470 Respuesta(s) a este Tema

[Ge. Pe.]

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Preguntas... sobre la energia y los seres vivos
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1. - Distinga entre los siguientes términos: la primera ley de la termodinámica/segunda ley de la termodinámica; DeltaH/DeltaS/DeltaG; exergónica/endergónica; oxidación/reducción, metabolismo/catabolismo/anabolismo; sitio activo/sustrato; inhibición competitiva/inhibición no competitiva/inhibición irreversible; ATP/ADP/ AMP.


2. - En este momento, al menos cuatro tipos de conversiones energéticas están ocurriendo en su cuerpo. Menciónelas.


3. - Todos los procesos naturales se desarrollan con un aumento en la entropía. ¿Cómo explica entonces el congelamiento del agua?


4.- Las leyes de la termodinámica se aplican solamente a sistemas cerrados, o sea, a sistemas en los cuales no hay entrada de energía. ¿Es un acuario habitualmente un sistema cerrado? ¿Podría convertirlo en uno? Una nave espacial puede o no ser un sistema cerrado, dependiendo de ciertos rasgos de diseño. ¿Cuáles deberían ser estos rasgos? ¿Es la Tierra un sistema cerrado?


5. - Explique por qué un sistema vivo, a pesar de las apariencias, no está violando la segunda ley de la termodinámica.

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[Ge. Pe.]

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Respuestas al post anterior
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1. - Distinga entre los siguientes términos: la primera ley de la termodinámica/segunda ley de la termodinámica; DeltaH/DeltaS/DeltaG; exergónica/endergónica; oxidación/reducción, metabolismo/catabolismo/anabolismo; sitio activo/sustrato; inhibición competitiva/inhibición no competitiva/inhibición irreversible; ATP/ADP/ AMP.


La primera ley de la termodinámica establece que la energía puede convertirse de una forma en otra, pero no puede ser creada ni destruida. La energía total de cualquier sistema más sus alrededores permanece, por eso, constante a pesar de todos los cambios de forma.

La segunda ley de la termodinámica establece que todos los procesos naturales tienden a ocurrir en una dirección tal que se incremente el desorden o condición aleatoria del Universo.

DeltaH es el cambio en el contenido de calor del sistema. DeltaS es el cambio en la entropía del sistema y G es una magnitud que recibe el nombre de potencial termodinámico a presión constante o energía libre de Gibbs. En el caso de una reacción química, el cambio en la energía libre de Gibbs se puede calcular como la diferencia entre la energía libre de los productos finales y la de los sustratos iniciales. Así, constituye una medida directa de la cantidad de desorden que se crea en el Universo cuando una reacción química ocurre. El cambio en el contenido de calor del sistema (DeltaH) así como el cambio de entropía (DeltaS) contribuyen al cambio global de energía libre. Este cambio total, que tiene en cuenta tanto el calor como la entropía, se expresa en la siguiente ecuación:

(Delta)G = (Delta)H - T(Delta)S

Esta expresión establece que el cambio de energía libre es igual a la diferencia entre el cambio en el contenido de calor (recuérdese que en las reacciones exotérmicas H tiene valor negativo) y el cambio de entropía, multiplicado por la temperatura absoluta T.

Los procesos endergónicos ("ingreso de energía") son los que requieren energía y para que ocurran se requiere un ingreso de energía mayor que la diferencia de energía entre los productos y las sustancias que reaccionan. Un proceso exergónico ("salida de energía") es un proceso en el cual la energía libre del estado final es menor que la del estado inicial, es un proceso que libera energía.

La oxidación es la pérdida de un electrón y el átomo o molécula que pierde el electrón se dice que se ha oxidado. La reducción es, por el contrario, la ganancia de un electrón. La oxidación y la reducción siempre ocurren simultáneamente, porque el electrón que pierde el átomo oxidado es aceptado por otro átomo que se reduce en el proceso.

Metabolismo es la suma de todas estas reacciones químicas en cualquier sistema vivo. El anabolismo es el total de las reacciones químicas involucradas en la síntesis de sustancias. Son procesos que requieren energía. El catabolismo es la ruptura de moléculas de mayor tamaño: libera la energía para el anabolismo y otros trabajos de la célula y suministra la materia prima para los procesos anabólicos.

El sitio activo es la región de una enzima en el que encajan la molécula o moléculas reactivas –el sustrato– y donde tienen lugar las reacciones. Un sustrato es la molécula (o moléculas) sobre las cuales actúa una enzima.

En la regulación conocida como inhibición competitiva, algunos compuestos inhiben la actividad enzimática ocupando temporalmente el sitio activo de la enzima; el compuesto regulatorio y el sustrato compiten para unirse al sitio activo. La inhibición competitiva es completamente reversible; el resultado de la competencia en cualquier momento en particular depende de cuántas moléculas de cada tipo estén presentes. En la inhibición no competitiva, el compuesto químico inhibitorio, que no necesita parecerse al sustrato, se une a la enzima en un sitio de la molécula distinto del sitio activo. Al igual que la inhibición competitiva, la inhibición no competitiva es a menudo reversible, pero esta reversión no se cumple por un incremento en las concentraciones de sustrato. Algunas sustancias inhiben a las enzimas en forma irreversible, porque se unen permanentemente con grupos funcionales claves del sitio activo o porque desnaturalizan completamente a la proteína de modo tal que su estructura terciaria no se puede restablecer.

El adenosín trifosfato o ATP es la moneda energética de la célula que puede gastarse de inmediato. Está constituida por la base nitrogenada adenina, el azúcar de cinco carbonos ribosa y tres grupos fosfato. Estos tres grupos fosfato con fuertes cargas negativas están unidos covalentemente entre sí. La energía se libera de la molécula de ATP cuando se elimina el tercer fosfato por hidrólisis dejando ADP (adenosín difosfato) y un fosfato:

ATP + H2O -> ADP + fosfato

En el curso de esta reacción, se liberan unas 7 kilocalorías de energía por mol de ATP. La eliminación del segundo fosfato produce AMP (adenosín monofosfato) y libera una cantidad equivalente de energía:

ADP + H2O -> AMP + fosfato


2. En este momento, al menos cuatro tipos de conversiones energéticas están ocurriendo en su cuerpo. Menciónelas.


Hay varias respuestas posibles para esta pregunta. Entre las reacciones de conversión de energía que ocurren en el cuerpo están la conversión de energía química a energía calórica por la combustión de hidratos de carbono; la conversión de energía química a energía mecánica en la acción de los músculos; la energía mecánica en calor como resultado de la fricción en los movimientos; la conversión de energía lumínica en química o eléctrica en los ojos; la conversión de energía química en eléctrica en las células del sistema nervioso; la conversión de energía eléctrica en energía química en las terminaciones nerviosas de los músculos.


3. Todos los procesos naturales se desarrollan con un aumento en la entropía. ¿Cómo explica entonces el congelamiento del agua?


En el proceso de congelamiento del agua hay una disminución del contenido de calor del agua. A pesar de que la tendencia al orden del sistema se incrementa (y, por lo tanto, la entropía disminuye) la energía libre del agua disminuye. Un cambio de energía libre siempre involucra el H y TS. Pero el agua congelada no es un sistema aislado. El calor que ha sido removido del agua ha sido disipado hacia el medio y ha conducido a un aumento del movimiento de las moléculas (y, por lo tanto, a un aumento de la entropía) en el sistema total.


4.- Las leyes de la termodinámica se aplican solamente a sistemas cerrados, o sea, a sistemas en los cuales no hay entrada de energía. ¿Es un acuario habitualmente un sistema cerrado? ¿Podría convertirlo en uno? Una nave espacial puede o no ser un sistema cerrado, dependiendo de ciertos rasgos de diseño. ¿Cuáles deberían ser estos rasgos? ¿Es la Tierra un sistema cerrado?


Un acuario no es un sistema cerrado. Generalmente es abierto, a menudo tiene un aireador dentro de él y usted agrega alimento y otros animales y a menudo limpia los desechos. Incluso si usted sella el acuario, luego de colocar suficientes plantas para alimentar a los animales y proveerles oxígeno, sería de todos modos un sistema abierto, la energía entraría en el sistema en forma de luz. Si ese acuario cerrado fuera colocado en la oscuridad, todos los seres vivos dentro de él morirían.
Una nave espacial podría ser un sistema cerrado si tuviera la tecnología para producir alimento y oxígeno para sus ocupantes, para reciclar sus desechos y para encontrar una forma de proveer energía sin depender de ninguna fuente externa, incluido el Sol. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, esa nave podría ser un sistema cerrado por un corto período de tiempo.
La Tierra no es un sistema cerrado. La energía fluye constantemente a la Tierra desde el Sol.


5.- Explique por qué un sistema vivo, a pesar de las apariencias, no está violando la segunda ley de la termodinámica.


Aunque los sistemas vivos parecerían estar violando la segunda ley de la termodinámica, eso no sucede porque no están aislados del medio que los rodea. Debe tenerse en cuenta que en cada transformación se pierde energía en el ambiente en forma de calor. Este calor liberado incrementa el movimiento aleatorio, y con éste el desorden del resto del Universo, lo cual compensa adecuadamente el aumento de orden producido en un determinado proceso de un sistema biológico. Puesto que la producción de orden biológico acoplada con la liberación de calor al medio ambiente debe sostenerse, es necesario el aporte de energía en formas diferentes al calor. Este aporte es el que se realiza continuamente a través del mecanismo de la fotosíntesis.


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Segun H. Curtis et al
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Sigamos...
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6. - ¿Qué es lo que distingue significativamente al proceder ordenado de un organismo vivo del proceder metódico de una máquina, tal como una computadora o una red telefónica?


7. - ¿Cuál es la base de la especificidad de la acción enzimática? ¿Cuál es la ventaja para la célula de esta especificidad? ¿Cuáles serían las desventajas para la célula?


8.- ¿Qué aminoácidos podrían ser sustituidos por otros en la estructura de una enzima y cuáles sustituciones producirían efectos drásticos?


9. - Cuando una planta no tiene un suministro adecuado de un mineral esencial, como el magnesio, es probable que se enferme y muera. Cuando un animal carece de una vitamina en particular en su dieta, es muy probable que se enferme y muera. ¿Cuál es la explicación razonable para este fenómeno?


10.- La mayoría de los organismos no pueden vivir a temperaturas altas. Explique al menos una forma en la cual las temperaturas elevadas son dañinas para los organismos. Sin embargo, algunas bacterias y algas pueden vivir en fuentes termales a temperaturas mucho mayores que las que pueden ser toleradas por la mayoría de los organismos. ¿Cómo podrían estas bacterias y algas diferir de la mayoría de los otros organismos?


11.- En la regulación enzimática por interacción alostérica, el inhibidor frecuentemente trabaja sobre la primera enzima de la serie; en la regulación por inhibición competitiva opera frecuentemente sobre la última. ¿Cómo podría explicar esta diferencia?


12. - En una serie de experiencias con una enzima que cataliza a una reacción que implica al sustrato A, se encontró que una sustancia X determinada inhibía a la enzima. Cuando la concentración de A era alta y la concentración de X baja, la reacción ocurría rápidamente; a medida que la concentración de X crecía y la de A disminuía, la reacción se hacía más lenta; cuando la concentración de X era alta y la de A era baja, la reacción se detenía. Si la concentración de A nuevamente se incrementaba, la reacción se reanudaba. ¿Cómo puede explicar estos resultados?


