugoso)
¯
gametos: AL
al
¯
F1: Aa/Ll (amarillo/liso)
(100%)
2ª generación filial (F2): Las plantas de la generación F1 pueden
formar cuatro tipos de gametos diferentes respecto a estos genes:
AL, Al, aL y al, debido a que durante la meiosis los cromosomas
homólogos se reparten aleatoriamente y recordemos que estos
genes ocupan cromosomas homólogos diferentes. De manera que al
cruzar dos plantas de la F1 se pueden formar 9 posibles genotipos y 4
fenotipos diferentes.
AL
Al
aL
al
AL
AALL
AALl
AaLL
AaLl
Al
AALl
AAll
AaLl
Aall
aL
AaLL
AaLl
aaLL
aaLl
al
AaLl
Aall
aaLl
aall
Los genotipos y fenotipos posibles Así como sus frecuencias de
aparición serán:
Genotipos Frecuencia
AALL
1/16
AALl
2/16
AaLL
2/16
AaLl
4/16
AAll
1/16
Aall
2/16
aaLL
1/16
aaLl
2/16
aall
1/16
Fenotipos
Frecuencia
Amarillo/Liso
9/16
Amarillo/Rugoso
3/16
Verde/Liso
3/16
Verde/Rugoso
1/16
Las conclusiones obtenidas tras este cruzamiento se pueden
expresar bajo la forma de una nueva ley.
3ª Ley, ley de independencia de los caracteres. Los caracteres cuyos
genes se sitúan sobre cromosomas homólogos distintos, se heredan
de forma independiente unos de otros, combinandose al azar en la
descendencia.
2.2 HERENCIA DE LOS GENES LIGADOS. LIGAMIENTO
La ley independencia de los caracteres se cumple cuando la herencia
es dominante y solo en el caso de que los genes estén es
cromosomas homólogos diferentes. Cuando los genes se localizan
sobre la misma pareja de homólogos se dicen que están ligados y la
herencia de estos es diferente. Según la distancia existente entre
los loci de ambos genes se consideran dos tipos de ligamiento:
2.2.1 Ligamiento absoluto.
Cuando la distancia entre ambos loci es tan pequeña que no es
posible el sobrecruzamiento en la meiosis de manera que ambos
genes se heredan siempre juntos.
Un ejemplo son los caracteres color y forma del grano de maíz. El
fenotipo rojo (RR o Rr) domina sobre el incoloro (rr) y el fenotipo
redondo (BB o Bb) domina sobre el achatado (bb).
P:
(incoloro/achatado
RR/BB (rojo/redondo) X rr/bb
¯
gametos: RB
rb
¯
F1: Rr/Bb (rojo/ redondo)
(100%)
F1: Rr/Bb (rojo/redondo) X Rr/Bb (rojo/redondo)
¯
gametos:
RB
rb
¯
RB
rb
F2: RRBB (rojo/redondo) RrBb (rojo/redondo) rrbb
(incoloro/achatado)
(25%)
(50%)
(25%)
2.2.2. Ligamiento relativo
Se habla de ligamiento relativo, cuando la distancia entre los loci de
ambos genes es tal que permite el sobrecruzamiento y por tanto la
recombinación de estos genes. En este caso los genes durante la
meiosis se segregan como si estuviesen en cromosomas homólogos
diferentes , de manera que la herencia de estos genes sigue la tercera
ley. Sin embargo, como el proceso de recombinación entre estos no
siempre ocurre en todos los gametos, las frecuencias de los fenotipos
obtenidas difieren de las esperadas.
La suma de las frecuencias observadas de los fenotipos originados
por recombinación nos da como resultado la llamada tasa de
recombinación expresada en tanto por ciento. Cada 1 por ciento de
esta tasa equivale a una unidad de distancia sobre el cromosoma, que
se denomina centimorgan. Así una tasa de recombinación entre dos
genes del 17,5%, equivale a una distancia en el cromosoma de 17,5
centimorgans. El estudio de las tasas de recombinación entre
diferentes genes ligados permite realizar mapas cromosómicos sobre
los que se sitúan los genes a sus correspondientes distancias
relativas.
3. HERENCIA MENDELIANA Y TEORIA CROMOSOMICA DE LA
HERENCIA.
La teoría genética de la herencia tuvo su origen en los trabajos de
Gregor Mendel, expuestos por primera vez en 1985. La brillantez del
genio de Mendel se muestra en el hecho de que descubrió que los
caracteres no son heredables como tales, ya que solo se transmiten
los factores hereditarios, sin que Mendel supiera la verdadera
naturaleza de estos que hoy conocemos como genes.
Mendel trabajo con siete caracteres cualitatitos de la planta del
guisante y cuyos genes se encontraban en pares de cromosomas
homólogos diferentes lo cual fue clave para la formulación de la
tercera ley o ley de segregación de los caracteres. En realidad Mendel
no propuso ninguna de sus conocidas "Leyes de Mendel" ya que sus
trabajos carecieron de transcendencia en su época, hasta el año 1900
cuando los científicos H. de Vries, C. Correns y H. Tschermack,
redescubrieron de forma simultanea los trabajos de Mendel y fue
Correns quien enuncio las tres leyes de la herencia que hoy se
conocen como leyes de Mendel.
Ya hemos dicho que Mendel tuvo la habilidad (quizá la suerte) de
elegir caracteres cuyos genes estaban localizados en cromosomas
homólogos diferentes. De hecho algunos científicos que repitieron
sus experimentos con otros caracteres comprobaron como la tercera
ley no siempre se cumplía. No fue hasta principios de siglo, cuando
Thomas H. Morgan elaboró la teoría cromosómica de la herencia,
según la cual los factores hereditarios, ya conocidos entonces como
genes, se encontraban en los cromosomas y que por tanto los gene
que ocupan el mismo cromosoma podían ser heredados de forma
conjunta no cumpliéndose así la tercera ley de Mendel. A estas
conclusiones llegó después de numerosos experimentos realizados
con la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) que se convirtió a
partir de entonces en el material idóneo para la investigación
genética.
Más tarde se comprobó que incluso los genes situados en el mismo
cromosoma podían en determinadas circunstancias heredarse de
forma independiente, debido al sobrecruzamiento que es causa de
la recombinación genética.
4. HERENCIA DEL SEXO
Se habla de seres con sexo cuando los individuos son capaces de dar
o recibir material genético. La sexualidad es por tanto la facultad que
presentan algunos seres vivos de poder intercambiar material
genético. En la mayoría de los organismos, la sexualidad esta
relacionada con la reproducción, por lo que se habla de reproducción
sexual, excepto las bacterias y protozoos que la sexualidad se realiza
a través de la conjugación.
La mayoría de organismos con reproducción sexual solo hay
dos sexos, que pueden localizarse en el mismo individuo animales hermafroditas y plantas monoicas-, o en individuos
separados -animales macho y hembra o plantas dioicas-.
Los individuos machos y hembras manifiestan externamente un
conjunto de caracteres sexuales primarios tales como presencia de
gónadas y de órganos copuladores, y unos caracteres secundarios,
tales como vellosidad, mamas, pigmentación etc. Ambos tipos de
caracteres constituyen los fenotipos de ambos sexos.
El sexo es por tanto un carácter complejo en cuya expresión
fenotípica interviene numerosos genes y factores ambientales.
Vamos a considerar a algunas posibles formas en que puede
determinarse el sexo:
a) Sexo debido a un solo par de genes: Un ejemplo lo constituye la
avispa Bracon hebetor,. Las hembras son diploides y heterocigotas
par una serie alélica de nueve alelos de un determinado gen, y los
machos son haploides u homocigotos.
b) Sexo debido a los cromosomas sexuales: En muchas especies hay
dos tipos de cromosomas, los autosomas -iguales en machos que en
hembras- y los heterocromosomas o cromosomas sexuales que
difieren entre machos y hembras. Hay dos tipos de
heterocromosomas el cromosoma X y el cromosoma Y. La pareja XX
determina el sexo monogamético -solo pueden formar una clase de
gametos respecto al sexo- y la pareja XY determina el sexo
heterogamético -forman dos clases de gametos unos con el
cromosoma X y otros con el Y-.
- Machos heterogameticos y hembras homogaméticas, se dan en
muchas especies, como la especie humana.
- Machos homogaméticos y hembras heterogaméticas, se da en
algunas especies de aves y mariposas.
La herencia de los cromosomas sexuales asegura que haya un 50% de
individuos de cada sexo.
_ XY
x
_ XX
¯
gametos X
Y
X
¯
_ XY
_ XX
(50%)
(50%)
c) Sexo debido a la haplodiploidía: Se da en la abejas. La reina
diploide es fecundada por los zánganos haploides. El esperma se
almacena en un receptáculo de manera que algunos huevos
haploides son fecundados y dan origen a individuos diploides que
son las obreras estériles (solo una se convierte en reina al alimentarse
de jalea real), mientras que otros huevos no son fecundados y se
desarrollan por partenogénesis dando lugar a los zánganos que son
machos con la mitad de cromosomas que las hembras (los
espermatozoides se forman por mitosis).
d) Sexo debido al equilibrio genético: Este caso se da en la mosca del
vinagre Drosophila melanogaster. La determinación del sexo se debe
al equilibrio genético entre autosomas (A) y cromosomas sexuales. Si
X/A = 1 se trata de hembras, pero si X/A = 0,5 entonces se trata de
machos.
5. HERENCIA LIGADA AL SEXO EN LA ESPECIE HUMANA
Los cromosomas X e Y de la especie humana presentan
un segmento homólogo donde se localizan genes que regulan los
mismos caracteres y un segmento diferencial, con genes exclusivos
de cromosoma X y genes exclusivos del cromosoma Y. Los caracteres
determinados por los genes del segmento homólogo no están
totalmente ligados al sexo, sin embargo los caracteres cuyos genes
se localizan en el segmento diferencial están ligados al sexo (se
heredan junto al sexo). Este es el caso del daltonismo, la hemofilia o
la ceguera nocturna.
* Daltonismo: Incapacidad de distinguir ciertos colores. Carácter
regulado por un alelo recesivo cuyo locus esta en el segmento
diferencial del cromosoma X.
Hembras:
normal.
XX visión normal
Machos: XY visión
XdX portadora de visión normal
XdY daltónico.
XdXd daltónica.
* Hemofilia: Incapacidad de coagular la sangre por ausencia del
factor VIII o el factor IX de coagulación. Carácter debido a un alelo
recesivo situado en el segmento diferencial del cromosoma X.
Hembras:
XX normal
Machos: XY normal.
XdX portadora normal
XdY hemofílico.
XdXd letal.
6. HERENCIA DE LOS GRUPOS SANGUÍNEOS Y DEL FACTOR Rh.
- Herencia de los grupos A, B, AB y 0: Los diferentes grupos
sanguíneos se deben a la presencia de proteínas antigénicas en la
membrana de los eritrocitos. Este carácter esta regulado por una
serie alélica de tres alelos A, B y O, de un mismo gen. Los alelos A y B
codifican las proteínas responsables de los grupos sanguíneos A y B
respectivamente. mientras que el alelo O no codifica ninguna
proteína y por tanto es responsable del grupo sanguíneo O. Por otra
parte los alelos A y B son codominantes y los individuos que
presentan ambos alelos poseen el grupo sanguíneo AB.
Genotipo AA, AO BB, BO AB OO
Fenotipo
A
B
AB
O
- Herencia del factor Rh: El factor Rh es un carácter regulado por un
gen con dos alelos RH y rh, siendo RH dominante. El alelo RH codifica
una proteína antigénica de la membrana de los eritrocitos mientras
que el alelo rh no sintetiza esta proteína.
Genotipo RH RH RH rh rh rh
Fenotipo
Rh+
Rh+
Rh-
7. MUTACIONES Y EVOLUCION
Concepto de mutación como mecanismo fundamental para modificar
la información genética de los individuos y su relación con la selección
natural y artificial, señalando ejemplos concretos en los que puede
ponerse de manifiesto.
Los genes de un locus determinado pueden presentar variantes
denominados alelos. En una población grande pueden existir varios
alelos para cada locus, aunque solo puede haber dos en cada
individuo. Cada alelo surge por mutación de un gen preexistente , y
puede diferir del mismo en uno o varios puntos de la secuencia de
nucleótidos.
La diversidad hereditaria, reflejada en la existencia de múltiples
alelos en una población, constituye claramente un prerrequisito para
el cambio evolutivo. Si todos los individuos de una población son
homocigóticos para el mismo alelo de de un locus determinado, no
podrá darse evolución en dicho locus, hasta que no surga un nuevo
alelo por mutación.
Si por el contrario, existen dos o más alelos en una población, la
frecuencia de uno de ellos puede incrementarse a expensas de las de
las demas como consecuencia de la selección natural.
La selección natural actuará en favor o en contra del gen mutado
según esta mutación tenga efecto beneficioso o perjudicial sobre el
caracter. La mutación induce la formación de nuevos alelos y la
selección actua eliminando los alelos menos aptos:Son acciones
antagónicos y existe un equilibrio entre ellas.
Experimentos realizados en laboratorio con Drosophila serrata, han
demostrado que las poblaciones con mayor diversidad genética
presentan un ritmo de evolución superior que las poblaciones de la
misma especie con menor diversidad genética.
LA EVOLUCION puede describirse como " un cambio progresivo de
las frecuencias génicas de una población"
Y por otra parte, según la Ley de HARDY- WEIMBERG: " Si el
apareamiento es aleatorio, si no ocurren mutaciones, y si la población
es grande, las frecuencias génicas de la población se mantienen
constantes de generación en generación"
Por todo lo descrito con anterioridad, es evidente que las
mutaciones son determinantes en el proceso evolutivo.
En cualquier caso, las frecuencias génicas cambiaran, ya que
aumentará o disminuirá la frecuencia del gen mutado, pero de
manera diferente si los cambios de los caracteres producidos son
dominantes o recesivos.
a) Una mutación nueva con efecto dominante influirá en el caracter
inmediatamente, y enseguida tendrá lugar la selección a favor o en
contra de la mutación.
b) Si la mutación tiene efecto recesivo en un organismo diploide, no
influirá en los caracteres inmediatamente y la selección natural
tampoco actuará de inmediato en la mutación.
El papel evolutivo de las mutaciones varia según sea la magnitud de
la influencia que una determinada mutación ejerce sobre un
determinado caracter.
Una mutación grande, que afecte de gran manera a un caracter vital,
será demasiado perjudicial y por lo general será letal.
Pero una mutación pequeña que tenga un efecto menor sobre un
caracter, puede persistir más facilmente. Las alteraciones evolutivas
se producen de hecho casi exclusivamente a traves de muchos
cambios pequeños en los caracteres y no a traves de cambios
grandes y aislados.
Parece claro, que la mayoria de la diversidad genética existente en
las poblaciones, no surge en cada generación por mutaciones nuevas,
sino por la reorganizacion mediante recombinación de la mutaciones
acumuladas con anterioridad.
Aunque la mutación sea la causa última de la diversidad genética,
constituye un suceso relativamente raro, que supone unicamente
algunas gotas de laelos nuevos en el enorme depósito de diversidad
genética almacenada
7.1 SELECCION NATURAL.
Ejemplo de la importancia de los hibridos: anemia falciforme. La
persistencia de alelos localmente desventajosos, sólo puede
explicarse postulando mecanismos que mantengan activamente la
diversidad, a pesar de las fuerzas selectivas que tienden a eliminarla.
Uno de dichos mecamismos es la superioridad de los heterocigotos.
En el caso de la anemia drepanocítica, enfermedad humana
preponderante en Africa tropical, existe un alelo que da lugar a una
forma variante de hemoglobina, caracterizada por la sustitución del
aminoácido valina por Ac. glutámico, que tiene efectos catastróficos:
hace que las moléculas de hemoglobina formen largos filamentos en
el interior de los glóbulos rojos, y de ello resulta que que las células se
colapsan y adoptan la configuración de hoz, dando lugar a una forma
grave de anemia que generalmente es fatal antes de alcanzar la edad
reproductora.
Dado que el alelo drepanocítico es obviamente desventajoso ¿por
qué persiste en la población humana de Africa tropical con una
frecuencia tan elevada del 30% ? La razón estriba en que los individuos
heterocigotos para el carácter falciforme se hallan protegidos frente
a la forma más letal de paludismo, mientras que los homocigotos
normales no lo están.El heterocigoto resulta, por tanto, claramente
superior a los dos homocigotos: Se halla protegido frente al
paludismo, y no padece la anemia falciforme. En consecuencia, los
heterocigotos sobreviven y se reproducen preferentemente, y el
alelo que determina la hemoglobina defectuosa se mantiene en la
población con una frecuencia elevada.
7.2 SELECCION ARTIFICIAL.
Ejemplo de la importancia de la DIVERSIDAD GENETICA:
La selección artificial en beneficio del ser humano ha suministrado
otro indicio de la magnitud de la diversidad genética en las
poblaciones naturales . En este tipo de selección se elige como
progenitores de la generación siguiente a aquellos individuos de la
población que presentan la máxima expresión de un caracter
determinado desde el punto de vista comercial. Si la población
seleccionada cambia a lo largo de las generaciones en el sentido de la
selección practicada, queda patente que las plantas originales
poseian un reservorio de diversidad genética respecto al cracter
seleccionado.
Los cambios obtenidos por selección artificial son a menudo
enormes. En un grupo de gallinas, la producción de huevos se
incrementó desde 125 huevos por gallina y año en 1933 hasta 249
huevos por gallina y año en 1965.
El hecho de que la selección artificial tenga éxito casi siempre que se
intenta, indica que en las poblaciones existe diversidad genética
practicamente para todas las características del organismo.
7.3. GENES LETALES
La manifestación de algunos genes ( LETALES) da como resultado la
muerte del individuo, sea en el periodo prenatal o postnatal antes de
alcanzar la edad reproductora.
1.- Los individuos con un alelo letal dominante, mueren antes de que
tengan descendencia: El mutante letal dominante es eliminado de la
población en la misma generación en que se originó.
2.- Los genes letales recesivos solo son mortales en el homocigoto y
puden ser de dos clases:
a) No tienen efecto fenotípico en el heterocigoto.
b) Produce un fenotipo distinto en heterocigosis.
Ej: La cantidad de clorofila en el Antirrhinum, está controlada por un
gen parcialmnte recesivo que muestra un efecto letal en homocigosis
(cc) y un efecto fenotípico reconocible( verde pálido) en el
heterocigto (Cc).
PREGUNTAS DE SELECTIVIDAD SOBRE GENÉTICA
1. Concepto de ligamiento.
2. Concepto de genes letales. Ejemplo.
3. Significado biológico del sobrecruzamiento. ¿En qué momento
tiene lugar?.
4. ¿Qué diferencia existe entre herencia del sexo y herencia ligada al
sexo?.
5. Señala las diferencias que existen entre los conceptos:
a) genotipo y fenotipo b) den dominante y gen recesivo.
b) generación F1 Y F2 C) homocigótico y heterocigótico.
d) Autosomas y heterocromosomas.
6. Concepto e importancia biológica de la recombinación genética.
7. ¿Qué es una serie alélica?. Citar algún ejemplo.
8. Concepto de retrocruzamiento. ¿En que casos se utiliza?.
9. Concepto de ligamiento y recombinación.
10. Mutaciones: a) concepto y b) significado evolutivo.
11. Mutaciones cromosómicas: a) Concepto y tipos. b) diferencias con
las mutaciones génicas.
12. Explica los conceptos: a) gen letal. b) trisomía. c)alelos
codominantes. d) cromosomas homólogos.
13. Daltonismo: Concepto y tipo de herencia
PREGUNTAS RESUELTAS. GENÉTICA
1.- ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? Razona la
respuesta. a) Cuando un ser vivo tiene reproducción sexual, los hijos
heredan todos los genes del padre, y las hijas, los de la madre. b) Al
cruzar guisantes de semillas lisas con guisantes de semillas rugosas se
obtienen guisantes de semillas rugosas.
2.- ¿Qué son individuos homocigóticos y heterocigóticos?
3.- Enuncia las tres leyes de Mendel.
4.- Científicos de la Universidad de Carolina del Norte (EE UU) han
publicado un estudio que desvela una de las posibles causas
genéticas del autismo. Analizaron el ADN de 75 familias en las que al
menos existían dos miembros con esta enfermedad y encontraron
semejanzas llamativas en una región concreta del ADN: el
cromosoma 13. Relaciona esta noticia con la importancia de la
confección del mapa genético humano.
5.- Imaginemos un gen letal recesivo l frente a su alelo normal L. a)
Cuál es el genotipo que produce la muerte en esta especie? b) ¿Se
mantendrá en la población el gen letal recesivo? ¿Cuál será el
genotipo de los individuos que los llevan?
6.- En la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), los machos
son XY, y las hembras, XX, y se dispone de un gran número de
mutantes con distintos números de cromosomas. La determinación
del sexo se produce por la relación existente entre el número de
cromosomas X y el número de juegos de autosomas (A). Si la relación
es de 0,5, el individuo es un macho, y si es 1, el individuo es una
hembra. Por debajo de 0,5, el individuo es un supermacho, y por
encima de 1, una superhembra. a) Indica qué sexo presentarán las
siguientes moscas: 1. AAX 2. AAXXY 3. AAAXX 4. AAXXX. b) ¿Tiene
alguna función el cromosoma Y en la determinación del sexo?
7.- Los gatos caseros machos pueden ser negros o amarillos, mientras
que las hembras pueden ser negras, amarillas o moriscas (mezcla de
amarillo y negro). Sabiendo que este carácter depende de una pareja
alélica ligada al cromosoma X, determina la posible descendencia
entre una gata amarilla y un gato negro.
8.- Explica el significado de la siguiente frase: Es el gen y no la
característica como tal lo que el ser vivo recibe de sus antecesores.
9.- ¿Cuántos tipos de gametos genéticamente diferentes pueden
producirse en un individuo heterocigótico para cuatro pares de
alelos?
10.- Define locus, genotipo, recesivo.
11.- ¿Por qué la tercera ley de Mendel se plantea siempre en casos de
dihibridismo?
12.- ¿Qué observaciones sirvieron de base para proponer la hipótesis
de que los genes estaban en los cromosomas?
13.- ¿Obedece el alelismo múltiple a las reglas de la transmisión de la
herencia establecidas por Mendel? ¿Cómo aparecen las series alélicas?
14.- Explica la determinación del sexo en la especie humana. ¿De qué
gameto depende el sexo de la descendencia?
15.- En cierta especie, cuya determinación del sexo es XX-XY, una
hembra lleva en uno de sus cromosomas X un gen letal recesivo (l)
que impide el desarrollo del embrión, y en el otro el alelo dominante
(L). ¿Cuál será la proporción de sexos de la descendencia entre esta
hembra y un macho normal?
16.- ¿Podemos afirmar que una malformación congénita es una
característica que se ha heredado de los padres? ¿Por qué se llama
congénita?
17.- Mendel cruzó líneas puras de guisantes de semilla lisa y amarilla
con guisantes de semilla rugosa y verde. ¿Qué resultados obtuvo en
la primera y segunda generación filial?
18.- ¿Reciben los mismos genes todos los descendientes de un
cruzamiento entre heterocigotos? Razona la respuesta.
19.- ¿En qué consiste el retrocruzamiento o cruzamiento prueba?
20.- Una mujer enana, cuya madre era normal, se casa con un hombre
normal. En el supuesto de que este matrimonio tuviera cinco hijos y
sabiendo que el enanismo es dominante, indica y razona cuáles de las
siguientes afirmaciones son correctas. a) Si ninguno de los hermanos
mayores es enano, es casi seguro que el último que nazca lo será. b)
Toda la descendencia será enana. c) Toda la descendencia será
normal. d) Cada niño que nazca tiene un 50% de probabilidad de ser
enano.
21.- Los experimentos de Mendel demuestran que los factores
hereditarios de caracteres no antagónicos se heredan
independientemente. Por otro lado, estos factores (genes) están en
los cromosomas. ¿Es esto compatible?
22.- En una especie animal, el gen A produce color frente a su alelo a
que provoca albinismo al bloquear la síntesis de melanina. Otra pareja
alélica (B,b) determina el color, el alelo dominante B produce color
gris, mientras que el recesivo b determina la aparición de color
amarillo. Se cruzaron una hembra de color gris y con un macho
albino, ambos homocigóticos y se obtuvieron los siguientes
resultados en la F1 y en la F2 : a) ¿Qué tipo de fenómeno genético se
expresa en el cruzamiento? b) ¿Por qué la F2 no se ajusta a la
segregación mendeliana 9:3:3:1?
23.- Define los siguientes términos: a) Cromosomas sexuales y
cromosomas autosómicos. b) Sexo heterogamético y sexo
homogamético.
24.- El color de los ojos de la mosca Drosophila depende de un gen
ligado al cromosoma X. El color rojo (XR) es dominante frente al alelo
Xw que produce color blanco. a) ¿Qué descendencia se obtendrá del
cruzamiento de una hembra de ojos blancos con un macho de ojos
rojos? ¿Podrán aparecer hembras de ojos blancos? Justifica la
respuesta. b) ¿En qué generación se obtendrán hembras de ojos
blancos?
25.- Explica brevemente la diferencia entre la genética clásica o
mendeliana y la genética molecular.
26.- El diseño experimental de Mendel consistió en lo siguiente:
Sembraba semillas de guisantes y obtenía plantas (P), cuyas
características observaba. A partir de las semillas que lograba, podía
conseguir una primera generación (F1) de guisantes que podía
comparar con la P; así, sucesivamente, obtenía las generaciones F2,
F3, etc. Podía obtener también semillas conseguidas por cruzamiento
de dos plantas de guisantes cuyas características eran conocidas. Las
semillas obtenidas de este cruce eran sembradas y sus flores, según
fuesen autofecundadas o cruzadas con otra variedad de guisantes,
darían lugar a otras semillas con unas características que podían
conocerse tras ser sembradas y observar las plantas resultantes. ¿A
qué conclusiones puedes llegar?
27.- Concepto de alelo. Alelos dominantes, recesivos y equipotentes.
28.- Indica los distintos tipos de herencia.
29.- El color rojo de la pulpa del tomate depende de un factor
dominante sobre un alelo amarillo. El tamaño normal de la planta se
debe a un gen dominante sobre su alelo para el tamaño pequeño. Al
cruzar una planta roja-normal con una amarilla-normal se obtuvieron
30 rojas-normales, 31 amarillas-normales, 10 rojas-enanas y 9
amarillas-enanas. Utilizando los genotipos precisos, realizar los cruces
que permitan obtener una descendencia con los fenotipos descritos.
30.- ¿Qué contradicción hay entre la tercera ley de Mendel y la teoría
cromosómica de la herencia? ¿Es una contradicción total o parcial?
¿Por qué?
31.- El color de los granos del trigo se debe a la acción de dos parejas
alélicas R1r1 y R2r2. Los alelos R1 y R2 añaden color rojo al fenotipo,
mientras que los alelos r1 y r2 no producen color. Se conocen cinco
fenotipos: Rojo (R1 R1 R2 R2) ; rojo medio (producido por la presencia
de 3 alelos R y 1 r) ; rojo claro (2 R y 2 r); rojo muy claro (1 R y 3 r);
blanco (r1 r1 r2 r2). a) ¿De qué tipo de herencia se trata?
32.- Ecbalium es una cucurbitácea cuya determinación del sexo
depende de tres genes. El A1 provoca plantas con flores masculinas;
el A2 determina la aparición de plantas hermafroditas; y el A3, plantas
con flores femeninas. La relación es dominancia es la siguiente: A1 >
A2 > A3. a) Indica el sexo de las siguientes plantas: A1A2; A2A3; A3A3;
A1A3 b) ¿De qué tipo de determinación del sexo se trata? ¿Podríamos
distinguir el sexo de la planta estudiando su cariotipo?
33.- Según Mendel el valor y la utilidad de cualquier experimento
están determinados por la idoneidad del material elegido para la
finalidad a la que es destinado. Explica la relación de esta aseveración
con los experimentos que él realizó.
34.- ¿Se puede afirmar que, a efectos de la evolución, la heterocigosis
es más ventajosa que la homocigosis? Razona la respuesta.
35.- ¿En qué consiste el tablero de Punnett?
36.- En drosophila, el color ébano del cuerpo es producido por un gen
recesivo e y el color del cuerpo gris (tipo común) por su alelo
dominante e+. Las alas vestigiales son determinadas por el gen
recesivo vg, y las de tamaño normal (tipo común), por su alelo
dominante vg+. Si se cruzan moscas dihíbridas de tipo común y
producen 256 descendientes, ¿cuántos de estos se espera que haya
de cada clase fenotípica?
37.- ¿A qué se llama consejo genético?
38.- El sistema de grupos sanguíneos AB0 viene determinado por una
serie alélica de tres genes: A, B y 0; en la que los alelos A y B son
codominantes entre sí, y ambos dominan sobre el 0. Un hombre
desea divorciarse de su esposa por infidelidad. Su primer y segundo
hijo los considera legítimos, y tienen grupos sanguíneos 0 y AB,
respectivamente. El tercer hijo es un varón que considera ilegítimo
porque es de grupo sanguíneo B. ¿Puede aprovecharse esta
información para apoyar la demanda del hombre?
