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MADRID / SEPTIEMBRE 03. LOGSE / BIOLOGÍA / OPCIÓN A /
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OPCIÓN A
1. En relación con las proteínas:
a) Explique su estructura primaria y secundaria.
b) Explique en qué consiste la desnaturalización y la renaturalizacion
proteica.
c) Cite dos factores que puedan causar la desnaturalización.
2. Relacionando con el metabolismo celular:
a) Defina anabolismo y catabolismo.
b) Nombre el sustrato inicial y el producto final de la glucólisis e indique si
se trata de una ruta anabólica o catabólica.
c) Nombre un sustrato inicial y el producto final de la gluconeogénesis e
indique si se trata de una ruta anabólica o catabólica.
d) Indique los compartimentos celulares donde se realicen las vías
metabólicas nombradas en los apartados b y c.
3. En un organismo eucariótico con reproducción sexual, con un número
cromosómico 2n= 4 y todos los cromosomas telocéntricos:
a) Dibuje un esquema de una anafase II.
b) ¿Cuál es el sentido biológico de la meiosis?
4. En relación con la expresión génica:
a) Explique en que consiste el proceso de traducción y cite en qué
estructuras de la célula se produce.
b) Indique el papel que desempeñan en este proceso los sitios A y P del
ribosoma y la enzima aminoacilARNt-sintetasa.
c) Indique como se denomina el triplete de bases que en el ARNm codifica
para una aminoácido específico, cómo se denomina el triplete de bases
complementarias en el ARNt e indique cuál sería el triplete de bases del
ARNt si su complementario para el aminoácido valina en el ARNm es
GUA.
5. Con referencia a la moderna biotecnología:
a) Defina los siguientes conceptos: ingeniería genética, célula hospedadora,
clonación y vector de clonación.
b) Mencione cuatro aplicaciones prácticas de la ingeniería genética y ponga
un ejemplo de cada una de ellas.
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SOLUCIÓN OPCIÓN A
1. Solución
a) La composición y forma de una proteína viene definida por cuatro estructuras, éstas
tienen un carácter jerarquizado, es decir, implican unos niveles o grados de complejidad
creciente que dan lugar a los cuatro tipos de estructuras: primaria, secundaria, terciaria y
cuaternaria.
La estructura primaria de una proteína es la secuencia lineal de los aminoácidos que
contiene, es decir, el número y el orden en el que se encuentran. Los enlaces peptídicos
entre los aminoácidos mantienen estable esta estructura.
La estructura secundaria de una proteína se refiere a la ordenación regular y periódica
en el espacio de la cadena polipeptídica a lo largo de una dirección. Puede decirse
también, que es la disposición de la estructura primara en el espacio. Existen dos
modelos o tipos de estructuras secundarias:
- Hélice alfa.
- Lámina beta.
Los enlaces que mantienen estables los dos tipos de estructuras secundarias principales,
son los puentes de hidrógeno que se establecen entre los diferentes enlaces peptídicos
que existen en la cadena.
La hélice alfa es una estructura en la que la cadena polipeptídica se va arrollando en
espiral debido a la capacidad de giro que poseen los carbonos alfa de los aminoácidos. La
alfa-hélice se mantiene estable gracias a la formación de puentes de hidrógeno
intracatenarios entre el grupo -NH2 de un enlace peptídico y el grupo -C=O del cuarto
aminoácido que le sigue. Los grupos R de los aminoácidos quedan orientados hace
fuera de la hélice, mientras que los grupos todos los grupos -C=O se orientan en la
misma dirección y los -NH2 en dirección contraria.
La lámina ß es una estructura secundaria en la que la cadena polipeptídica se dispone
plegada en zig- zag. Varias cadenas polipeptídicas pueden situarse unas al lado de otras,
paralelas o antiparalelas. Esta estructura se estabiliza mediante el establecimiento de
puentes de hidrógeno intercatenarios, en los que participan los grupos -CO y -NH de los
enlaces peptídicos de cadenas enfrentadas. Los grupos R de los aminoácidos se
encuentran por encima y por debajo de los planos e zigzag de la lámina plegada.
La lámina ß es la estructura que presenta la fibroína de la seda y la ß-queratina, además
forma grandes regiones en la mayoría de las proteínas globulares, constituyendo una
especie de trama laminar sobre la que se construye la proteína.
b y c) La manera de determinar la importancia que tiene la estructura específica de una
proteína para su función biológica es alterar la estructura y determinar cuál es el efecto
de esta alteración en su función. Una alteración extrema es la total anulación de su
estructura tridimensional, a este proceso se le denomina desnaturalización. La
desnaturalización de proteínas se puede llevar a cabo por calor, cambios extremos de
pH y por acción de disolventes orgánicos y detergentes.