13. Cuando una droga sulfa, como la sulfanilamida se receta para una infección bacteriana es muy importante acordarse de ingerir la droga en los momentos y en la dosis prescritos. ¿Por qué es esto esencial? Suponga que a usted se le indicara tomar dos tabletas cada 3 horas, y en lugar de esto, usted tomara solamente una cada 5. ¿Qué cree que ocurriría?


14. - Algunas sociedades humanas usan el sistema de trueque para intercambiar bienes y servicios. Sin embargo, todas las sociedades complejas tienen una forma de intercambio monetario. ¿Cuáles son las ventajas de un intercambio monetario? Relacione su respuesta con el sistema ADP/ATP.


15. - ¿Por qué, en un prado hay más plantas que consumidores primarios (CP) y más primarios que consumidores secundarios (CS) ? Explíquelo en términos termodinámicos.

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Respuestas a las preguntas de la 6a. a la 15a.
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6. - ¿Qué es lo que distingue significativamente al proceder ordenado de un organismo vivo del proceder metódico de una máquina, tal como una computadora o una red telefónica?

La principal diferencia es que el organismo se autoconserva. El organismo vivo puede construir y mantener su compleja organización y puede producir más organismos semejantes.



7. - ¿Cuál es la base de la especificidad de la acción enzimática? ¿Cuál es la ventaja para la célula de esta especificidad? ¿Cuáles serían las desventajas para la célula?

La especificidad de la acción de una enzima resulta de la precisa relación estructural que existe entre el sitio activo de la enzima y su molécula sustrato. La principal ventaja de esa especificidad es que la reacción química dentro de la célula está precisamente regulada por la presencia de esa enzima. Una desventaja es que cualquier alteración del sitio activo de una enzima puede hacer que la enzima sea inactiva. Esta alteración puede estar causada, por ejemplo, por un incremento en la temperatura que rompe los puentes de hidrógeno y otras fuerzas que mantienen la estructura terciaria o cuaternaria de la enzima. Otra desventaja es que una célula debe fabricar muchas clases diferentes de enzimas en lugar de unas pocas de "uso múltiple".



8.- ¿Qué aminoácidos podrían ser sustituidos por otros en la estructura de una enzima y cuáles sustituciones producirían efectos drásticos?

Los aminoácidos similares no polares podrían ser sustituidos uno por otro, lo mismo los polares y tener muy poco efecto en la función de la enzima, incluido el sitio activo, que no cambiaría. Estos aminoácidos similares podrían ser leucina, isoleucina y valina; asparagina y glutamina; ácido aspártico y ácido glutámico y tal vez lisina y arginina. La sustitución de un aminoácido polar por un no polar, o viceversa, o la sustitución de cisteína (con su átomo de azufre que tiende a formar una unión covalente con otro átomo de sulfuro de otra cisteína) cambiaría la estructura terciaria de la proteína y, por lo tanto, el sitio activo se alteraría.



9. - Cuando una planta no tiene un suministro adecuado de un mineral esencial, como el magnesio, es probable que se enferme y muera. Cuando un animal carece de una vitamina en particular en su dieta, es muy probable que se enferme y muera. ¿Cuál es la explicación razonable para este fenómeno?

En las plantas, el mineral es probablemente esencial como cofactor para una o varias enzimas. Las enzimas que requieren cofactores no son funcionales en su ausencia y así una deficiencia mineral conducirá a una interrupción de los procesos vitales en la planta. De manera similar, algunas enzimas en los animales requieren coenzimas y las vitaminas son una parte esencial de la estructura de muchas coenzimas.



10.- La mayoría de los organismos no pueden vivir a temperaturas altas. Explique al menos una forma en la cual las temperaturas elevadas son dañinas para los organismos. Sin embargo, algunas bacterias y algas pueden vivir en fuentes termales a temperaturas mucho mayores que las que pueden ser toleradas por la mayoría de los organismos. ¿Cómo podrían estas bacterias y algas diferir de la mayoría de los otros organismos?

Las altas temperaturas desnaturalizan las proteínas, es decir que pierden su configuración tridimensional característica. Esta desnaturalización destruye la actividad enzimática en la mayoría de los organismos. Las bacterias y las algas que pueden vivir en fuentes termales a temperaturas altas tienen enzimas cuya configuración funcional es diferente de las de la mayoría de los organismos.



11.- En la regulación enzimática por interacción alostérica, el inhibidor frecuentemente trabaja sobre la primera enzima de la serie; en la regulación por inhibición competitiva opera frecuentemente sobre la última. ¿Cómo podría explicar esta diferencia?

La diferencia está relacionada con la eficiencia metabólica. En la regulación de la actividad enzimática por interacción alostérica, el inhibidor bloquea toda la vía enzimática dado que actúa sobre la primera enzima de la serie. Esto impide la realización de los pasos intermedios que no son necesarios y así se conserva energía y materia prima. En la inhibición competitiva, una vía es bloqueada cuando una sustancia (por ejemplo, un producto de una de las subsecuentes reacciones de la vía o una sustancia extraña, como una droga) compite con el sustrato por el sitio activo de una enzima particular. Cuando la concentración de la sustancia inhibidora es alta, la reacción normalmente catalizada por la enzima no se lleva a cabo; cuando esta concentración cae en relación a la concentración del sustrato, la reacción se retoma. La inhibición competitiva, que puede ocurrir, en un principio, en cualquier paso de la vía, no es tan eficiente como la inhibición alostérica en lo que se refiere a la conservación de energía y materia prima, pero en ambos casos hay una interrupción de la vía metabólica.



12. - En una serie de experiencias con una enzima que cataliza a una reacción que implica al sustrato A, se encontró que una sustancia X determinada inhibía a la enzima. Cuando la concentración de A era alta y la concentración de X baja, la reacción ocurría rápidamente; a medida que la concentración de X crecía y la de A disminuía, la reacción se hacía más lenta; cuando la concentración de X era alta y la de A era baja, la reacción se detenía. Si la concentración de A nuevamente se incrementaba, la reacción se reanudaba. ¿Cómo puede explicar estos resultados?

La sustancia X y el sustrato A compiten para unirse al sitio activo de la enzima que cataliza esa reacción. La sustancia X es un inhibidor competitivo del sustrato A.



13. Cuando una droga sulfa, como la sulfanilamida se receta para una infección bacteriana es muy importante acordarse de ingerir la droga en los momentos y en la dosis prescritos. ¿Por qué es esto esencial? Suponga que a usted se le indicara tomar dos tabletas cada 3 horas, y en lugar de esto, usted tomara solamente una cada 5. ¿Qué cree que ocurriría?

Las drogas sulfa son inhibidores competitivos de una enzima bacteriana que actúa sobre el ácido para-aminobenzoico (PABA) en la vía metabólica que lleva a la formación del ácido fólico. Sin el ácido fólico, la célula bacteriana muere. Sin embargo, para que la inhibición sea efectiva, la concentración de la droga sulfa debe ser alta en relación al ácido para-aminobenzoico. Si la droga fuera tomada en menor cantidad que la prescripta, su concentración en la célula bacteriana no sería suficientemente alta para completar el bloqueo de la formación de ácido fólico. Si fuera tomada en menor frecuencia, habría suficiente tiempo para que la concentración de ácido para-aminobenzoico alcance el punto en que revierte la inhibición de la droga sulfa y se retomaría la producción de ácido fólico antes que la nueva dosis sea tomada. En el ejemplo hipotético, la producción de ácido fólico sería menor, pero no sería detenida enteramente y la mayoría de las bacterias podrían sobrevivir y multiplicarse.



14. - Algunas sociedades humanas usan el sistema de trueque para intercambiar bienes y servicios. Sin embargo, todas las sociedades complejas tienen una forma de intercambio monetario. ¿Cuáles son las ventajas de un intercambio monetario? Relacione su respuesta con el sistema ADP/ATP.

Las ventajas de un sistema de intercambio monetario son que el dinero, cualquiera sea su forma, es usualmente de mucho más fácil transporte que una variedad de bienes; asimismo, puede utilizarse en fracciones o múltiplos de una unidad de valor especificado. Con un sistema monetario, la capacidad de compra de bienes o servicios no depende de la posesión de bienes o servicios particulares que pueda necesitar el vendedor, o de bienes o servicios de valor equivalente a aquellos que se compran. Se paga con dinero, que el vendedor puede utilizar para comprar los bienes y servicios que necesita. En el caso del sistema ATP-ADP, la "moneda de cambio" de energía de las células tiene la forma de pequeñas moléculas que pueden moverse fácilmente a través de la célula hasta el lugar donde se libera o se necesita energía. El sistema ATP-ADP tiene un valor de energía de tamaño conveniente, de tal manera que las unidades de ATP, o sus múltiplos, pueden ser utilizadas para producir las reacciones biosintéticas de la célula, o bien pueden ser sintetizadas a partir de ADP usando la energía liberada en reacciones catabólicas. Utilizando el sistema ATP-ADP, la célula puede fácilmente realizar intercambios de energía entre moléculas o sistemas reactivos que poseen valores de energía bastante diferentes. Y, a diferencia del dinero, este sistema no sufre inflación o depreciación.



15. - ¿Por qué, en un prado hay más plantas que consumidores primarios (CP) y más primarios que consumidores secundarios (CS) ? Explíquelo en términos termodinámicos.

En un sistema así, la energía proveniente del Sol es capturada por el pasto, luego transferida a los consumidores primarios -hervíboros- (CP), y finalmente de éstos a los consumidores secundarios -depredadores carnívoros- (CS). En cada conversión, una parte de la energía almacenada se "pierde". Después que lo CP comen el pasto, la cantidad de energía añadida y almacenada en sus cuerpos es menor que la originalmente almacenada en el pasto. En el transcurso de la digestión, la estructura altamente organizada de las grasas se rompe (con el correspondiente incremento del desorden), y debe utilizarse energía adicional para reorganizar los productos digestivos en material estructural del CP. Posteriormente, una cantidad considerable de energía es disipada por el CP en forma de calor, como resultado de los procesos metabólicos y de la fricción producida por sus movimientos. Similares pérdidas de energía ocurren en el paso desde el CP al CS. Como consecuencia de estas pérdidas, debe haber más "sustancia CP" que "sustancia CS" para poder suministrar las necesidades de energía del CS, y similarmente más "sustancia planta" que "sustancia CP" para poder suministrar las necesidades de energía del CP. Puesto que las plantas son más pequeñas que los CP y éstas menores que los CS, y como cada uno ocupa un lugar diferente en la cadena trófica, el resultado final es la presencia de más plantas que CP y más CP que CS.


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Adaptado de "Biologia" de H. Curtis et al.
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Preguntas adaptadas de "Invitación a la Biologia" y "Biología" de H. Curtis et al
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1.- Distinga entre los siguientes conceptos: oxidación de la glucosa / glucólisis / respiración / fermentación/ vías aeróbicas / vías anaeróbicas; FAD / FADH; ciclo de Krebs / transporte de electrones.


2. - Describa el proceso de la fermentación. ¿Qué condiciones son esenciales para que ocurra? Con algunas cepas de levadura, la fermentación se detiene antes de que se agote el azúcar, habitualmente a una concentración de alcohol superior al 12%. Proponga una explicación para este fenómeno.


3.- Si los organismos aeróbicos (que utilizan oxígeno) son tanto o más eficientes que los anaerobios para convertir energía, ¿por qué hay anaerobios en este planeta?, ¿por qué no se han extinguido hace largo tiempo?