39.- El número diploide de la abeja que produce la miel es 2n 16.
¿Cuántos cromosomas se encontrarán en las células somáticas del
zángano (macho)? Justifica la respuesta.
SOLUCIONES
2.- ¿Qué son individuos homocigóticos y heterocigóticos?
Solución: La homocigosis y heterocigosis únicamente se puede dar en
especies diploides, que tienen sus cromosomas formando parejas
homólogas. Un individuo homocigótico para un gen dado es aquel
que tiene en cada cromosoma homólogo el mismo tipo de alelo, por
ejemplo AA o aa, y por ello produce un solo tipo de gameto. También
se le considera raza pura para el gen en cuestión. Un individuo
heterocigótico para un gen dado es aquel que tiene en cada
cromosoma homólogo un alelo distinto, por ejemplo Aa, dando lugar
a dos tipos de gametos.
3.- Enuncia las tres leyes de Mendel.
Solución: 1ª ley: Uniformidad de los híbridos de la primera generación
filial. Al cruzar dos variedades puras para un mismo carácter, los
descendientes son todos híbridos e iguales. 2ª ley: Segregación
independiente en la segunda generación filial. Los caracteres que
están juntos en los híbridos, se separan, sin mezclarse ni
contaminarse, y aparecen en la segunda generación filial, aunque sus
padres (de la F1) no lo manifestaran. 3ª ley: La transmisión
independiente de los caracteres. En la transmisión de dos o más
caracteres, cada carácter se transmite a la segunda generación filial
independientemente de cualquier otro carácter, y siempre de
acuerdo con la primera y segunda ley. típico de un retrocruzamiento.
4.- Científicos de la Universidad de Carolina del Norte (EE UU) han
publicado un estudio que desvela una de las posibles causas
genéticas del autismo. Analizaron el ADN de 75 familias en las que al
menos existían dos miembros con esta enfermedad y encontraron
semejanzas llamativas en una región concreta del ADN: el
cromosoma 13. Relaciona esta noticia con la importancia de la
confección del mapa genético humano.
Solución: La disposición lineal de los genes ha permitido a la genética
formal confeccionar mapas genéticos. Dicha disposición tiene como
base la estructura molecular del ADN. El Proyecto Genoma Humano
pretende conocer la función y la localización de los genes que posee
cada ser humano, su finalidad es conseguir un mapa de los
cromosomas en el que se indique dónde comienza y acaba cada gen y
para qué sirve. Este estudio permitirá conocer el cómo y el porqué de
las enfermedades hereditarias.
5.- Imaginemos un gen letal recesivo l frente a su alelo normal L. a)
Cuál es el genotipo que produce la muerte en esta especie? b) ¿Se
mantendrá en la población el gen letal recesivo? ¿Cuál será el
genotipo de los individuos que los llevan?
Solución: a) El genotipo será ll, ya que es un alelo recesivo y
únicamente puede manifestarse en homocigosis.b) Al ser un gen letal
recesivo que provoca la muerte en homocigosis solamente puede
mantenerse en la población enmascarado en individuos
heterocigóticos (Ll). Estos son los que transmitirán el gen a la
descendencia.
6.- En la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), los machos
son XY, y las hembras, XX, y se dispone de un gran número de
mutantes con distintos números de cromosomas. La determinación
del sexo se produce por la relación existente entre el número de
cromosomas X y el número de juegos de autosomas (A). Si la relación
es de 0,5, el individuo es un macho, y si es 1, el individuo es una
hembra. Por debajo de 0,5, el individuo es un supermacho, y por
encima de 1, una superhembra. a) Indica qué sexo presentarán las
siguientes moscas: 1. AAX 2. AAXXY 3. AAAXX 4. AAXXX. b) ¿Tiene
alguna función el cromosoma Y en la determinación del sexo?
Solución: a) 1. Macho. Nº de cromosomas X/ nº de autosomas 1/2 0,5.
2. Hembra. Nº de cromosomas X/ nº de autosomas 2/2 1. 3. Intersexo.
2/3 0,67. 4. Superhembra. 3/2 1,5. b) En el caso 2 del apartado
anterior, la relación entre autosomas y cromosomas sexuales es 1, y el
individuo es una hembra. La presencia del cromosoma Y no influye en
la determinación del sexo; su presencia determina la fertilidad de los
machos.
7.- Los gatos caseros machos pueden ser negros o amarillos, mientras
que las hembras pueden ser negras, amarillas o moriscas (mezcla de
amarillo y negro). Sabiendo que este carácter depende de una pareja
alélica ligada al cromosoma X, determina la posible descendencia
entre una gata amarilla y un gato negro.
Solución: La mitad de la descendencia serán hembras, todas ellas de
fenotipo morisco, y la otra mitad serán todos machos amarillos.
8.- Explica el significado de la siguiente frase: Es el gen y no la
característica como tal lo que el ser vivo recibe de sus antecesores.
Solución: Hay que hacer una distinción clara entre lo genético y lo
hereditario, ya que no son sinónimos. Los genes están presentes en
las células de cada individuo, pero unos se expresarán en un
momento dado y otros no. Habrá genes que no se expresen a lo largo
de la vida de un individuo y, sin embargo, se transmiten a sus
descendientes.
9.- ¿Cuántos tipos de gametos genéticamente diferentes pueden
producirse en un individuo heterocigótico para cuatro pares de
alelos?
Solución: Al tratarse de un individuo heterocigótico para cuatro pares
de alelos, le denominamos AaBbCcDd. Para cada gen y de acuerdo
con la ley de la segregación, se formarán dos tipos de gametos
distintos, A o a, B o b, etc. Como el individuo tiene cuatro genes, se
formarán: 2 x 2 x 2 x 2 24 16 tipos de gametos genéticamente
diferentes.
10.- Define locus, genotipo, recesivo.
Solución: Locus. Lugar o punto del cromosoma donde se localiza un
gen determinado. Genotipo. Conjunto de genes que un individuo ha
recibido de sus progenitores. Recesivo. Alelo que queda oculto y solo
se manifiesta cuando no está presente el alelo dominante.
11.- ¿Por qué la tercera ley de Mendel se plantea siempre en casos de
dihibridismo?
Solución: Porque la tercera ley de Mendel, llamada ley de la herencia
independiente de los caracteres, expresa el hecho de que cada uno
de los caracteres hereditarios se transmite a la descendencia con
absoluta independencia de los demás, a diferencia de la segunda ley
que hace referencia a que los genes que forman la pareja de alelos
gozan de independencia. En este sentido, las experiencias realizadas
por Mendel consistieron en cruzar plantas de guisantes de dos razas
puras, una de las cuales tiene sus semillas de color amarillo y su
superficie lisa, y la otra, con semillas de color verde y superficie
rugosa. Los resultados obtenidos son individuos de 4 fenotipos
diferentes: Amarillas - lisas Amarillas - rugosas.Verdes - lisas. Verdes rugosas. Y la proporción numérica de los fenotipos resultantes es de
9:3:3:1
12.- ¿Qué observaciones sirvieron de base para proponer la hipótesis
de que los genes estaban en los cromosomas?
Solución: Al estudiar los cromosomas se observó que existía un
paralelismo entre el comportamiento de estos durante la meiosis y la
separación de los factores genéticos mendelianos en la formación de
los gametos: los genes se separan en los gametos y se unen en
parejas en la fecundación, los cromosomas también. Como
consecuencia de esta comparación, Sutton y Boveri propusieron en
1902 que los genes se encuentran en los cromosomas.
13.- ¿Obedece el alelismo múltiple a las reglas de la transmisión de la
herencia establecidas por Mendel? ¿Cómo aparecen las series alélicas?
Solución: El alelismo múltiple se rige por las leyes mendelianas
considerando los alelos dos a dos. El hecho de que en una población
existan más de dos formas alternativas para un gen no modifica las
leyes de Mendel, ya que un individuo diploide solamente porta, como
máximo, dos alternativas de ese gen (2 alelos). La aparición de una
serie alélica se debe a numerosas mutaciones que ha sufrido un gen
dando lugar a la aparición de varios alelos distintos. Se considera que
estos genes son inestables.
14.- Explica la determinación del sexo en la especie humana. ¿De qué
gameto depende el sexo de la descendencia?
Solución: En la especie humana, la determinación del sexo es
cromosómica. El hombre posee 46 cromosomas, de los que 44 son
autosomas y 2 son los heterocromosomas o cromosomas sexuales,
en los que se sitúan la mayoría de los genes que determinan el sexo.
Las mujeres poseen dos cromosomas X en sus células, conformando
el sexo homogamético (XX); mientras que los varones poseen un
cromosoma X y otro Y, por lo que constituyen sexo heterogamético
(XY). En las gónadas, testículos y ovarios, se producen los gametos
haploides. En los ovarios se forman óvulos con 23 cromosomas, todos
ellos con un juego de autosomas y un cromosoma X. En los testículos
se producen espermatozoides, también con 23 cromosomas; la mitad
de ellos llevarán el cromosoma X y la otra mitad el cromosoma Y. Por
tanto, es el espermatozoide el que determina el sexo del nuevo
individuo.
15.- En cierta especie, cuya determinación del sexo es XX-XY, una
hembra lleva en uno de sus cromosomas X un gen letal recesivo (l)
que impide el desarrollo del embrión, y en el otro el alelo dominante
(L). ¿Cuál será la proporción de sexos de la descendencia entre esta
hembra y un macho normal?
Solución: La proporción de sexo será de 2/3 de hembras por 1/3 de
machos, debido a que los machos con el gen letal no nacen.
16.- ¿Podemos afirmar que una malformación congénita es una
característica que se ha heredado de los padres? ¿Por qué se llama
congénita?
Solución: Una malformación congénita puede haberse originado por
la aparición de una sustancia nociva durante el desarrollo fetal, sin
que haya sido heredada de los padres. Se llama congénita porque el
individuo la posee desde el momento del nacimiento.
17.- Mendel cruzó líneas puras de guisantes de semilla lisa y amarilla
con guisantes de semilla rugosa y verde. ¿Qué resultados obtuvo en
la primera y segunda generación filial?
Solución: Los híbridos de la 1ª generación filial (F1) eran todos iguales,
presentando el fenotipo de uno de los padres, amarillo y liso
(caracteres dominantes), con lo que demostró que también se
cumplía su primera ley cuando se consideraba la transmisión de dos
caracteres al mismo tiempo (dihibridismo). En la 2ª generación filial
(F2) aparecen los siguientes fenotipos: amarillo-liso, amarillo-rugoso,
verde-liso y verde-rugoso, en la proporción 9:3:3:1, respectivamente.
El hecho de aparecer combinaciones fenotípicas nuevas (amarillorugoso y verde-liso) en las proporciones indicadas, que no existían en
la generación paterna, demuestra la herencia independiente de los
dos caracteres.
18.- ¿Reciben los mismos genes todos los descendientes de un
cruzamiento entre heterocigotos? Razona la respuesta.
Solución: Pongamos un ejemplo: se cruzan dos individuos
heterocigóticos para un carácter P Aa x Aa. Las combinaciones a que
dan lugar la combinación de los gametos procedentes de los dos
padres son: F1 AA, Aa, Aa, aa. Por tanto, recibirán distintos tipos de
genes.
19.- ¿En qué consiste el retrocruzamiento o cruzamiento prueba?
Solución: Se utiliza en los casos de herencia dominante para averiguar
si un individuo es híbrido o de raza pura. Consiste en cruzar al
individuo problema con un individuo homocigótico recesivo. Si
aparecen individuos homocigóticos recesivos, el individuo problema
es híbrido. Para el caso de la forma de la semilla del guisante (L,l), los
dos posibles resultados son: 1. En la descendencia, todas las semillas
son lisas, luego el individuo problema es LL. LL ll. 100% Ll. 2. En la
descendencia, el 50% de las semillas son lisas, y el 50% son rugosas, el
individuo problema es Ll. LL ll. 50% Ll ; 50% ll
20.- Una mujer enana, cuya madre era normal, se casa con un hombre
normal. En el supuesto de que este matrimonio tuviera cinco hijos y
sabiendo que el enanismo es dominante, indica y razona cuáles de las
siguientes afirmaciones son correctas. a) Si ninguno de los hermanos
mayores es enano, es casi seguro que el último que nazca lo será. b)
Toda la descendencia será enana. c) Toda la descendencia será
normal. d) Cada niño que nazca tiene un 50% de probabilidad de ser
enano.
Solución: Denominamos A al alelo dominante que condiciona
enanismo, y a, al alelo recesivo normal. La mujer enana tiene que
haber recibido de su madre, que es normal, y, por tanto, aa, el alelo
normal, por lo que será heterocigótica Aa. Si el marido es normal,
será homocigótico aa. Con esta información, vamos a ver si las
afirmaciones son o no correctas. a) Es incorrecta. El hecho de que
ninguno de los hermanos mayores sea enano no influye para que el
último lo sea. Cada uno de los hijos del matrimonio Aa x aa tiene la
misma probabilidad de ser enano Aa o normal aa. Para cada uno de
los hijos se va a dar la formación de los gametos como sucesos
independientes, por ello, la probabilidad de que el último que nazca
sea enano es 1/2, como para cualquier otro hermano, sin que
condicione el genotipo de sus hermanos mayores. b) Es incorrecta.
En el cruzamiento Aa x aa, la madre dará lugar a gametos (óvulos) A o
a con igual probabilidad (50%) y el padre dará siempre gametos a, por
lo que los zigotos Aa (enano) y aa (normal) se formarán con igual
probabilidad. c) Es incorrecta. Por el mismo razonamiento que en b.
d) Es correcta. Por el mismo razonamiento que en b.
21.- Los experimentos de Mendel demuestran que los factores
hereditarios de caracteres no antagónicos se heredan
independientemente. Por otro lado, estos factores (genes) están en
los cromosomas. ¿Es esto compatible?
Solución: Morgan en 1910 trabajando con Drosophila melanogaster
observó que había ciertos caracteres de estas moscas que tendían a
heredarse juntos. La pregunta que se hizo fue la siguiente: si los
genes estaban en los cromosomas, todos los genes de un mismo
cromosoma debían heredarse juntos; lo que entraba en contradicción
con la 3ª Ley de Mendel en la que dos caracteres no antagónicos
(color y forma de las semillas) se heredaban independientemente.
Más adelante se observó que, durante la división meiótica, los
cromosomas se entrecruzaban, intercambiándose fragmentos, esto
es, grupos de genes (recombinación genética), lo que explicaba el
que dos genes estuvieran en un mismo cromosoma y, a pesar de ello,
muchas veces se heredaran independientemente. Dos genes que
estén muy juntos en un cromosoma tenderán a heredarse juntos, ya
que es muy difícil que el cromosoma se entrecruce justo por el punto
intermedio. A estos genes se les denominan genes ligados.
22.- En una especie animal, el gen A produce color frente a su alelo a
que provoca albinismo al bloquear la síntesis de melanina. Otra pareja
alélica (B,b) determina el color, el alelo dominante B produce color
gris, mientras que el recesivo b determina la aparición de color
amarillo. Se cruzaron una hembra de color gris y con un macho
albino, ambos homocigóticos y se obtuvieron los siguientes
resultados en la F1 y en la F2 : a) ¿Qué tipo de fenómeno genético se
expresa en el cruzamiento? b) ¿Por qué la F2 no se ajusta a la
segregación mendeliana 9:3:3:1?
Solución: a) Es un caso se epistasia, donde un gen llamado epistático
enmascara la acción de otro, el hipostático. En este caso, el alelo a
(epistático), al inhibir la síntesis de melanina, no permite la aparición
de color, enmascarando la acción de la pareja alélica B,b. b) No se
ajusta a la proporción 9:3:3:1 porque cualquier individuo que lleve el
alelo epistático a será albino, independientemente de la pareja alélica
B,b. En la F2 aparecen 4 individuos de cada 16 con el gen a,
obteniéndose la proporción 9:3:4.
23.- Define los siguientes términos: a) Cromosomas sexuales y
cromosomas autosómicos. b) Sexo heterogamético y sexo
homogamético.
Solución: a) Los cromosomas sexuales o heterocromosomas son la
pareja de cromosomas que determinan el sexo de un individuo, y en
ellos se localizan la mayoría de los genes de determinación sexual. El
resto de los cromosomas son los cromosomas autosómicos o
autosomas. b) Sexo homogamético es el sexo que posee dos
cromosomas sexuales iguales (XX, ZZ). Dependiendo de las especies
puede ser macho o hembra. Se llama homogamético porque todos
los gametos que produce son iguales; llevarán el mismo cromosoma
sexual. Sexo heterogamético es el que porta dos cromosomas
sexuales distintos (XY, ZW). Se llama heterogamético porque
producirá la mitad de los gametos con un cromosoma sexual (X,Z) y
la otra mitad con el otro (Y,W).
24.- El color de los ojos de la mosca Drosophila depende de un gen
ligado al cromosoma X. El color rojo (XR) es dominante frente al alelo
Xw que produce color blanco. a) ¿Qué descendencia se obtendrá del
cruzamiento de una hembra de ojos blancos con un macho de ojos
rojos? ¿Podrán aparecer hembras de ojos blancos? Justifica la
respuesta. b) ¿En qué generación se obtendrán hembras de ojos
blancos?
Solución: a) En el cruzamiento, en la F1 no pueden aparecer hembras
de ojos blancos, ya que reciben el cromosoma X del parental macho,
que porta para el color de los ojos el alelo dominante XR. b)
Cruzamos dos individuos de la F1: En la F2, uno de cada cuatro
descendientes serán hembras de ojos blancos.
25.- Explica brevemente la diferencia entre la genética clásica o
mendeliana y la genética molecular.
Solución: La genética clásica parte de los caracteres observables, es
decir, del fenotipo; comprueba su transmisión por herencia a los
descendientes y, a partir de ahí, deduce el genotipo, es decir, el gen o
los genes que determinan dichos caracteres. Por otra parte, estudia
las leyes que rigen la transmisión de los caracteres, realizando
cruzamientos entre variedades distintas. La genética molecular utiliza
una metodología distinta que consiste en aislar fragmentos de ADN,
localizar en ellos los genes que se quieren estudiar, establecer la
secuencia de bases y estudiar las proteínas que controlan la
expresión de dichos genes. En esta ocasión se parte del genotipo y se
deduce el fenotipo.
26.- El diseño experimental de Mendel consistió en lo siguiente:
Sembraba semillas de guisantes y obtenía plantas (P), cuyas
características observaba. A partir de las semillas que lograba, podía
conseguir una primera generación (F1) de guisantes que podía
comparar con la P; así, sucesivamente, obtenía las generaciones F2,
F3, etc. Podía obtener también semillas conseguidas por cruzamiento
de dos plantas de guisantes cuyas características eran conocidas. Las
semillas obtenidas de este cruce eran sembradas y sus flores, según
fuesen autofecundadas o cruzadas con otra variedad de guisantes,
darían lugar a otras semillas con unas características que podían
conocerse tras ser sembradas y observar las plantas resultantes. ¿A
qué conclusiones puedes llegar?
Solución: Mendel desarrolló de una manera ejemplar el método
científico. Fundamentalmente, los experimentos de Mendel se
reducían a sembrar guisantes y obtener sucesivas generaciones a
partir de una semilla y a cruzar dos plantas distintas y a observar su
descendencia. Estos experimentos implican el manejo de gran
número de plantas, llevar un registro meticuloso de los tiempos de
siembra, realizar la fecundación artificial en el tiempo adecuado,
observar las características de cada planta y obtener una conclusión
de tipo estadístico de los resultados. Esta metodología fue empleada
por primera vez por Mendel en la investigación biológica.
27.- Concepto de alelo. Alelos dominantes, recesivos y equipotentes.
Solución: Se denomina alelo de un gen a cada una de las alternativas
que puede tener dicho gen. Por ejemplo, el gen que regula el color de
la flor en el dondiego de noche presenta dos alelos, uno determina el
color blanco y el otro determina el color rojo. En los organismos
diploides, cada carácter está regido por un par de genes (o par de
alelos) localizados en la misma región del respectivo cromosoma
homólogo. En ellos puede ocurrir que los dos alelos del par sean el
mismo; se dice que ese individuo es homocigótico respecto ese
carácter. Si los dos alelos son diferentes, entonces el individuo será
heterocigótico o híbrido. Si un individuo heterocigótico manifiesta el
carácter de uno solo de los alelos, se dice que el alelo es dominante
sobre el que no lo expresa, que llamaremos recesivo. Dos alelos son
equipotentes o codominantes si se manifiesta con igual fuerza su
carácter en el híbrido, entonces el fenotipo producido es intermedio.
En el ejemplo anterior, los dondiegos híbridos con ambos alelos, rojo
y blanco, tienen fenotipo de color rosa, pues los alelos son
codominantes.
28.- Indica los distintos tipos de herencia.
Solución: En las especies diploides, la dotación cromosómica de las
células está constituida por dos guarniciones cromosómicas (2n
cromosomas), es decir, dos series de cromosomas. Una serie (n
cromosomas) es de procedencia paterna, y la otra, materna. Cada
cromosoma tiene un homólogo y ambos homólogos poseen los
mismos genes. Esto quiere decir que, en las especies diploides, cada
carácter viene determinado por una pareja de genes (par de alelos).
Los alelos de un gen pueden presentar relaciones de dominancia,
recesividad y codominancia; según el tipo de relación distinguimos
dos tipos de herencia: Herencia dominante es aquella en la que los
individuos heterocigóticos solo manifiestan el carácter del alelo
dominante, mientras que el alelo recesivo no se expresa. Herencia
intermedia es aquella en la que los dos alelos son codominantes, y los
individuos heterocigóticos manifiestan un carácter intermedio entre
los dos alelos.
29.- El color rojo de la pulpa del tomate depende de un factor
dominante sobre un alelo amarillo. El tamaño normal de la planta se
debe a un gen dominante sobre su alelo para el tamaño pequeño. Al
cruzar una planta roja-normal con una amarilla-normal se obtuvieron
30 rojas-normales, 31 amarillas-normales, 10 rojas-enanas y 9
amarillas-enanas. Utilizando los genotipos precisos, realizar los cruces
que permitan obtener una descendencia con los fenotipos descritos.
Solución: Se trata de un caso de herencia simultánea de dos
caracteres distintos, es decir, de dos pares de alelos (dihibridismo).
Llamemos A al alelo dominante que da color rojo, y a, al alelo recesivo
que da color amarillo. Asimismo llamaremos B al alelo dominante que
da tamaño normal, y b, al alelo recesivo que da planta enana. De
acuerdo con esto y con la información de los fenotipos que nos da el
problema, el genotipo de las plantas que se cruzan y de su
descendencia será: Luego el cruce que nos permite obtener dicha
descendencia es:
30.- ¿Qué contradicción hay entre la tercera ley de Mendel y la teoría
cromosómica de la herencia? ¿Es una contradicción total o parcial?
¿Por qué?
Solución: Morgan en 1910 trabajando con Drosophila melanogaster
observó que había ciertos caracteres de estas moscas que tendían a
heredarse juntos. La pregunta que se hizo fue la siguiente: si los
genes estaban en los cromosomas, todos los genes de un mismo
cromosoma debían heredarse juntos; lo que entraba en contradicción
con la 3ª ley de Mendel en la que dos caracteres no antagónicos
(color y forma de las semillas) se heredaban independientemente.
Más adelante se observó que, durante la división meiótica, los
cromosomas se entrecruzaban, intercambiándose fragmentos, esto
es, grupos de genes (recombinación genética), lo que explicaba el
que dos genes estuvieran en un mismo cromosoma y, a pesar de ello,
muchas veces se heredaran independientemente. Dos genes que
estén muy juntos en un cromosoma tenderán a heredarse juntos, ya
que es muy difícil que el cromosoma se entrecruce justo por el punto
intermedio. A estos genes se les denominan genes ligados.
31.- El color de los granos del trigo se debe a la acción de dos parejas
alélicas R1r1 y R2r2. Los alelos R1 y R2 añaden color rojo al fenotipo,
mientras que los alelos r1 y r2 no producen color. Se conocen cinco
fenotipos: Rojo (R1 R1 R2 R2) ; rojo medio (producido por la presencia
de 3 alelos R y 1 r) ; rojo claro (2 R y 2 r); rojo muy claro (1 R y 3 r);
blanco (r1 r1 r2 r2). a) ¿De qué tipo de herencia se trata?
Solución: a) El caso estudiado es una herencia poligénica. El carácter
que manifiesta un individuo es producido por la suma de la acción de
varios genes situados en loci distintos.
32.- Ecbalium es una cucurbitácea cuya determinación del sexo
depende de tres genes. El A1 provoca plantas con flores masculinas;
el A2 determina la aparición de plantas hermafroditas; y el A3, plantas
con flores femeninas. La relación es dominancia es la siguiente: A1 >
A2 > A3. a) Indica el sexo de las siguientes plantas: A1A2; A2A3; A3A3;
A1A3 b) ¿De qué tipo de determinación del sexo se trata? ¿Podríamos
distinguir el sexo de la planta estudiando su cariotipo?
Solución: a) A1A2 Flores masculinas. A2A3 Hermafroditas. A3A3 Flores
femeninas. A1A3 Flores masculinas. b) Es una determinación del sexo
de tipo génico, por tanto, la dotación cromosómica es la misma en
todos los casos. El sexo está determinado por la presencia de los
distintos alelos A y no por cromosomas sexuales. El estudio del
cariotipo no permitiría conocer el sexo de la planta.
33.- Según Mendel el valor y la utilidad de cualquier experimento
están determinados por la idoneidad del material elegido para la
finalidad a la que es destinado. Explica la relación de esta aseveración
con los experimentos que él realizó.
Solución: La elección de la especie Pisum sativum para sus
experimentos fue premeditada, puesto que era fácil de obtener, de
cultivar y, además, las distintas variedades presentaban
características muy acusadas. Como resultado de la observación
seleccionó siete caracteres: CARÁCTER EXPRESIÓN: 1. Forma de la
semilla Lisa o rugosa. 2. Color de la semilla Amarilla o verde. 3.
Posición de la flor Axial o terminal. 4. Color de la flor Roja o blanca. 5.
Forma de la vaina Ancha o estrecha. 6. Color de la vaina Verde o
amarilla. 7. Longitud del tallo Alto o enano. Una de las decisiones
esenciales en el éxito de Mendel fue ignorar otras características de
la planta del guisante, porque el carácter no se encontraba
suficientemente definido en dos formas de manifestación.
34.- ¿Se puede afirmar que, a efectos de la evolución, la heterocigosis
es más ventajosa que la homocigosis? Razona la respuesta.
Solución: La heterocigosis consiste en que un individuo tiene, para un
gen dado, dos alelos distintos, mientras que en la homocigosis el
individuo presenta el mismo alelo en los dos cromosomas
homólogos. A nivel poblacional, la homocigosis implica que los
individuos son iguales respecto al carácter o los caracteres
considerados, mientras que la heterocigosis implica la existencia de
distintos alelos en la población y, por tanto, la existencia de
variabilidad genética que da lugar a individuos de fenotipo diferente.
Ante los cambios que se produzcan en el ambiente, una población
homocigótica muy adaptada a las condiciones anteriores corre un
riesgo de extinción. En cambio, la población heterocigótica, al poseer
variabilidad genética, tendrá una mayor oportunidad de adaptarse a
dichos cambios. Luego se puede afirmar que, a efectos de la
evolución, la heterocigosis es más ventajosa que la homocigosis.
35.- ¿En qué consiste el tablero de Punnett?
Solución: Es un método gráfico propuesto por Punnett muy útil para
hallar los genotipos de los descendientes de la F1. En la línea
horizontal superior se colocan los cuatro tipos de gametos de un
sexo y en la columna de la izquierda, los cuatro de otro sexo, y como
una tabla de doble entrada se anotan, en las casillas, las letras de los
gametos que coincidan en cada caso. El genotipo de cada individuo
será representado mediante cuatro letras, dos por cada carácter.
36.- En drosophila, el color ébano del cuerpo es producido por un gen
recesivo e y el color del cuerpo gris (tipo común) por su alelo
dominante e+. Las alas vestigiales son determinadas por el gen
recesivo vg, y las de tamaño normal (tipo común), por su alelo
dominante vg+. Si se cruzan moscas dihíbridas de tipo común y
producen 256 descendientes, ¿cuántos de estos se espera que haya
de cada clase fenotípica?
Solución: Las moscas dihíbridas de tipo común tendrán un fenotipo
normal, cuerpo de color gris y alas de tamaño normal, y un genotipo
e+evg+vg. De acuerdo con la 2ª y 3ª leyes de Mendel, el resultado del
cruzamiento de los dihíbridos de la generación F1, con dominancia
para ambos caracteres, debe dar lugar a una F2 con las siguientes
proporciones fenotípicas: 9/16:3/16:3/16:1/16. Así pues, el número de
individuos esperados de cada clase fenotípica se obtendrá
multiplicando la proporción de cada clase por el número total de
descendientes (por ejemplo, 9/16 x 256 144). (_ significa que puede
estar presente uno cualquiera de los dos alelos del gen.)