La desnaturalización de las proteínas va siempre asociada a la pérdida de actividad
biológica de las mismas. Sin embargo, algunas proteínas pueden recuperar su estructura
y, por tanto, su actividad biológica, en un proceso conocido como renaturalización, si
son devueltas a condiciones en las que su conformación nativa es estable.
De los procesos de desnaturalización y renaturalización de proteínas se obtienen
conclusiones relevantes acerca de las mismas. En primer lugar, la secuencia de las
proteínas determina su estructura tridimensional y, en segundo lugar, la estructura
tridimensional determina la función biológica de las proteínas.
2. Solución
a) El metabolismo energético es el conjunto de procesos intracelulares en los cuales se
produce energía y comprende dos fases distintas: catabolismo y anabolismo.
El catabolismo es el metabolismo de degradación oxidativa de moléculas a través de
reacciones exergónicas, es decir, son reacciones que producen o liberan energía. Por lo
tanto, se transforman sustancias más complejas en otras más sencillas.
El anabolismo es la fase del metabolismo de síntesis de moléculas a través de
reacciones endergónicas, es decir, requieren energía para su realización y es posible
gracias al catabolismo. Por lo tanto, se forman moléculas más complejas a partir de
otras más sencillas, que la células utilizará para formar materia propia o de reserva.
b) La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas es una ruta catabólica y
oxidativa que convierte una molécula de glucosa en dos de ácido pirúvico. Es la ruta
central del catabolismo de la glucosa en animales, plantas y microorganismos, y se
considera la ruta más antigua utilizada por los seres vivos para obtener energía
c) Todas las células son capaces de sintetizar glucosa a partir de moléculas obtenidas en
el catabolismo de otros principios inmediatos, por medio de un proceso llamado
gluconeogénesis . Las células autótrofas podrán además obtenerla a partir del CO2
atmosférico, mediante el ciclo de Calvin.
Desde el punto de vista energético, lo interesante, es que el proceso no sigue en todo
momento el camino inverso a la glucólisis. La gluconeogénesis engloba los procesos de
obtención de glucosa-6-P a partir del ácido pirúvico. El ácido pirúvico es producto
final de múltiples procesos catabólicos, como los de degradación de muchos
aminoácidos o de la glucosa mediante la glucólisis. Asimismo, las células pueden
obtener ácido pirúvico a partir del ácido láctico, producto de la fermentación láctica en
los músculos.
d) La glucólisis y la gluconeogénesis tienen lugar en el hialoplasma de las células
eucariotas y en el citoplasma de las procariotas.
3. Solución
a)
La meiosis es un proceso que consiste en dos divisiones celulares sucesivas que dan
lugar a cuatro células haploides (n), denominadas gametos (óvulos o espermatozoides),
a partir de una única célula diploide (2n). Por lo tanto, las células hijas poseen la mitad
de cromosomas que la célula madre, son genéticamente diferentes entre sí y a la célula
madre. Cuando los gametos se fusionan sus núcleos tras la fecundación, se recupera la
dotación diploide en el zigoto.
Las características de esta división son:
1. La meiosis tiene lugar en todos los ciclos biológicos en los que se da un proceso de
reproducción sexual.
2. Consta de dos divisiones nucleares sucesivas con una sola duplicación previa del
material genético.
3. El resultado de esta división es la aparición de cuatro núcleos haploides.
4. Durante el proceso meiótico tiene lugar un intercambio de material genético
procedente de los dos gametos fusionados durante la fecundación.
Antes de iniciarse la meiosis, durante la interfase, ha ocurrido la duplicación del ADN.
Comienzan entonces las dos divisiones nucleares sucesivas:
b) Durante la profase I de la primera división meiótica tiene lugar el fenómeno más
característico de esta división celular que es el denominado sobrecruzamiento
cromosómico. Éste ocurre en la subfase paquiteno en la cual los pares de cromosomas
homólogos están estrechamente apareados adheridos en determinados puntos
denominados quiasmas. En esta situación las cromátidas hermanas se entrecruzan y se
fragmentan transversalmente dando lugar a un intercambio de ADN entre ellas.
El significado biológico de la meiosis es que ésta tiene lugar en la reproducción sexual
de los seres vivos. En este tipo de reproducción intervienen dos progenitores que
combinan su información genética para formar un nuevo individuo que tendrá una
mezcla de los caracteres de ambos. La consecuencia del intercambio de información
hereditaria fruto del sobrecruzamiento cromosómico que tiene lugar durante la meiosis
da lugar al fenómeno de recombinación genética, que es responsable, junto con la
mutación, de la variabilidad y de la evolución de los seres vivos.