4.- Recuerde la estructura de una mitocondria. Describa dónde tienen lugar las distintas etapas de la degradación de la glucosa con relación a la estructura mitocondrial. ¿Qué moléculas e iones cruzan las membranas mitocondriales durante estos procesos?

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Este tema ha sido editado por Ge. Pe.: 30 junio 2014 - 07:06

[Ge. Pe.]

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Respuestas 1 a 4
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1.- Distinga entre los siguientes conceptos: oxidación de la glucosa / glucólisis / respiración / fermentación/ vías aeróbicas / vías anaeróbicas; FAD / FADH; ciclo de Krebs / transporte de electrones.


La oxidación consiste en la pérdida de un electrón y la reducción es la ganancia de un electrón. Dado que en las reacciones de oxidorreducción espontáneas, los electrones van de niveles de energía mayores a niveles de energía menores, cuando una molécula se oxida, habitualmente libera energía. En la oxidación de la glucosa, los enlaces carbono-carbono (C-C), carbono-hidrógeno (C-H) y oxígeno-oxígeno (O-O) se cambian por enlaces carbono-oxígeno (C-O) e hidrógeno-oxígeno (H-O), a medida que los átomos de oxígeno atraen y acaparan electrones.

En los sistemas vivos, la oxidación de la glucosa se desarrolla en dos etapas principales. La primera se conoce como glucólisis, en la que la molécula de glucosa de 6 carbonos se escinde en dos moléculas de un compuesto de 3 carbonos, el ácido pirúvico. En este proceso se eliminan de la molécula de glucosa 4 átomos de hidrógeno (o sea, 4 electrones y 4 protones). Los electrones y dos de los protones son aceptados por moléculas de NAD+, mientras que los otros dos protones permanecen en solución como iones hidrógeno (H+).

En la etapa que denominamos respiración, los átomos de hidrógeno restantes son eliminados de las moléculas de ácido pirúvico y los átomos de carbono se oxidan a dióxido de carbono. Los átomos de hidrógeno, en forma de electrones y protones, son aceptados inicialmente por el NAD+ y otro aceptor de electrones relacionado. Finalmente, todos los electrones y protones eliminados de los átomos de carbono de la molécula de glucosa original son transferidos al oxígeno, y forman agua.

El ácido pirúvico formado en la glucólisis puede seguir una de varias vías. Una vía es aeróbica (con oxígeno) y las otras son anaeróbicas (sin oxígeno). En ausencia de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico) o en uno de varios ácidos orgánicos diferentes, de los cuales el ácido láctico es el más común.

El producto de reacción depende del tipo de célula. La formación de alcohol a partir de azúcar se llama fermentación. El ácido láctico se forma a partir del ácido pirúvico, por acción de una variedad de microorganismos y también por algunas células animales cuando el O2 es escaso o está ausente.

FAD, la flavina adenina dinucleótido, es uno de los transportadores de electrones. La molécula se reduce cuando gana electrones y protones; se forma una molécula de FADH2 a partir de FAD.

En condiciones aeróbicas, el ácido pirúvico producido en la glucólisis se convierte en CO2 y acetil CoA. El grupo acetilo de dos carbonos entre en el ciclo de Krebs: se combina con un compuesto de cuatro carbonos (ácido oxaloacético) para producir un compuesto de seis carbonos (el ácido cítrico). En el curso de este ciclo se oxidan dos de los seis carbonos a CO2 y se regenera el ácido oxaloacético, y se hace de esta serie literalmente un ciclo. Cada giro del ciclo consume un grupo acetilo y regenera una molécula de ácido oxaloacético que queda lista entonces para comenzar la secuencia nuevamente. Cuando los átomos de carbono de la molécula de glucosa se han oxidado ahora completamente, parte de la energía contenida en los enlaces de la molécula de glucosa se ha usado para producir ATP a partir de ADP.

La mayor parte de la energía, sin embargo, permanece en los electrones de alto nivel energético que han sido extraídos de los enlaces C-C y C-H y transferidos a los transportadores de electrones NAD+ y FAD.

En la etapa final de la respiración, estos electrones de un nivel de energía alto pasan gradualmente al oxígeno que tiene un nivel bajo de energía. La energía así liberada en el curso de este pasaje se usa finalmente para regenerar ATP a partir de ADP. Este pasaje escalonado es posible debido a la presencia de una serie de transportadores de electrones, cada uno de los cuales mantiene los electrones a un nivel ligeramente inferior al precedente. Estos transportadores constituyen lo que se conoce como la cadena de transporte de electrones.


2. - Describa el proceso de la fermentación. ¿Qué condiciones son esenciales para que ocurra? Con algunas cepas de levadura, la fermentación se detiene antes de que se agote el azúcar, habitualmente a una concentración de alcohol superior al 12%. Proponga una explicación para este fenómeno.

En la fermentación, los microorganismos como las levaduras forman etanol y CO2 a partir del ácido pirúvico producido en la glucólisis. Para que la fermentación ocurra, debe haber microorganismos vivos, un adecuado suplemento de azúcar y, según el caso, no debe haber oxígeno. La fermentación algunas veces se detiene antes que el azúcar se acabe porque la concentración de alcohol comienza a ser lo suficientemente alta como para desnaturalizar las enzimas clave de los microorganismos.


3.- Si los organismos aeróbicos (que utilizan oxígeno) son tanto o más eficientes que los anaerobios para convertir energía, ¿por qué hay anaerobios en este planeta?, ¿por qué no se han extinguido hace largo tiempo?

La condición anaeróbica permanece en la Tierra tanto en recipientes cerrados como en aguas carentes de oxígeno. Los organismos aeróbicos no pueden vivir en estas condiciones. De modo que, en esos ambientes, los organismos anaerobios no tienen competencia por parte de organismos más eficientes.



4.- Recuerde la estructura de una mitocondria. Describa dónde tienen lugar las distintas etapas de la degradación de la glucosa con relación a la estructura mitocondrial. ¿Qué moléculas e iones cruzan las membranas mitocondriales durante estos procesos?

La glucólisis tiene lugar en el citoplasma de la célula, fuera de la mitocondria.

El ciclo de Krebs tiene lugar dentro de la mitocondria.

Algunas de sus enzimas están en solución en la matriz y otras están ensambladas en la membrana interna de la mitocondria. Las enzimas y los electrones transportados por la cadena de transporte de electrones están ensamblados en la membrana interna así como las enzimas y tranportadores involucrados en el acoplamiento quimiosmótico.

En el curso de estos procesos, el ácido pirúvico, el ADP, el oxígeno, los iones fosfato inorgánicos y los átomos de hidrógeno (protones y electrones) transportados por las moléculas de NADH formadas en la glucólisis atraviesan ambas membranas hacia adentro de la mitocondria. El CO2, el ATP, y las moléculas de agua atraviesan las membranas hacia afuera de la mitocondria. En la síntesis quimiosmótica del ATP, que ocurre en conjunción con el transporte de electrones, se bombean protones desde la matriz mitocondrial, a través de la membrana interna, al espacio intermembranal, o sea, al espacio entre las membranas externa e interna de la mitocondria. Desde el espacio intermembranal, parte de los protones pasa a través de la membrana externa al citoplasma. La membrana externa es libremente permeable a la mayoría de los iones y moléculas pequeñas.

Dado que la membrana interna es virtualmente impermeable a todas las partículas cargadas, otros iones positivos no pueden moverse al interior de la matriz para neutralizar la carga negativa creada cuando los protones son bombeados hacia afuera. El movimiento de iones negativos hacia afuera de la matriz, que también neutralizaría la diferencia de carga, se bloquea de manera similar. El resultado es energía disponible para impulsar cualquier proceso acoplado al flujo de protones a favor del gradiente electroquímico hacia la matriz.

En este punto entra en juego un gran complejo enzimático conocido como ATP sintetasa. A medida que los protones fluyen a favor del gradiente electroquímico desde el exterior a la matriz, la energía libre desprendida impulsa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato.


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Seguimos con material del Curtis, cada pregunta y cada respuestas son verdaderas clase de logica
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5.- Cada molécula de FADH2 producida en el ciclo de Krebs da como resultado la formación de solamente dos moléculas de ATP, cuando sus electrones descienden por la cadena de transporte de electrones. Durante mucho tiempo se pensó que, a causa de que estos electrones entran en la cadena a nivel de la coenzima Q y no del FMN, "omitían" uno de los sitios de la fosforilación. ¿Qué explicación más exacta hay?


6. - El cianuro puede combinarse con el citocromo a y a3 y desactivarlos. Sin embargo, en nuestro cuerpo el cianuro tiende a reaccionar primero con la hemoglobina y a imposibilitar la unión del oxígeno con la hemoglobina. De cualquier manera, el envenenamiento por cianuro tiene el mismo efecto: inhibe la síntesis de ATP. Explique cómo ocurre esto.


7.- Cuando la porción F1 del complejo ATP sintetasa se elimina de la membrana mitocondrial y se estudia en solución, funciona como una ATPasa. ¿Por qué no funciona como una ATP sintetasa?


8. - Ciertas sustancias químicas funcionan como agentes "desacoplantes" cuando se las añade a mitocondrias que están realizando el proceso de respiración, aunque continúa el pasaje descendente de electrones a lo largo de la cadena hasta el oxígeno, no se forma ATP. Se sabe que uno de esos agentes, el antibiótico valinomicina, transporta iones K+ a través de la membrana interna hacia la matriz. Otro, el 2,4-dinitrofenol, transporta iones H+ a través de la membrana. ¿De qué manera evitan estas sustancias la formación de ATP? ¿Cuál se esperaría que tuviese el mayor efecto sobre la formación de ATP? ¿Por qué?


9.- En las células del tejido especializado conocido como grasa parda, la membrana interna de la mitocondria es permeable a los iones H+. Estas células contienen grandes depósitos de moléculas grasas, que se degradan gradualmente y cuyos grupos acetilo resultantes pasan al ciclo de Krebs. Los electrones capturados por el NADH y FADH2, a su vez, alimentan a la cadena de transporte de electrones y son finalmente aceptados por el oxígeno; sin embargo, no se sintetiza ATP. ¿Por qué no? El tejido adiposo pardo existe en algunos animales que hibernan y en los cachorros de mamíferos que nacen sin pelo, incluyendo nuestros niños. ¿Qué función cumpliría el tejido adiposo pardo?

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Las respuestas al post de ayer...
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5.- Cada molécula de FADH2 producida en el ciclo de Krebs da como resultado la formación de solamente dos moléculas de ATP, cuando sus electrones descienden por la cadena de transporte de electrones. Durante mucho tiempo se pensó que, a causa de que estos electrones entran en la cadena a nivel de la coenzima Q y no del FMN, "omitían" uno de los sitios de la fosforilación. ¿Qué explicación más exacta hay?

Los electrones contenidos en la molécula de FADH2 están a un nivel de energía más bajo que los contenidos en la molécula de NADH. Como resultado, entran en la cadena de transporte de electrones en un punto más bajo que los electrones de NADH y liberan menos energía en el pasaje a través de la cadena de transporte de electrones. La energía que ellos liberan es suficiente para la formación de solo dos moléculas de ATP.



6. - El cianuro puede combinarse con el citocromo a y a3 y desactivarlos. Sin embargo, en nuestro cuerpo el cianuro tiende a reaccionar primero con la hemoglobina y a imposibilitar la unión del oxígeno con la hemoglobina. De cualquier manera, el envenenamiento por cianuro tiene el mismo efecto: inhibe la síntesis de ATP. Explique cómo ocurre esto.