37.- ¿A qué se llama consejo genético?
Solución: Al conjunto de recomendaciones derivadas del estudio de
un caso concreto, ofreciendo distintas posibilidades sobre la
descendencia de una pareja que tenga la probabilidad de tener hijos
con alguna anomalía. Es la evaluación de la probabilidad de que se de
un fenotipo concreto.
38.- El sistema de grupos sanguíneos AB0 viene determinado por una
serie alélica de tres genes: A, B y 0; en la que los alelos A y B son
codominantes entre sí, y ambos dominan sobre el 0. Un hombre
desea divorciarse de su esposa por infidelidad. Su primer y segundo
hijo los considera legítimos, y tienen grupos sanguíneos 0 y AB,
respectivamente. El tercer hijo es un varón que considera ilegítimo
porque es de grupo sanguíneo B. ¿Puede aprovecharse esta
información para apoyar la demanda del hombre?
Solución: Debido a que el primer hijo tiene genotipo 00 ya que
presenta grupo sanguíneo 0, cada uno de los padres tiene que ser
portador del alelo recesivo 0. El segundo hijo AB indica que uno de
los padres tendrá genotipo A0 y el otro B0. Del cruzamiento de estos
dos genotipos se pueden obtener cualquiera de los cuatro grupos
sanguíneos, incluyendo el B; por tanto, la información que aportan
los grupos sanguíneos AB0 no es válida para apoyar la demanda del
hombre.
39.- El número diploide de la abeja que produce la miel es 2n 16.
¿Cuántos cromosomas se encontrarán en las células somáticas del
zángano (macho)? Justifica la respuesta.
Solución: La determinación genética del sexo de la abeja melífera es
por el mecanismo de haplo- diploidía, que es un tipo de
determinación del sexo génica-cromosómica. Las hembras son
diploides (2n), ya que proceden de huevos fecundados, mientras los
machos son haploides, pues surgen de huevos sin fecundar
(partenogénesis). Por tanto, el número de cromosomas que tendrá
una célula somática de un macho es de ocho cromosomas (n 8).
PROBLEMAS DE GENÉTICA. NO RESUELTOS
UN CARÁCTER CON DOMINANCIA
1
Sabemos que el color gris de las semillas de los guisantes es
dominante sobre el blanco. En los siguientes cruces experimentales,
cuyos genotipos eran desconocidos al principio, se obtuvieron los
resultados que se recogen en el cuadro siguiente: 1/ gris x blanco: 82
grises, 78 blancos. 2/ gris x gris: 118 grises, 39 blancos. 3/ gris x gris: 90
grises, 0 blancos. 4/ gris x blanco: 74 grises, 0 blancos. 5/ blanco x
blanco: 0 grises, 50 blancos. Empleando los símbolos
correspondientes (gris=G y blanco=g) determinar los genotipos más
probables para cada progenitor en los cinco casos propuestos.
2
Un cobaya de pelo blanco, cuyos padres son de pelo negro, se
cruza con otro de pelo negro, cuyos padres son de pelo negro uno de
ellos y blanco el otro. ¿Cómo serán los genotipos de los cobayas que
se cruzan y de su descendencia?
3
Un varón de ojos azules se casa con una mujer de ojos pardos.
La madre de la mujer era de ojos azules, el padre de ojos pardos y
tenía un hermano de ojos azules. Del matrimonio nació un hijo con
ojos pardos. Razona cómo será el genotipo de todos ellos, sabiendo
que el color pardo domina sobre el color azul.
4
El color gris del cuerpo de la mosca Drosophila domina sobre el
color negro. Una mosca de cuerpo gris se cruza con otra de cuerpo
también gris, la cual a su vez tenía uno de sus padres con cuerpo
negro. Del cruzamiento se obtiene una descendencia de moscas
todas grises. Razonar cómo serán los genotipos de las dos moscas
que se cruzan y de la posible descendencia.
5
En cierta especie de plantas el color azul de la flor, (A), domina
sobre el color blanco (a) ¿Cómo podrán ser los descendientes del
cruce de plantas de flores azules con plantas de flores blancas, ambas
homocigóticas?
6
Supongamos que en la especie vacuna el pelo colorado domina
sobre el berrendo en negro (blanco y negro). Un toro de pelo
colorado, se cruza con una vaca de pelo también colorado, pero cuyo
padre era berrendo. Del cruzamiento se obtiene un ternero berrendo
y otro colorado. Razonar cómo serán los genotipos del toro, de la
vaca y de los dos terneros.
7
En la especie vacuna, la falta de cuernos F, es dominante sobre
la presencia f. Un toro sin cuernos se cruza con tres vacas: 1/ Con la
vaca A que tiene cuernos se obtiene un ternero sin cuernos. 2/ Con la
vaca B que también tiene cuernos se produce un ternero con
cuernos. 3/ Con la vaca C que no tiene cuernos se produce un ternero
con cuernos. Cuáles son los genotipos del toro y de las tres vacas y
qué descendencia cabría esperar de estos cruzamientos.
8
Supongamos que existen plantas con dos variedades para sus
frutos: unos dulces y otros amargos, de tal manera que el sabor dulce
domina sobre el amargo. Una planta de fruto dulce se cruza con otra
de fruto también dulce y se obtiene una descendencia de plantas
todas de fruto dulce. Una de estas plantas obtenida se cruza ahora
con otra de frutos amargos y se obtienen la mitad de las plantas con
frutos dulces y la otra mitad con frutos amargos. Razonar estos
cruzamientos indicando cuáles son los genotipos de todas las
plantas.
9
La cresta en guisante de las gallinas domina sobre la cresta
sencilla. Un gallo de cresta en guisante se cruza con dos gallinas. Con
una de ellas que tiene cresta también en guisante todos los polluelos
que nacen presentan cresta también en guisante. Con la otra gallina
que tiene cresta sencilla, también los polluelos que nacen tienen
cresta en guisante. La gallina con cresta en guisante se cruza ahora
con un gallo de cresta sencilla y da también todos los polluelos de
cresta en guisante. Explicar los cruzamientos razonando los
genotipos de los dos gallos, de las dos gallinas y de los polluelos.
10
En la especie ovina, la oreja peluda domina sobre la oreja
desnuda. Un carnero con orejas peludas se cruza con dos ovejas. Con
una de las ovejas que tiene las orejas desnudas se obtiene un cordero
de orejas peludas. Con la otra oveja también con orejas desnudas se
obtiene un cordero con orejas desnudas. Cuáles son los genotipos del
carnero, de las ovejas y de los corderos que se obtienen.
11
Ciertos tipos de miopía en la especie humana dependen de un
gen dominante (A); el gen para la vista normal es recesivo (a). ¿Cómo
podrán ser los hijos de un varón normal y de una mujer miope,
heterocigótica?
12
En la especie humana el pelo en pico depende de un gen
dominante (P); el gen que determina el pelo recto es recesivo (p).
¿Cómo podrán ser los hijos de un varón de pelo en pico,
homocigótico, y de una mujer de pelo recto, homocigótica?
13
En la especie humana el poder plegar la lengua depende de un
gen dominante (L); el gen que determina no poder hacerlo (lengua
recta) es recesivo (l). Sabiendo que Juan puede plegar la lengua, Ana
no puede hacerlo y el padre de Juan tampoco ¿Qué probabilidades
tienen Juan y Ana de tener un hijo que pueda plegar la lengua?
14
Si una planta homocigótica de tallo alto (AA) se cruza con una
homocigótica de tallo enano (aa), sabiendo que el tallo alto es
dominante sobre el tallo enano, ¿Cómo serán los genotipos y
fenotipos de la F1 y de la F2?
15
Al cruzar dos moscas negras se obtiene una descendencia
formada por 216 moscas negras y 72 blancas. Representando por NN
el color negro y por nn el color blanco, razónese el cruzamiento y cuál
será el genotipo de las moscas que se cruzan y de la descendencia
obtenida. Sólo si las dos moscas negras son híbridas (Nn) pueden
tener descendientes de color blanco
16
El pelo rizado en los perros domina sobre el pelo liso. Una
pareja de pelo rizado tuvo un cachorro de pelo también rizado y del
que se quiere saber si es heterocigótico. ¿Con qué tipo de hembras
tendrá que cruzarse? Razónese dicho cruzamiento.
17
Un ratón A de pelo blanco se cruza con uno de pelo negro y
toda la descendencia obtenida es de pelo blanco. Otro ratón B
también de pelo blanco se cruza también con uno de pelo negro y se
obtiene una descendencia formada por 5 ratones de pelo blanco y 5
de pelo negro. ¿Cuál de los ratones A o B será homocigótico y cuál
heterocigótico? Razona la respuesta.
18
Un varón de ojos azules se casa con una mujer de ojos pardos.
La madre de la mujer era de ojos azules, el padre de ojos pardos y
tenía un hermano de ojos azules. Del matrimonio nació un hijo con
ojos pardos. Razonar cómo será el genotipo de todos ellos, sabiendo
que el color pardo domina sobre el color azul.
19
En la mosca del vinagre, la longitud de las alas puede ser
normal o vestigial, siendo el carácter vestigial recesivo respecto del
normal. Al cruzar dos razas puras con las alternativas para este
carácter, ¿qué proporciones genotípicas y fenotípicas aparecerían en
F1, F2 y F3.
20
Un niño compró en una pajarería una pareja de canarios
moñudos. Durante varias temporadas crió con ellos y obtuvo 25
canarios moñudos y 12 normales. Y al cruzar estos hijos moñudos con
los otros hijos no moñudos, obtuvo una descendencia, aproximada,
de mitad moñudos y mitad normales. Explicar al niño los genotipos
de todos sus pájaros. (El carácter “moñudo” es dominante).
21
En los ratones el color gris del pelo es dominante sobre el color
blanco. Si cruzamos una hembra de pelo gris con un macho de pelo
blanco, sabiendo que son razas puras, ¿qué color tendrá el pelo de la
prole?
22
En el guisante el tallo alto es dominante sobre el tallo enano.
¿Cuál será el aspecto de la descendencia del cruzamiento entre una
planta de tallo alto y otra de tallo enano, sabiendo que son razas
puras? ¿Qué aspecto presentarán las plantas que resulten de la
autofecundación de una planta descendiente de las cruzadas
anteriormente?
23
El genotipo de una planta de guisante, respecto al tamaño de
tallo, es Tt. Si esta planta se autofecunda, ¿cuál será el genotipo y el
fenotipo de su descendencia?
24
Un hombre de ojos azules, cuyos progenitores eran de ojos
pardos, se casa con una mujer de ojos pardos, cuyo padre era de ojos
azules y cuya madre era de ojos pardos. Dicha pareja engendra un
hijo de ojos azules. ¿Cuál es el genotipo de los individuos nombrados?
25
El pelo rizado de los perros domina sobre el pelo liso. Una
pareja de pelo rizado tuvo un cachorro de pelo rizado. Se quiere
saber si ese cachorro es raza pura, ¿con qué tipo de hembra habrá
que cruzarlo?
26
El color azul de los ojos en el hombre es recesivo respecto al
negro. Un hombre de ojos negros y una mujer de ojos azules han
tenido tres hijos, dos de ojos negros y uno de ojos azules. ¿Sabrías
decir el genotipo de sus padres?
27
El albinismo es un defecto de pigmentación controlado por un
gen recesivo. ¿Cuál es la probabilidad de que dos padres albinos
tengan un descendiente normalmente pigmentado? Razona la
respuesta.
28
Basándose en los conocimientos de genética predecir los
resultados de los siguientes cruzamientos en guisantes: a) Una
variedad alta (dominante homocigótica) cruzada con otra enana; b)
Autofecundación de la progenie del cruzamiento anterior; c) La
progenie de a) cruzada con el progenitor original alto; d) La progenie
de a) cruzada con el progenitor original enano.
29
El color negro de la piel de los hámsteres depende de un gen
dominante B y el color blanco de un gen recesivo b. Si una hembra
negra tiene descendientes de piel blanca: a) Cuál debe ser su
genotipo? b) ¿Qué genotipo y fenotipo podría haber tenido el macho?
30
Dos hembras negras de ratón se cruzan con el mismo macho
pardo. En varias camadas, la hembra 1 produjo 9 hijos negros y 7
pardos. La hembra 2 produjo 57 negros. ¿Qué se puede deducir sobre
la herencia de los colores negro y pardo en el ratón? ¿Es posible
deducir el genotipo del ratón y de las hembras 1 y 2 del problema? En
caso afirmativo, di cuáles son.
31
El color azul de los ojos en las personas se debe a un gen
recesivo respecto a su alelo para color pardo. Los padres de un varón
de ojos azules tienen ambos los ojos pardos. ¿Cuáles son sus
genotipos? El hijo de ojos azules se casó con una mujer de ojos
pardos, cuya madre era de ojos azules y cuyo padre era de ojos
pardos. Se piden los genotipos de los padres de la mujer, de los
esposos y de su hijo.
32
El gen para talla normal en las plantas de guisante es
dominante sobre el gen enanismo. El cruce entre plantas de porte
alto con otras enanas produce 86 plantas de porte alto y 81 enanas.
¿Cuál será el genotipo probable de la planta de porte alto? ¿Cómo se
denomina este tipo de cruce?
33
Una pareja de animales de laboratorio de pelo negro tienen un
descendiente de pelo blanco. Este se cruza con una hembra de pelo
negro cuyos progenitores eran uno de pelo negro y otro de pelo
blanco. Indica cuál es el genotipo de todos ellos y cuál será el de los
posibles descendientes. El carácter blanco es recesivo.
34
En el hombre el color pardo de los ojos “A” domina sobre el
color azul “a”. Una pareja en la que el hombre tiene los ojos pardos y
la mujer ojos azules tienen dos hijos, uno de ellos de ojos pardos y
otro de ojos azules. Averiguar: a. El genotipo del padre. b. La
probabilidad de que el tercer hijo sea de ojos azules.
35
La acondroplasia es una anomalía determinada por un gen
autosómico que da lugar a un tipo de enanismo en la especie
humana. Dos enanos acondroplásicos tienen dos hijos, uno
acondroplásico y otro normal. a. La acondroplasia, ¿es un carácter
dominante o recesivo? ¿Por qué? b. ¿Cuál es el genotipo de cada uno
de los progenitores? ¿Por qué? c. ¿Cuál es la probabilidad de que el
próximo descendiente de la pareja sea normal? ¿Y de qué sea
acondroplásico? Hacer un esquema del cruzamiento.
36
El albinismo es un carácter recesivo con respecto a la
pigmentación normal. ¿Cuál sería la descendencia de un hombre
albino en los siguientes casos?: a. Si se casa con una mujer sin
antecedentes familiares de albinismo. b. Si se casa con una mujer
normal cuya madre era albina. c. Si se casa con una prima hermana de
pigmentación normal pero cuyos abuelos comunes eran albinos.
37
El gen R que rige el pelo rizado domina sobre el gen recesivo
(r) del pelo liso. Una mujer con el pelo rizado se casa con un varón
con el pelo liso y tienen una hija con el pelo rizado. El padre de la
mujer tenía el pelo liso, el de la madre no lo recuerdan, pero sí saben
que la abuela materna lo tenía liso y el abuelo materno lo tenía
rizado, aunque el de la madre de éste era liso. ¿Cuál es el genotipo de
todos ellos?
38
Una vaca de pelo retinto (rojizo), cuyos padres son de pelo
negro, se cruza con un toro de pelo negro, cuyos padres tienen pelo
negro, uno de ellos, y pelo retinto el otro. a. ¿Cuál es el genotipo de
los animales que se cruzan? b. ¿Y el fenotipo de la descendencia?
39
Una pareja de ratones de pelo negro tiene un descendiente de
pelo blanco. Este se cruza con una hembra de pelo negro, cuyos
progenitores eran uno de pelo negro y otro de pelo blanco, pero
nunca tuvieron descendencia de pelo blanco. Indica el genotipo de
todos ellos y el de sus descendientes (el alelo blanco es recesivo).
40
La ausencia de molares en la especie humana se debe a un gen
autosómico dominante. Del matrimonio de dos primos carnales sin
molares, y cuyos abuelos comunes eran normales, nacen 5 hijos/as.
Se desea saber la probabilidad de los siguientes sucesos: a) que todos
los hijos/as sean sin molares b) que 3 hijos/as tengan molares y 2 no c)
que los 2 hijos/as mayores no tengan molares y los 2 pequeños/as sí.
d) si los 4 primeros son normales, cuál es la probabilidad de que el
quinto/a también lo sea?
UN CARÁCTER, CODOMINANCIA O INTERMEDIO
41
En el color de las flores del "dondiego de noche" se ha
detectado un tipo de "codominancia", de modo que el color rojo es
equipotente del color blanco. Si el resultado de un cruce entre dos
plantas fue de: 15 blancas, 18 rojas, 32 color rosa, ¿Cómo serán los
genotipos de las plantas progenitoras?
42
La forma de los rábanos puede ser alargada, redondeada y
ovalada. Cruzando plantas alargadas con redondas se obtienen todas
las plantas ovales. Cruzando alargadas con ovales se obtienen 159
plantas alargadas y 159 plantas ovales. Cruzando ovales con redondas
se obtuvieron 203 ovales y 203 redondas. Razonar los tres
cruzamientos indicando cómo son los genotipos de todas las plantas.
43
En cierta especie de plantas los colores de las flores pueden ser
rojos, blancos o rosas. Se sabe que este carácter está determinado
por dos genes alelos, rojo (CR) y blanco (CB), codominantes. ¿Cómo
podrán ser los descendientes del cruce entre plantas de flores
rosas?
44
En cierta especie de plantas los colores de las flores pueden
ser rojos, blancos o rosas. Se sabe que este carácter está
determinado por dos genes alelos, rojo (CR) y blanco (CB)
codominantes. ¿Cómo podrán ser los descendientes del cruce entre
plantas de flores rosas con plantas de flores rojas?
45
En cierta especie de plantas los colores de las flores pueden
ser rojos, blancos o rosas. Se sabe que este carácter está
determinado por dos genes alelos, rojo (CR) y blanco (CB)
codominantes. ¿Cómo podrán ser los descendientes del cruce entre
plantas de flores rosas con plantas de flores blancas?
46
Una mariposa de alas grises se cruza con una de alas negras y
se obtiene un descendencia formada por 116 mariposas de alas
negras y 115 mariposas de alas grises. Si la mariposa de alas grises se
cruza con una de alas blancas se obtienen 93 mariposas de alas
blancas y 94 mariposas de alas grises. Razona ambos cruzamientos
indicando cómo son los genotipos de las mariposas que se cruzan y
de la descendencia. Los caracteres blanco (B) y negro (N) son
codominantes.
47
Se cruzan dos plantas de flores color naranja y se obtiene una
descendencia formada por 30 plantas de flores rojas, 60 de flores
naranja y 30 de flores amarillas. ¿Qué descendencia se obtendrá al
cruzar las plantas de flores naranjas obtenidas, con las rojas y con las
amarillas también obtenidas? Razona los tres cruzamientos. Los
caracteres rojo (R) y amarillo (A) son codominantes.
48
¿Qué probabilidad hay de obtener dondiegos de flores blancas
en el cruce entre dos dondiegos de flores rosas?
49
El cruzamiento entre dos gallinas andaluzas, una blanca y otra
negra, produce de color azul grisáceo una F1. La F2 produce fenotipos
de color negro, azul grisáceo y blanco, en número de 37 ,78 y 35
respectivamente. La F3 del cruce negra con negra de la F2 produce
126 gallinas negras. Igualmente ocurre con el cruce entre blancas, que
producen 160 gallinas blancas. Si cruzamos un gallo azul grisáceo con
una gallina blanca y con otra negra, obtenemos gallinas negras, azul
grisáceas y blancas en número de 169, 341 y 172. Explicar el tipo de
herencia.
50
Al realizar un cruzamiento entre una mariposa de alas grises
con otra de alas negras se obtuvo una descendencia formada por 93
mariposas de alas negras y 93 mariposas de alas grises. La mariposa
de alas grises se cruzó con otra que presenta alas blancas,
obteniéndose una descendencia formada por 35 mariposas blancas y
35 mariposas grises. Averiguar los genotipos, tanto de las mariposas
que se cruzan como de los descendientes. Razonar la respuesta.
51
Las cobayas de pelaje color amarillo son homocigotos (CACA},
el color crema se debe a un genotipo heterocigótico (CACB), y el
blanco es debido al genotipo homocigótico (CBCB) ¿Qué
proporciones genotípicas y fenotípicas se obtienen de un
cruzamiento entre dos cobayas de color crema?
52
Un perro de pelo negro, cuyo padre era de pelo blanco, se
cruza con una perra de pelo gris, cuya madre era negra. Sabiendo que
el color negro del pelaje domina sobre el blanco en los machos, y que
en las hembras negro y blanco presentan herencia intermedia,
explicar cómo serán los genotipos de los perros que se cruzan y tipos
de hijos que pueden tener respecto del carácter considerado.
53
Dos plantas de dondiego (Mirabilis jalapa) son homocigóticas
para el color de las flores. Una de ellas produce flores de color blanco
marfil y la otra, flores rojas. Señale los genotipos y fenotipos de los
dondiegos originados del cruce de ambas plantas, sabiendo que “B”
es el gen responsable del color marfil, “R” es el gen que condiciona el
color rojo y que los genes R y B son equipotentes (herencia
intermedia).
54
Un dondiego de flores rojas y hojas grandes se cruza con otro
de flores blancas y hojas pequeñas. Calcula los fenotipos de la F2 y
sus porcentajes, teniendo en cuenta que estos dos caracteres se
rigen por el mecanismo de la equipotencia o herencia intermedia.
55
Los genes alelos P y p rigen el desarrollo de las plumas de las
gallinas. El genotipo PP determina gallinas con las plumas muy
rizadas, el pp normalmente rizadas y el Pp medianamente rizadas.
Cuando se cruzan una gallina con plumas normales y un gallo de
plumas muy rizadas, ¿qué fracción de la F2 se espera que tenga las
plumas medianamente rizadas?
56
Una raza de gallinas, denominada andaluza, presenta plumajes
de tres colores negro, blanco y azul. El azul resulta de la combinación
híbrida de los genes negro y blanco. Averiguar los fenotipos y los
genotipos de la descendencia de estos tres cruzamientos: a. Plumaje
azul x plumaje negro. b. Plumaje azul x plumaje azul c. Plumaje azul x
plumaje blanco
57
Se cruzan dos plantas de flores color naranja y se obtiene una
descendencia formada por 30 plantas de flores rojas, 60 de flores
naranja y 30 de flores amarillas. ¿Qué descendencia se obtendrá al
cruzar las plantas de flores naranjas obtenidas, con las rojas y con las
amarillas también obtenidas? Razonar los tres cruzamientos.
58
Se puso a aparear un individuo de color amarillo intenso con
otros dos, uno de fenotipo amarillo intenso y otro rosa. El individuo
amarillo intenso deja 16 descendientes que son: 4 amarillo intenso, 8
rosa, 4 amarillo pálido. Suponiendo que sólo uno de los otros dos
individuos actuó como padre, ¿cuál será su fenotipo ? ¿ Qué genotipos
presentan el padre, la madre y los descendientes?
DOS CARACTERES CON DOMINANCIA
59
Parece ser que el rasgo o carácter "pelo corto" de los conejos
viene determinado por el alelo dominante (C), mientras que el pelo
largo lo determina el recesivo (c). Por otra parte, el pelo negro
resulta de la acción del alelo dominante (N) en tanto que el color
canela lo determina el alelo recesivo (n). 1/ En los cruces dihíbridos
entre conejos "corto-negro" x "corto-canela", ¿qué proporciones
genotípicas y fenotípicas pueden esperarse en su descendencia? 2/
Determinar asimismo, las proporciones genotípicas y fenotípicas
esperadas para la progenie de un cruce del tipo CcNn x Ccnn.
60
El carácter "alto" (M) en los guisantes de jardín es dominante
sobre el tipo "corto" (m), y el de "semilla lisa" (L) sobre el "semilla
rugosa". Se sabe también que estos dos pares de alelos se transmiten
independientemente. 1/ ¿Qué proporción fenotípica cabría esperar
entre la descendencia de la segunda generación (F2) procedente sólo
de cruces F1 "altas-semilla lisa" x "altas-semilla lisa" habiendo sido el
cruce progenitor (P) MMLL x mmll? 2/ ¿Podríamos decir que
cambiarían las proporciones de la F2 en cuanto a fenotipos, si las
plantas de la F1 derivasen del cruce entre las variedades (P) MMll x
mmLL?. 3/ Encontrar los resultados que cabría esperar, en cuanto a
fenotipos, al cruzar las plantas F1 del apartado 1 con plantas del tipo
"cortas-semilla rugosa.
61
Suponiendo que dos pares de alelos (A,a y B,b) se trasmitieran
de forma independiente (siendo los primeros dominantes sobre los
segundos respectivamente), ¿cuál será la probabilidad de obtener los
siguientes resultados? 1/ Un gameto Ab partiendo de un individuo
AABb. 2/ Un gameto AB a partir de un individuo AaBb. 3/ Un zigoto
AABB partiendo del cruce aabb x AABB. 4/ Un zigoto AABB a partir
del cruce AaBb x AaBb. 5/ Un fenotipo AB a partir de un cruce aabb x
AABB. 6/ Un fenotipo AB partiendo del cruce AaBb x AaBb. 7/ El
fenotipo Ab si partimos del cruce AaBB x AaBb.
62
El cabello oscuro en el hombre es dominante sobre el cabello
rojo. El color pardo de los ojos domina sobre el azul. Un hombre de
ojos pardos y cabello oscuro se caso con una mujer también de
cabello oscuro, pero de ojos azules. Tuvieron dos hijos, uno de ojos
pardos y pelo rojo y otro de ojos azules y pelo oscuro. Dense los
genotipos de los padres y de los dos hijos razonando la respuesta.
63
La aniridia (ceguera) en el hombre se debe a un factor
dominante. La jaqueca es debida a otro gen también dominante. Un
hombre que padecía aniridia y cuya madre no era ciega, se casó con
una mujer que sufría jaqueca, pero cuyo padre no la sufría. ¿Qué
proporción de sus hijos sufrirán ambos males?
64
En los guisantes, el gen para el color de la piel tiene dos alelos:
amarillo (A) y verde (a). El gen que determina la textura de la piel
tiene otros dos: piel lisa (B) y rugosa (b). Se cruzan plantas de
guisantes amarillos-lisos (AA,BB) con plantas de guisantes verdesrugosos (aa,bb). De estos cruces se obtienen 1000 guisantes. ¿Qué
resultados son previsibles?
65
En los guisantes, el gen para el color de la piel tiene dos alelos:
amarillo (A) y verde (a). El gen que determina la textura de la piel
tiene otros dos: piel lisa (B) y rugosa (b). Se cruzan plantas de
guisantes amarillos-lisos (Aa,Bb) con plantas de guisantes verdeslisos (aa,Bb). De estos cruces se obtienen 884 Kg de guisantes. ¿Qué
resultados son previsibles?
66
En los guisantes, el gen para el color de la piel tiene dos alelos:
amarillo (A) y verde (a). El gen que determina la textura de la piel
tiene otros dos: piel lisa (B) y rugosa (b). Se cruzan plantas de
guisantes amarillos-lisos (Aa,Bb) con plantas de guisantes amarilloslisos (Aa,Bb). De estos cruces se obtienen plantas que dan 220 Kg de
guisantes ¿Cuántos kilogramos de cada clase se obtendrán?
67
En el cruce de Drosophila melanogaster de alas curvadas y
quetas en forma de maza dihíbridas consigo mismas se obtuvieron
590 con alas curvadas y quetas en maza, 180 con alas curvadas y
quetas normales, 160 con alas normales y quetas en maza y 60
normales para ambos caracteres. ¿Se puede aceptar la hipótesis de
que estos caracteres se heredan independientemente?
68
Se cruzan tomates rojos híbridos y de tamaño normal
homocigóticos con la variedad amarilla enana. ¿Qué proporción de
los tomates rojos que salen en la F2 serán enanos? (Los alelos
dominantes son color rojo y tamaño normal).
69
El color rojo de la pulpa del tomate depende de la presencia de
un factor R dominante sobre su alelo r para el amarillo. El tamaño
normal de la planta se debe a un gen N dominante sobre el tamaño
enano n. Se cruza una planta de pulpa roja y tamaño normal, con otra
amarilla y normal y se obtienen: 30 plantas rojas normales, 31
amarillas normales, 9 rojas enanas y 10 amarillas enanas. Cuáles son
los genotipos de las plantas que se cruzan. Comprobar el resultado
realizando el cruzamiento.
70
En el guisante el carácter de semilla lisa es dominante sobre el
carácter de semilla rugosa. ¿Cómo será la descendencia de un
cruzamiento entre razas puras de plantas con tallo alto y semilla lisa,
con plantas de tallo enano y semilla rugosa? ¿Cuál será el genotipo y
el fenotipo de las plantas que resulten de la autofecundación de la
descendencia del cruzamiento anterior? ¿Cuál será el aspecto de la
descendencia del siguiente cruzamiento TtLl x TtLl, en el guisante?