4. Solución
a) La traducción es la segunda fase del proceso de síntesis proteica, tiene lugar en el
citoplasma celular, donde se encuentran los ribosomas. En esta etapa se traduce en
proteínas la información genética transferida desde el ADN al ARNm durante la
transcripción. Los aminoácidos dispersos en el citoplasma deben unirse para formar los
polipéptidos según una secuencia lineal, que no es otra que la ordenada por el ADN y
transportada por el ARNm.
b y c) La activación de los aminoácidos en una fase previa a la traducción que se lleva a
cabo en presencia de la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP y consiste en la
unión de el ARNt y su aminoácido específico dando lugar a un aminoacil-ARNt
liberándose AMP, Ppi y quedando libre la enzima, que vuelve a actuar. La unión del
aminoácido al ARNt se produce en el extremo de la cadena de éste donde están los tres
nucleótidos fijos (adenina, guanina, citosina).
La iniciación es la primera etapa de la traducción y en ella el ARNm se une a la
subunidad menor de los ribosomas. A éstos se asocia el aminoacil-ARNt gracias a que
el lazo de ARNt opuesto al punto de fijación del aminoácido (lazo anticodón) posee tres
bases, denominadas anticodón, complementarias de un triplete o codón del ARNm. A
este grupo de moléculas de une la subunidad ribosómica mayor, formándose el
complejo de iniciación. Este complejo ribosomal posee dos sitios de unión. El centro
denominado peptidil (P), donde se sitúa el primer aminoacil- ARNt, y el centro
aminoacil (A) o aceptor de nuevos aminoacil-ARNt.
Por último, si el codón del ARNm para valina es GUA, el anticodón presente en el
ARNt específico para este aminoácidos será CAU.
5. Solución
a) En sentido amplio, la biotecnología es la disciplina basada en la utilización de los
seres vivos o sus componentes, para realizar determinados procesos químicos con
finalidad industrial o sanitaria. No obstante, en sentido actual, el término biotecnología
deriva el de los importantes descubrimientos en el campo de la genética molecular, que
han hecho posible el desarrollo de complejos procedimientos, denominados en conjunto
ingeniería genética, y que permiten el aislamiento, modificación y expresión del
material genético. 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.
Las técnicas de ingeniería genética suelen comenzar con la denominada clonación,
mediante la cual se lleva a cabo el aislamiento y replicación de determinados genes. La
clonación del ADN facilita la secuencia del gen en cuestión y, mediante el código
genético se puede determinar también la secuencia de aminoácidos de la proteína
codificada por él. Además, la clonación implica la formación de un ADN recombinante,
que es una combinación de segmentos de ADN que no se encuentran juntos de manera
natural. Con frecuencia se emplean bacterias como células hospedadoras para el
mantenimiento y amplificación (replicación) de moléculas de ADN recombinante
procedente de otras bacterias o de organismos superiores.
Los vectores de clonación son pequeños elementos genéticos (moléculas de ADN)
utilizados para recombinar y replicar genes que faciliten el transporte de segmentos de
ADN a otras células. Se utilizan diversas moléculas como vectores de clonación, por
ejemplo, plásmidos, fagos y cósmidos.
b) Las aplicaciones de la ingeniería genética aumentan cada día espectacularmente.
Entre ellas destaca la síntesis de productos farmacéuticos, la terapia génica, la
producción de vacunas recombinantes y la utilización biosanitaria de animales
transgénicos.
En la terapia génica se amplifica un gen no funcional o se reemplaza éste por uno
funcional. También se usa para establecer protocolos en el tratamiento del cáncer.
Actualmente, además, está permitiendo el desarrollo de plantas y animales completos,
modificados genéticamente, introduciendo ADN clonado en óvulos fecundados de
animales o bien directamente en células vegetales que se encuentran creciendo en
cultivos.
La aplicación de este tipo de técnicas en la agricultura tiene como objetivos:
- Conseguir plantas resistentes a herbicidas.
- Conseguir plantas resistentes a los insectos.
- Protección de las plantas frente a infecciones víricas y microbianas.
- Mejora del producto.
La clonación puede permitir la creación de cultivos vegetales con características
interesantes para el agricultor y el consumidor, pera la pérdida de biodiversidad puede
traer grandes problemas.
Hoy en día, la producción de insulina por bacterias es posible gracias a la ingeniería
genética. La técnica de ADN-recombinante 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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