Cuando el cianuro se combina con la hemoglobina, impide el transporte de oxígeno al cuerpo de la célula y, por lo tanto, a la mitocondria. El oxígeno no está disponible para aceptar los electrones que pasan cuesta abajo por la cadena de transporte de electrones desde el NADH y FADH2, no se produce el gradiente de protones ni el acoplamiento quimiosmótico, por lo que la síntesis de ATP no ocurre.



7.- Cuando la porción F1 del complejo ATP sintetasa se elimina de la membrana mitocondrial y se estudia en solución, funciona como una ATPasa. ¿Por qué no funciona como una ATP sintetasa?

Cuando la porción F1 del complejo ATP sintetasa es removido de la mitocondria y estudiado en solución, es separado del gradiente de electrones que impulsa la síntesis de ATP. No hay energía disponible para impulsar el proceso endergónico y la única reacción que la enzima puede catalizar es la hidrólisis exergónica del ATP.



8. - Ciertas sustancias químicas funcionan como agentes "desacoplantes" cuando se las añade a mitocondrias que están realizando el proceso de respiración, aunque continúa el pasaje descendente de electrones a lo largo de la cadena hasta el oxígeno, no se forma ATP. Se sabe que uno de esos agentes, el antibiótico valinomicina, transporta iones K+ a través de la membrana interna hacia la matriz. Otro, el 2,4-dinitrofenol, transporta iones H+ a través de la membrana. ¿De qué manera evitan estas sustancias la formación de ATP? ¿Cuál se esperaría que tuviese el mayor efecto sobre la formación de ATP? ¿Por qué?

Estas sustancias destruyen el gradiente electroquímico comúnmente presente a través de la membrana interna de la mitocondria y, por lo tanto, no hay energía disponible para impulsar la síntesis de ATP. El 2,4-dinitrofenol tendría el mayor efecto porque revierte tanto la concentración del gradiente de hidrógeno como el gradiente de voltaje que se produce a través de la membrana.



9.- En las células del tejido especializado conocido como grasa parda, la membrana interna de la mitocondria es permeable a los iones H+. Estas células contienen grandes depósitos de moléculas grasas, que se degradan gradualmente y cuyos grupos acetilo resultantes pasan al ciclo de Krebs. Los electrones capturados por el NADH y FADH2, a su vez, alimentan a la cadena de transporte de electrones y son finalmente aceptados por el oxígeno; sin embargo, no se sintetiza ATP. ¿Por qué no? El tejido adiposo pardo existe en algunos animales que hibernan y en los cachorros de mamíferos que nacen sin pelo, incluyendo nuestros niños. ¿Qué función cumpliría el tejido adiposo pardo?


No hay síntesis de ATP porque la permeabilidad de la membrana interna de las mitocondrias a los iones hidrógeno impide el establecimiento de un gradiente electroquímico. En estas células existe una proteína desacoplante que abre una vía de flujo de iones hidrógeno desde el citoplasma a la matriz mitocondrial. Este sistema genera calor “cortocircuitando” la producción de energía. Esta vía de disipación del gradiente de protones se activa con los ácidos grasos liberados de los triglicéridos en respuesta a determinadas señales hormonales. El calor generado permite a los pequeños mamíferos recién nacidos, que tienen poco pelo, mantener la temperatura de su cuerpo. También permite a los animales que se despiertan de la hibernación retomar su temperatura corporal normal


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[Ge. Pe.]

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Las ultimas preguntas sobre este tema...
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10.- a) Como hemos visto, una célula puede obtener un máximo de 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que se oxida por completo. Explique la producción de cada molécula de ATP. b) En la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones se forman en realidad 40 moléculas de ATP. ¿Por qué el rendimiento neto de la célula es sólo de 38 moléculas? c) ¿Qué otros factores pueden reducir el rendimiento de ATP?



11.- Describa de qué manera los procesos de la célula están adaptados al uso eficiente de una variedad de alimentos, y a la producción eficiente de la diversidad de materiales que la célula necesita elaborar para su propio uso.



12.- En términos de la economía celular, ¿qué le suministran los procesos anabólicos a la célula? ¿Qué le suministran los procesos catabólicos? ¿De qué manera dependen unos de otros?

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[Ge. Pe.]

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Respuestas....
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10.- a) Como hemos visto, una célula puede obtener un máximo de 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que se oxida por completo. Explique la producción de cada molécula de ATP. b) En la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones se forman en realidad 40 moléculas de ATP. ¿Por qué el rendimiento neto de la célula es sólo de 38 moléculas? c) ¿Qué otros factores pueden reducir el rendimiento de ATP?


a. Producción de ATP. Directamente de la glucólisis: 2 ATP; del NADH producido en glucólisis: 6 ATP; del NADH producido en la conversión de ácido pirúvico a acetilCoA: 6 ATP; directamente del ciclo de Krebs: 2 ATP; del NADH producido en el ciclo de Krebs: 18 ATP; del FADH2 producido en el ciclo de Krebs: 4 ATP

b. El rendimiento neto es de sólo 38 ATP por molécula de glucosa porque dos moléculas de ATP son usadas en el proceso: la energía contenida en una molécula de ATP es utilizada en el paso 1 y otra en el paso 3 de la glucólisis.

c. El rendimiento de ATP puede ser reducido por las células que usan la energía almacenada en el gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial para propósitos diferentes a la síntesis de ATP. LA gran proporción de la energía almacenada usada para otros procesos baja el rendimiento de ATP. En algunas células, como en las del cerebro o las del músculo esquelético, el costo energético de transportar electrones desde el NADH formado en la glucólisis, a través de la membrana interna de la mitocondria, baja la producción neta de los 2 NADH formados en glucólisis a 4 ATP. Esos electrones están a un nivel más bajo de energía y entran en la cadena de transporte de electrones a nivel de la coenzima Q. Su pasaje por la cadena de transporte de electrones rinde 2 ATP por cada NADH. Así, la producción máxima total en estas células es 36 ATP.


11.- Describa de qué manera los procesos de la célula están adaptados al uso eficiente de una variedad de alimentos, y a la producción eficiente de la diversidad de materiales que la célula necesita elaborar para su propio uso.

La célula puede usar una variedad de alimentos porque todos pueden ser degradados a moléculas que pueden ser metabolizadas en la glucólisis y/o la respiración. Los polisacáridos son degradados a monosacáridos y luego fosforilados a glucosa 6 fosfato. En esa forma entran en la glucólisis en el paso 2. Las grasas pueden ser degradadas en glicerol y ácidos grasos que pueden ser convertidos en acetil CoA que entra en el ciclo de Krebs. Las proteínas son degradadas en aminoácidos. El esqueleto carbonado puede ser convertido en el grupo acetilo o en algún intermediario del ciclo de Krebs. Todas estas moléculas –monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos– así como otras moléculas más pequeñas pueden ser usadas como precursores de la síntesis de moléculas que el organismo necesita. Aunque los pasos metabólicos no son idénticos a los catabólicos, la célula puede construir las moléculas que necesita comenzando desde cualquier componente de la glucólisis o del ciclo de Krebs. Esto es altamente eficiente ya que la célula puede utilizar cualquier molécula que tenga para proveerse de lo que necesita.



12.En términos de la economía celular, ¿qué le suministran los procesos anabólicos a la célula? ¿Qué le suministran los procesos catabólicos? ¿De qué manera dependen unos de otros?

Los procesos anabólicos proveen material estructural, enzimas y moléculas que almacenan energía. Los procesos catabólicos proveen energía y pequeñas moléculas que pueden ser usadas para la construcción de moléculas mayores en los proceso anabólicos. Sin el catabolismo, la célula no tendría energía y materiales de construcción; sin el anabolismo, la célula no tendría material estructural y enzimas que se necesitan en los procesos catabólicos.

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Y mas preguntas...
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1.- Distinga entre los siguientes conceptos: espectro de absorción/espectro de acción; grana/tilacoide; estroma/espacio tilacoide; NAD+/NADP+; reacciones de captura de energía/reacciones de fijación de carbono; fotosistema I/fotosistema II; fotosíntesis C3/fotosíntesis C4

2.- ¿Por qué es plausible argumentar, como lo hace George Wald, laureado con el premio Nobel, que en cualquier lugar del Universo donde encontremos seres vivos, comprobaremos que ellos (o al menos algunos de ellos) tienen color?

3. - Prediga qué colores de la luz podrían ser más eficientes para estimular el crecimiento de las plantas (éste es el principio de las lámparas especiales usadas para iluminar las plantas)

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Segun H. Curtis et al en "Introduccion a la Biología" 1985 y "Biologia" 1972; 2004)
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[Ge. Pe.]

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Respuestas...
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1.- Distinga entre los siguientes conceptos: espectro de absorción/espectro de acción; grana/tilacoide; estroma/espacio tilacoide; NAD+/NADP+; reacciones de captura de energía/reacciones de fijación de carbono; fotosistema I/fotosistema II; fotosíntesis C3/fotosíntesis C4


El espectro de absorción es el patrón característico de longitudes de onda absorbidas por un pigmento. Diferentes pigmentos absorben energía lumínica a diferentes longitudes de onda. El espectro de acción de la fotosíntesis es el patrón característico de longitudes de onda que produce una particular reacción.
Con el microscopio óptico, utilizando un gran aumento, es posible ver pequeñas manchas verdes dentro de los cloroplastos de las hojas. Los grana son pilas de tilacoides. Los tilacoides son una serie de membranas internas que contienen los pigmentos fotosintéticos. Cada tilacoide tiene habitualmente la forma de un saco aplanado o vesícula.

Rodeando a los tilacoides y llenando el interior del cloroplasto hay una solución densa, el estroma, que difiere en su composición de la del citoplasma. Los tilacoides contienen un compartimiento adicional, conocido como espacio tilacoide, en el que hay una solución de composición también diferente.
En la primera etapa de la fotosíntesis, la luz es absorbida por las moléculas de clorofila a. Los electrones de las moléculas de clorofila a son lanzados a niveles energéticos superiores, y, en una serie de reacciones, su energía adicional es usada para formar ATP a partir de ADP y para reducir una molécula transportadora de electrones conocida como NADP+ (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato). El NADP+ se reduce por la adición de dos electrones y de un protón, formando NADPH. La NAD (nicotinamida adenina dinucleótido) es un transportador de electrones que participa en la glucólisis y en la respiración, es reducida a NADH por los electrones liberados en esos procesos y luego transfiere esos electrones a los transportadores de la cadena de transporte de electrones. Ambos compuestos son muy semejantes.

En las reacciones de captura de energía, la energía lumínica incide sobre pigmentos antena del fotosistema II. Los electrones son lanzados cuesta arriba desde la molécula reactiva P680 de la clorofila a a un aceptor primario de electrones. Cuando se eliminan los electrones, ellos son reemplazados por electrones de las moléculas de agua, con la producción simultánea de O2 libre y protones (iones H+). Luego, los electrones pasan cuesta abajo al fotosistema I a lo largo de una cadena de transportadores de electrones; este pasaje genera un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP a partir de ADP (fotofosforilación). La energía lumínica absorbida en los pigmentos antena del fotosistema I y transferida a la clorofila P700 da como resultado que se lancen electrones hacia otro aceptor primario de electrones. Los electrones eliminados del P700 son reemplazados por electrones del fotosistema II y son finalmente aceptados por el transportador de electrones NADP+. La energía proveniente de esta secuencia de reacciones está contenido en las moléculas de NADPH y en el ATP formado por fotofosforilación.