¿Qué genotipo y fenotipo presentará la descendencia del
cruzamiento de dos plantas de guisante cuyos genotipos son TtLl y
ttLl?
71
En la mosca del vinagre el color gris del cuerpo es dominante
sobre el color negro y alas normales es dominante sobre alas
vestigiales (poco desarrolladas). ¿Cómo será la descendencia del
cruzamiento entre una hembra de alas normales y cuerpo negro y un
macho con alas vestigiales y cuerpo gris? Sabemos que el padre de la
hembra tenía las alas vestigiales y la madre del macho tenía el cuerpo
negro.
72
El pelo largo de los gatos persas es recesivo sobre el pelo corto
de los gatos siameses, pero el color negro de los primeros es
dominante con respecto al color rojizo de los segundos. Si un
ejemplar persa puro de pelo largo y negro se cruza con un siamés
puro, de pelo corto y rojizo, ¿qué aspecto tendrán los individuos de la
F1? ¿Si dos de estos animales de la F1 se cruzan, qué probabilidades
habrá de obtener en la F2 un gato de pelo largo y rojizo?
73
La aniridia (un tipo de ceguera en el hombre) se debe a un
factor dominante. La jaqueca es debida a otro gen dominante. Un
hombre que padecía de aniridia y cuya madre no era ciega, se casó
con una mujer que sufría de jaqueca, pero cuyo padre no la padecía.
¿Qué proporción de sus hijos sufrirá ambos males?
74
En la mosca del vinagre el alelo para ojo rojo es dominante
sobre el alelo para ojo púrpura. El cuerpo gris es dominante sobre el
cuerpo negro. Se ha cruzado una hembra de ojos rojos y cuerpo gris
con un macho de cuerpo negro y ojos púrpura. En la descendencia
aparecieron 72 moscas de ojos rojos y cuerpo gris, 22 moscas de ojos
púrpura y cuerpo negro, 3 con ojos rojos y cuerpo negro y, dos con
ojos púrpura y cuerpo gris. Explica los resultados obtenidos.
75
En una especie animal, el pelo oscuro y el color marrón de los
ojos son caracteres dominantes sobre el pelo dorado y los ojos
azules. Un macho de pelo oscuro y ojos de color marrón se cruzó con
una hembra de pelo dorado y ojos de color azul. La descendencia fue
de dos crías, una con ojos marrones y pelo dorado, y otra de ojos
azules y pelo oscuro. ¿Cuáles son los genotipos de los padres y de las
crías?
76
El color de la pulpa del tomate depende de la presencia del
factor R, dominante sobre su alelo r, para el amarillo. El enanismo se
debe a un gen recesivo d. Se dispone de una variedad homocigótica
de pulpa amarilla y tamaño normal, y de otra enana y de pulpa roja.
¿Se podría obtener una variedad homocigótica de pulpa roja y
tamaño normal? ¿Y una de pulpa amarilla y enana? ¿Cuál se obtendría
antes?
77
Se cruzan tomates rojos híbridos y de tamaño normal
homocigóticos con la variedad amarilla enana. ¿Qué proporción de
los tomates rojos que salen en la F2 serán enanos? (Los alelos
dominantes son los de color rojo y tamaño normal).
78
En el cruce de Drosophila melanogaster de la variedad de alas
curvadas y quetas en forma de maza dihíbridas consigo mismas se
obtuvieron 590 moscas con alas curvadas y quetas en maza, 180 con
alas curvadas y quetas normales, 160 con alas normales y quetas en
maza y 60 normales para ambos caracteres. ¿Se puede aceptar la
hipótesis de que estos caracteres se heredan independientemente?
79
En el guisante, los caracteres tallo largo y flor roja dominan
sobre tallo enano y flor blanca. ¿Cuál será la proporción de plantas
doble homocigóticas que cabe esperar en la F2 obtenida a partir de
un cruzamiento entre dos líneas puras, una de tallo largo y flor blanca
con otra de tallo enano y flor roja? Indicar el genotipo de todas las
plantas homocigóticas que pueden aparecer en la F2. Razonar la
respuesta.
80
La miopía es debida a un gen dominante, al igual que el
fenotipo Rh+. Una mujer de visión normal y Rh+, hija de un hombre
Rh-, tiene descendencia con un varón miope heterocigoto y Rh-.
Establézcanse los previsibles genotipos y fenotipos de los hijos de la
pareja.
81
Dos condiciones anormales en el hombre, que son las cataratas
y la fragilidad de huesos son debidas a alelos dominantes. Un hombre
con cataratas y huesos normales cuyo padre tenía ojos normales, se
casó con una mujer sin cataratas pero con huesos frágiles, cuyo padre
tenía huesos normales. ¿Cuál es la probabilidad de: a. Tener un hijo
completamente normal? b. ¿Que tenga cataratas y huesos normales?
c. ¿Que tenga ojos normales y huesos frágiles? d. ¿Que padezca
ambas enfermedades?
82
Se cruza un ratón de pelo largo y de color gris con otro
también de pelo largo pero de color blanco, ¿existe alguna posibilidad
de que nazcan ratones con el pelo corto y de color gris? ¿Y con el pelo
corto y de color blanco? Si es así, ¿cuándo? (Pelo largo, L, domina
sobre pelo corto, l; y pelo gris, B, sobre pelo blanco b).
83
El fruto de las sandías puede ser liso o a rayas y alargado o
achatado. Una planta de una variedad homocigótica de fruto liso y
alargado se cruzo con otra, también homocigótica, de fruto a rayas y
achatado. Las plantas de la F1 tenían el fruto liso y achatado. En la F2
se obtuvieron nueve plantas de fruto liso y achatado, tres de fruto
rayado y achatado, tres de fruto liso y alargado, y una de fruto rayado
y alargado. Indica: a. Los pares de alelos que intervienen en esta
herencia. b. ¿Cuáles son los alelos dominantes y por qué? c. Los
genotipos de la F1 y de la F2.
84
Un hombre de cabello rizado y con dificultad para ver a
distancia (miopía) se casa con una mujer también de pelo rizado y de
visión normal. Tuvieron dos hijos: uno de pelo rizado y miope y otro
de pelo liso y visión normal. Sabiendo que los rasgos pelo rizado y
miopía son dominantes, responder: a. ¿Cuál sería el genotipo de los
progenitores? b. ¿Cuál sería el genotipo de los hijos? Indicar todas las
posibilidades. c. Si esta pareja tuviera un tercer hijo, ¿podría éste ser
de pelo rizado y visión normal? Razona la respuesta.
85
En cierta especie animal, el pelo gris es dominante sobre el
pelo blanco y el pelo rizado sobre el liso. Se cruza un individuo de
pelo blanco y liso con otro de pelo gris y rizado, que tiene un padre
de pelo blanco y una madre de pelo liso. a. ¿Pueden tener hijos de
pelo gris y liso? En caso afirmativo, ¿en qué porcentaje? b. ¿Pueden
tener hijos de pelo blanco y rizado? En caso afirmativo, ¿en qué
porcentaje?
DOS CARACTERES, CODOMINANCIA O INTERMEDIA
86
Una planta de jardín presenta dos variedades: una de flores
rojas y hojas alargadas y otra de flores blancas y hojas pequeñas. El
carácter color de las flores sigue una herencia intermedia, y el
carácter tamaño de la hoja presenta dominancia del carácter
alargado. Si se cruzan ambas variedades, ¿Qué proporciones
genotípicas y fenotípicas aparecerán en la F2? ¿Qué proporción de las
flores rojas y hojas alargadas de la F2 serán homocigóticas?
87
Una planta de jardín presenta dos variedades: una de flores
rojas y hojas alargadas y otra de flores blancas y hojas pequeñas. El
carácter color de las flores sigue una herencia intermedia, y el
carácter tamaño de la hoja presenta dominancia para la variedad
alargada. Si se cruzan ambas variedades, ¿qué proporciones
genotípicas y fenotípicas aparecerán en la F2? ¿Qué proporción de las
plantas de la F2 con flores rojas y hojas alargadas serán
homocigóticas?
88
En el ganado Shorthon, el color de la piel está codificado por
los alelos codominantes R y W. El genotipo RR produce color rojo. El
otro homocigoto produce blanco y el heterocigoto produce roano
(mezcla de rojo y blanco). La presencia de cuernos es producida por
un genotipo homocigoto recesivo pp y la descornada por el alelo
dominante P. ¿Qué proporción fenotípica se espera en la
descendencia si vacas
89
En las plantas del género Antirhinum, las flores rojas y las
blancas presentan herencia intermedia. Lo mismo ocurre con las
hojas estrechas y las hojas anchas Suponiendo que las parejas alélicas
correspondientes segregan de forma independiente, indica las
proporciones genotípicas y fenotípicas esperadas en: a. La
autofecundación de una planta de flores rosas y hojas de anchura
intermedia. b. El cruzamiento entre una planta igual a la anterior y
otra de flores blancas y hojas estrechas.
SERIES ALÉLICAS
90
Un varón cuya sangre es tipo B, Rh positivo, se casa con una
mujer tipo A y Rh positivo. Su primer hijo es tipo O y Rh negativo.
Indicar el genotipo de cada cónyuge y la probable distribución génica
de los posibles hijos.
91
Una mujer cuya sangre es tipo AB y Rh negativo se casa con un
varón tipo B y Rh positivo. Su primer hijo es tipo A y Rh negativo.
Indicar el gentotipo del marido y la probable distribución génica de
los futuros hijos.
92
Los grupos sanguíneos en la especie humana están
determinados por tres genes alelos: IA, que determina el grupo A, IB,
que determina el grupo B e i, que determina el grupo O. Los genes IA
e IB son codominantes y ambos son dominantes respecto al gen i
que es recesivo. ¿Cómo podrán ser los hijos de un hombre de grupo O
y de una mujer de grupo AB?
93
Los grupos sanguíneos en la especie humana están
determinados por tres genes alelos: IA, que determina el grupo A, IB,
que determina el grupo B e i, que determina el grupo O. Los genes IA
e IB son codominantes y ambos son dominantes respecto al gen i
que es recesivo. ¿Cómo podrán ser los hijos de un hombre de grupo
AB y de una mujer de grupo AB?
94
Los grupos sanguíneos en la especie humana están
determinados por tres genes alelos: IA, que determina el grupo A, IB,
que determina el grupo B e i, que determina el grupo O. Los genes IA
e IB son codominantes y ambos son dominantes respecto al gen i
que es recesivo. ¿Cómo podrán ser los hijos de un hombre de grupo
A, cuya madre era del grupo O, y de una mujer de grupo B, cuyo
padre era del grupo O? Haz un esquema de cruzamiento bien hecho
95
En el visón el color de pelo es negro, platino (azul grisáceo) o
zafiro (azul muy claro). El color del pelaje se debe a tres posibles
alelos de un gen: N, que determina el color negro; P, responsable del
color platino; y Z, que determina (N>P>Z). En los cruzamiento que se
detallan se obtuvieron los siguientes resultados en F1: a/ negro x
zafiro: Todos negros. b/ negro x zafiro: 1/2 negros + 1/2 zafiros c/
negro x zafiro: 1/2 negros + 1/2 platino d/ zafiro x zafiro: Todos zafiro
e/ platino x zafiro: 1/2 platino + 1/2 zafiro. ¿Qué hipótesis explicaría
mejor estos resultados?
96
Un criador de zorros de pelaje plateado encontró en su granja
un zorro de pelaje platino. Al cruzar este zorro platino con sus zorros
plateados la descendencia fue siempre 1/2 platino + 1/2 plateado. Al
cruzar zorros platino entre sí, obtuvo zorros platino y plateado en las
proporciones 2/3 y 1/3 respectivamente. Indica cuántos alelos del gen
que controla el color del pelo hay en la granja del criador de zorros,
sus relaciones y los genotipos de los individuos.
97
Supongamos que en las gallinas la producción de carne entre
los 500 y los 1.100 gramos se debe a dos pares de factores A1A1A2A2
que contribuyen cada uno de ellos con 150 gramos. Cruzando un gallo
de 1.100 gramos con una gallina de 650 gramos, ¿cuáles serán los
genotipos y fenotipos de la descendencia?
98
Supongamos que en los melones la diferencia del peso del
fruto entre un tipo de 1.500 gramos y otro de 2.500 gramos se debe a
dos pares de factores A1A1A2A2 que contribuyen cada uno de ellos
con 250 gramos de peso al fruto. Indicar en el siguiente cruzamiento
cuál será la amplitud de variación en el peso del fruto de la
descendencia: A1a1A2a2 x A1a1A2A2 .
99
Un hombre con grupo sanguíneo A y una mujer con grupo
sanguíneo B tienen un hijo de grupo sanguíneo O. ¿Cuáles son los
genotipos de esas tres personas? ¿Qué otros genotipos, y con qué
frecuencias, se pueden esperar en los hijos de esta pareja?
100 En las especie humana, una familia está constituida por un
padre que pertenece al grupo sanguíneo A y la madre al grupo O. Si
un hijo del matrimonio pertenece al grupo O, ¿cuál es el genotipo del
padre? ¿Qué otros genotipos presentarían los posibles hermanos del
hijo considerado en este matrimonio y con qué probabilidad
aparecería cada uno de ellos?
101 Una mujer de grupo sanguíneo B, que tiene un hijo de grupo
sanguíneo A, acusa a un hombre del grupo AB de ser el padre de su
hijo. ¿Es fundada esta acusación?
102 Si un hombre de grupo sanguíneo AB se casa con una mujer de
grupo A, cuyo padre era de grupo 0. ¿ Qué grupos sanguíneos se
puede esperar entre sus hijos y con qué frecuencia ?.
103 Un hombre de grupo sanguíneo A y una mujer de grupo
sanguíneo B tienen cuatro hijos, de los cuales, uno pertenece al
grupo AB, otro al 0, otro al B, y otro al A. Señalar razonadamente el
genotipo de los padres.
104 La herencia del color de la piel en las reses, está determinado
por una serie de alelos múltiples, con la siguiente jerarquía de
dominancia: S > sh > sc > s. El alelo “S” determina una banda de color
blanco alrededor del cuerpo que se denomina cinturón holandés. El
alelo “sh” produce manchas tipo Hereford, el color sólido es el
resultado del alelo “sc” y las manchas tipo Holstein, están
producidas, están producidas por el alelo “s”. Machos con cinturón
holandés, homocigóticos son cruzados con hembras tipo Holstein.
Las hembras de la F1 son cruzadas con machos tipo Hereford de
genotipo “sh sc”. Predecir las frecuencias genotípicas y fenotípicas
de la descendencia.
105 Una serie de alelos múltiples gobierna la intensidad de la
pigmentación en el ratón. D= color completo, d= color diluído y dl= es
letal en homocigosis. El orden de dominancia es : D > d > dl. Un ratón
de color completo portador del gen letal es apareado con un
individuo de color diluido también portador del gen letal. La F1 es
cruzada con el padre diluido: ¿Qué proporción fenotípica puede
esperarse de la descendencia viable? ¿Qué porcentaje de la
descendencia con color completo es portadora del gen letal? ¿Qué
porcentaje de la descendencia con color diluido lleva el gen letal?
106 El color de la concha de un molusco está controlado por una
serie alélica que determina los siguientes fenotipos: marrón, rosa,
amarillo intenso y amarillo pálido. Se hicieron cruzamientos entre
varias razas puras, obteniendo la siguiente descendencia:
107 El sistema de grupos sanguíneos AB0, está determinado por
tres alelos A, B, 0. Indicar las proporciones fenotípicas que se espera
en la descendencia de los cruzamientos siguientes: a/ AA x AB. b/ AA
x B0. c/ AA x A0. d/ A0 x A0. e/ A0 x AB
108 En una clínica se mezclan por error 4 recién nacidos. Los
grupos sanguíneos de estos niños son: 0, A, B, AB. Los grupos
sanguíneos de las cuatro parejas de padres son: a) AB x 0. b) A x 0. c)
A x AB. d) 0 x 0. Indicar qué niño corresponde a cada pareja
109 María y Julia tuvieron ambas su bebé en el mismo hospital y en
el mismo momento María se llevó a casa una niña, a la que llamó
Irene. Julia se llevó un niño, al que bautizó con el nombre de Gonzalo
Sin embargo, esta última señora estaba segura de que había dado a
luz a una niña, por lo que demandó al hospital Las pruebas
sanguíneas revelaron que el mando de Julia era del grupo 0. Julia era
del tipo AB y María y su esposo tenían el grupo B. Irene es del grupo
A y Gonzalo es del grupo O. ¿Hubo realmente un cambio de bebés?
110 Un marido acusa a su esposa de infidelidad y pide la custodia de
sus dos primeros hijos, mientras que rechaza al tercero afirmando
que no es suyo. El primer hijo es del grupo sanguíneo O, el segundo,
del grupo B, y el tercero, del grupo AB El marido es del grupo
sanguíneo O, y la mujer, del grupo B ¿Crees que la acusación del
hombre esta fundada? Razona la respuesta.
111 El color del plumaje de los patos silvestres depende de una serie
alélica formada por tres alelos A+, A y a. La jerarquía de dominancia
es A+ > A > a. Determinar las proporciones genotípicas y fenotípicas
esperadas en la F1 de los siguientes cruzamientos: a)A+A+ x A+A b)
A+A+ x A+a c) A+A x A+a d) A+a x Aa e)Aa x aa
112 En un hospital se produjo un apagón de luz durante media hora
debido a una fuerte tormenta en el momento en que estaban dando
a luz dos señoras (Pérez y Fernández), ambas del grupo sanguíneo
AB. Las dos tuvieron un niño, siendo uno del grupo sanguíneo AB y el
otro del grupo A. Debido al apagón se produjeron unos instantes de
confusión en la maternidad de manera que no se sabía cuál de los
niños pertenecía a cuál de las madres. El problema, afortunadamente,
se solucionó al conocer que el grupo sanguíneo del señor Pérez era O
y el del señor Fernández A. ¿Como se solucionó el problema?
MULTIPLES CARACTERES
113 Se cree que el color del tallo de la planta de tomate viene
regido al menos por un gen tal que en la forma A- produce un
pigmento antociánico (tallo morado). El tallo es verde cuando
aparece el gen bajo la forma recesiva aa por sintetizar entonces el tal
pigmento. Por otro lado, el borde de la hoja de la planta, bajo la
influencia del alelo dominante E, suele presentar profundos
entrantes; mientras que el gen recesivo ee determina hojas de borde
liso o entero. Y en tercer lugar, el alelo dominante D determina un
fruto de forma biloculada, pero el gen recesivo dd produce fruto
pluriloculado. Pues bien, si consideramos como progenitores (P) el
cruce entre las dos "razas puras" siguientes: (P) tallo morado, hoja
lisa, fruto biloculado x tallo verde, hoja corta, fruto pluriloculado,
¿qué proporción fenotípica puede predecirse para la F2?
114 El fruto de las sandías puede ser verde liso o a rayas, y alargado
o achatado. Una planta de una variedad homocigótica de fruto liso y
alargado, se cruzó con otra también homocigótica de fruto a rayas y
achatado. Las plantas de la F1 tenían el fruto liso y achatado. En la F2
se obtuvieron nueve plantas de fruto rayado y achatado, tres de fruto
liso y alargado, y una de fruto rayado y alargado. Indicar: Cuántos
pares de factores intervienen en esta herencia. Cuáles son los
factores dominantes y por qué. Realizar el cruzamiento expresando
los genotipos de la F1 y F2.
115 Los pollos con alas y patas recortadas reciben el nombre de
trepadores. El apareamiento de este tipo de pollos con aves normales
da lugar a una descendencia equilibrada entre pollos normales y
trepadores. El apareamiento de pollos trepadores entre sí produce
una descendencia formada por dos pollos trepadores y uno normal.
El cruzamiento entre pollos normales da lugar a una progenie
uniforme formada exclusivamente por aves normales. Explicar el
fenómeno de forma razonada.
116 ¿Cuántos tipos de gametos genéticamente distintos pueden
producirse en un individuo heterocigótico para cuatro pares de
alelos? Razonar la respuesta.
117 Enumerar los distintos gametos producidos por los siguientes
genotipos: AABBCc, aaBbCc, AaBbccDd, AABbCcddEefF
LIGADA AL SEXO
118 Existe en la especie humana un gen ligado al sexo cuyo alelo
recesivo (d) es responsable del daltonismo o ceguera para los colores
rojo y verde. De la información obtenida en el "pedigri" de que
disponemos tratar de deducir las cuestiones siguientes (además de
escribir todos los genotipos de la F1).: Padre normal, madre
portadora, hijo normal, hija portadora, hijo daltónico: 1/ En el
supuesto de que la mujer II-2 se casase con un hombre normal para
este carácter, ¿cuál es la probabilidad de que el primer hijo sea
daltónico? 2/ Y suponiendo que el primer hijo de este matrimonio
fuese daltónico, calcular la probabilidad de que el segundo también
lo sea. 3/ Vamos a suponer que la madre de la mujer I-1 era
fenotípicamente normal, ¿cuál sería entonces el fenotipo del padre?
4/ Pero si la madre era daltónica, ¿cuál tendría que ser en tal caso el
fenotipo del padre?
119 Un varón daltónico y Rh negativo se casa con una mujer normal
Rh positivo pero cuyo padre era también daltónico y Rh negativo.
Indicar la posible distribución de la descendencia.
120 Un hombre normal se casa con una mujer daltónica. Indicar la
distribución genotípica y fenotípica de los posibles hijos.
121 Un hombre hemofílico se casa con una mujer sana pero hija de
padre hemofílico. ¿Qué probabilidad tendrán sus descendientes de
padecer esta enfermedad? Razonarlo.
122 El daltonismo o ceguera para los colores, depende de un gen
recesivo situado en el cromosoma X. Un hombre y una mujer, ambos
de visión normal tienen: 1/ Un hijo ciego para los colores que tiene
una hija de visión normal. 2/ Una hija de visión normal que tiene un
hijo ciego para los colores y el otro normal. 3/ Otra hija de visión
normal que tiene hijos todos normales. ¿Cuáles son los genotipos de
abuelos, hijos y nietos?
123 Ciertos caracteres, como la enfermedad de la hemofilia, están
determinados por un gen recesivo ligado al cromosoma X. ¿Cómo
podrán ser los descendientes de un hombre normal (XHY) y una
mujer portadora (XHXh)?
124 Ciertos caracteres, como el daltonismo, están determinados
por un gen recesivo (d) ligado al cromosoma X. ¿Cómo podrán ser los
descendientes de un hombre daltónico y una mujer normal no
portadora?
125 Ciertos caracteres, como el daltonismo, están determinados
por un gen recesivo (d) ligado al cromosoma X. ¿Cómo podrán ser los
descendientes de un hombre daltónico y una mujer no daltónica, hija
de un hombre daltónico?
126 Qué proporción genotípica cabe esperar en un matrimonio
entre un hombre daltónico y una mujer portadora? ¿Qué proporción
de daltónicos cabe esperar en la familia si tiene ocho hijos? El
daltonismo se debe a un gen recesivo ligado al sexo.
127 Al cruzar una gallina normal con un gallo paticorto salieron
todos los gallitos normales y todas las gallinitas paticortas.
Posteriormente se realiza la F2 y se obtiene que la mitad de los gallos
y la mitad de las gallinas salen paticortas. El carácter “paticorto" se
debe a un gen recesivo ligado al sexo (situado en el cromosoma X).
128 Un perro de pelo negro, cuyo padre era de pelo blanco, se
cruza con una perra de pelo gris, cuya madre era negra. Sabiendo que
el pelaje negro domina sobre el blanco en los machos, y que en las
hembras, negro y blanco presentan herencia intermedia, explica
cómo serán los genotipos de los perros que se cruzan y qué tipos de
hijos pueden tener respecto del carácter considerado.
129 Una mujer lleva en uno de sus cromosomas X un gen letal
recesivo l y en el otro el dominante normal L. ¿Cuál es la proporción
de sexos en la descendencia de esta mujer con un hombre normal?
130 El albinismo en el hombre se debe a un factor recesivo. Un
varón normal se casó con una mujer albina. El primer hijo que
tuvieron era albino. ¿Cuál es la probabilidad de que el segundo hijo
también lo sea?
131 En el hombre la ausencia de una fisura en el iris es debida a un
gen recesivo localizado en el cromosoma X. Un matrimonio normal
tiene una hija afectada por este mal. El marido quiere divorciarse de
su esposa alegando infidelidad. Se le llama a usted como experto en
genética a declarar en el juicio para que explique por qué el
nacimiento de esa niña puede indicar infidelidad, y si realmente ha
existido. Presente su testimonio.
132 El daltonismo en el hombre es una enfermedad debida a un
gen recesivo localizado en el cromosoma X. Una mujer normal cuyos
padres son normales se casa con un varón daltónico. De este
matrimonio nacen dos varones, uno normal y otro daltónico, y una
mujer que es daltónica. Indica el genotipo de cada una de las
personas que se nombran. ¿De quién heredan los hijos daltónicos ese
carácter?
133 Un varón de ojos pardos y daltónico se casa con una mujer de
ojos pardos y que tiene una visión normal de los colores. El
matrimonio ha tenido 4 hijos: dos mujeres con ojos azules y visión
normal, un primer varón con ojos azules y daltónico y un segundo
varón con ojos pardos y daltónico. ¿Cuál es el genotipo de las
personas nombradas? ¿Puede este matrimonio tener una hija con ojos
azules y daltónica? ¿Puede tener un hijo de ojos azules y visión normal
de los colores?
134 En el hombre se conocen alrededor de 150 caracteres
hereditarios ligados al sexo. Un ejemplo de herencia humana ligada al
sexo es la hemofilia, enfermedad grave causada por genes recesivos
ligados al sexo. Si una mujer normal, cuyo padre sufre de hemofilia,
se casa con un hombre normal, ¿cuáles son los genotipos esperados
en la descendencia y cuál es la probabilidad de que los descendientes
de este matrimonio sean hemofílicos?
135 La hemofilia en el hombre depende de un alelo recesivo de un
gen ligado al sexo. Una mujer no hemofílica cuyo padre sí lo era se
casa con un hombre normal. ¿Qué probabilidad hay de que los dos
hijos sean hemofílicos? ¿Y las hijas?
136 El albinismo lo produce un gen recesivo, frente al normal de
color moreno. La hemofilia está producida por gen recesivo ligado al
cromosoma X. Un hombre albino y sano se casa con una mujer
morena, cuyo padre era hemofílico y cuya madre era albina. ¿Qué
descendencia cabe esperar en cuanto al fenotipo y al genotipo? ¿En
qué proporción?
137 ¿Qué proporción genotípica cabe esperar en un matrimonio
entre un hombre daltónico y una mujer portadora? ¿Qué proporción
de daltónicos cabe esperar si la familia tiene ocho hijos?
138 ¿Cuáles serán las proporciones genotípicas y fenotípicas de la
F2 en el cruce entre una hembra de Drosophila melanogaster de
variedad "amarilla" (carácter ligado al sexo) y un macho normal?
139 Imagínate que estás en una oficina de consulta genética y que
una chica viene a consultarte lo siguiente: Su hermano tiene
hemofilia, pero sus padres son normales. Ella desea casarse con un
chico que tiene un tío con hemofilia y quiere conocer la probabilidad
de tener hijos varones hemofílicos. ¿Qué le contestarías?
140 Se sabe que un gen holándrico en el hombre determina el
crecimiento de largos vellos en los pabellones auriculares. Cuando un
hombre con este rasgo se casa con una mujer normal, a) ¿Qué
porcentaje de sus hijos varones se espera que presenten el rasgo?; b)
¿Qué proporción de hijas?
141 ¿Es posible que dos genes vayan sobre el mismo cromosoma X,
uno sea ligado al sexo y el otro no?
142 Se sabe que la hemofilia está provocada por un gen recesivo
ligado al sexo. Una mujer que tiene un hermano hemofílico, y cuyo
marido es normal, acude a una consulta de genética. a. ¿Qué
porcentaje de sus hijos varones heredará la enfermedad? b. Si el
marido de la mujer es hemofílico, ¿cambiarán los porcentajes para sus
hijos?
143 El daltonismo depende de un gen recesivo ligado al sexo. Juan
es daltónico y sus padres tenían visión normal. Se casa con María, que
tiene visión normal. Su hijo, Jaime, es daltónico. a. Explicar cómo son
los genotipos de Juan, María, Jaime, el padre de Juan y la madre de
Juan. b. ¿Qué otra descendencia podrían tener Juan y María?
144 Representar esquemáticamente los diferentes gametos que
producen una mujer que sea portadora de una enfermedad ligada al
cromosoma X (se supone que es una enfermedad recesiva) y un
varón sano, y contestar a las siguientes cuestiones: a. ¿Las hijas de
estas dos personas sufrirán la enfermedad? b. Si se diera el caso de
que alguna de las hijas se casara con un varón que padeciera la
enfermedad de la madre, ¿podrían tener algún hijo, niño o niña, con
esta enfermedad?