La fijación del carbono es la incorporación inicial de CO2 en compuestos orgánicos. Los pasos por los cuales se lleva a cabo, llamados las reacciones de fijación del carbono, ocurren en el estroma del cloroplasto. En las reacciones de fijación del carbono, el NADPH y el ATP, producidos en las reacciones de captura de energía, se usan para reducir un compuesto de tres carbonos, el gliceraldehído fosfato. Esto se lleva a cabo por medio del ciclo de Calvin. En él, la enzima RuBP carboxilasa, combina una molécula de dióxido de carbono con el material de partida, un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa difosfato. Por cada vuelta del ciclo, entra en él un átomo de carbono. Tres vueltas del ciclo producen una molécula de tres carbonos, el gliceraldehído fosfato. Dos moléculas de gliceraldehído fosfato (seis vueltas del ciclo) pueden combinarse para formar una molécula de glucosa. En cada vuelta del ciclo se regenera RuBP. El gliceraldehído fosfato también puede ser utilizado como material de partida para otros compuestos orgánicos necesarios para la célula.

En el fotosistema I, la molécula reactiva de clorofila a se conoce como P700, dado que uno de los picos de su espectro de absorción está a 700 nanómetros, a una longitud de onda ligeramente más larga, que el pico habitual de la clorofila. La evidencia reciente indica que el P700 es un dímero de dos moléculas de clorofila a; sus propiedades inusuales resultan de su asociación con proteínas especiales en la membrana tilacoide y su posición con relación a otras moléculas. El fotosistema II, probablemente, también contiene un dímero de moléculas reactivas de clorofila a, que pasan su electrón a un diferente aceptor primario de electrones. Estas moléculas de clorofila a reactiva constituyen el P680. Tanto el P680 como el P700 se encuentran íntimamente asociados a polipéptidos integrales de la membrana tilacoidal.

En la mayoría de las plantas, el primer paso en la fijación del carbono es la unión del dióxido de carbono a la RuBP y su entrada al ciclo de Calvin. Sin embargo, algunas plantas unen primero el dióxido de carbono al fosfoenol piruvato (PEP) y forman un compuesto de cuatro carbonos. El dióxido de carbono, así incorporado, atraviesa una serie de reacciones químicas y pasa a niveles más profundos dentro de la hoja, donde finalmente ingresa en el ciclo de Calvin. A las plantas que utilizan esta vía, también conocida como la vía de Hatch-Slack, se las llama comúnmente plantas C4, o de cuatro carbonos. Reciben esa denominación para diferenciarlas de las plantas C3 en las cuales el carbono se une primero a la RuBP y forma el compuesto de tres carbonos, fosfoglicerato (PGA).




2.- ¿Por qué es plausible argumentar, como lo hace George Wald, laureado con el premio Nobel, que en cualquier lugar del Universo donde encontremos seres vivos, comprobaremos que ellos (o al menos algunos de ellos) tienen color?


Los organismos vivos, estén donde estén, necesitan energía. El origen de la energía disponible en el universo es la luz producida por las reacciones termonucleares producidas en las estrellas. Entonces, es razonable asumir que en cualquier sistema vivo debe haber algo que sea capaz de captar la energía de la luz y convertirla en formas que puedan ser usadas por otros organismos. En la Tierra, estas moléculas son pigmentos, precisamente porque pueden absorber la energía lumínica. Cuando el pigmento absorbe un fotón o cuanto de luz, un electrón de la molécula de pigmento es lanzado a un nivel energético más alto. La pérdida de la energía de excitación puede provocar una reacción química, como ocurre en la fotosíntesis.




3. - Prediga qué colores de la luz podrían ser más eficientes para estimular el crecimiento de las plantas (éste es el principio de las lámparas especiales usadas para iluminar las plantas)


Sobre la base de los espectros de absorción de los pigmentos más importantes en la fotosíntesis, se podría esperar que la luz violeta, azul y verde (longitud de onda de entre aproximadamente 425 y 525 nanómetros) y la roja a naranja (longitud de onda entre aproximadamente 640 y 700 nanómetros) son las más eficientes en la estimulación del crecimiento de las plantas.



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[Ge. Pe.]

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Mas preguntas...
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4.- Recuerde la estructura de un cloroplasto e indique todas sus membranas y compartimientos. ¿De qué forma la estructura del cloroplasto se asemeja a la de la mitocondrio? ¿En qué difiere?


5. - Describa en términos generales los acontecimientos de la fotosíntesis. (Libertad de redaccion. por supuesto)


6. - ¿En qué se parecen la fotofosforilación y la fosforilación oxidativa? ¿En qué difieren?

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[Ge. Pe.]

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Las respuestas
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4.- Recuerde la estructura de un cloroplasto e indique todas sus membranas y compartimientos. ¿De qué forma la estructura del cloroplasto se asemeja a la de la mitocondrio? ¿En qué difiere?


Un cloroplasto se parece a una mitocondria en que ambos están rodeado por una membrana interna y externa, separadas una de otras por un espacio intermembranal. El cloroplasto contiene una solución densa, el estroma que se corresponde con la matriz en la mitocondria. Un cloroplasto difiere de la mitocondria en que la membrana interna no presenta crestas y en que contiene un sistema de membranas adicional, los tilacoides, que encierran el espacio tilacoidal.



5. - Describa en términos generales los acontecimientos de la fotosíntesis. (Libertad de redaccion. por supuesto)


Su respuesta debe incluir los conceptos expuestos mas abajo.

Resumen de las etapas de la fotosíntesis

A) Reacciones que capturan energía

Condiciones --> Luz

Lugar --> Tilacoides

¿Qué ocurre aparentemente? ---> La luz que incide sobre el Fotosistema II lanza electrones cuesta arriba. Estos electrones son reemplazados por electrones de moléculas de agua que, al escindirse, liberan O2. Los electrones luego pasan cuesta abajo, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, al Fotosistema I y de éste –nuevamente cuesta abajo– al NADP, que se reduce formando NADPH. Como resultado de este proceso, se forma un gradiente de potencial electroquímico merced al cual se produce ATP a través de un mecanismo quimiosmótico.

Resultados --> La energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en enlaces de ATP y NADPH.

B) Reacciones de fijación de carbono

Condiciones ---> No requieren luz, aunque algunas enzimas son reguladas por ella

Lugar --> Estroma

¿Qué ocurre aparentemente? ---> Ciclo de Calvin. El NADP y el ATP formados en las reacciones que capturan energía lumínica se utilizan para reducir el dióxido de carbono. El ciclo produce gliceraldehído fosfato, a partir del cual puede formarse glucosa y otros compuestos orgánicos.

Resultados ---> La energía química del ATP y del NADPH se usa par incorporar carbono a moléculas orgánicas.




6. - ¿En qué se parecen la fotofosforilación y la fosforilación oxidativa? ¿En qué difieren?

La fotofosforilación y la fosforilación oxidativa se parecen en que ambos son procesos quimiosmóticos, que involucran el establecimiento de un gradiente de protones a través de la membrana interna de una organela y en el uso del gradiente electroquímico resultante en la síntesis de ATP a partir de ADP. La topografía de ambos procesos presenta algunas diferencias: en la fotofosforilación, los protones son bombeados desde el estroma al espacio tilacoidal mientras que en la fosforilación oxidativa, los protones son bombeados desde la matriz al espacio intermembranal. La energía que impulsa la fotofosforilación es aportada por al luz mientras que la energía que impulsa la fosforilación oxidativa es aportada por la oxidación de moléculas orgánicas.

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1a. - Dada la escasez de ambientes muy salinos y la dificultad de sobrevivir en ellos, explique en términos evolutivos por qué se hallan allí las halobacterias.


Sabemos que:

Ciclo de Calvin. Vía C3

Conjunto de reacciones en las cuales el dióxido de carbono es reducido dando lugar a carbohidratos; constituye la segunda etapa de la fotosíntesis.

En las reacciones de fijación del carbono que ocurren en el estroma , el NADPH y el ATP, producidos en las reacciones de captura de energía, se usan para reducir un compuesto de tres carbonos, el gliceraldehído fosfato. A esta vía en la que el carbono se fija por medio del gliceraldehído fosfato se la denomina vía de los tres carbonos o C3 . (Forman las plantas llamadas C3) En este caso, la fijación del carbono se lleva a cabo por medio del ciclo de Calvin, en el que la enzima RuBP (ribulosa bifosfato) carboxilasa combina una molécula de dióxido de carbono con el material de partida, un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa difosfato.

Vía C4

El conjunto de reacciones por las cuales algunas plantas (son llamadas plantas C4) fijan inicialmente carbono en compuestos de cuatro carbonos, el dióxido de carbono se libera posteriormente en el interior de la hoja y entra al ciclo de Calvin. También conocido como la vía de Hatch-Slack.

Pregunta:

2a.- Considere la anatomía de la hoja de una planta C4. ¿En qué tipo de célula (del mesófilo o de la vaina del haz vascular) esperaría usted que ocurran las reacciones fotosintéticas de liberación de oxígeno? ¿Por qué? Esta localización de la liberación del oxígeno, ¿incrementa o disminuye la fotorrespiración?


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[Ge. Pe.]

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Respuestas...
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1a.- Dada la escasez de ambientes muy salinos y la dificultad de sobrevivir en ellos, explique en términos evolutivos por qué se hallan allí las halobacterias.

Los ambientes muy salinos, así como los anaeróbicos y los de altas temperaturas son poco comunes y las condiciones son difíciles. Sin embargo, tales ambientes probablemente comenzaron a incrementar la salinidad a lo largo del tiempo. De los organismos presentes cuando la concentración era baja, algunos probablemente tenían la capacidad de tolerar concentraciones más altas. A medida que la salinidad se incrementó, esos organismos habrían sobrevivido y probablemente prosperaron, dado que la competencia por los recursos del ambiente habría sido marcadamente reducida por la eliminación de la mayoría de los otros organismos. Como la selección natural opera sobre las variaciones que se encuentran en las poblaciones de bacterias, y como la salinidad se incrementa, la población evoluciona de modo que sólo puede vivir en esas condiciones



2a.- Considere la anatomía de la hoja de una planta C4. ¿En qué tipo de célula (del mesófilo o de la vaina del haz vascular) esperaría usted que ocurran las reacciones fotosintéticas de liberación de oxígeno? ¿Por qué? Esta localización de la liberación del oxígeno, ¿incrementa o disminuye la fotorrespiración?

La reacción de liberación de oxígeno de la fotosíntesis ocurre en las células del mesófilo de las plantas C4, porque ahí es donde están localizadas las reacciones de captura de energía del fotosistema I y II. El oxígeno es liberado cuando el agua es escindida en electrones (que reemplazan los electrones lanzados desde el fotosistema II por la luz), protones y oxígeno libre. Esta localización de la liberación de oxígeno disminuye la fotorrespiración; el oxígeno es liberado en las células del mesófilo, cerca de la superficie de las hojas, desde donde puede difundir hacia el exterior, dado que la (ribulosa bifosfato) RuBP carboxilasa, la enzima que cataliza la fotorrespiración en presencia de oxígeno, está localizada en las células de la vaina, más lejos en el interior de la hoja.

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Dos preguntas mas...
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3a.- Más de cien géneros de plantas adquirieron la fotosíntesis C4 durante la evolución. ¿De qué forma esta adaptación es ventajosa para estas plantas? Sin embargo muchas plantas no desarrollaron la fotosíntesis C4. ¿Cómo podría explicar que estas plantas no tengan fotosíntesis C4?


4a.- ¿Qué plantas espera usted que, en condiciones de alta intensidad lumínica, posean un punto de compensación de CO2 más bajo, las C3 o las C4?, ¿Por qué?

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[Ge. Pe.]

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Y las respuestas...
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3a.- Más de cien géneros de plantas adquirieron la fotosíntesis C4 durante la evolución. ¿De qué forma esta adaptación es ventajosa para estas plantas? Sin embargo muchas plantas no desarrollaron la fotosíntesis C4. ¿Cómo podría explicar que estas plantas no tengan fotosíntesis C4?

Las plantas C4 pertenecen a áreas cálidas y áridas. Estas plantas tienen un gran problema con la pérdida de agua y pueden, si sobreviven, abrir sus estomas sólo por un corto período de tiempo.

El resultado de esto es un tiempo muy reducido para la difusión de CO2 dentro de la hoja y, potencialmente, una concentración tan baja de C02 provocaría que ocurriera fotorrespiración más que el paso inicial del ciclo de Calvin.

La vía C4 une CO2 más rápidamente y a una concentración mas baja que la vía C3. Por lo tanto, el gradiente de concentración entre el interior y el exterior es más alto en las plantas C4 que en las plantas C3 y esto permite a las plantas C4 capturar más el CO2 disponible. Este CO2 capturado es introducido en la vía C3 (el ciclo de Calvin), localizado en el interior de las células de la vaina en forma concentrada; el resultado de una alta proporción de concentración de CO2 a O2 minimiza la pérdida por fotorrespiración. Mas aun, la temperatura óptima para la fotosíntesis de las C4 es mayor que para la fotosíntesis de las C3, una ventaja en las áreas cálidas. Para las plantas que viven en ambientes en los que la pérdida de agua y las temperaturas extremas no son problemas severos, la fotosíntesis de las plantas C4 sería ineficiente dado que requiere reacciones químicas adicionales antes de que el CO2 pueda entrar en el ciclo de Calvin.

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4a.- ¿Qué plantas espera usted que, en condiciones de alta intensidad lumínica, posean un punto de compensación de CO2 más bajo, las C3 o las C4?, ¿Por qué?

Las plantas C4 tendrán un punto de compensación de CO2 más bajo que las C3, ya que a bajas concentraciones de dióxido de carbono la pérdida por fotorespiración es mayor en C3 que en C4. Esto a su vez se debe a que la (ribulosa bifosfato) RuBP actúa también como oxigenasa. Debido a la compartimentalización de funciones (captura en el mesófilo debido a la actividad de (fosfoenol piruvato) PEP-carboxilasa y fijación en la vaina debido a la actividad RuBP) las C4 tienden a adquirir –en forma neta– CO2 a concentraciones considerablemente más bajas que las C3.

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[Ge. Pe.]

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Preguntas.... Ahora sobre la división celular
Bibliografia citada
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1. - Distinga entre los siguientes términos: ciclo celular/división celular; mitosis/citocinesis; cromátide/cromosoma; centríolo/centrómero/cinetocoro.


2. - Describa las actividades que ocurren durante cada fase del ciclo celular y el papel de cada fase en el proceso completo de la división celular.


3. - ¿Qué es un cromosoma? ¿Cómo se relaciona con la cromatina?


4. - ¿Por qué nos referimos habitualmente a las cromátides como cromátides hermanas? ¿Cuándo se forman las cromátides hermanas? ¿Cómo? ¿Cuándo comienzan a ser visibles bajo el microscopio?


5. - Describa la estructura del huso en una célula animal típica. ¿Cuál se supone que es la función de cada uno de los grupos diferentes de fibras del huso?


6. - ¿De qué manera difiere la división celular de las células vegetales de la división de las células animales?


7. - ¿Cuál es la función de la división celular en la vida de un organismo? ¿Cuál es la función de la apoptosis?


8. - ¿Qué es el factor promotor de la mitosis? ¿Qué ocurriría si una célula en G1 recibiera el factor promotor de la mitosis?


9. - ¿Cuál puede ser la causa de la proliferación descontrolada de las células cancerosas?


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[Ge. Pe.]

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Respuestas...
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1) Distinga entre los siguientes términos: ciclo celular/división celular; mitosis/citocinesis; cromátide/cromosoma; centríolo/centrómero/cinetocoro.


- El ciclo celular es una secuencia regular de crecimiento y división celular que incluye la fase G1, la fase S y la fase G2 pertenecientes a la interfase, la mitosis y la citocinesis; la división celular es la división del núcleo y del citoplasma (incluye la mitosis y la citocinesis).

- La mitosis es la división del núcleo que contiene una replicación exacta de los cromosomas y la formación de dos núcleos hijos idénticos; la citocinesis es la división del citoplasma de la célula que sigue a la división nuclear.

- Una cromátide es cada una de las dos copias del cromosoma replicado que están unidas por un centrómero común; en las células eucarióticas, el material genético -DNA- es lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales llamadas histonas. Cada molécula de DNA con sus histonas constituye un cromosoma. Los cromosomas se encuentran en el núcleo. En las células procariotas, el cromosoma se encuentra en forma de una molécula grande y circular de DNA a la que están débilmente asociadas diversas proteínas no histónicas.

-Los dos pares de centríolos, idénticos en estructura al cuerpo basal, al comienzo de la mitosis son generalmente encontrados a un lado del núcleo, por fuera de la envoltura nuclear.

Se mueven hacia los polos opuestos de la célula durante la profase.

El centrómero es el área de constricción común a las dos cromátides hermanas y es el punto de su unión.

El cinetocoro es un complejo proteico en forma de disco ensamblado en la superficie del centrómero en el cual se insertan los microtúbulos del huso.



2) Describa las actividades que ocurren durante cada fase del ciclo celular y el papel de cada fase en el proceso completo de la división celular.

Fase G1: crecimiento general y replicación de las organelas citoplasmáticas. La fase subsecuente del ciclo celular es disparada por la acción de factores que actúan en la última etapa de la G1.

Fase S: fase de síntesis en la cual el material genético se duplica.

Fase G2: se condensan los cromosomas replicados y comienza a ensamblar las estructuras necesarias para la mitosis y la citocinesis.

En G2, existe otro punto de control en el cual la célula "evalúa" si está preparada para entrar en mitosis.

Mitosis: división del núcleo celular.

Citocinesis: división del citoplasma de la célula.



3) ¿Qué es un cromosoma? ¿Cómo se relaciona con la cromatina?

Un cromosoma es un cuerpo que contiene el material genético. La cromatina es el DNA y las proteínas histónicas que componen el cromosoma; generalmente está dispersa en el núcleo como cadenas filamentosas, pero durante la división celular, se condensa formando los cromosomas.




4) ¿Por qué nos referimos habitualmente a las cromátides como cromátides hermanas? ¿Cuándo se forman las cromátides hermanas? ¿Cómo? ¿Cuándo comienzan a ser visibles bajo el microscopio?

Cada cromátide es una copia idéntica de la otra. Se forman durante la fase S del ciclo celular por replicación del DNA. Se hacen visibles al microscopio durante la profase temprana.




5) Describa la estructura del huso en una célula animal típica. ¿Cuál se supone que es la función de cada uno de los grupos diferentes de fibras del huso?

El huso, en la mayoría de las células, animales consiste en 3 grupos de fibras. Cuando el huso está completamente formado es una estructura tridimensional elíptica que consiste en:

1) las fibras polares, que llegan desde cada polo del huso hasta una región central, a mitad de camino entre los polos.

2) las fibras del cinetocoro, que se insertan en los cinetocoros de los cromosomas duplicados.

3) Aquellas células que contienen centríolos presentan, en cada polo del huso, un par de centríolos recién duplicados.

Esas células también contienen un tercer grupo de fibras más cortas, que se extienden hacia afuera desde los centríolos. Estas fibras adicionales se conocen colectivamente como áster. Se ha formulado la hipótesis de que las fibras del áster afirmarían los polos del huso contra la membrana celular durante los movimientos mitóticos. En las células que carecen de centríolos y ásteres, la pared celular rígida podría desempeñar una función similar.

Durante la metafase temprana, los pares de cromátides se van ubicando en el plano ecuatorial, conducidos por las fibras cinetocóricas, como si fuesen atraídos primero por un polo y luego por el otro. Finalmente, los pares de cromátides se disponen exactamente en el plano ecuatorial de la célula. Al comienzo de la anafase se separan las dos cromátides de cada par siendo cada una atraída hacia polos opuestos. Los centrómeros se mueven primero mientras que los brazos de los cromosomas parecen quedar rezagados. En la mayoría de las células, el huso en conjunto también se alarga por elongación de las fibras polares, y los polos se alejan uno de otro. Aunque hay pocas dudas de que el movimiento de los cromosomas hacia los polos, y la separación de los polos entre sí, son el resultado de las interacciones entre las fibras del cinetocoro y las fibras polares del huso, aún no se conoce con exactitud el mecanismo involucrado. A medida que cada cromosoma se mueve hacia el polo correspondiente, el microtúbulo cinetocórico al que está asociado se despolimeriza. En la actualidad, se proponen dos modelos para explicar el movimiento de los cromosomas hacia los polos.



6) ¿De qué manera difiere la división celular de las células vegetales de la división de las células animales?

En las células de la mayoría de las plantas, no hay centríolos. Las células de las plantas sin centríolos forman el huso pero no tienen áster. En las células vegetales, una serie de vesículas divide al citoplasma en la línea media. Estas vesículas, son producidas por los complejos de Golgi y contienen polisacáridos. Las vesículas migran hacia el plano ecuatorial, transportadas por los microtúbulos remanentes del huso mitótico; finalmente se fusionan y forman una estructura plana limitada por membrana, la placa celular. A medida que se agregan más vesículas, los bordes de la placa en crecimiento se fusionan con la membrana de la célula y se forma una capa de polisacáridos entre las dos células hijas, completándose su separación. Esta capa se impregna con pectinas y forma finalmente la laminilla media. Cada nueva célula construye, así, su propia pared celular, depositando celulosa y otros polisacáridos sobre la superficie externa de su membrana celular.

En las células animales, durante la telofase temprana la membrana comienza a constreñirse alrededor de la línea media de la célula, en el plano ecuatorial del huso. Al principio, en la superficie aparece un surco que gradualmente se profundiza y forma una hendidura. Finalmente, la conexión entre las células hijas se reduce a una hebra delgada, que pronto se parte. La constricción se produce por la contracción de un anillo compuesto principalmente por filamentos de actina y miosina, el anillo contráctil, que se encuentra unido a la cara citoplasmática de la membrana celular. El anillo contráctil actúa en la membrana de la célula materna, a la altura de su línea media, estrangulándola hasta que se separan las dos células hijas.




7) ¿Cuál es la función de la división celular en la vida de un organismo? ¿Cuál es la función de la apoptosis?

En los organismos unicelulares, por medio de la división celular aumenta el número de individuos en la población. En las plantas y animales multicelulares, la división celular es el procedimiento por el cual el organismo crece, partiendo de una sola célula, y los tejidos dañados son reemplazados y reparados.
En la formación de un individuo, la muerte celular o apoptosis es tan importante como la división celular. En el desarrollo y mantenimiento de la estructura de los organismos multicelulares, no sólo se requiere de la división celular, que aumenta el número de células somáticas, sino también de un proceso de muerte celular programada.