145 La hemofilia es una enfermedad hereditaria controlada por un
gen (h) recesivo ligado al cromosoma X, mientras que el albinismo
esta determinado por un gen (a) recesivo ligado a un autosoma. Un
hombre normal, respecto a la hemofilia pero albino, se casa con una
mujer morena, de madre albina y de padre hemofílico. ¿Cuáles serán
los genotipos y los fenotipos de los cónyuges? ¿Y los de los hijos?
¿Con qué frecuencia se presentan?
146 El daltonismo depende de un gen recesivo ligado al sexo. Un
hombre y una mujer de visión normal tienen tres hijos: un varón
daltónico que tiene una hija de visión normal; una hija de visión
normal que tiene dos hijos, uno daltónico y otro de visión normal, y
una tercera hija de visión normal que tiene todos los hijos de visión
normal. Realizar todos los cruzamientos. ¿Cuáles son los genotipos de
abuelos, hijos y nietos? Razonar las respuestas.
147 Representar esquemáticamente los diferentes gametos que
producen una mujer que sea portadora de una enfermedad ligada al
cromosoma X (se supone que es una enfermedad recesiva) y un
varón sano, y contestar a las siguientes cuestiones: a. ¿Las hijas de
estas dos personas sufrirán la enfermedad? b. Si se diera el caso de
que alguna de las hijas se casara con un varón que padeciera la
enfermedad de la madre, ¿podrían tener algún hijo, niño o niña, con
esta enfermedad?
148 El daltonismo esta regido por un gen (d) recesivo frente a su
alelo (D) que provoca visión normal, y se encuentra ligado al
cromosoma X. El color de los ojos está controlado por una pareja
alélica en la que el color azul se debe a un gen {a) recesivo frente al
que produce color pardo (A). Una mujer de ojos pardos, cuyo padre
era daltónico y cuya madre tenía los ojos azules se casa con un
hombre de ojos azules y visión normal. Determinar los genotipos del
hombre y la mujer, los tipos de gametos y los fenotipos de sus hijos,
indicando la probabilidad en cada sexo.
149 En D. melanogaster las alas vestigiales v son recesivas respecto
al carácter normal, alas largas V y el gen para este carácter no se halla
en el cromosoma sexual. En el mismo insecto el color blanco de los
ojos es producido por un gen recesivo situado en el cromosoma X,
respecto del color rojo dominante. Si una hembra homocigótica de
ojos blancos y alas largas se cruza con un macho de ojos rojos y alas
largas, descendiente de otro con alas cortas, ¿cómo será la
descendencia?
150 En un mamífero el número de cromosomas es 2n = 48:
¿Cuántos autosomas tendrá unespermatozoide? ¿Y cuántos
cromosomas sexuales? ¿Cuántos autosomas tendrá una célula
somática? ¿Y cuántos cromosomas sexuales? Razonar las respuestas.
151 El color rojo de los ojos de Drosophila es dominante. Se realizó
un cruzamiento en el que ambos parentales tenían los ojos rojos y se
observó que la descendencia era fenotípicamente uniforme, con ojos
rojos. De esta descendencia se tomaron una serie de moscas, cada
una de las cuales se cruzó con una mosca de ojos púrpura. La mitad
de los cruzamientos produjo sólo moscas de ojos rojos y la otra mitad
produjo el 50% de moscas con ojos rojos y el otro 50% de moscas con
ojos púrpura. a. Indicar los genotipos de la descendencia del primer
cruzamiento. b. Indicar los genotipos de la descendencia del segundo
cruzamiento.
152 En la hemofilia: a. ¿Cuáles serán las proporciones genotípicas
que podríamos esperar de la descendencia de una mujer
fenotípicamente normal, cuyo padre era hemofílico y cuyo marido es
normal? b. ¿Qué circunstancias tienen que darse para que un padre y
su hijo varón sean hemofílicos?
INFLUIDA POR EL SEXO
153 Un hombre calvo cuyo padre no lo era, se casó con una mujer
normal cuya madre era calva. Sabiendo que la calvicie es dominante
en los hombres y recesiva en las mujeres, explicar cómo serán los
genotipos del marido y de la mujer, y tipos de hijos que podrán tener
respector del carácter en cuestión.
154 Un perro de pelo negro, cuyo padre era de pelo blanco, se
cruza con una perra de pelo gris, cuya madre era negra. Sabiendo que
el color negro del pelaje domina sobre el blanco en los machos, y que
en las hembras negro y blanco presentan herencia intermedia,
explicar cómo serán los genotipos de los perros que se cruzan y tipos
de hijos que pueden tener respecto del carácter considerado.
155 Indica el genotipo de un hombre calvo cuyo padre no era calvo,
el de su esposa que no es calva, pero cuya madre sí lo era, y el de sus
futuros hijos. La calvicie es un carácter hereditario influido por el
sexo, dominante en los hombres y recesivo en las mujeres.
156 Indica el genotipo de un hombre calvo cuyo padre no era calvo,
el de su esposa que no es calva, pero cuya madre sí lo era, y el de sus
hijos futuros.
LIGAMIENTO
157 En los cobayos existen dos mutantes dominantes (que
manifiestan cierta ligación): el carácter llamado "pulgar" (que parece
significar un retorno atávico) y el pelaje "rugoso" (P y R
respectivamente). Al cruzar cobayos dihíbridos, "pulgar" y "rugoso"
con cobayas "normales", la descendencia resultó ser de 4 fenotipos y
con un total de 352 individuos: 103 normales, 95 con pelaje rugoso y
"pulgar", 79 con pelaje rugoso y 75 con "pulgar". Considerando que
entre los caracteres mutantes (pulgar y rugoso) de los progenitores
existe ligazón idéntica, determinar: 1/ Los genotipos de los
progenitores (mutantes y normales). 2/ El valor de recombinación (%)
entre P y R.
158 Al cruzar la raza de ratas amarillentas homocigóticas con la de
negras homocigóticas, toda la primera generación (F1) resulta ser
gris. En un caso concreto de apareamiento entre individuos de la F1
se obtuvo la descendencia total (F2) así: 28 grises, 10 amarillentas, 8
negras y 2 color crema. 1/ Usando los símbolos genéticos apropiados
indicar los genotipos de cada color. 2/ Qué tipo de herencia
(transmisión hereditaria) parece regir en líneas generales para el
presente caso? 3/ De las 48 ratas de la F2, ¿cuántas podíamos esperar
que fueran de color crema? ¿Y cuántas serían por su parte
homocigóticas?
159 Al cruzar gallinas de raza pura de plumas normalmente
coloreadas y rizadas con gallos también de pura raza de plumas
blancas y lisas se obtuvieron todos los descendientes blancos y
rizados. Al cruzar las gallinas de la F1 con un macho de plumas
coloreadas y lisas, se obtuvieron 18 individuos blancos y rizados, 63
de color y rizados, 63 blancos y lisos y 13 de color y lisos. Sabiendo
que el color normal del plumaje se debe a un alelo recesivo b frente al
alelo normal B que produce plumas blancas, y que el aspecto liso de
las plumas se debe a un alelo recesivo l frente al dominante L que
produce plumas rizadas. Indicar: El tipo de herencia que rige estos
caracteres. Los tipos de cruzamientos que se producen. En qué tipo
de cromosas se localizan y su distancia.
160 Si el color y la forma de la semilla del guisante no se heredaran
independientemente, sino ligados, ¿cómo sería la F2 en el cruce entre
una variedad amarilla y lisa con una verde y rugosa?
161 En el ser humano, la presencia de uno de los antígenos Rh de la
superficie de los eritrocitos y la forma ovalada de estos (eliptocitosis)
son causadas por la existencia de sendos alelos dominantes situados
en la misma pareja autosómica. Un hombre con eliptocitosis, cuya
madre tenía glóbulos rojos normales y un genotipo homocigótico Rh
positivo, y cuyo padre era Rh negativo y heterocigótico para la
eliptocitosis, se casa con una mujer normal y Rh negativa. a. ¿Cual es
la probabilidad de que su primer hijo sea Rh negativo y tenga
eliptocitosis? b. Si su primer hijo es Rh positivo, ¿cual es la
probabilidad de que tenga eliptocitosis? ¿Y si es el segundo hijo?
EPISTASIA
162 Se cruzan dos variedades del guisante de jardín Lathyrus
odoratus, ambas de flores blancas, que producen una F1 de flores
moradas solamente. El cruce al azar entre las plantas de la F1 dio un
total de 96 plantas (F2): 43 de ellas con flores blancas y 53 con flores
moradas. Determinar: 1/ ¿A qué proporción fenotípica se aproxima la
F2? 2/ ¿Cuáles serán los genotipos probables de los progenitores?
163 En las ratas C es un gen necesario para la formación del color.
Su alelo recesivo c produce albinismo. R origina color negro, mientras
que su alelo recesivo r da color crema. Si se cruza una rata
homocigótica de color negro con otra albina de genotipo ccrr ¿cuál
será la coloración de la F1 y de la F2?
164 En el pollo las plumas sedosas están determinadas por un gen
cuyo efecto era recesivo respecto al que rige plumas normales. a) Si
de un cruzamiento entre individuos heterozigóticos para dicho gen se
criasen 98 aves, ¿Cuántos cabría esperar que fueran sedosos y
cuántos normales? b) Si se tuviese un pollo de plumas normales, cuál,
sería el camino más rápido para determinar si es homozigótico o
heterocigótico?
LETALES
165 Se sabe que un par de alelos codominantes determina el color
de las hojas cotiledóneas en el frijol de soja. El VV produce verde
oscuro, Vv fenotipo verde pálido. El vv es letal y las semillas no
alcanzan la madurez. Si se polinizan plantas verde oscuro con plantas
verde pálido y se cruza al azar F1 para producir F2. ¿Qué proporciones
fenotípicas y genotípicas se espera en la F2?
166 La talasemia es una enfermedad hereditaria de la sangre del
hombre que produce anemia. La anemia severa es encontrada en
MM y un tipo benigno en los genotipos MN. Los individuos normales
tienen un genotipo NN. Si todos los MM mueren antes de la madurez
sexual ¿que proporción de adultos en la F1, entre matrimonios
talasémicos leves con normales puede encontrarse normal?
167 En los conejos la anomalía Pelger implica una segmentación
anormal del núcleo de los leucocitos. Los individuos que sufren
Pelger son heterocigotos Pp, los normales son homocigotos PP y los
de genotipo pp padecen deformaciones esqueléticas y en general
mueren antes del nacimiento. ¿Si pelgers se aparean entre sí, que
proporción fenotípica se espera en la F2?
168 La idiocia amaurótica infantil (enfermedad de Tay Sachs) es
una anormalidad hereditaria recesiva que causa la muerte en los
primeros años e vida sólo cuando es homocigota(ii). La condición
dominante en este locus produce un fenotipo normal (I-). Los de dos
anormalmente cortos (braquifalangia) se cree que se deben a un
genotipo heterocigoto por un gen mortal (BBL), el homocigoto (BB)
es normal, y el otro (BLBL) es letal. ¿Cuáles son las probabilidades
fenotípicas entre los niños adolescentes de padres que son tanto
braquifalángicos como heterocigotos para la idiocia amaurótica
infantil?
169 En las gallinas existe un gen letal (l) recesivo ligado al
cromosoma X. Si un macho heterocigoto, para ese gen letal, se cruza
con una gallina normal, ¿cuál será la proporción de machos y hembras
obtenida entre sus descendientes?
170 Los pollos con alas y patas recortadas reciben el nombre de
trepadores. El apareamiento de este tipo de pollos con aves normales
da lugar a una descendencia equilibrada entre pollos normales y
trepadores. El apareamiento de pollos trepadores entre sí produce
una descendencia formada por dos pollos trepadores y uno normal.
El cruzamiento entre pollos normales da lugar a una progenie
uniforme formada exclusivamente por aves normales. Explicar el
fenómeno de forma razonada.
171 La enfermedad de Tay-Sachs es una enfermedad hereditaria
recesiva que causa la muerte en los primeros años de vida cuando se
encuentra en condición homocigótica. Se piensa que los dedos
anormalmente cortos, braquifalangia,se deben al genotipo
heterocigótico para un gen letal, siendo normal el individuo BB. ¿
Cuáles son los fenotipos esperados entre niños adolescentes hijos de
padres braquifalángicos y heterocigóticos para la enfermedad de TaySachs?
172 En las plantas, la determinación del sexo es similar a la del
hombre. Se sabe que un gen ligado “l” es letal en las hembras
homocigóticas. Cuando se encuentra en los machos de lugar a
manchas de color amarillo-verde. El alelo dominante “L” produce
color verde oscuro normal. Del cruce entre hembras heterocigóticas y
machos amarillo-verde, predecir las proporciones fenotípicas
esperadas en la descendencia.
173 La ausencia de patas en las reses se debe a un gen letal
recesivo. Del apareamiento entre un toro y una vaca, ambos híbridos,
¿qué proporciones genotípicas se esperan en la F2 adulta? Los
becerros amputados mueren al nacer.
174 Una mujer lleva en uno de sus cromosomas X un gen letal
recesivo l y en el otro el dominante normal L. ¿Cuál es la proporción
de sexos en la descendencia de esta mujer con un hombre normal?
175 En la mosca del vinagre el color blanco de los ojos es producido
por un gen recesivo situado en el cromosoma X, respecto del color
rojo dominante. Las alas vestigiales v, son recesivas respecto de las
alas largas V, y este carácter no se halla ligado al sexo. Realizamos el
cruzamiento de un macho de alas vestigiales y ojos rojos con una
hembra de alas largas heterocigótica y ojos rojos portadores del gen
blanco. Supongamos además que en el mismo cromosoma X en que
va el gen ojos blancos, va también ligado un gen letal l, recesivo.
Sobre un total de 150 descendientes de la pareja que se cruza,
razonar qué proporción de hembras y de machos habrá con alas
normales y con alas vestigiales. ¿Y respecto al color?
176 En los ratones de campo existe un gen que determina el color
pelo amarillo y que es dominante sobre el que determina el color
normal o de tipo salvaje. El tamaño de la cola está determinada por
una pareja alélica, de tal manera que el gen dominante determina
tamaño de cola corta mientras que el recesivo determina tamaño
normal o de tipo salvaje. Ambas parejas de genes se transmiten a la
descendencia independientemente la una de la otra. Aquellos
embriones que son homocigotos para uno o para los dos genes
dominantes mueren antes de nacer. ¿En qué proporción y cómo
serán los fenotipos de la descendencia de un cruzamiento entre un
macho de color amarillo y cola corta con una hembra de las mismas
características?
177 No es fácil encontrar pelos en los perros calvos mejicanos. En
los cruces entre perros calvos mejicanos y perros normales se
obtienen camadas con la mitad de los animales calvos y la otra mitad
normales. Por otro lado, en los cruces entre perros calvos mejicanos,
2/3 de la camada son calvos y 1/3 con pelo. Además de estos
supervivientes, normalmente aparecen también perros muertos.
Estos son calvos y presentan la misma frecuencia que los que tienen
pelo. Da una explicación y representa los genotipos de los diferentes
tipos de animales.
GEN. POBLACIONES
178 En la población francesa los individuos de fenotipo recesivo Rhse hallan en la proporción del 16%. ¿Qué proporción de individuos Rh+
homocigóticos y heterocigóticos habrá según la Ley de HardyWeinberg?
179 En la población humana de un determinado territorio, los
individuos de genotipo dominante homocigótico para el color marrón
de los ojos (M), se hallan en la proporción del 9%. Según la Ley de
Hardy-Weinberg ¿qué proporción de individuos con ojos marrones
heterocigóticos y con ojos azules habrá en dicha población?
PREGUNTAS RESUELTAS. INMUNOLOGÍA
1.- Enumerar los principales mecanismos defensivos externos que
presenta el organismo.
2.- Señala las cuatro características que consideres más importantes
del sistema inmune.
3.- ¿Qué son los antígenos?
4.- Funciones que desempeñan los diferentes tipos de linfocitos T.
5.- ¿Cómo actúan los complejos CMH-péptido en la respuesta inmune?
6.- ¿Qué dice la teoría de la selección clonal?
7.- a) ¿Qué es la respuesta inflamatoria y cuál es su finalidad? b) ¿A
qué se debe la respuesta inflamatoria y qué ocurre en ella?
8.- Diferencia entre respuesta inmune y reacción inmune.
9.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué
diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico?
10.- ¿Por qué se caracterizan los linfocitos NK?
11.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno?
12.- ¿Qué es el complemento?
13.- ¿Por qué se produce la fiebre en la respuesta inflamatoria?
14.- Principales componentes del sistema inmune.
15.- ¿Qué tipo de células se originan a partir de los linfocitos B cuando
se activan?
16.- Explica cómo se activan los linfocitos B.
17.- ¿Es cierto que el uso prolongado de antibióticos puede producir
infecciones vaginales?
18.- ¿Cuáles son los principales órganos en los que se concentra el
sistema inmune?
19.- ¿A qué se denomina reacción antígeno-anticuerpo? Enumera las
más importantes.
20.- ¿Qué son los macrófagos? ¿Qué papel desempeñan en la
respuesta inmune?
21.- ¿Qué función desempeñan las células presentadoras del antígeno?
22.- ¿Qué se entiende por inmunidad? ¿De cuántos tipos puede ser?
23.- Principales diferencias entre las respuesta inmune primaria y la
secundaria.
24.- ¿Qué son los anticuerpos y cuál es su estructura?
25.- Principales células que intervienen en la respuesta inmune y
papel que desempeñan.
26.- ¿Qué es el complejo principal de histocompatibilidad?
27.- ¿Qué es la opsonización?
28.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué
diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico?
29.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno?
30.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una
infección crónica?
31.- ¿Qué es la vacunación? ¿Qué tipos de vacunas se utilizan en la
actualidad?
32.- Define el concepto de enfermedad autoinmune y explica las
causas que la originan.
33.- Un individuo tratado con penicilina muestra síntomas de reacción
alérgica. ¿Qué consecuencias podría tener un segundo contacto con
el antibiótico?
34.- Explica los tipos de inmunoterapias contra el cáncer.
35.- ¿Cuál es la base inmunológica del rechazo a los trasplantes?
36.- Indica a qué tipo de infección corresponden la malaria y el
sarampión. Justifica la respuesta.
37.- La vacunación es un método de inmunización artificial que
proporciona inmunidad permanente frente a la enfermedad. Explica
en qué característica de la respuesta inmune se sustenta este hecho.
38.- ¿Qué es una enfermedad autoinmune? Explica los tratamientos
que se utilizan contra estas enfermedades y los inconvenientes que
presentan.
39.- Explica qué es un mediador alérgico y describe el proceso que
desencadena su liberación durante la reacción alérgica.
40.- Sistema inmune y sida: a) Señala los tejidos y las células diana del
virus VIH. b) ¿Tiene alguna consecuencia la alta tasa de mutación del
virus VIH? c) ¿Qué efectos produce en un individuo infectado la
destrucción de los linfocitos colaboradores (T4)?
41.- ¿Qué son los anticuerpos monoclonales? ¿Qué utilidad tienen en
el tratamiento del cáncer?
42.- Describe cómo actúan de forma concertada los distintos
componentes del sistema immune.
43.- Define el concepto de inmunización y describe sus tipos.
44.- Explica las causas que originan las enfermedades autoinmunes y
describe tres ejemplos de este tipo de enfermedad.
45.- Define el concepto de reacción alérgica. ¿Qué fases se distinguen
en una reacción alérgica?
46.- Inmunidad y cáncer: a) ¿Qué características presentan las células
cancerosas? b) ¿Qué tipos de genes sufren mutaciones en la
transformación de una célula normal en cancerosa? c) ¿De qué
mecanismos disponen las células para controlar estas mutaciones?
47.- ¿Cómo se evitan los rechazos tras un trasplante? ¿En qué tipos de
trasplante no se producen rechazos?
48.- Explica los tipos de infecciones y describe sus características.
49.- Muchas personas vacunadas contra el virus de la gripe vuelven a
sufrir la enfermedad. ¿Podrías explicarlo?
50.- ¿Cuál es la base molecular de las enfermedades autoinmunes?
51.- Describe las vías de entrada de los alérgenos en el organismo y las
manifestaciones alérgicas que se producen en cada caso.
52.- ¿Qué son las inmunodeficiencias? Explica sus tipos, indicando
algún ejemplo.
53.- Define el concepto de trasplante y explica sus tipos.
54.- Indica el lugar de acción de los distintos componentes del
sistema inmune y señala cuál de ellos actuará en los siguientes casos:
a) Infección producida por un neumococo localizado en el espacio
extracelular. b) Paperas. c) Gripe. d) Tuberculosis
55.- Indica las diferencias entre la inmunización pasiva y la
inmunización activa.
56.- El síndrome del aceite tóxico fue producido por la ingestión de
aceite de colza adulterado que contenía sustancias tóxicas llamadas
anilinas. En algunos casos se ha observado que la intoxicación ha
producido enfermedades autoinmunes. ¿Podrías dar una explicación
a este hecho?
57.- Define los conceptos de reacción de hipersensibilidad, alergia y
alérgeno.
58.- ¿De qué formas destruye el virus VIH las células del sistema
inmune?
59.- Explica la técnica de obtención de anticuerpos monoclonales.
60.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una
infección crónica?
SOLUCIONES
1.- Enumerar los principales mecanismos defensivos externos que
presenta el organismo.
Solución: Los mecanismos defensivos externos del organismo,
constituyen la primera barrera defensiva. Estos mecanismos son
inespecíficos, es decir actúan sobre todo tipo de gérmenes,
formando barreras mecánicas y químicas que impiden su entrada en
el organismo. Los principales mecanismos externos son: La piel
recubre externamente el cuerpo; en condiciones normales es
impermeable a los microorganismos e impide su entrada dentro del
cuerpo. Estos solo pueden entrar cuando se altera mediante heridas,
quemaduras, etc. Los gérmenes no suelen sobrevivir mucho tiempo
en la piel gracias a las secreciones sebáceas y sudoríparas, que
proporcionan un pH ácido no adecuado para estos organismos. La
descamación continua también contribuye a eliminar los gérmenes
que se puedan instalar en la piel. Las mucosas que revisten las
aberturas naturales del organismo (vías respiratorias), gracias a las
secreciones de mucus que se producen en ellas, atrapan a los
gérmenes impidiendo su entrada en el organismo; estas secreciones,
junto con los gérmenes, posteriormente serán expulsadas por
diferentes mecanismos: tos, estornudo, movimiento de cilios, etc. Los
fluidos secretados en distintas partes del organismo tienen
sustancias bactericidas: lisoenzima de las lágrimas, saliva y
secreciones nasales o el HCl del jugo gástrico, etc., que actúan contra
los gérmenes destruyéndolos e impidiendo su penetración. La flora
bacteriana autóctona, que se desarrolla en distintas partes del
organismo (intestino, vagina, piel, etc) como comensal o en
simbiosis, inhibe el desarrollo de gérmenes patógenos, por liberación
de sustancias bactericidas o por competencia por los nutrientes.
2.- Señala las cuatro características que consideres más importantes
del sistema inmune.
Solución: Las cuatro características más importantes del sistema
inmune son: Especificidad. El sistema inmune responde
específicamente contra cada tipo de antígeno. Esta respuesta es de
dos tipos: celular, la realizan los linfocitos T, y humoral, la llevan a
cabo los linfocitos B. Diversidad. Los linfocitos del sistema inmune
son capaces de reconocer una gran diversidad de antígenos. Se
calcula que el sistema inmune de los mamíferos es capaz de
reconocer unos 109 epítopos distintos. Memoria inmunológica.
Después del primer contacto con el antígeno, algunos linfocitos B y T,
se transforman en células con memoria. Estas pueden perdurar
durante un tiempo variable, y guardan el recuerdo molecular del
antígeno, lo que permite una inminente e intensa respuesta en el
caso de que se produzca una nueva invasión por parte de dicho
antígeno. Autotolerancia. El sistema inmune tiene capacidad para
diferenciar lo propio de lo extraño, esto le permite atacar y destruir a
las sustancias extrañas (gérmenes, toxinas, etc.) que pueden
penetrar del exterior, pero no a las moléculas propias, salvo que se
produzca alguna alteración como ocurre en las enfermedades
autoinmunes.
3.- ¿Qué son los antígenos?
Solución: Etimológicamente la palabra antígeno significa que
engendra a su contrario. Un antígeno es cualquier sustancia extraña a
un organismo que, al ser introducida dentro del mismo, provoca en él
una respuesta inmunitaria, estimulando la producción de anticuerpos
que reaccionarán específicamente contra dicho antígeno. Los
antígenos suelen ser moléculas grandes como las proteínas, ciertos
polisacáridos complejos y también algunos heterolípidos. También
pueden ser antígenos ciertas moléculas sintéticas. Igualmente hay
ciertas moléculas pequeñas que por sí solas no tienen carácter
antigénico, pero al unirse a proteínas del organismo donde son
introducidas adquieren esta capacidad; a estas moléculas se las llama
haptenos. Las moléculas antigénicas pueden estar libres o pueden
estar formando parte de ciertas estructuras biológicas: glicocáliz,
pared y cápsula bacteriana, cápsida, envoltura vírica, membrana
plasmática, etcétera. La capacidad antigénica reside en ciertas partes
del antígeno, denominadas determinantes antigénicos, por donde se
une al anticuerpo. Estos son pequeños fragmentos de la molécula del
antígeno situados en la superficie de este, como, por ejemplo,
algunos aminoácidos en una cadena peptídica o algunos
monosacáridos en un polisacárido. En la superficie de los antígenos
puede haber más de un determinante antigénico; según el número
que tengan los antígenos pueden ser: monovalentes, divalentes,
trivalentes o polivalentes.
4.- Funciones que desempeñan los diferentes tipos de linfocitos T.
Solución: Los linfocitos T maduran en el timo y son los responsables
de la respuesta inmune celular. Dentro de ellos se diferencian tres
tipos: Linfocitos T colaboradores o auxiliares. Estos son los linfocitos
que actúan en primer lugar, reconocen los antígenos que exponen en
su membrana los macrófagos y otras células presentadoras de
antígeno. Esto provoca que produzcan y liberen una gran cantidad de
linfocinas que producen tres efectos: Promueven la proliferación y
diferenciación de los linfocitos T citotóxicos. Activan a los
macrófagos de la sangre aumentando su poder fagocítico. Activan a
los linfocitos B para que liberen anticuerpos. Linfocitos T citotóxicos
o citolíticos. Reconocen y atacan a las células extrañas portadoras del
antígeno y también a las células propias que hayan sido infectadas
por virus u otros microorganismos y que contengan dicho antígeno.
Tienen la capacidad de unirse a las células diana y perforan con
enzimas hidrolíticos sus membranas, provocando la muerte de la
célula con lo que frenan la infección. También se fijan a células
cancerosas y a células de órganos transplantados, a las que
destruyen, ya que no identifican a sus proteínas como propias.
Linfocitos T supresores. Se encargan de detener la acción de los
linfocitos T colaboradores cuando el antígeno ha sido destruido.
5.- ¿Cómo actúan los complejos CMH-péptido en la respuesta inmune?
Solución: Los complejos antigénicos CMH-péptido se presentan en las
membranas de las células presentadoras del antígeno (macrófago).
Se forman al unirse a las proteínas CMH los péptidos resultantes del
procesado del antígeno, que tiene lugar en el interior de estas células
presentadoras. Estos complejos CMH-péptidos intervienen regulando
la respuesta inmune. Cuando un macrófago presenta en su
membrana complejos CMH-péptido, se desplaza a los ganglios
linfáticos y allí se activan los linfocitos para producir la respuesta
inmunitaria. El proceso ocurre de la siguiente forma. Cuando los
linfocitos T colaboradores reconocen los complejos CMH-péptido
sobre los macrófagos, se activan y segregan moléculas de
interleucina que activan a su vez a los linfocitos B. Una vez activados
estos, se dividen, y algunos se transforman en células plasmáticas y
otros en células con memoria. Las células plasmáticas liberan grandes
cantidades de anticuerpos. Estos circulan por la sangre y se unen a los
antígenos complementarios y los neutralizan directamente o facilitan
su destrucción por las proteínas del complemento o por las células
limpiadoras. La interleucina activa también a los linfocitos T
citotóxicos que actúan atacando y destruyendo a las células extrañas
portadoras del antígeno específico y también a las células propias
que hayan sido infectadas y contengan dicho antígeno; estos
linfocitos presentan en su superficie unos receptores mediante los
cuales se unen específicamente a los antígenos de la membrana de
las células, e inyectan dentro de dichas células enzimas hidrolíticos
que provocan su destrucción.
6.- ¿Qué dice la teoría de la selección clonal?
Solución: La teoría de la selección clonal fue propuesta por Burnet.
Según esta teoría los linfocitos B producen anticuerpos y los sitúan
en su superficie, en donde actúan como receptores. Cada linfocito B
está equipado genéticamente para sintetizar un solo tipo de
anticuerpo diferente, por lo tanto cada uno puede reconocer a un
antígeno distinto. En cada individuo habrá una gran diversidad de
linfocitos diferentes, cada uno de los cuales llevará en su superficie
un tipo de receptor específico. Cuando un linfocito B encuentra un
antígeno que sea complementario con sus receptores de membrana
(anticuerpos), esta célula se divide rápidamente dando un clon de
células que, al ser idénticas, tendrán el mismo receptor antigénico en
sus membranas. Estas células posteriormente se diferencian, dando
células plasmáticas y células con memoria. Las células plasmáticas
producirán gran cantidad de anticuerpos, idénticos a los que había en
la membrana de la célula B original. Estos, una vez libres, reconocen y
se unen a los antígenos. Las células con memoria portarán el mismo
anticuerpo y permanecerán indefinidamente en la circulación. Según
esta teoría los anticuerpos ya están preformados antes de la
presencia del antígeno; la llegada de este lo que hace es seleccionar,
de entre una gran diversidad de células B, aquellas cuyos receptores
sean complementarios con ellos y estimulen su proliferación.
7.- a) ¿Qué es la respuesta inflamatoria y cuál es su finalidad? b) ¿A
qué se debe la respuesta inflamatoria y qué ocurre en ella?
Solución: a) La respuesta inflamatoria o inflamación es una respuesta
inespecífica local que se produce cuando microbios patógenos logran
atravesar la primera barrera defensiva, penetrando dentro del
organismo a través de alguna herida. Constituye la primera respuesta
de los tejidos infectados frente a los microbios invasores; en esta
respuesta intervienen principalmente dos tipos de células que tienen
capacidad fagocitaria: los neutrófilos y los macrófagos. Estas células
fagocitarán a los gérmenes invasores y muchas de ellas morirán en el
proceso. La finalidad de la respuesta inflamatoria es la de aislar y
destruir a los gérmenes invasores patógenos y restaurar las zonas
dañadas. b) La respuesta inflamatoria se produce debido a la acción
de unas sustancias químicas denominadas mediadores de
inflamación. Estos mediadores son liberados principalmente por las
células epiteliales y conectivas (mastocitos o células cebadas) de los
tejidos dañados. Algunos de los mediadores más importantes son:
histamina y bradiquinina, leucotrienos, prostaglandinas, etc. Estos
mediadores producen un aumento del flujo sanguíneo a la zona
lesionada, debido a que provocan una dilatación de las arteriolas
(histamina). Esto da lugar a una relajación de los capilares, lo que
hace que aumente su permeabilidad facilitando la salida de los
fagocitos (diapédesis), que los abandonan y son atraídos
quimiotácticamente por los mediadores (leucotrieno), acumulándose
en grandes cantidades en la zona lesionada, para destruir a los
gérmenes patógenos. Todo ello produce una hinchazón,
enrojecimiento (rubor) y subida de la temperatura local.
8.- Diferencia entre respuesta inmune y reacción inmune.
Solución: La respuesta inmune es el conjunto de fenómenos
mediante los cuales un antígeno provoca la formación de células
(respuesta celular) o de anticuerpos (respuesta humoral) capaces de
responder específicamente contra él para neutralizarle. La reacción
inmune es la reacción que se produce entre estas células y moléculas
específicas (anticuerpos), originadas como productos finales de la
respuesta celular y humoral respectivamente, cuando entran en
contacto con el antígeno que provocó su aparición.
9.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué
diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico?
Solución: a) Se denomina epítopo o determinante antigénico a la
región del antígeno por donde este se une al anticuerpo, y que se
corresponde con un pequeño fragmento de la molécula antigénica
situado en la superficie de esta. Los antígenos pueden presentar en
su superficie uno o varios epítopos. Según el número de ellos se
denominan: mono, di, tri o polivalentes. Si tienen más de uno, pueden
unirse a más de un anticuerpo. Se denomina paratopo a la región del
anticuerpo por donde se une al antígeno. Cada anticuerpo tiene dos
regiones de este tipo. El epítopo y el paratopo son, por lo tanto,
regiones del antígeno y del anticuerpo entre las que hay una
configuración espacial complementaria, similar al de una llave y su
cerradura, entre estas regiones el antígeno y el anticuerpo se unen
mediante enlaces débiles que pueden ser: enlaces de hidrógeno,
fuerzas electrostáticas, hidrofóbicas, etc. b) Los antígenos son
macromoléculas completas de distintos tipos (proteínas,
glucoproteínas, heterolípidos, polisácaridos, etc.) que son extrañas al
organismo. Pueden estar libres o formando parte de estructuras
biológicas (membranas, paredes, cápsidas, etc). Los determinantes
antigénicos son pequeños fragmentos superficiales de las moléculas
antigénicas, como por ejemplo algunos aminoácidos en el caso de
una proteína. En estas zonas es donde reside la capacidad antigénica
del antígeno. En cada antígeno puede haber varios determinantes
antigénicos.
10.- ¿Por qué se caracterizan los linfocitos NK?
Solución: A los linfocitos NK se les denomina así porque su nombre
proviene del inglés Natural Killers; también se les llama linfocitos
asesinos naturales. Son linfocitos grandes granulares que se forman
en la médula y se encuentran en la sangre y tejidos linfoides.
Constituyen la primera línea de defensa contra los microorganismos
intracelulares, actúan antes de que aparezcan los linfocitos T
citolíticos y no requieren de la intervención de los macrófagos.
Mediante receptores específicos, reconocen las glucoproteínas de
elevado peso molecular que aparecen en las células infectadas por
virus y, tras la unión con las células infectadas, segregan moléculas
citolíticas que lisan dichas células. También lisan células tumorales
que escapan a la acción de los linfocitos T citolíticos, frenando su
expansión. Por ello se les considera responsables de la inmunidad
natural contra el cáncer.
11.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno?
Solución: El procesado del antígeno es el proceso que sufre el
antígeno en el interior de sus células presentadoras, y cuya finalidad
es preparar a dicho antígeno para presentarlo unido a proteínas
propias en la membrana de dichas células, a los linfocitos T y
activarlos. El proceso ocurre de la siguiente manera: la célula
presentadora del antígeno (macrófago) capta mediante endocitosis
al antígeno en su citoplasma; por acción de las enzimas hidrolíticas de
los lisosomas, se digieren parcialmente las proteínas antigénicas y se
transforman en péptidos más sencillos. Estos péptidos se unen a las
proteínas específicas de cada individuo que forman el complejo
principal de histocompatibilidad, dando lugar al complejo antigénico
CMH-péptido. Este emigrará y quedará expuesto en la membrana
para ser reconocido por los receptores antigénicos de los linfocitos T.
12.- ¿Qué es el complemento?
Solución: El complemento son una serie de proteínas enzimáticas
(alrededor de 30) del tipo de las globulinas, que están presentes en el
plasma sanguíneo; inicialmente son inactivas, pero ante la presencia
de ciertos factores se activan de forma secuencial, e intervienen con
rapidez en la defensa del individuo. Estas proteínas interactúan con
otras moléculas del sistema inmunitario en los mecanismos
defensivos de inflamación y respuesta humoral. Fueron descubiertas
en 1900 por bacteriólogo belga J. Bordet. Se las dio este nombre por
la ayuda que prestan a los anticuerpos, ya que complementan y
potencian la acción de estos en su lucha contra las infecciones. El
sistema de complemento amplifica la respuesta inmunológica frente
a los microorganismos patógenos mediante una cascada de enzimas
proteolíticos solubles que se van activando secuencialmente. Los
componentes del sistema del complemento se sintetizan en su
mayoría en el hígado, pero también se pueden formar algunas en
otras células: macrófagos, tejidos dañados, etc.
13.- ¿Por qué se produce la fiebre en la respuesta inflamatoria?
Solución: La respuesta inflamatoria con frecuencia suele ir
acompañada de fiebre, es decir de un aumento de la temperatura
corporal. El origen de la fiebre se debe a la presencia de una serie de
proteínas que liberan las bacterias; estas actúan sobre los
macrófagos y los estimulan para que liberen una sustancia pirógena,
la interleuquina 1 (IL-1) que por vía sanguínea será llevada hasta el
centro regulador de la temperatura corporal localizado en el
hipotálamo, y modifica su función termostática, ajustándola a un
valor superior, lo que provoca un aumento de la temperatura
corporal. El aumento de la temperatura corporal, es decir, la fiebre,
tiene efectos beneficiosos para el organismo frente a los microbios;
principalmente tiene dos efectos: Aumenta la actividad de los
fagocitos como consecuencia, aumentará su capacidad para destruir
gérmenes. Dificulta el desarrollo de las bacterias por dos causas:
primera porque, al estar la temperatura por encima de la
temperatura óptima de crecimiento, las bacterias crecerán más
lentamente, y segunda porque al aumentar la temperatura disminuye
la concentración de hierro en sangre, y este elemento es necesario
para el crecimiento bacteriano.
14.- Principales componentes del sistema inmune.
Solución: En los vertebrados, especialmente en aves y mamíferos, el
sistema inmune o inmunitario está perfectamente desarrollado,
constituye uno de los sistemas más complejos que presentan los
animales. El sistema inmune está formado principalmente por dos
componentes: células y moléculas solubles. Células. Estas son las
responsables de la respuesta celular. Las células que forman el
sistema inmune son principalmente los leucocitos o glóbulos blancos:
Estos son de varios tipos y realizan distintas funciones. De todos ellos
los más importantes son los linfocitos. Estos se producen en la
médula ósea y según donde maduren se diferencian dos tipos: los
linfocitos T que maduran y se diferencian en el timo, y los linfocitos B,
que maduran y se diferencian en la propia médula. Moléculas
solubles. Son las responsables de la respuesta humoral. Estas
moléculas son principalmente proteínas globulares que se
denominan inmunoglobulinas o anticuerpos. Además pueden existir
otras moléculas tales como: linfocinas, complemento, interferón, etc.
Estos componentes (linfocitos y anticuerpos) llegan a la mayor parte
de los tejidos transportados por la sangre, que abandonan a través
de los capilares. Posteriormente retornan de nuevo a la sangre a
través del sistema linfático que desemboca en el sistema sanguíneo.
15.- ¿Qué tipo de células se originan a partir de los linfocitos B cuando
se activan?
Solución: La activación de los linfocitos B ocurre cuando sus
anticuerpos de membrana contactan con el antígeno, en este
proceso también intervienen los linfocitos T colaboradores. Al
activarse los linfocitos B se dividen sucesivamente y dan lugar a dos
grupos de células: las células plasmáticas y los linfocitos B con
memoria. Las células plasmáticas son células grandes en las que se ha
desarrollado mucho el retículo endoplasmático rugoso, ya que se han
especializado en sintetizar y liberar al exterior una enorme cantidad
de anticuerpos (inmunoglobulinas) específicos contra el antígeno
que se unió al linfocito B. Estas células tienen una vida corta de tan
solo unos pocos días. Las células con memoria constituyen el
segundo grupo de células que se forman cuando se activan los
linfocitos B. También producen anticuerpos. Estas células son muy
longevas, continúan en circulación durante mucho tiempo, a veces
durante toda la vida. Lo más característico de estas células es que
guardan un recuerdo molecular del antígeno, y si se produce un
segundo contacto con dicho antígeno responden inmediatamente.
16.- Explica cómo se activan los linfocitos B.
Solución: La activación de los linfocitos B no solo depende de su
exposición a los antígenos complementarios a los anticuerpos que
llevan en su superficie, sino también de su interacción con los
linfocitos T auxiliares. Los linfocitos B, al igual que los macrófagos,
pueden procesar los antígenos y presentarlos en su superficie. Una
vez que los anticuerpos que hay en la membrana de un linfocito B
inactivo se han unido con el antígeno, algunos de estos antígenos son
transferidos a las moléculas CMH de Clase II que hay en la superficie
de dichas células B y los exponen. Cuando un linfocito T auxiliar
activo se encuentra con una célula B que lleva expuesta en su
superficie este antígeno, se une a él mediante receptores específicos.
Esta unión provoca que los linfocitos T auxiliares liberen unas
proteínas llamadas interleucinas. Estas proteínas actúan estimulando
la activación, proliferación y diferenciación de las linfocitos B y
también de las células T citotóxicas. Al activarse los linfocitos B se
dividen sucesivamente y dan lugar a dos grupos de células: las células
plasmáticas y los linfocitos B con memoria. Las células plasmáticas
son células de vida corta que sintetizan y liberan al exterior gran
cantidad de anticuerpos, para lo que han desarrollado mucho el
retículo endoplasmático rugoso. Las células con memoria son células
que viven mucho tiempo, a veces toda la vida del organismo al que
pertenecen, y guardan un recuerdo molecular del antígeno. a) La
lactancia materna es aconsejable durante los primeros meses de vida
porque, mediante ella, la madre proporciona inmunidad al bebé hasta
que se ponga en funcionamiento su sistema inmunológico. La
inmunidad que presentará el bebé será inmunidad natural adquirida
de forma pasiva. Esta inmunidad es natural porque se adquiere sin ser
provocada, el lactante recibe a través de la leche materna los
anticuerpos, y es pasiva porque los anticuerpos son producidos por
otro organismo diferente a aquel al que proporcionan inmunidad, su
acción es poco duradera porque el individuo inmunizado (bebé) no
genera nuevos anticuerpos b) Otro ejemplo de inmunidad natural
adquirida de forma pasiva es el que se puede producir por el paso de
anticuerpos de la madre al hijo a través de la placenta. Existen varios
ejemplos de este tipo de inmunidad; podemos citar el caso de la
varicela, que no es padecida por los niños hasta los tres o cuatro años
de edad, debido a que nacen con una resistencia natural a la infección
que les transmite la madre por vía placentaria.
17.- ¿Es cierto que el uso prolongado de antibióticos puede producir
infecciones vaginales?
Solución: La afirmación sí es cierta y se debe a que el uso prolongado
de los antibióticos puede destruir la flora bacteriana autóctona que
se desarrolla en una determinada parte del organismo, en este caso
la vagina, la cual inhibe el desarrollo de gérmenes patógenos, bien
por liberación de sustancias bactericidas o bien por competencia con
ellos por los nutrientes. En este caso las bacterias comensales de la
mucosa vaginal metabolizan el glucógeno que segregan las células
epiteliales y como consecuencia producen ácido láctico que crea un
pH ácido que evita la proliferación de los gérmenes patógenos. Si se
utilizan de forma prolongada antibióticos se puede alterar esta flora
bacteriana vaginal y como consecuencia se pueden producir
infecciones causadas principalmente por bacterias (Clostridium) u
hongos (Candida).
18.- ¿Cuáles son los principales órganos en los que se concentra el
sistema inmune?
Solución: Los órganos en los que se localiza el sistema inmune son
aquellos en los que se producen maduran y diferencian los linfocitos,
puesto que estas células constituyen el principal componente del
sistema inmune. A estos órganos se les denomina órganos linfáticos y
pueden ser de dos tipos: primarios y secundarios. Órganos linfáticos
primarios. Son aquellos en los que maduran los linfocitos. En los
mamíferos son la médula ósea y el timo. En las aves aparece también
la bolsa de Fabricio. La médula ósea se localiza en el interior del tejido
óseo esponjoso, ocupando las cavidades que deja la sustancia ósea
intercelular. Este tejido óseo, y por lo tanto la médula ósea, se
encuentra en el interior de huesos planos, en los huesos cortos y en
las epífisis de los huesos largos. En la médula ósea es donde maduran
los linfocitos B. El timo es una glándula situada detrás del esternón,
que en el adulto está algo atrofiada. En ella maduran los linfocitos T,
por eso se denomina así. Bolsa de Fabricio es una estructura exclusiva
de las aves, está relacionada con la cloaca. En ella maduran los
linfocitos B. Órganos linfáticos secundarios. Son aquellos en los que
los linfocitos interaccionan con los antígenos produciéndose la
respuesta inmune. Estos órganos son: los ganglios linfáticos, el bazo,
el apéndice, las placas de Peyer, las amígdalas, etc. De todos ellos los
más importantes son los dos primeros. Los ganglios linfáticos son
órganos que se localizan en el trayecto de los vasos linfáticos, y en
ellos confluyen varios vasos linfáticos. Abunda especialmente en
axilas, ingles, cuello, etc. Filtran la linfa gracias a la acción de los
macrófagos que hay en su interior, y en ellos los linfocitos B y T
procedentes de los órganos linfáticos primarios se ponen en contacto
con el antígeno, produciéndose la respuesta inmunitaria. El bazo se
localiza en la parte superior izquierda del abdomen; en él se filtra la
sangre eliminándose células sanguíneas y otras sustancias, e
igualmente se ponen en contacto los linfocitos B y T con los
antígenos.
19.- ¿A qué se denomina reacción antígeno-anticuerpo? Enumera las
más importantes.
Solución: Los anticuerpos que producen los linfocitos B como
respuesta ante la presencia de un antígeno, reaccionan
específicamente con dichos antígenos dando lugar a las denominadas
reacciones antígeno-anticuerpo. Mediante estas reacciones, los
anticuerpos se unen con los antígenos por medio de enlaces débiles
(fuerzas de Van der Waals, enlaces de hidrógeno, fuerzas
electrostáticas, hidrofóbicas, etc.) que se establecen entre el
determinante antigénico y el paratopo (extremo terminal de las
porciones variables de las cadenas H y L) del anticuerpo formándose
el complejo antígeno- anticuerpo. Estas reacciones tienen por
finalidad neutralizar y destruir a los antígenos. Las principales
reacciones antígeno-anticuerpo son: Reacción de neutralización. En
este caso los anticuerpos se unen con los antígenos (toxinas
bacterianas, virus, etc.) y los neutralizan, impidiendo que se unan con
las membranas celulares. Reacción de precipitación. En este caso los
anticuerpos se unen con los antígenos, que son moléculas libres y
solubles y forman grandes complejos tridimensionales, que son
insolubles y precipitan, anulándose su actividad. Reacción de
aglutinación. En este caso los anticuerpos, que se denominan
aglutininas, se unen a antígenos denominados aglutinógenos, que se
encuentran en la superficie de células, bacterias, virus, etc. Como
consecuencia, las células, bacterias o virus se aglomeran unas con
otras y eso facilita su destrucción mediante los macrófagos. Reacción
de opsonización. Es el proceso en el que la unión de los anticuerpos
con los antígenos facilita la eliminación de estos por fagocitosis.
20.- ¿Qué son los macrófagos? ¿Qué papel desempeñan en la
respuesta inmune?
Solución: Los macrófagos son células grandes que tienen una gran
capacidad fagocítica inespecífica. Están presentes en todos los
tejidos en los que reciben distintos nombres: histiocitos (tejido
conjuntivo), células de Kupffer (hígado), células de microglía (tejido
nervioso), células de Langerhans (piel), etc. El conjunto de todos los
macrófagos constituye lo que se denomina sistema retículo
endotelial. Son monocitos, es decir, un tipo de leucocitos que
emigran del torrente sanguíneo, atraviesan las paredes de los
capilares y pasan a los diferentes tejidos y órganos; allí aumentan su
tamaño y la capacidad fagocítica y se convierten en macrófagos. Los
macrófagos intervienen en distintas fases de la respuesta inmune:
Intervienen en el reconocimiento del antígeno, ya que poseen
receptores en la membrana que les permite unirse a ellos e ingerirlos
por fagocitosis. En su interior los fragmentan en péptidos antígenicos
(procesado del antígeno), y posteriormente los sitúan en su
membrana (presentación del antígeno). Activación de los linfocitos T.
Los macrófagos, además de presentar el antígeno en su superficie,
segregan una sustancia, la interleuquina 1. Estos dos estímulos
provocan la activación de los linfocitos T auxiliares, iniciándose la
respuesta inmune. Eliminación del antígeno. Los macrófagos,
además, fagocitan células muertas, material intercelular y partículas
inertes.
21.- ¿Qué función desempeñan las células presentadoras del antígeno?
Solución: Las células presentadoras del antígeno son una serie de
células entre las que se encuentran: los macrófagos, las células
dendríticas, que abundan mucho en ganglios linfáticos y bazo, y las
células de Langerhans, que se localizan en la epidermis. Estas células
lo que hacen es presentar moléculas del antígeno unidas a moléculas
propias de su membrana a los linfocitos T, y de esa forma los activan.
El proceso ocurre de la siguiente forma. Estas células captan
mediante endocitosis las moléculas del antígeno; una vez en el
citoplasma, las enzimas hidrolíticas de los lisosomas fragmentan las
proteínas del antígeno y las transforman en péptidos más sencillos;
éstos se unen a las proteínas del complejo principal de
histocompatibilidad (CMH), que los llevan a la membrana de estas
células, y allí quedan expuestos extracelularmente en forma de
complejos CMH-péptido.
22.- ¿Qué se entiende por inmunidad? ¿De cuántos tipos puede ser?
Solución: Se entiende por inmunidad el estado de resistencia que
presentan un organismos frente a la infección causada por la invasión
de macromoléculas extrañas y gérmenes patógenos. En términos
más actuales se dice que un organismo es inmune ante un
determinado antígeno cuando es capaz de anularlo o desactivarlo sin
presentar reacción patológica. La inmunidad puede ser de dos tipos:
1) Innata: Es la resistencia que poseen algunos organismos a padecer
ciertas enfermedades, debido a su propia naturaleza. Esta inmunidad
es congénita y, por consiguiente, se nace con ella. Esta inmunidad no
es específica. La inmunidad innata puede ser de varios tipos: De
especie: Cuando la presentan todos los individuos de una especie. De
raza: Cuando la presentan solo determinados grupos de una especie.
De individuo: Si la presenta solamente un individuo. 2) Adquirida:
Cuando la resistencia no nace con el individuo sino que se adquiere
en algún momento de la vida del individuo, como consecuencia de la
formación de anticuerpos. Esta inmunidad es específica para el
antígeno causante de ella. Su duración es variable: puede ser muy
prolongada como en la rubéola, o muy corta como en la gripe. Esta
inmunidad puede ser de dos tipos: natural, cuando la inmunidad se
adquiere sin ser provocada de forma natural, y artificial, cuando se
adquiere provocándola mediante técnicas artificiales.
23.- Principales diferencias entre las respuesta inmune primaria y la
secundaria.
Solución: 1) La respuesta inmune primaria es la que se produce en el
organismo después del primer contacto con el antígeno. La respuesta
secundaria, por el contrario, es la que se desencadena después de
que el organismo entra de nuevo en contacto con un antígeno que ya
desencadenó en él una respuesta primaria. 2) En la respuesta
primaria, tras un período de latencia de 1 ó 2 semanas se empiezan a
formar anticuerpos que aparecen en la sangre y cuya concentración
aumenta de forma exponencial hasta alcanzar un máximo a partir del
cual comienza a decrecer hasta su desaparición del plasma. En la
respuesta secundaria el período de latencia es mucho más corto, es
decir, la respuesta es más rápida y por lo tanto el tiempo que el
organismo tarda en comenzar a producir los anticuerpos es mucho
menor. Además, en la respuesta secundaria la cantidad de
anticuerpos que se producen es mucho mayor que en la respuesta
primaria y su duración en el plasma sanguíneo también es bastante
mayor, pudiendo persistir durante varios años. Por lo tanto podemos
decir que la respuesta inmune secundaria es más rápida, más intensa
y más duradera que la respuesta primaria. La respuesta inmune
secundaria, se produce gracias a la existencia de células con
memoria, estas células son estirpes de linfocitos B y T que, después
de la activación debida al primer contacto con el antígeno, se
transforman en células de larga duración que guardan el recuerdo
molecular del antígeno. Esto permite una rápida e intensa respuesta
en el caso de que se produzca un nuevo contacto con dicho antígeno.
3) En la respuesta inmune primaria los anticuerpos que se producen
son las inmunoglobulinas M (IgM), mientras que en la respuesta
secundaria los anticuerpos que se sintetizan son las
inmunoglobulinas G (IgG) y A (IgA).
24.- ¿Qué son los anticuerpos y cuál es su estructura?
Solución: Los anticuerpos o inmunoglobulinas (Ig) son
macromoléculas proteicas que produce el organismo cuando detecta
la presencia de un antígeno. Son sintetizados por los linfocitos B
después de que han entrado en contacto con los antígenos. Una vez
producidos pueden quedar adheridos a la membrana plasmática de
estos linfocitos B, actuando como receptores de antígenos, o son
segregados fuera de la célula como anticuerpos circulantes. Los
anticuerpos reaccionan específicamente con los antígenos que
provocan su aparición para neutralizarlos y destruirlos. Fueron
descubiertos en 1890 por Von Behring y S. Kitasato. Están presentes
en la sangre, diferentes secreciones (saliva, leche), líquidos tisulares y
en la membrana de algunas células como los linfocitos B. Los
mamíferos pueden fabricar millones de anticuerpos diferentes
debido a que se forman reuniendo segmentos génicos muy
separados, que se unen aleatoriamente para expresarse cuando ha
terminado la reordenación. Los anticuerpos (Ig), también
denominados inmunoglobulinas o gammaglobulinas, son
glucoproteínas que tienen un peso molecular elevado y tiene forma
de Y. En ellas se diferencian dos partes: la parte proteica y la parte
glucídica. Parte proteica: Está constituida por 4 cadenas
polipeptídicas: dos largas idénticas, llamadas cadenas pesadas o
cadenas H, y dos más cortas también idénticas, llamadas cadenas
ligeras o cadenas L. En todas las cadenas, tanto en las H (pesadas)
como en las L (ligeras), se diferencian dos regiones: una región
constante, cuya secuencia de aminoácidos es característica de cada
clase de anticuerpo; y una región variable, cuya secuencia de
aminoácidos es característica de cada anticuerpo. Las cadenas se
unen entre sí mediante enlaces por puentes disulfuro. Las dos
cadenas H se unen entre sí mediante 2 puentes disulfuro, y cada una
de las cadenas cortas se unen con una cadena larga mediante un
puente disulfuro, adoptanto en conjunto la forma de una Y. Parte
glucídica: Son dos moléculas de glúcidos que se unen, cada una de
ellas, mediante enlaces covalentes a una de las cadenas H. Su función
no está clara. En los anticuerpos se pueden diferenciar tres
fragmentos moleculares: Dos fragmentos cortos e iguales, que
constituyen los brazos de la Y. Están formados cada uno de ellos por
una de las cadenas L y la porción N-terminal de una de las cadenas H.
A estos fragmentos se les denomina subunidades Fab. Los extremos
de estas subunidades están formados por las regiones variables de
las cadenas peptídicas, y por aquí es por donde se unen al antígeno;
por consiguiente cada anticuerpo tendrá dos puntos de unión con el
antígeno. Un fragmento largo, que constituye el pie de la Y.
Este fragmento está formado por los extremos C-terminales de las
cadenas H. A este fragmento se le denomina subunidad Fc. Este
fragmento es constante en cada clase de anticuerpo.
25.- Principales células que intervienen en la respuesta inmune y
papel que desempeñan.
Solución: Las principales células que intervienen en la respuesta
inmune son: los macrófagos, los linfocitos T y los linfocitos B. Los
macrófagos son células grandes que tienen una gran capacidad
fagocitaria, son monocitos que han emigrado del torrente sanguíneo
a los tejidos. Una de las funciones es la de actuar como células
presentadoras del antígeno. Reconocen el antígeno, ya que poseen
receptores en la membrana que les permite unirse a ellos e ingerirlos
por fagocitosis, en su interior los fragmentan (procesado del
antígeno) y posteriormente los sitúan en su membrana (presentación
del antígeno). Los macrófagos además segregan una sustancia, la
interleuquina 1, que contribuye a la activación de los linfocitos T
auxiliares. Los linfocitos T no producen anticuerpos; son los
responsables de la inmunidad celular específica, destruyen parásitos,
agentes patógenos intracelulares, células extrañas, células
infectadas, etc., y colaboran en la respuesta humoral. Se diferencian
tres tipos de linfocitos T: Linfocitos T colaboradores o auxiliares.
Reconocen los antígenos que presentan los macrófagos y otras
células presentadoras del antígeno. Esto hace que produzcan y
liberen una gran cantidad de linfocinas que producen tres efectos: *
Activan la proliferación y diferenciación de los linfocitos T citotóxicos.
* Activan a los macrófagos aumentando su poder fagocítico. *
Activan a los linfocitos B para que liberen anticuerpos. Linfocitos T
citotóxico. Atacan y destruyen a las células extrañas y a las células
propias que hayan sido infectadas por virus u otros microorganismos;
también se fijan a células cancerosas y las destruyen, etc. Linfocitos T
supresores. Detienen la acción de los linfocitos T colaboradores
cuando el antígeno ha sido destruido. Los linfocitos B son los
responsables de la inmunidad humoral, puesto que ante la presencia
de un antígeno producen anticuerpos.
26.- ¿Qué es el complejo principal de histocompatibilidad?