La división y muerte celular ocurren de un modo coordinado y, de esta manera, se mantiene la forma del organismo. En los vertebrados, por apoptosis se regula el número de neuronas durante el desarrollo del sistema nervioso, se eliminan linfocitos que no realizan correctamente su función y se moldean las formas de un órgano en desarrollo, eliminando células específicas. En los embriones humanos, las células que forman las membranas interdigitales se eliminan por apoptosis en cierto momento del desarrollo. La apoptosis es un tipo de muerte activa, que requiere gasto de energía por parte de la célula y es un proceso ordenado en el que no se desarrolla un proceso inflamatorio.



8 ) ¿Qué es el factor promotor de la mitosis? ¿Qué ocurriría si una célula en G1 recibiera el factor promotor de la mitosis?

En cierto momento del ciclo celular, la célula "decide" si va a dividirse o no. Cuando las células normales cesan su crecimiento como resultado de la falta de alimento, de la inhibición dependiente de la densidad, o por otros factores, se detienen en un punto tardío de la fase G1. Este punto se conoce como el punto R ("restricción") del ciclo celular.

Una vez que las células sobrepasan el punto R, están obligadas a seguir a través del resto de las fases del ciclo, y luego a dividirse. La fase Gl se completa rápidamente y, en la fase S, comienza la síntesis de DNA y de histonas. Otro mecanismo de control se lleva a cabo durante el proceso mismo de duplicación del material genético, en la fase S, y asegura que la duplicación ocurra sólo una vez por ciclo. Luego, la célula entra en la fase G2 del ciclo. En G2, existe otro punto de control en el cual la célula "evalúa" si está preparada para entrar en mitosis. Este control actúa como un mecanismo de seguridad que garantiza que solamente entren en mitosis aquellas células que hayan completado la duplicación de su material genético.
El pasaje de la célula a través del punto R depende de la integración del conjunto de señales externas e internas que recibe. El sistema de control del ciclo celular está basado en dos proteínas clave, las ciclinas y las proteínas quinasas dependientes de ciclinas (Cdk), que responden a esta integración de señales.

Las proteínas Cdk actúan activando otras proteínas por fosforilación y se encuentran presentes en todas las células eucarióticas durante todo el ciclo celular. Las ciclinas son proteínas activadoras que se unen a las quinasas y regulan su actividad. El nivel de ciclinas varía a lo largo del ciclo, aumentando su concentración en determinados momentos y disminuyendo, por degradación, en otros. El ensamblado de las Cdk con las ciclinas, su activación y el desensamblado, es un proceso cíclico que dirige la sucesión de las distintas fases del ciclo celular. Existen varios tipos de ciclinas que pueden agruparse en dos clases principales: las ciclinas de G1 y las ciclinas mitóticas. Las ciclinas de cada una de estas clases actúan en la correspondiente fase del ciclo celular.

La ciclina mitótica se acumula en forma gradual durante G2 y se une a la quinasa formando el complejo Cdk-ciclina, también llamado factor promotor de la mitosis (FPM). Este complejo fosforila ciertas proteínas específicas, induciendo los cambios estructurales que conducen a la mitosis. Entre ellos, se pueden mencionar la condensación de los cromosomas -producida por fosforilación de una de las histonas (H1)-, el desensamblado de la envoltura nuclear y la organización de los microtúbulos en el huso mitótico.
Si una célula recibiera el FPM en G1, los cromosomas condensados no podrán duplicarse como ocurre en la fase siguiente S. De esta manera, se desorganizaría la envoltura nuclear y se organizarían los microtúbulos, pero no habría material genético duplicado.




9) ¿Cuál puede ser la causa de la proliferación descontrolada de las células cancerosas?

El cáncer se inicia cuando una célula escapa a los controles normales de división y muerte celular y comienza a proliferar de modo descontrolado. El cáncer es el resultado de una serie de modificaciones accidentales en el material genético que trae como consecuencia la alteración del comportamiento normal de la célula. Existen genes que contribuyen a originar un cáncer los cuales, en sus "versiones normales", están relacionados con el control del crecimiento y la sobrevida de la célula. Entre ellos, se encuentran los protooncogenes, que estimulan la proliferación celular y los genes supresores de tumores, que la inhiben.
La versión alterada de un protooncogen, un oncogen, puede ser responsable, por ejemplo, del aumento desmedido de una proteína estimuladora del crecimiento. Por otra parte, la versión alterada de un gen supresor puede resultar en la pérdida de una proteína inhibidora del crecimiento o de una proteína activadora de la muerte programada. En ambos casos, la presencia de estos genes alterados conduce a la proliferación descontrolada de las células que se encuentra en el origen de todo cáncer.

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[Ge. Pe.]

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Sobre Meiosis, Mitosis y Reproduccion...
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1.- Distinga entre los siguientes conceptos: haploide/diploide/poliploide; esporofito/gametofito; gameto/cigoto; meiosis I/meiosis II; homólogo/tétrada; entrecruzamiento/quiasmas.

2. - Los perros tienen un número diploide de cromosomas de 78. ¿Cuántos cromosomas esperaría encontrar en un gameto? ¿En una célula del hígado? Los ciruelos tienen un número haploide de cromosomas de 24. ¿Cuántos cromosomas esperaría encontrar en una célula que entrará en meiosis? ¿Y en el núcleo de un grano de polen?

3.- a) Compare la metafase de la mitosis con la metafase II de la meiosis. b) Compare la anafase de la mitosis con la anafase I y la anafase II de la meiosis. En sus respuestas, considere las posiciones y composición de los cromosomas y sus consecuencias.

4.- Compare y contraste los procesos generales y las consecuencias genéticas de la mitosis y la meiosis.

5.- En nuestros cuerpos y en los de la mayoría de los animales ocurren mitosis y meiosis. ¿Cuáles son los productos finales de estos dos procesos? ¿En qué parte de nuestro cuerpo ocurren estos procesos

6.- ¿Es posible la reproducción sexual, es decir, la fecundación y la meiosis, con un solo progenitor? Explique.

7.- Ninguno de nosotros es exactamente igual a su madre ni a su padre. ¿Por qué?

8.- Explique cómo pudo heredar ciertos rasgos de su abuelo materno .

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Bibliografia citada
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[Ge. Pe.]

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Las respuestas...
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1.- Distinga entre los siguientes conceptos:

haploide/diploide/poliploide;

esporofito/gametofito; gameto/cigoto;

meiosis I/meiosis II;

homólogo/tétrada;

entrecruzamiento/quiasmas.


-El número de cromosomas de los gametos se conoce como número haploide ("dotación simple"), y en las células somáticas, como número diploide ("dotación doble"). Las células que tienen más de dos dotaciones cromosómicas se denominan poliploides ("muchas dotaciones"); en las plantas, la fase haploide típicamente alterna con una fase diploide.

-En los helechos, por ejemplo, la forma más común y conspicua es el individuo diploide, el esporofito. Los esporofitos de los helechos producen esporas por meiosis, que habitualmente se encuentran en la parte inferior de sus frondes. Estas esporas, que tienen el número haploide de cromosomas, germinan y forman plantas mucho más pequeñas, los gametofitos, que típicamente consisten sólo en unas pocas capas de células, todas ellas haploides. Los pequeños gametofitos haploides producen gametos por mitosis; los gametos se fusionan y luego desarrollan un nuevo esporofito diploide.

-En la mayoría de las plantas y animales conocidos, las células sexuales, o gametos, tienen exactamente la mitad del número de cromosomas que las células somáticas del organismo. Cuando los gametos se fusionan se forma un cigoto.

-En la primera etapa de la meiosis, la meiosis I, los cromosomas homólogos se separan. Se producen dos núcleos, cada uno con un número haploide de cromosomas. Cada cromosoma, a su vez, está formado por dos cromátides. Los núcleos pueden pasar por un período de interfase, pero el material cromosómico no se duplica. En la segunda etapa de la meiosis, la meiosis II, las cromátides hermanas de cada cromosoma se separan, como si fuese una mitosis. Cuando los dos núcleos se dividen, se forman cuatro células haploides. En toda célula diploide, cada cromosoma tiene su pareja.

-Los pares de cromosomas se conocen como pares homólogos. Los dos se asemejan en tamaño y forma y también, en el tipo de información hereditaria que contienen. Uno de los cromosomas homólogos proviene del gameto de uno de los progenitores y su pareja, del gameto del otro progenitor. Después de la fecundación, ambos homólogos se encuentran presentes en el cigoto. Como cada cromosoma consta de dos cromátides idénticas, el apareamiento de los cromosomas homólogos involucra, en realidad, a cuatro cromátides y, por ello, cada complejo de cromosomas homólogos apareados se denomina tétrada.

Mientras los cromosomas homólogos están apareados, se produce el entrecruzamiento o "crossing-over", que consiste en el intercambio de un segmento de un cromosoma por el segmento correspondiente del otro cromosoma homólogo. En los puntos donde hay entrecruzamiento, un fragmento de cromátide de un homólogo se rompe y se intercambia por un fragmento de cromátide del otro homólogo. Las zonas de ruptura se reparan y, como resultado, las cromátides hermanas de cada cromosoma homólogo dejan de ser genéticamente idénticas. El cromosoma homólogo materno contiene ahora partes del homólogo paterno y viceversa. Por lo tanto, el entrecruzamiento es un mecanismo crucial que permite la recombinación del material genético de los dos progenitores. A medida que avanza la profase, los homólogos de cada par comienzan a separarse entre sí, excepto en las regiones de entrecruzamiento. Aquí, en los puntos de entrecruzamiento o quiasmas, los homólogos permanecen en íntima asociación hasta el fin de la profase. Aunque los cromosomas homólogos se han separado ligeramente al final de la profase I, aún continúan apareados.




2. - Los perros tienen un número diploide de cromosomas de 78. ¿Cuántos cromosomas esperaría encontrar en un gameto? ¿En una célula del hígado? Los ciruelos tienen un número haploide de cromosomas de 24. ¿Cuántos cromosomas esperaría encontrar en una célula que entrará en meiosis? ¿Y en el núcleo de un grano de polen?

En los perros, en cada gameto se espera encontrar 39 cromosomas y en el hígado, 78. En los ciruelos se espera encontrar 48 cromosomas en una célula madre y 24 en el núcleo de un grano de polen.



3.- a) Compare la metafase de la mitosis con la metafase II de la meiosis. b) Compare la anafase de la mitosis con la anafase I y la anafase II de la meiosis. En sus respuestas, considere las posiciones y composición de los cromosomas y sus consecuencias.

a.- En la mitosis, como consecuencia de la posición de los cromosomas en metafase y de la separación en anafase, se producen dos células hijas cada una compuesta por un juego idéntico de cromosomas. En la meiosis, como consecuencia del crossing over, la separación de los homólogos en la meiosis I y la posición de los cromosomas en la metafase II, se producen cuatro células hijas, cada una con la mitad del número de cromosomas presente en la célula original y los cromosomas en las cuatro células hijas no son idénticos.

b.- En la anafase de la mitosis y en la anafase II de la meiosis las cromátides hermanas se separan y se mueven hacia los polos opuestos de la célula. En anafase I de la meiosis, los homólogos se separan y se mueven a los polos opuestos pero las cromátides hermanas que forman cada cromosoma permanecen unidas a su centrómero.



4.- Compare y contraste los procesos generales y las consecuencias genéticas de la mitosis y la meiosis.