Solución: Al complejo principal de histocompatibilidad también se le
denomina complejo mayor de histocompatibilidad y, de forma
abreviada, CMH. Esta formado por una serie glucoproteínas
transmembrana que están presentes en casi todas las células
eucariotas. Estas proteínas son específicas de cada individuo y no hay
dos individuos, excepto los gemelos idénticos, que tengan el mismo
complejo mayor de histocompatibilidad. Por consiguiente estas
moléculas permiten reconocer a las células del propio cuerpo. Las
moléculas CMH tienen como función unirse a los péptidos resultantes
de la digestión parcial del antígeno, que tiene lugar en las células
presentadoras. Una vez unidas a ellos emigran a la superficie de la
membrana y presentan estos péptidos a los linfocitos T. La parte
proteica de las moléculas que forman este complejo está codificada
por un conjunto de genes, denominado complejo mayor de
histocompatibilidad. Este complejo consta al menos de 20 genes, que
son muy polimorfos, es decir, cada uno de ellos presentan numerosos
alelos, por ello el número de combinaciones diferentes posibles es
enorme. Se han identificado dos tipos de moléculas CMH, llamadas
Clase I y Clase II. El rasgo más característico de su estructura
molecular es la presencia de un surco en la superficie exterior. En las
de la Clase I es algo más pequeño que en las de la Clase II. Las
moléculas Clase I se encuentran en todas las células nucleadas del
organismo y son necesarias para el reconocimiento de dichas células
por parte de los linfocitos T. Las moléculas Clase II solo están
presentes en las células del sistema inmunitario y las identifica como
tales.
27.- ¿Qué es la opsonización?
Solución: La opsonización es el proceso mediante el cual se fijan a la
superficie de los microorganismos y de las partículas antigénicas unas
moléculas denominadas opsoninas, con lo cual estos quedan
marcados u opsonizados. Las opsoninas más importantes son los
anticuerpos y algunos componentes del complemento. La
opsonización estimula y favorece la acción de los macrófagos
favoreciendo la fagocitosis de microorganismos y partículas
antigénicas. Así pueden ser atacadas bacterias patógenas cuya pared
resiste a la acción fagocitaria. El proceso consiste básicamente en que
los anticuerpos se unen, por las regiones variables de los mismos, a
los determinantes antigénicos que se localizan en la superficie de los
microorganismos, de modo que estos quedan opsonizados, es decir,
recubiertos de anticuerpos (opsoninas). Las regiones constantes de
los anticuerpos se unen a receptores de la membrana que poseen los
fagocitos (macrófagos y neutrófilos). Esta unión entre los receptores
y los anticuerpos facilita la fagocitosis; además estimula la secreción
de sustancias por parte de los fagocitos, que contribuyen a destruir al
microorganismo opsonizado.
28.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué
diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico?
Solución: a) Se denomina epítopo o determinante antigénico a la
región del antígeno por donde este se une al anticuerpo, y que se
corresponde con un pequeño fragmento de la molécula antigénica
situado en la superficie de esta. Los antígenos pueden presentar en
su superficie uno o varios epítopos. Según el número de ellos se
denominan: mono, di, tri o polivalentes. Si tienen más de uno, pueden
unirse a más de un anticuerpo. Se denomina paratopo a la región del
anticuerpo por donde se une al antígeno. Cada anticuerpo tiene dos
regiones de este tipo. El epítopo y el paratopo son, por lo tanto,
regiones del antígeno y del anticuerpo entre las que hay una
configuración espacial complementaria, similar al de una llave y su
cerradura, entre estas regiones el antígeno y el anticuerpo se unen
mediante enlaces débiles que pueden ser: enlaces de hidrógeno,
fuerzas electrostáticas, hidrofóbicas, etc. b) Los antígenos son
macromoléculas completas de distintos tipos (proteínas,
glucoproteínas, heterolípidos, polisácaridos, etc.) que son extrañas al
organismo. Pueden estar libres o formando parte de estructuras
biológicas (membranas, paredes, cápsidas, etc). Los determinantes
antigénicos son pequeños fragmentos superficiales de las moléculas
antigénicas, como por ejemplo algunos aminoácidos en el caso de
una proteína. En estas zonas es donde reside la capacidad antigénica
del antígeno. En cada antígeno puede haber varios determinantes
antigénicos.
29.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno?
Solución: El procesado del antígeno es el proceso que sufre el
antígeno en el interior de sus células presentadoras, y cuya finalidad
es preparar a dicho antígeno para presentarlo unido a proteínas
propias en la membrana de dichas células, a los linfocitos T y
activarlos. El proceso ocurre de la siguiente manera: la célula
presentadora del antígeno (macrófago) capta mediante endocitosis
al antígeno en su citoplasma; por acción de las enzimas hidrolíticas de
los lisosomas, se digieren parcialmente las proteínas antigénicas y se
transforman en péptidos más sencillos. Estos péptidos se unen a las
proteínas específicas de cada individuo que forman el complejo
principal de histocompatibilidad, dando lugar al complejo antigénico
CMH-péptido. Este emigrará y quedará expuesto en la membrana
para ser reconocido por los receptores antigénicos de los linfocitos T.
30.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una
infección crónica?
Solución: Las diferencias entre las infecciones crónicas y agudas son
las siguientes: Infección aguda. El microorganismo se multiplica
rápidamente en el interior del huésped. Produce un daño inmediato
que puede causar la muerte. El sistema inmunológico localiza,
controla y elimina el patógeno. El organismo queda inmunizado
frente a nuevas infecciones del mismo patógeno. Infección crónica. El
patógeno se multiplica de forma controlada, estableciéndose un
equilibrio entre el huésped y el parásito. El sistema inmune no localiza
al microorganismo, por lo que no se produce respuesta inmune ni su
eliminación.
31.- ¿Qué es la vacunación? ¿Qué tipos de vacunas se utilizan en la
actualidad?
Solución: La vacunación es un tipo de inmunidad artificial activa que
consiste en introducir preparados antigénicos (gérmenes atenuados,
muertos o sus toxinas) para que provoquen una respuesta inmune
primaria en el organismo, con la liberación de anticuerpos, pero sin
sufrir la enfermedad. Para producir su efecto requieren varios días, y
provocan una inmunidad permanente. Al administrar la vacuna se
induce una respuesta inmune primaria. En ella, la producción de
anticuerpos es lenta y en baja cantidad, con un periodo de
decrecimiento rápido. Sin embargo, después del primer contacto con
el antígeno atenuado en el organismo quedan linfocitos B y T como
células memoria que recuerdan el antígeno. La existencia de la
memoria inmunológica, tiene como consecuencia que, cuando el
organismo entre en contacto con el antígeno, se provoque una
respuesta inmune secundaria. En este caso la producción de
anticuerpos es rápida y en grandes cantidades, teniendo además un
periodo de decrecimiento lento. El individuo está inmunizado. En la
actualidad se utilizan cuatro tipos de vacunas, que se ingieren o se
inyectan en pequeñas dosis: 1. Formas no peligrosas o atenuadas del
microorganismo patógeno. La mayor parte de las vacunas contra
enfermedades víricas se obtiene de cepas cultivadas durante mucho
tiempo en laboratorio. Las mutaciones que se producen en las
sucesivas replicaciones del patógeno parecen ser las responsables de
la atenuación. Ejemplos: sarampión, paperas, tuberculosis. 2.
Microorganismos muertos mediante compuestos químicos. La
atenuación se consigue con la utilización de compuestos químicos
como la formalina. Entre ellas, destacan: la vacuna de la gripe tipo A,
la de la rabia o la de la tos ferina. 3. Toxinas bacterianas modificadas
químicamente o toxoides. En este caso se utilizan toxinas inactivadas,
o no tóxicas, de una toxina bacteriana (toxoides). Los toxoides
conservan la capacidad de estimular la producción de anticuerpos
que neutralizan la forma activa de la toxina. Ejemplos: la vacuna
antitetánica y la antidiftérica. 4. Utilización de antígenos purificados.
Se utiliza un fragmento del antígeno que, aislado y purificado, es
capaz de producir una respuesta inmune. Estos fragmentos pueden
ser, por ejemplo, proteínas de la cubierta de un virus. Así se ha
obtenido la vacuna antihepatitis B.
32.- Define el concepto de enfermedad autoinmune y explica las
causas que la originan.
Solución: Las enfermedades autoinmunes son aquellas en las que el
organismo sufre un desorden inmunitario en el que la respuesta
inmune va dirigida contra el propio cuerpo. En estas ocasiones falla el
reconocimiento de lo propio frente a lo extraño, reaccionando los
mecanismos de defensa contra el propio organismo que los alberga.
Debido a factores ambientales o a una predisposición genética, los
linfocitos B o T, o ambos a la vez, reaccionan destruyendo las células
del cuerpo, bien por acción de los anticuerpos, bien directamente por
los linfocitos T. Aunque el origen de estas enfermedades no se
conoce con total seguridad, se ha comprobado que en algunas
ocasiones la enfermedad autoinmune se origina después de una
infección banal. Este hecho ha llevado a sospechar que el parecido
entre los antígenos de superficie de algunas células (autoantígenos) y
los de bacterias y virus sea la causa que desencadena la respuesta
autoinmune.
33.- Un individuo tratado con penicilina muestra síntomas de reacción
alérgica. ¿Qué consecuencias podría tener un segundo contacto con
el antibiótico?
Solución: Suministrar un tratamiento de penicilina a un individuo
previamente sensibilizado al antibiótico puede desencadenar un
fenómeno extremo de alergia denominado choque anafiláctico. El
choque anafiláctico produce una disfunción en una serie de órganos
alejados del lugar de entrada del alérgeno, que al ser transportado
por la sangre alcanza los mastocitos distribuidos por todo el
organismo. El contacto entre el alérgeno y los mastocitos provoca
graves síntomas alérgicos, como son: Contracción de los bronquios y
bronquiolos, que produce asfixia. Además, se produce hinchazón de
la lengua, labios, paladar y faringe, que dificulta la respiración.
Dilatación brusca de los capilares que provoca bajada de tensión
brusca, la cual afecta al cerebro, originando mareos y vómitos, y al
corazón, pudiendo provocar ataque cardíaco. La consecuencia puede
ser la muerte del individuo siempre que no sea tratado con rapidez
con una inyección de adrenalina.
34.- Explica los tipos de inmunoterapias contra el cáncer.
Solución: Se pueden distinguir tres tipos de inmunoterapias contra el
cáncer: Inmunoterapia pasiva. Consiste en la utilización de
anticuerpos específicos contra los antígenos presentes en la
superficie de las células tumorales. De esta forma, quedan marcadas
para que sean eliminadas por las células del sistema inmune o se
destruyan por apoptosis. Los anticuerpos también neutralizan las
moléculas que el tumor necesita para crecer, y degradan el tejido
conectivo que da soporte al tumor y a los capilares que le nutren.
Inmunoterapia ativa. Se basa en la utilización de vacunas
antitumorales, con ellas se pretende conseguir que linfocitos T u
otras células del sistema inmune se activen, identifiquen y destruyan
las células tumorales. Inmunoterapia adoptiva. Consiste en estimular
la respuesta de poblaciones de linfocitos T, exponiéndolos en el
laboratorio a células cancerosas o a los antígenos producidos por
estas. Posteriormente, son reinyectados en los pacientes de los que
se extrajeron.
35.- ¿Cuál es la base inmunológica del rechazo a los trasplantes?
Solución: Los rechazos a los trasplantes se producen cuando el
receptor no reconoce el tejido trasplantado como propio y
desencadena una respuesta inmune contra él. El fenómeno se debe a
los antígenos CMH o sistema de incompatibilidad, presentes en todos
los tejidos. Cuando los antígenos CMH del tejido injertado son
diferentes a los del receptor, el sistema inmune los reconoce como
extraños y desencadena la respuesta inmunológica, tanto humoral
como celular, que destruye el injerto.
36.- Indica a qué tipo de infección corresponden la malaria y el
sarampión. Justifica la respuesta.
Solución: El sarampión es una enfermedad de origen vírico que causa
una infección aguda. En condiciones normales el sistema inmune
controla y elimina el virus, y el organismo queda inmunizado frente a
nuevas infecciones. La malaria o paludismo es una enfermedad
producida por protozoos del género Plasmodium. Es una infección de
tipo crónico en la que el patógeno queda en el organismo escondido
en el interior de los glóbulos rojos, fuera de la acción del sistema
inmune. Provoca accesos de fiebre cada dos o tres días que se van
espaciando en el tiempo. Si el individuo no es tratado
adecuadamente termina por sufrir graves deterioros en sus órganos
(hígado, páncreas, riñones, etc.), que causarán su muerte a largo
plazo.
37.- La vacunación es un método de inmunización artificial que
proporciona inmunidad permanente frente a la enfermedad. Explica
en qué característica de la respuesta inmune se sustenta este hecho.
Solución: La característica de la respuesta inmunológica en la que se
basa la inmunidad proporcionada por las vacunas es la memoria
inmunológica. La vacunación es un tipo de inmunidad artificial activa
que consiste en introducir preparados antigénicos (gérmenes
atenuados, muertos o sus toxinas), para que provoquen una
respuesta inmune primaria en el organismo, con la liberación de
anticuerpos, pero sin sufrir la enfermedad. Para producir su efecto
requieren varios días, y provocan una inmunidad permanente. Al
administrar la vacuna se induce una respuesta inmune primaria. En
ella, la producción de anticuerpos es lenta y en baja cantidad, con un
periodo de decrecimiento rápido. Sin embargo, después del primer
contacto con el antígeno atenuado en el organismo quedan linfocitos
B y T como células memoria que recuerdan el antígeno. La existencia
de la memoria inmunológica tiene como consecuencia que, cuando el
organismo entre en contacto con el antígeno, se provoque una
respuesta inmune secundaria que permite controlar la infección. En
este caso, la producción de anticuerpos es rápida y en grandes
cantidades, teniendo además un periodo de decrecimiento lento. El
individuo queda permanentemente inmunizado.
38.- ¿Qué es una enfermedad autoinmune? Explica los tratamientos
que se utilizan contra estas enfermedades y los inconvenientes que
presentan.
Solución: Las enfermedades autoinmunes son aquellas en las que el
organismo sufre un desorden inmunitario donde la respuesta inmune
va dirigida contra el propio cuerpo. En estas ocasiones falla el
reconocimiento de lo propio frente a lo extraño, reaccionando los
mecanismos de defensa contra el propio organismo que los alberga.
Debido a factores ambientales o a una predisposición genética, los
linfocitos B o T, o ambos a la vez, reaccionan destruyendo las células
del cuerpo, bien por acción de los anticuerpos, bien directamente por
los linfocitos T. Los tratamientos utilizados en las enfermedades
autoinmunes se basan en la utilización de inmunodepresores y
antiinflamatorios. Estos compuestos anulan o reducen la actividad del
sistema inmunológico. El inconveniente de estos tratamientos se
encuentra en que el organismo queda desprotegido frente a
patógenos.
39.- Explica qué es un mediador alérgico y describe el proceso que
desencadena su liberación durante la reacción alérgica.
Solución: Los mediadores alérgicos son compuestos liberados por los
mastocitos que producen muchos de los síntomas de la reacción
alérgica. Entre ellos destacan la histamina y las prostaglandinas. Los
síntomas que desencadena la histamina son: contracción bronquial,
aumento de la permeabilidad de los capilares, dilatación de los vasos
sanguíneos, estimulación de las terminaciones nerviosas,
hipersecreción de moco en las vías respiratorias y conjuntivitis. Las
prostaglandinas, por su parte, provocan contracción bronquial. La
liberación de los mediadores alérgicos se produce tras el segundo y
posteriores contactos de un individuo con el alérgeno. Entonces se
dice que está sensibilizado. En el primer contacto entre el alérgeno y
el sistema inmune de un individuo no se producen síntomas de la
enfermedad. Es un proceso típico de activación de la respuesta
inmune que comienza cuando los macrófagos capturan y presentan
un alérgeno, provocando la activación de los linfocitos T y B. Estos
últimos se transforman en células plasmáticas que sintetizan
anticuerpos específicos contra el alérgeno: las inmunoglobulinas E.
Las inmunoglobulinas E se anclan, posteriormente, en las membranas
de los mastocitos o células cebadas, presentes en los tejidos y los
basófilos que circulan por los vasos sanguíneos. En los contactos
posteriores las moléculas de alérgeno se unen a las IgE ancladas en la
superficie de los mastocitos. Esta unión induce la liberación de
mediadores alérgicos (histamina y prostagladinas), que provocan la
aparición de los síntomas alérgicos.
40.- Sistema inmune y sida: a) Señala los tejidos y las células diana del
virus VIH. b) ¿Tiene alguna consecuencia la alta tasa de mutación del
virus VIH? c) ¿Qué efectos produce en un individuo infectado la
destrucción de los linfocitos colaboradores (T4)?
Solución: a) El virus del sida (VIH) infecta células de diversos tejidos,
entre los que destacan los del linfoide, el nervioso y el epitelial. En el
tejido linfoide se encuentran sus principales células diana, los
linfocitos colaboradores o T4, pero también infecta a linfocitos B,
macrófagos, monocitos, linfocitos NK y células dendríticas. En el
tejido nervioso ataca a las células de microglía, lo que influye de
forma indirecta en la funcionalidad de las neuronas. En el tejido
epitelial infecta, entre otras, células de la mucosa intestinal.b) La alta
tasa de mutación del virus del sida provoca la aparición de nuevas
variantes en las constantes replicaciones que se suceden en la fase de
latencia del virus. Estas nuevas variantes son más eficaces en la
destrucción de los linfocitos T, lo que agrava la patogeneidad del
virus. c) Los linfocitos colaboradores o T4 son células del sistema
inmunitario que actúan activando la respuesta inmune. Cuando
reconocen un antígeno, sintetizan moléculas (linfoquinas), que
estimulan la acción de otras células que participan en la respuesta
inmune: estimulan a los macrófagos y otros fagocitos, activan la
proliferación y fabricación de anticuerpos por parte de los linfocitos B
y estimulan la proliferación de los linfocitos T citotóxicos. Por tanto,
los linfocitos T4 activan toda la respuesta inmune. El virus del sida, al
infectar y destruir los linfocitos T4, desactiva la respuesta inmune,
tanto celular como humoral. La depresión del sistema inmunitario es
aprovechada por microorganismos patógenos para producir
infecciones y causar enfermedades, que, en condiciones normales,
serían controladas con facilidad. Estas enfermedades provocadas por
patógenos oportunistas son las que causan el deterioro del individuo
y pueden producir la muerte. Entre las enfermedades asociadas al
sida se encuentran: la tuberculosis, las neumonías, el sarcoma de
Kaposi, etc.
41.- ¿Qué son los anticuerpos monoclonales? ¿Qué utilidad tienen en
el tratamiento del cáncer?
Solución: Los anticuerpos monoclonales son anticuerpos específicos
sintetizados por células idénticas que derivan de una única célula
madre (clon). Esta célula madre híbrida (hibridoma) se obtiene por la
unión de una célula productora de anticuerpos (linfocito B) con una
célula de un tumor maligno del tejido linfoide, que tiene capacidad de
dividirse rápidamente. El hibridoma conserva la capacidad de división
y fabrica abundante cantidad de anticuerpos. Los anticuerpos
monoclonales se utilizan para identificar un antígeno particular entre
una mezcla de muchos antígenos, con el objetivo de identificar
grupos sanguíneos o lograr vacunas muy específicas y efectivas. Una
de las aplicaciones de los anticuerpos monoclonales es su utilización
en el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. Las células cancerosas
liberan a la sangre proteínas llamadas marcadores tumorales, que,
tras su identificación, permiten fabricar anticuerpos monoclonales
específicos contra ellos. Estos anticuerpos se utilizan de sondas para
detectar la presencia de cánceres, al reconocer específicamente los
antígenos tumorales. Los anticuerpos monoclonales también pueden
utilizarse como balas mágicas que se dirigen directamente al tumor.
Si se une al anticuerpo monoclonal específico una sustancia
anticancerígena (fármacos habituales de la quimioterapia, toxinas
naturales, isótopos radiactivos...), y se inyecta en el organismo del
paciente, estos se dirigirán y unirán a las células cancerosas, ya que
son capaces de reconocer sus antígenos. Una vez unido, el fármaco
penetra en la célula y provoca su destrucción.
42.- Describe cómo actúan de forma concertada los distintos
componentes del sistema immune.
Solución: Los componentes del sistema inmune actúan de forma
concertada y están especializados en la lucha contra los patógenos
en función de sus lugares de acción: Las proteínas del complemento y
los anticuerpos atacan bacterias localizadas en los espacios
extracelulares. Los linfocitos T coadyuvantes atacan a bacterias que
han infectado el interior de las células utilizando endosomas, como es
el caso de la lepra o la tuberculosis. Los linfocitos T asesinos actúan
contra los virus que penetran en el citosol o en el núcleo celular, al
destruir directa o indirectamente (por acción de macrófagos y otros
fagocitos) las células infectadas. Además, estos linfocitos liberan
citoquinas que, al penetrar en las células infectadas, bloquean la
replicación de los virus.
43.- Define el concepto de inmunización y describe sus tipos.
Solución: La inmunización es la inducción de inmunidad artificial
frente a una enfermedad. Se distinguen dos tipos: Inmunización
pasiva. Consiste en conferir protección frente a una enfermedad
inyectando preparados con anticuerpos específicos (sueros) para los
antígenos del patógeno. Los sueros tienen efecto a las pocas horas
de su administración, pero, a diferencia de las vacunas, su protección
no dura más allá de unos pocos meses, mientras los anticuerpos
están presentes en el plasma del individuo. Inmunización activa. La
inmunización activa se basa en la utilización de vacunas, que son
preparados de antígenos atenuados que producen inmunidad
específica al provocar en el individuo una respuesta inmune primaria.
A diferencia de los sueros, requieren varios días para producir
resistencia.
44.- Explica las causas que originan las enfermedades autoinmunes y
describe tres ejemplos de este tipo de enfermedad.
Solución: Las enfermedades autoinmunes se producen por una
reacción de los mecanismos de defensa contra el propio organismo
que los alberga. Debido a factores ambientales o a una predisposición
genética, los linfocitos B o T, o ambos a la vez, reaccionan
destruyendo las células del cuerpo, bien por acción de los
anticuerpos, bien directamente por los linfocitos T. Aunque el origen
de estas enfermedades no se conoce con total seguridad, se ha
comprobado que en algunas ocasiones la enfermedad autoinmune se
origina después de una infección banal. Este hecho ha llevado a
sospechar que el parecido entre los antígenos de superficie de
algunas células (autoantígenos) y los de bacterias y virus sea la causa
que desencadena la respuesta autoinmune. Entre las enfermedades
autoinmunes más conocidas están: Anemia hemolítica, que se origina
por un ataque de los anticuerpos a los glóbulos rojos. Miastenia
gravis, en la que una proteína de las células musculares es atacada
por los anticuerpos, lo que origina la destrucción de las conexiones
neuromusculares. Esclerosis múltiple. En las primeras fases de la
enfermedad, los linfocitos T atacan las vainas de mielina de las fibras
nerviosas en la sustancia blanca del sistema nervioso central (médula
y cerebro). En una fase posterior, los macrófagos actúan mediante
sustancias necrosantes o arrancando fragmentos de mielina. La
enfermedad provoca la invalidez del paciente.
45.- Define el concepto de reacción alérgica. ¿Qué fases se distinguen
en una reacción alérgica?
Solución: Reacción alérgica. Es una reacción exagerada del sistema
inmune que provoca importantes cambios en los tejidos. Se produce
cuando un antígeno se presenta en grandes cantidades o si el estado
de las inmunidades humoral y celular es elevado. El estado de
hipersensibilidad se origina cuando un individuo ha tenido un primer
contacto con un antígeno, entonces la memoria inmune le capacita
para una respuesta más intensa ante un nuevo contacto. Las
reacciones alérgicas son provocadas por los alérgenos, que son
sustancias antigénicas que en determinados individuos
desencadenan el estado de hipersensibilidad, mientras que para
otros son totalmente inofensivos. Entre las sustancias que actúan
como alérgenos están: el polen de las plantas, antibióticos, ácaros del
polvo... En la reacción alérgica se distinguen tres fases: 1.
Sensibilización. Es el primer contacto entre el alérgeno y el sistema
inmune de un individuo, y no se producen síntomas de la
enfermedad. Es un proceso típico de activación de la respuesta
inmune que comienza cuando los macrófagos capturan y presentan
un alérgeno, provocando la activación de los linfocitos T y B. Estos
últimos se transforman en células plasmáticas que sintetizan
anticuerpos específicos contra el alérgeno: las inmunoglobulinas E.
Las inmunoglobulinas E se anclan, posteriormente, en las membranas
de los mastocitos o células cebadas, presentes en los tejidos y los
basófilos que circulan por los vasos sanguíneos. 2. Activación de los
mastocitos. En los sucesivos contactos con el organismo las
moléculas de alérgeno se unen a las IgE ancladas en la superficie de
los mastocitos. Esta unión provoca la liberación de mediadores
alérgicos, como la histamina y las prostagladinas, que son las
responsables de los síntomas alérgicos. 3. Reacción tardía o actividad
inmunitaria prolongada. Las sustancias liberadas por los mastocitos
atraen hacia ese lugar leucocitos (eosinófilos y basófilos) y otras
células inmunitarias (linfocitos T y monocitos). Estas células liberan
sustancias que intensifican los síntomas de la fase B y pueden llegar a
lesionar el tejido atacado.
46.- Inmunidad y cáncer: a) ¿Qué características presentan las células
cancerosas? b) ¿Qué tipos de genes sufren mutaciones en la
transformación de una célula normal en cancerosa? c) ¿De qué
mecanismos disponen las células para controlar estas mutaciones?
Solución: a) En los organismos pluricelulares la proliferación celular
está regulada por factores internos, como el control que ejercen unas
células de un tejido sobre otras (inhibición por contacto). De este
modo, cada tejido mantiene un tamaño y una forma adecuados a las
necesidades del organismo. Las células cancerosas sufren un
conjunto de transformaciones que hacen que se reproduzcan de
forma indiscriminada. Esto es debido a que no reaccionan a los
controles externos que debían regular su proliferación (pérdida de la
inhibición por contacto), y siguen sus propias instrucciones de
división. Además, son capaces de emigrar a otros órganos donde
pueden desarrollar un tumor. b) La mayoría de los cánceres son
producidos por agentes ambientales que provocan mutaciones en el
ADN. Estas mutaciones afectan a dos tipos de genes que tienen como
función controlar el ciclo celular: Protooncogenes: son genes que
producen proteínas que estimulan la división celular (factores de
crecimiento). La mutación los convierte en oncogenes, que producen
gran cantidad de factores de crecimiento o formas muy activas de
esa proteína. Genes supresores de tumores: son inhibidores de la
división celular. Una mutación puede desactivarlos, dejando de
producirse la proteína supresora de la división, lo que desencadena la
división celular. c) Las células tienen mecanismos para controlar las
mutaciones que las convierten en tumorales. Cuando algún sistema
de control se desregula, las células activan la muerte celular
programada, apoptosis, y se autoelimina, sin que el tejido sufra el
más mínimo impacto. Por otra parte, se ha comprobado que el
sistema inmune es capaz de intervenir en la prevención del cáncer, al
destruir en ocasiones tumores comunes.
47.- ¿Cómo se evitan los rechazos tras un trasplante? ¿En qué tipos de
trasplante no se producen rechazos?
Solución: En una operación de trasplante se puede limitar o evitar el
rechazo utilizando fármacos inmunosupresores inespecíficos, que
reducen la respuesta inmune. Estos fármacos suelen ser antimitóticos
que actúan sobre las poblaciones de linfocitos. El inconveniente que
presentan estos tratamientos es que hacen a los pacientes
susceptibles a las infecciones oportunistas y, en ocasiones, a la
aparición de algunos tipos de cánceres. Los trasplantes en los que no
se produce rechazo son aquellos en los que los antígenos de
histocompatibilidad del donante y del receptor son iguales. Así, se
esperará que no se produzca rechazo en los autotrasplantes, en los
que se reimplanta el tejido en el mismo sujeto, y en los isotrasplantes,
que se realizan entre individuos genéticamente idénticos.
48.- Explica los tipos de infecciones y describe sus características.
Solución: Se distinguen dos tipos de infecciones: Infecciones agudas.
Son aquellas en las que el microorganismo infectante se multiplica
rápidamente en el interior del organismo, produciendo un daño que
puede, incluso, causar la muerte del individuo. En condiciones
normales el sistema inmune controla y elimina la infección; además,
el organismo queda inmunizado frente a nuevas infecciones del
patógeno. Ejemplos de infecciones agudas son el sarampión o la
gripe. Infecciones crónicas. El patógeno se reproduce
controladamente, estableciéndose un equilibrio entre el huésped y el
parásito. El patógeno queda localizado en lugares donde no es
detectado por el sistema inmune, por lo que no se produce ni
respuesta inmune ni la eliminación del patógeno. Puede causar la
muerte a largo plazo. Es el caso de enfermedades como la malaria o
la hepatitis B.
49.- Muchas personas vacunadas contra el virus de la gripe vuelven a
sufrir la enfermedad. ¿Podrías explicarlo?