En la meiosis, ocurren dos divisiones nucleares consecutivas, produciendo un total de 4 células; en la mitosis, ocurre sólo una división nuclear, produciéndose 2 células. En la meiosis, cada una de las cuatro células producidas contiene la mitad del número de cromosomas de la célula original; en la mitosis, cada una de las dos células contiene el mismo número de cromosomas que la célula original. En la meiosis, las células haploides producidas contienen nuevas combinaciones de los cromosomas (como resultado del crossing over y la segregación al azar de los homólogos) y cada nueva célula tiene un único juego de información genética; en la mitosis, cada célula producida contiene la misma combinación de cromosomas y, por lo tanto, la misma información genética que la célula parental.



5.- En nuestros cuerpos y en los de la mayoría de los animales ocurren mitosis y meiosis. ¿Cuáles son los productos finales de estos dos procesos? ¿En qué parte de nuestro cuerpo ocurren estos procesos?

En nuestro cuerpo, la mitosis provee nuevas células para el crecimiento y reemplazo de células dañadas; la meiosis, por otro lado, produce gametos, haciendo posible que la descendencia contenga nuevas combinaciones de la información genética. La mitosis es ventajosa ya que permite a nuestro cuerpo crecer y nuestras células se especializan en diferentes funciones. Sin la mitosis, nuestro lapso de vida podría ser más corto dado que las células dañadas no podrían ser reemplazadas. La mitosis asegura que las nuevas células producidas sean idénticas a las viejas. La meiosis es ventajosa porque origina variabilidad. La mitosis ocurre en las células somáticas. La meiosis ocurre en los ovarios produciendo ovocitos y en los testículos, produciendo espermatozoides.


6.- ¿Es posible la reproducción sexual, es decir, la fecundación y la meiosis, con un solo progenitor? Explique.

La reproducción sexual no requiere dos progenitores cuando un organismo es capaz de autofecundarse como ocurre en la mayoría de las plantas y algunos animales.



7.- Ninguno de nosotros es exactamente igual a su madre ni a su padre. ¿Por qué?

La razón por la que no somos exactamente iguales a nuestras madres o a nuestros padres se debe al entrecruzamiento y a la segregación al azar de los cromosomas homólogos durante la meiosis.



8.- Explique cómo pudo heredar ciertos rasgos de su abuelo materno.

Los alelos de características heredadas de un abuelo materno podrían haber estado contenidos en un el espermatozoide que fertilizó el óvulo de la abuela y dio lugar al {cigoto que dio origen a su madre. Los alelos de esas características fueron transportados en uno de los cromosomas homólogos de las células de su madre. Algunos de esos homólogos, en promedio, la mitad, podrían haber estado contenidos en el cigoto del cual Ud. se originó.
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Un examen interesante...

MADRID / SEPTIEMBRE 04. LOGSE / BIOLOGÍA / OPCIÓN A
/ EXAMEN COMPLETO


EXAMEN COMPLETO

-Tiempo: 1 hora y 30 minutos.


OPCION A

1. Respecto a los lisosomas:

a) Explique su estructura, composición y función (1 punto).
b) Defina lisosoma primario y lisosoma secundario (0,5 puntos).
c) Explique el significado y función del fagolisosoma (0,5 puntos).



2. En el metabolismo de los seres vivos:

a) Indique qué es un coenzima y qué papel desempeña (1 punto).
b) Ponga un ejemplo de un coenzima oxidado e indique una ruta metabólica
en la que actúe (0,5 puntos).
c) Explique qué ocurren con los coenzimas reducidos en la cadena respiratoria
(0,5 puntos).



3. Con referencia a los procesos de división celular eucariótica:

a) Establezca tres diferencias entre los acontecimientos que tiene lugar
durante la profase mitótica y la profase I meiótica (1 punto).
b) .Qué representa a meiosis en la reproducción y variabilidad de las especies
(0,5 puntos).
c) Haga un esquema de un bivalente indicando sus componentes (0,5 puntos).



4. En relación con la información genética y sus alteraciones:

a) Si un polipéptido tiene 450 aminoácidos, indique cuántos ribonucleótidos
tendrá el fragmento del ARNm que codifica esos aminoácidos. Razone la
respuesta (0,5 puntos).

b) B) 5´ GUU-UCC-GCA-UGG3 ´, son cuatro codones de una molécula de
ARNm.

c) Suponga que un fragmento de ADN que codifica un polipéptido se
reproduce una mutación puntual que afecta a un par de bases. Debido a
ello, cuando la célula sintetice de nuevo el polipéptido, a éste le podría haber
ocurrido uno de los cuatro hechos siguientes:

1. Que se codifique el mismo aminoácido que el sintetizado antes de
la mutación.
2. La sustitución de un aminoácido por otro distinto.
3. Que el nuevo polipéptido sintetizado sea más corto.
4. Que el nuevo polipéptido sintetizado sea más largo.

Basándose en sus conocimientos del código genético, explique el por qué
cada uno de estos resultados. (1puntos).



5. En relación con los microorganismos y sus aplicaciones:

a) .Qué son los antibióticos? (0,5 puntos).
b) Indique dos grupos de microorganismos capaces de fabricar antibióticos.
(0,5 puntos).
c) Señale otras dos sustancias producidas por la industria farmacéutica,
obtenidas mediante procesos biotecnológicos y su utilidad médica (0,5
puntos).


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[Ge. Pe.]

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Veamos lo que pedian... (por supuesto es el minimo, Uds. pueden agregar mas cosas)
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OPCIÓN A

SOLUCIONES

1. Solución:

1.- Respecto a los lisosomas

a) Los lisosomas son orgánulos celulares rodeados de membrana que contienen en su interior enzimas hidrolíticas capaces de degradar todo tipo de polímeros biológicos, su función biológica es la digestión celular.

b) Los lisosomas primarios son orgánulos rodeados de membrana que contienen en su interior un conjunto de enzimas hidrolíticas capaces de degradar todo tipo de
biopolímeros biológicos: proteínas, ácidos nucleicos, glúcidos y lípidos. Estas enzimas se sintetizan en el retículo endoplásmico rugoso y son transportadas, vía aparato de Golgi, hasta los lisosomas.

El lisosoma secundario está formado por la fusión del lisosoma primario con el
fagosoma, de modo que su interior contiene las enzimas vertidas por el lisosoma
primario que degradan la sustancia incorporada.

c) El fagolisosoma es un lisosoma secundario en cuyo interior la sustancia capturada del exterior a digerir está en estado sólido.




2. Solución:

2. En el metabolismo de los seres vivos:

a) Una coenzima es la fracción no proteica de un enzima. Generalmente, se trata de una molécula orgánica compleja que determinados enzimas requieren para su actividad catalítica.

c) El NAD y el NADP son coenzimas que intervienen en el metabolismo celular. Una
coenzima es la fracción no proteica de un enzima. Generalmente, se trata de una
molécula orgánica compleja que determinados enzimas requieren para su actividad
catalítica.

En muchas reacciones bioquímicas del metabolismo sucede que los electrones liberados van ligados a protones en forma de hidrógeno. Cuando en una reacción metabólica se produce una deshidrogenación, el hidrógeno que se transfiere debe considerarse como protones más electrones ( 2H = 2 H+ + 2 e-). Estos electrones son transportados enzimáticamente desde las reacciones catabólicas de oxidación hasta las anabólicas de reducción. Una molécula, pierde hidrógeno (se oxida) en presencia de enzimas deshidrogenasas, cuyas coenzimas de oxidorreducción tienen gran afinidad para captarlo (se reducen), para después volver a cederlo (se oxidan) a otros compuestos que se reducen. El NADH y el NADPH actúan como coenzimas de oxidorreducción, que transportan los electrones desde un punto a otro de la célula de un modo similar a como el ATP lleva los grupos fosfato y la energía.

c) Las coenzimas reducidas (NADH y FADH2) ceden los electrones obtenidos en fases anteriores de oxidación a la cadena de transporte electrónico respiratoria. Ésta consta de una serie de enzimas oxidorreductasas o transportadores, localizadas en la membrana mitocondrial interna que conforma las crestas mitocondriales, que recogen los electrones y los van pasando de una a otra hasta el aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.


3. Solución:

3. Con referencia a los procesos de división celular eucariótica:

a) Las principales diferencias entre los acontecimientos ocurridos durante la profase mitótica y la profase meiótica I son las siguientes:

1. En la profase I meiótica se aparean los cromosomas homólogos mientras que en
la mitótica no existe apareamiento.

2. Durante la profase I meiótica tiene lugar la recombinación génica por
sobrecruzamiento entre cromosomas homólogos, mientras que en la profase
mitótica no se produce este proceso.

3. La duración de la profase meiótica es mucho mayor que la de la profase
mitótica.

b) La importancia biológica de la meiosis reside en el intercambio de información genética que tiene lugar durante ésta y cuya consecuencia es la recombinación genética. Este proceso, junto con la mutación, conduce a un incremento de la variabilidad genética. De este modo, un individuo puede adquirir la mezcla más favorable de los caracteres de sus progenitores y así, en situaciones desfavorables, la reproducción sexual puede favorecer la adaptación al medio.

c) Durante la subfase zigoteno de la Profase I de la meiosis los cromosomas homólogos se aparean hasta a estar completamente alineados. Este apareamiento se denomina sinapsis y da lugar a la formación de una estructura constituida por cuatro cromátidas denominada bivalente.




4. Solución:

4. En relación con la información genética y sus alteraciones:

a) Un codón es cada grupo de tres nucleótidos del ARN mensajero que codifica para una aminoácido y, durante, la traducción, se corresponde con un anticodón del ARN transferente poseedor de tres nucleótidos cuyas bases nitrogenadas son complementarias del codón.


Por tanto, su un polipéptido tiene 450 aminoácidos, el fragmento de ARN que lo
codifica poseerá 450 x 3 = 1350 ribonucléotidos.


b) Efectivamente puesto que el uracilo es exclusivo del ARN.

c) Caso 1. Como el código genético es degenerado, el triplete puede sustituirse por otro que codifique el mismo aminoácido, de modo que la mutación no afectaría al enzima y sería una mutación silenciosa o nula.
Caso 2: El triplete originado por mutación codifica otro aminoácido.
Caso 3: La mutación puntual origina un triplete de terminación de modo que el gen codificará un polipéptido más corto.
Caso 4: La mutación afecta al triplete de terminación codificando otro aminoácido.




5. Solución:

5. En relación con los microorganismos y sus aplicaciones:


a y b) Los antibióticos son sustancias químicas sintetizadas por organismos que, en soluciones diluidas, destruyen las bacterias y otros microorganismos (procariontes y eucariontes) e inhiben su desarrollo. En la actualidad algunas de estas sustancias se obtienen también sintéticamente a partir de hongos filamentosos y determinadas bacterias.

c) La Biotecnología tiene, actualmente, su máxima expresión en la industria
farmacéutica. Las técnicas de ingeniería genética reciben también el nombre de técnicas de ADN recombinante. Son un conjunto de técnicas desarrolladas para la manipulación de genes, cuyo objetivo fundamental es transferir estos genes de unos organismos a otros para obtener productos de interés u organismos con ciertas características deseadas.

En el caso de los enfermos diabéticos el uso de la técnica de clonación de ADN
recombinante para la fabricación de insulina por microorganismos es de máxima
importancia. Esta técnica permite insertar en el genoma bacteriano el gen humano que codifica para la insulina, de modo que la bacteria sintetiza la hormona.


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