Solución: La vacunación se basa en dos características del sistema
inmunológico: la especificidad antígeno-anticuerpo y la memoria
inmunológica. En la vacunación, mediante la utilización de antígenos
atenuados se pretende producir una respuesta inmune primaria a
través del reconocimiento específico del antígeno. La respuesta
inmune primaria produce pocos anticuerpos y de forma lenta, pero
genera memoria inmunológica contra el antígeno. En posteriores
contactos con este se producirá una respuesta inmune secundaria,
más masiva y rápida que la primaria y, por tanto, no se sufrirá la
enfermedad. El hecho de que personas vacunadas contra la gripe
vuelvan a sufrir la enfermedad se debe a la alta tasa de mutación de
este virus. Los determinantes antigénicos del virus de la gripe mutan
con gran facilidad, sin que el cambio afecte a la viabilidad del virus.
Estos nuevos antígenos no pueden ser reconocidos por el sistema
inmunológico, y el individuo sufre la enfermedad.
50.- ¿Cuál es la base molecular de las enfermedades autoinmunes?
Solución: La base molecular de las enfermedades autoinmunes se
encuentra en el parecido entre los autoantígenos celulares y los
antígenos extraños de algunos microorganismos. Durante la fase de
presentación del antígeno a los linfocitos T, este sólo puede
reconocerlo cuando se presenta unido a una molécula proteica del
sistema de histocompatibilidad (HLA). En situaciones normales, el
HLA presenta un fragmento de un péptido del patógeno que es
reconocido y atacado por el sistema inmune mediante una respuesta
inmunológica. En algunos casos, el antígeno que se presenta junto
con la molécula HLA pueden ser semejante a un autoantígeno
producido por el propio organismo. El reconocimiento de estas
moléculas miméticas desencadena el ataque de los linfocitos T contra
los tejidos del propio cuerpo que presentan esos autoantígenos,
desencadenando una respuesta autoinmune.
51.- Describe las vías de entrada de los alérgenos en el organismo y las
manifestaciones alérgicas que se producen en cada caso.
Solución: Los alérgenos pueden penetrar en el organismo por
distintas vías: Vía respiratoria. Las moléculas de alérgeno son
inhaladas y se introducen a través del aparato respiratorio. El caso
más típico es la fiebre del heno (rinitis alérgica), causada por polen,
pelos de animales o deyecciones de ácaros del polvo. La
sintomatología es la típica de una enfermedad alérgica, con
estornudos, lagrimeo, respiración silbante y entrecortada, y picor. Las
manifestaciones alérgicas desaparecen, en un primer momento, para
volver a manifestarse más intensamente pocas horas después. Esto
es debido a la invasión del epitelio respiratorio por células de la fase
tardía. Pueden llegar a producir asma y sinusitis. Vía cutánea. El
contacto de un alérgeno con la piel provoca las llamadas alergias
cutáneas. Estas se manifiestan con eritema (enrojecimiento) e
hinchazón (pápulas y habones). Vía digestiva. Las alérgias
alimentarias son originadas por proteínas presentes en alimentos
como la leche, huevos o mariscos. En sus formas más leves se
manifiestan con erupciones cutáneas. En casos más severos, el
alérgeno, al contactar con las inmunoglobulinas E del intestino,
provoca diarreas y vómitos. Posteriormente, al penetrar y difundir
hacia otras zonas del organismo, como los pulmones o la piel, pueden
producir reacciones adicionales como asma y urticaria. En los casos
más graves provocan el choque anafiláctico.
52.- ¿Qué son las inmunodeficiencias? Explica sus tipos, indicando
algún ejemplo.
Solución: Las inmunodeficiencias son enfermedades graves, a
menudo mortales, causadas por defectos en algún componente del
sistema inmune. Se dividen en dos grupos: a) Inmunodeficiencias
congénitas o primarias. Son anomalías congénitas en los linfocitos B
o T, o en ambos, que causan una mayor predisposición a la infección.
Se manifiestan por infecciones recurrentes originadas por bacterias
encapsuladas, como neumococos, estafilococos o meningococos,
que producen desde otitis o sinusitis, hasta meningitis o infecciones
generalizadas. Ejemplo: la agammaglobulinemia es una enfermedad
genética ligada al cromosoma X que provoca deficiencias en los
linfocitos B. Su consecuencia es la ausencia de anticuerpos en la
sangre, lo que provoca infecciones crónicas del aparato respiratorio.
b) Inmunodeficiencias adquiridas o secundarias. Se desarrollan por la
acción de factores externos al individuo como: infecciones en las
células del sistema inmunitario, utilización de fármacos
inmunosupresores o malnutrición. Ejemplo: el síndrome de
inmunodeficiencia adquirida (sida), que está causado por la infección
del virus VIH. Este virus infecta principalmente a los linfocitos T
auxiliares y a los macrófagos. La consecuencia de la infección es la
disminución del número de células inmunitarias, lo que deja al
individuo desprotegido frente a enfermedades producidas por
microorganismos oportunistas, que, en condiciones normales,
raramente producen infección. Entre estas enfermedades destacan:
tuberculosis, neumonía, enfermedades víricas causadas por
herpesvirus, toxoplasmosis y algunos cánceres como el sarcoma de
Kaposi.
53.- Define el concepto de trasplante y explica sus tipos.
Solución: Se define como trasplante o injerto el desprendimiento
parcial o extirpación de un tejido u órganos de un individuo (el
donante) y su implantación en el cuerpo del mismo o diferente
organismo (el receptor). Se distinguen cuatro tipos de trasplantes: a)
Autotrasplante. Es el caso en el que es tejido se reimplanta en el
mismo individuo. b) Isotrasplante. Es el trasplante realizado entre
individuos genéticamente idénticos, como es el caso de los gemelos
homocigóticos o animales de laboratorio de una misma cepa. Este
tipo de trasplantes no produce rechazo, debido a que los genomas
del donante y del receptor son idénticos y, por tanto, sus antígenos
son los mismos. c) Alotrasplante. Es el trasplante entre miembros de
una misma especie que presentan una constitución genética
diferente. Los alotrasplantes pueden producir rechazo a causa de la
diferencia entre los antígenos del donante y del receptor. d)
Xenotrasplantes. Son trasplantes que se realzan entre individuos de
diferente especie, como puede ser de cerdo a humano.
54.- Indica el lugar de acción de los distintos componentes del
sistema inmune y señala cuál de ellos actuará en los siguientes casos:
a) Infección producida por un neumococo localizado en el espacio
extracelular. b) Paperas. c) Gripe. d) Tuberculosis
Solución: 1- Los componentes del sistema inmunológico están
especializados en la lucha contra los patógenos en función de sus
lugares de acción: Las proteínas del complemento y los anticuerpos
atacan bacterias en los espacios extracelulares. Los linfocitos T
coadyuvantes actúan sobre bacterias que infectan el interior de las
células. Los linfocitos T asesinos degradan virus que infectan el
citosol o el núcleo celular, al destruir las células infectadas. 2- a)
Proteínas del complemento producidas por los macrófagos y
anticuerpos fabricados por los linfocitos B. b) Linfocitos T asesinos. c)
Linfocitos T asesinos. d) Linfocitos T coadyuvantes.
55.- Indica las diferencias entre la inmunización pasiva y la
inmunización activa.
Solución: En la inmunización pasiva se inyectan anticuerpos
específicos (sueros) contra el patógeno causante de la enfermedad.
Por tanto, el organismo no participa en la elaboración de los
anticuerpos. El efecto de los sueros es inmediato, unas pocas horas, y
su duración es de unos pocos meses, mientras los anticuerpos se
encuentran en el plasma sanguíneo del individuo. En la inmunización
pasiva el individuo no desarrolla una respuesta inmune, por tanto, no
genera memoria inmunológica que confiera inmunidad permanente
frente a la enfermedad. En la inmunización activa se utilizan vacunas,
que son preparados de antígenos atenuados (provocan respuesta
inmune pero no producen la enfermedad) que provocan en el
organismo una respuesta inmune primaria. La repuesta inmune
genera memoria inmunológica frente al antígeno, que produce
inmunidad permanente frente a la enfermedad. Las vacunas
requieren varios días para producir su efecto.
56.- El síndrome del aceite tóxico fue producido por la ingestión de
aceite de colza adulterado que contenía sustancias tóxicas llamadas
anilinas. En algunos casos se ha observado que la intoxicación ha
producido enfermedades autoinmunes. ¿Podrías dar una explicación
a este hecho?
Solución: La base molecular de las enfermedades autoinmunes se
encuentra en el parecido entre los autoantígenos celulares y los
antígenos extraños de algunos microorganismos, de forma que los
anticuerpos producidos contra los antígenos extraños atacan
también a los antígenos de superficie de algunas células del
organismo. En el caso del síndrome del aceite tóxico, el sistema
inmune reconoce los derivados de la anilina como elementos
extraños y genera anticuerpos contra ellos. Se piensa que estas
sustancias son muy parecidas a algunas moléculas del cuerpo
humano y, por tanto, los anticuerpos generados contra ellas
reaccionan también contra las moléculas normales, causando la
enfermedad autoinmune.
57.- Define los conceptos de reacción de hipersensibilidad, alergia y
alérgeno.
Solución: Reacción de hipersensibildad. Es una reacción exagerada
del sistema inmune que provoca importantes cambios en los tejidos.
Se produce cuando un antígeno se presenta en grandes cantidades o
si el estado de las inmunidades humoral y celular es elevado. El
estado de hipersensibilidad se origina cuando un individuo ha tenido
un primer contacto con un antígeno, entonces la memoria inmune le
capacita para una respuesta más intensa ante un nuevo contacto.
Alergia. Es sinónimo de reacción o estado de hipersensibilidad.
Alérgeno. Son las sustancias antigénicas que provocan una reacción
alérgica en determinados individuos, mientras que para otros son
totalmente inofensivos. Entre las sustancias que actúan como
alérgenos están: el polen de las plantas, antibióticos, ácaros del
polvo...
58.- ¿De qué formas destruye el virus VIH las células del sistema
inmune?
Solución: La destrucción de las células del sistema inmune por el VIH
puede producirse por una acción directa debida a la infección y
replicación del virus en el interior celular. Sin embargo, se ha
comprobado que la disminución del número de células inmunitarias
(sobre todo linfocitos) por acción del VIH puede producirse también
de forma indirecta. Entre los mecanismos de destrucción indirecta se
encuentran: Anergia. Consiste en la inhibición de los linfocitos T
debida a la fijación de glucoproteínas víricas sobre los receptores CD4
de linfocitos no infectados. Estos linfocitos quedan inhibidos
funcionalmente y, además, son destruidos por el sistema inmune.
Presencia de superantígenos víricos. Los superantígenos son
péptidos del VIH que son capaces de unirse a todos los tipos de
células T. Esta unión activa indiscriminadamente todos los linfocitos,
no realizándose la selección clonal de los específicos para el antígeno.
Además, las células marcadas por el superantígeno son más
susceptibles a la infección y, en aquellas que estaban infectadas, se
facilita la replicación. Apoptosis. La unión de una glucoproteína del
VIH al receptor CD4 de los linfocitos no infectados puede producir
muerte celular programada o apoptosis. Formación de sincitios. El
VIH promueve la unión en una única masa citoplasmática
plurinucleada (sincitio) de linfocitos T infectados y sin infectar. Los
sincitios no son funcionales y se presentan en la fase de la
enfermedad en la que se manifiestan síntomas clínicos. Las
investigaciones más recientes señalan la destrucción directa como la
causa principal de la muerte de las células inmunitarias y del colapso
del sistema.
59.- Explica la técnica de obtención de anticuerpos monoclonales.
Solución: La técnica básica para la obtención de anticuerpos
monoclonales consiste en utilizar las características de dos tipos de
células: los linfocitos B activados, que son capaces de producir un
tipo de anticuerpo específico contra una determinada sustancia
(antígeno), y las células cancerosas, que tienen la capacidad de
dividirse indefinidamente en condiciones de laboratorio. De la fusión
de estos tipos celulares se obtienen hibridomas (células híbridas) que
conservan las propiedades de las dos. La técnica se puede resumir en
los siguientes pasos: 1. Se inyecta una cierta cantidad de antígeno a
un ratón. A los pocos días, se le extirpa el bazo y sus células B,
algunas de las cuales producirán anticuerpos contra el antígeno
inyectado. 2. Los linfocitos B se funden con células cancerosas
(normalmente de mieloma de ratón). La fusión se consigue utilizando
determinados virus o sustancias químicas, como el polietilenglicol. De
la fusión resultan células híbridas (hibridomas), de los que una
pequeña fracción fabricará el anticuerpo deseado. 3. Cada hibridoma
se cultiva por separado, con la finalidad de obtener grandes clones. 4.
Los clones son tratados con el antígeno de interés para detectar
aquel que sintetiza el anticuerpo deseado. El clon puede ser utilizado
para producir grandes cantidades de anticuerpos, o bien congelado
hasta que se requiera su utilización.
60.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una
infección crónica?
Solución: Las diferencias entre las infecciones crónicas y agudas son
las siguientes: Infección aguda. El microorganismo se multiplica
rápidamente en el interior del huésped. Produce un daño inmediato
que puede causar la muerte. El sistema inmunológico localiza,
controla y elimina el patógeno. El organismo queda inmunizado
frente a nuevas infecciones del mismo patógeno. Infección crónica. El
patógeno se multiplica de forma controlada, estableciéndose un
equilibrio entre el huésped y el parásito. El sistema inmune no localiza
al microorganismo, por lo que no se produce respuesta inmune ni su
eliminación.
La vacunación es un método de inmunización artificial que
proporciona inmunidad permanente frente a la enfermedad. Explica
en qué característica de la respuesta inmune se sustenta este hecho.
La característica de la respuesta inmunológica en la que se basa la
inmunidad proporcionada por las vacunas es la memoria
inmunológica. La vacunación es un tipo de inmunidad artificial activa
que consiste en introducir preparados antigénicos (gérmenes
atenuados, muertos o sus toxinas), para que provoquen una
respuesta inmune primaria en el organismo, con la liberación de
anticuerpos, pero sin sufrir la enfermedad. Para producir su efecto
requieren varios días, y provocan una inmunidad permanente. Al
administrar la vacuna se induce una respuesta inmune primaria. En
ella, la producción de anticuerpos es lenta y en baja cantidad, con un
periodo de decrecimiento rápido. Sin embargo, después del primer
contacto con el antígeno atenuado en el organismo quedan linfocitos
B y T como células memoria que recuerdan el antígeno. La existencia
de la memoria inmunológica tiene como consecuencia que, cuando el
organismo entre en contacto con el antígeno, se provoque una
respuesta inmune secundaria que permite controlar la infección. En
este caso, la producción de anticuerpos es rápida y en grandes
cantidades, teniendo además un periodo de decrecimiento lento. El
individuo queda permanentemente inmunizado.
PREGUNTAS TIPO SELECTIVIDAD. NO RESUELTAS
1.- BLOQUE 1
2.- Naturaleza química y función de los nucleótidos de interés
biológico.
3.- ¿Qué modelos de estructuras se encontrarían en una proteína
globular de una sola cadena, rica en cisteína? Razonar la respuesta.
4.- Propiedades fisicoquímicas del agua que explican su importancia
en los seres vivos.
5.- Mecanismo de la acción enzimática.
6.- Las vitaminas hidrosolubles como coenzimas.
7.- Nucleótidos de interés biológico: Funciones que desempeñan en
los seres vivos.
8.- Características generales de las vitaminas liposolubles. Explicar
brevemente la acción de cada una de ellas.
9.- Papel biológico de las sales minerales.
10.- ¿Qué es un lípido saponificable? Citar los principales grupos de
lípidos saponificables e indicar su papel biológico.
11.- Diferenciar los siguientes tipos enlaces y formular un ejemplo de
cada uno de ellos. a) Ester b) Peptídico c) O- glucosídico
12.- Vitaminas Hidrosolubles. Su papel como coenzimas.
13.- Diferenciar entre epímero y enantiomorfo en azúcares. Citar
ejemplos.
14.- Acidos grasos. Concepto de ácido graso esencial: Citar ejemplos
de interés biológico.
15.- Cromoproteínas: Características, tipos e importancia biológica.
16.- Analogías y diferencias entre almidón, celulosa y glucógeno.
17.- Indicar la composición química, estructural y papel biológico de
dos polisacáridos: a) Estructurales. b) Energéticos.
18.- Vitaminas: a) Citar tres vitaminas que formen parte de coenzimas.
b) Indicar en cada caso de qué coenzima forman parte. c) ¿Cuál es la
función enzimática de cada una de las vitaminas enumeradas en el
apartado a)?
19.- Sabiendo que la maltosa está formada por dos moléculas de -Dglucopiranosa mediante enlaces (->4): a) Construir la molécula de
maltosa. b) ¿Qué nombre recibe el enlace (1->4)? c) ¿Queda en la
maltosa algún -OH hemiacetálico libre? ¿Cuál? d) ¿Posee la maltosa
capacidad reductora? Justificar la respuesta.
20.- Aminoácidos: a) Estructura general de un aminoácido. b)
Propiedades. c) Concepto de aminoácido esencial. Citar tres
ejemplos.
21.- Importancia del agua en los seres vivos. a) Citar cuatro
propiedades. b) Papel biológico de cada una de las propiedades
enumeradas en el apartado a).
22.- Citar las funciones biológicas de las siguientes proteínas: a)
Glucoproteínas. b) Cromoproteínas. c) Histonas. d) Actina y miosina.
23.- En los ácidos nucléicos: a) ¿Cómo se denomina el componente
constituido por la unión de una molécula de Ac. fosfórico y un
nucleósido? ¿Mediante qué tipo de enlace se unen? b) ¿Cuáles son los
componentes del nucleósido y mediante que tipo de enlace se unen?
c) ¿Cuáles son las bases nitrogenadas derivadas de la purina y la
pirimidina? d) ¿Qué bases nitrogenadas entran en la composición del
ARN?
24.- Indicar, razonando la respuesta, la función energética y/o
estructural de los siguientes compuestos. a) alanina b) colágeno c)
glucosa d) lignina e) triglicérido.
25.- Razonar y explicar si son correctas estas proposiciones: a) El
enlace ester es típico de los lípidos. b) Los aceites vegetales
contienen mayor % de ácidos grasos no saturados. c) los esteroides
son ésteres del ciclo pentano-perhidrofenantreno o esterano. d) Los
ácidos grasos esenciales son aquellos que su falta ocasiona la muerte
en el ser vivo.
26.- Explicar el significado de los siguientes símbolos relativos a
monosacáridos: a) D y L b) (+) y (-) y c) Citar ejemplos de cada
apartado.
27.- Conceptos de elemento biogénico y oligoelemento. Citar
ejemplos.
28.- Estructura general y clasificación de los aminoácidos proteicos.
Citar algún ejemplo de cada grupo.
29.- La concentración de cloruro sódico en la sangre es de 0,9 g/00m.
Explicar qué ocurriria si se colocara hematíes humanos en: a) Agua
destilada. b) Una solución salina ( 3 g/100ml) c) Una solución salina (9
g/100ml) d) Una solución salina (9 g/ litro)
30.- Desnaturalización de las proteínas. Contestar, razonando las
respuestas a las dsiguientes cuestiones. a) Concepto. b) ¿Qué
factores desnaturalizan las proteínas? c) ¿Qué tipo de enlaces se
ronpen durante el proceso? d) ¿Puede ser reversible?
BLOQUE 2
32.- Estructura del ADN.
33.- Aparición de formas prebióticas.
34.- Origen de la vida: a) Características de la atmósfera prebiótica. b)
¿La aparición de los seres vivos modificó de alguna forma la
atmósfera prebiótica? Razonar la respuesta.
35.- Responder a las siguientes cuestiones: a) ¿Dónde se encuentra el
ADN bicatenario lineal?, ¿ y el circular? b) ¿Por qué el ARN mensajero
no tiene estructura de doble hélice? c) ¿Cómo se realiza y qué nombre
recibe el enlace entre dos nucleótidos?
36.- Lisosomas: Tipos e importancia biológica de cada uno de ellos.
37.- Estructura y función de los centriolos. Su relación con cilios y
flagelos.
38.- Acidos nucleícos. Diferencias entre ADN y ARN a) De composición
b) Estructurales. c) Funcionales. d) De localización.
39.- Tipos de ARN. Características principales y función de cada uno
de ellos.
40.- Enumerar y describir las etapas que pueden distinguirse en la
asimilación fotosintética del CO2 (ciclo de Calvin).
41.- Razonar el balance energético de la oxidación de una molécula de
acetil-CoA en el ciclo de Krebs.
42.- Enumerar y describir las etapas que pueden distinguirse en la
denominada fase lumínica de la fotosíntesis.
43.- Indicar los procesos bioquímicos o fisiológicos con los que están
relacionados los siguientes orgánulos o estructuras celulares. a)
Cloroplastos. b) Centriolos. c) Ribosomas. d) Pared celular en
vegetales. e) Lisosomas. f) Núcleo.
44.- Explica la localización celular y el mecanismo de la fosforilación
oxidativa y la fotofosforilación.
45.- Glucólisis: Importancia biológica y balance energético.
46.- Mitosis: Diferencias en el proceso entre una célula vegetal y otra
animal.
47.- Definir anabolismo y catabolismo. Señalar las relaciones
existentes entre ellos. Citar dos ejemplos de cada clase.
48.- Enumerar y describir, brevemente, los procesos biológicos que
tienen lugar en el hialoplasma de una célula eucarionte.
49.- Razonar el mayor rendimiento energético del catabolismo
aerobio de la glucosa frente a su degradación exclusivamente
anaerobia.
50.- Localización celular de los siguientes procesos: a) Glucólisis. b)
Fosforilación oxidativa. c) Síntesis de proteínas. d) Ciclo de Calvin. e)
Digestión celular.
51.- Estructura y función de la membrana plasmática.
52.- Mitocondrias: Importancia en la célula. Señalar en un esquema
los procesos bioquímicos que tienen lugar en éste orgánulo.
53.- Razonar el papel central del ciclo de Krebs en el matabolismo
aerobio.
54.- Estructura de la pared celular en los vegetales. Importancia y
significación biológica.
55.- Definir y distinguir entre eucromatina, heterocromatina y
cromosoma
56.- Explicar qué son: a) Cromátidas. b) Cromatina. c)
Heterocromosomas. d) Centrómero.
57.- Ribosomas: a) Estructura. b) Función biológica. c) Relación con el
retículo endoplasmático rugoso. d) Relación con el nucleólo.
58.- Entre las células procariotas y eucariotas: a) Citar cuatro
analogías. b) Citar cuatro diferencias.
59.- Fotosíntesis: a) ¿Cómo, cuándo y donde se produce la
descomposición del agua en el proceso de la fotosíntesis? b) ¿Cuáles
son las consecuencias de la descomposición del agua en la
fotosíntesis.
60.- Membrana plasmática: a) Composición química. b) Citar cuatro
funciones.
61.- Fibra de cromatina: a) Composición química. b) Localización
celular. c) Constitución del nucleosoma.
62.- Fermentaciones: a) Concepto. b) ¿En qué condiciones tienen
lugar? c) ¿Cuál es el papel del ácido pirúvico en las fermentaciones?
63.- Indicar qué orgánulos, en una célula eucariota,son: a) Comunes a
las células animales y vegetales b) Específicos de las células animales
c) Específicos de células vegetales
64.- Cromosomas: a) ¿Qué son los cromosomas homólogos? b) ¿Qué
diferencia existe entre un cromosoma metafásico y uno anafásico? c)
Diferencia entre autosomas y heterocromosomas con retación a su
función biológica.
65.- Contestar brevemente a las siguientes preguntas: a) ¿Cual es la
fuente de electrones de la fase luminosa de la fotosíntesis? b) ¿De
donde procede el oxígeno desprendido.? c) ¿Qué función desempeña
el ATP y el NADP en la fase oscura de la fotosíntesis? d) ¿De donde
procede el ATP producido en la fotosíntesis? e) ¿Qué fuente de
Energía utilizan las células quimiosintéticas para la biosíntesis de sus
moléculas?
66.- Nucleo interfásico: a) ¿qué estructuras presenta? b) Procesos
biosintéticos que tienen lugar durante el periódo interfásico.
67.- Aparato de Golgi. a) Estructura b) Función biológica. c) Relación
con el reticulo endoplasmático.
68.- Responder a las siguientes cuestiones: a) ¿Dónde se encuentra el
ADN bicatenario lineal?, ¿ y el circular? b) ¿Por qué el ARN mensajero
no tiene estructura de doble hélice? c) ¿Cómo se realiza y qué nombre
recibe el enlace entre dos nucleótidos?
69.- Nombrar las funciomes que realizan los siguientes orgánulos
celulares. a) Lisosomas b) Reticulo endoplasmático. c) Aparato de
Golgi d) ¿Qué relación funcional existe entre ellos?
70.- Forforilación oxidativa y fotofosforilación: a) Conceptos b)
Localización celular d) Analogias y diferencias.
71.- Características del código genético.
72.- Definición de: a) Cromatina b) cromosoma c) Cromátida d)
Cromosoma homólogo
73.- Acidos nucleícos. Diferencias entre ADN y ARN a) De composición
b) Estructurales. c) Funcionales. d) De localización.
BLOQUE 3
75.- En una especie con 2n = 20 cromosomas, siendo la determinación
del sexo de tipo XX (hembra) y XY (Macho): a) ¿Cuantos autosomas y
cromosomas sexuales tiene una célula somática? b) ¿Y un polocito o
corpusculo polar? c) ¿Y una espermatogonia? d) ¿Y un óvulo? e) ¿Cual
y por qué es el sexo homogamético?
76.- Explicar los siguientes conceptos: a) Gen letal b) Trisomía c)
Alelos codominantes d) Cromosomas homó_ogos
77.- ¿Son cromosómica y genéticamente idénticas todas las células de
un mismo individuo? Razonar la respuesta.
78.- Concepto de retrocruzamiento. ¿En qué casos se utiliza?
79.- Respecto al número de cromosomas, ¿cómo serán los gametos,
el cigoto y el individuo adulto de los organismos? a) Haplontes. b)
Diplontes.
80.- Concepto de ligamiento. ¿En qué caso la herencia de dos pares
de caracteres cuyos loci se encuentran sobre el mismo cromosoma
coincidirá con la segregación mendeliana clásica.
81.- Concepto de genes letales. Proponer un ejemplo que permita
poner de manifiesto la acción de un gen letal recesivo.
82.- Significado biológico del sobrecruzamiento¿En qué momento
tiene lugar?
83.- ¿Cuántos tipos de gametos genéticamente diferentes pueden
producirse en un individuo heterocigótico para cuatro pares de
alelos? Razonar la respuesta.
84.- ¿Qué diferencias existen entre herencia del sexo y la herencia
ligada al sexo? Exponer mediante un ejemplo real o imaginario la
herencia de un carácter ligado al sexo?
85.- Señalar las diferencias principales que existen entre las siguientes
parejas de conceptos: a) Genotipo y fenotipo. b) Gen dominante y
recesivo. c) Generación F1 y F2. c) Homocigótico y heterocigótico. d)
Autosoma y heterocromosoma.
86.- ¿Cómo pueden diferenciarse dos individuos, uno homocigótico
de otro heterocigótico, que presenten el mismo fenotipo? Razónese
la respuesta.
87.- Concepto e importancia biológica de la recombinación génica.
88.- ¿Qué es una serie alélica? Indicar algún ejemplo.
89.- ¿Donde hay más ADN: En una espermátida o en un
espermatozoide? Razonar la respuesta.
90.- Concepto de ligamiento y recombinación.
91.- Importancia y mecanismo de la autoduplicación del ADN.
92.- Mutaciones: a) Concepto. b) Significado evolutivo.
93.- Transcripción genética: a) Concepto. b) Características generales
del proceso.
94.- Mutaciones cromosómicas: a) Concepto y tipos de mutaciones
cromosómicas. b) Diferencia entre mutaciones cromosómicas y
genómicas.
95.- En una especie con 2n=8, donde la detrminación del sexo es de
tipo: XX ( ) y XY ( ) , indicar: a) ¿Cuantos autosomas y
heterocromosomas tiene una célula somática de la piel? b) ¿Cuántos
autosomas y hetrocromosomas tiene un óvulo? c) ¿Cuántos
autosomas y heterocromosomas tiene un espermatocito de primer
orden? d) ¿Cuántos autosomas y heterocromosomas tiene un ovocito
de 2ª orden?
96.- En las células somáticas de determinados ortópteros, las
hembras poseen dos cromosomas X y los machos un solo cromosoma
sexual X. a) ¿de qué sexo será un individuo que posee en sus células
somáticas 25 cromosomas? b) Cuántos autosomas tendrá en sus
células somáticas? c) ¿Cuantos en sus células seuales? d) ¿Existiran
individuos con las células sexuales sin ningún cromosoma sexual?
Razonar la respuesta.
BLOQUE 4
98.- Características biológicas de los virus.
99.- Ciclo lítico de un virus: a) Describir de forma resumida sus fases.
b) Comparar con el ciclo lisogénico