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• Luis Manuel Arnaiz Roda

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PREGUNTAS RESUELTAS. INMUNOLOGÍA PREGUNTAS RESUELTAS. INMUNOLOGÍA

1.- Enumerar los principales mecanismos defensivos externos que presenta el organismo. 2.- Señala las cuatro características que consideres más importantes del sistema inmune. 3.- ¿Qué son los antígenos? 4.- Funciones que desempeñan los diferentes tipos de linfocitos T. 5.- ¿Cómo actúan los complejos CMH-péptido en la respuesta inmune? 6.- ¿Qué dice la teoría de la selección clonal? 7.- a) ¿Qué es la respuesta inflamatoria y cuál es su finalidad? b) ¿A qué se debe la respuesta inflamatoria y qué ocurre en ella? 8.- Diferencia entre respuesta inmune y reacción inmune. 9.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico? 10.- ¿Por qué se caracterizan los linfocitos NK? 11.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno? 12.- ¿Qué es el complemento? 13.- ¿Por qué se produce la fiebre en la respuesta inflamatoria? 14.- Principales componentes del sistema inmune. 15.- ¿Qué tipo de células se originan a partir de los linfocitos B cuando se activan? 16.- Explica cómo se activan los linfocitos B. 17.- ¿Es cierto que el uso prolongado de antibióticos puede producir infecciones vaginales? 18.- ¿Cuáles son los principales órganos en los que se concentra el sistema inmune? 19.- ¿A qué se denomina reacción antígeno-anticuerpo? Enumera las más importantes. 20.- ¿Qué son los macrófagos? ¿Qué papel desempeñan en la respuesta inmune? 21.- ¿Qué función desempeñan las células presentadoras del antígeno? 22.- ¿Qué se entiende por inmunidad? ¿De cuántos tipos puede ser? 23.- Principales diferencias entre las respuesta inmune primaria y la secundaria. 24.- ¿Qué son los anticuerpos y cuál es su estructura? 25.- Principales células que intervienen en la respuesta inmune y papel que desempeñan. 26.- ¿Qué es el complejo principal de histocompatibilidad?

27.- ¿Qué es la opsonización? 28.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico? 29.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno? 30.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una infección crónica? 31.- ¿Qué es la vacunación? ¿Qué tipos de vacunas se utilizan en la actualidad? 32.- Define el concepto de enfermedad autoinmune y explica las causas que la originan. 33.- Un individuo tratado con penicilina muestra síntomas de reacción alérgica. ¿Qué consecuencias podría tener un segundo contacto con el antibiótico? 34.- Explica los tipos de inmunoterapias contra el cáncer. 35.- ¿Cuál es la base inmunológica del rechazo a los trasplantes? 36.- Indica a qué tipo de infección corresponden la malaria y el sarampión. Justifica la respuesta. 37.- La vacunación es un método de inmunización artificial que proporciona inmunidad permanente frente a la enfermedad. Explica en qué característica de la respuesta inmune se sustenta este hecho. 38.- ¿Qué es una enfermedad autoinmune? Explica los tratamientos que se utilizan contra estas enfermedades y los inconvenientes que presentan. 39.- Explica qué es un mediador alérgico y describe el proceso que desencadena su liberación durante la reacción alérgica. 40.- Sistema inmune y sida: a) Señala los tejidos y las células diana del virus VIH. b) ¿Tiene alguna consecuencia la alta tasa de mutación del virus VIH? c) ¿Qué efectos produce en un individuo infectado la destrucción de los linfocitos colaboradores (T4)? 41.- ¿Qué son los anticuerpos monoclonales? ¿Qué utilidad tienen en el tratamiento del cáncer? 42.- Describe cómo actúan de forma concertada los distintos componentes del sistema immune. 43.- Define el concepto de inmunización y describe sus tipos. 44.- Explica las causas que originan las enfermedades autoinmunes y describe tres ejemplos de este tipo de enfermedad. 45.- Define el concepto de reacción alérgica. ¿Qué fases se distinguen en una reacción alérgica? 46.- Inmunidad y cáncer: a) ¿Qué características presentan las células cancerosas? b) ¿Qué tipos de genes sufren mutaciones en la transformación de una célula normal en cancerosa? c) ¿De qué mecanismos disponen las células para controlar estas mutaciones? 47.- ¿Cómo se evitan los rechazos tras un trasplante? ¿En qué tipos de trasplante no se producen rechazos? 48.- Explica los tipos de infecciones y describe sus características. 49.- Muchas personas vacunadas contra el virus de la gripe vuelven a sufrir la enfermedad. ¿Podrías explicarlo? 50.- ¿Cuál es la base molecular de las enfermedades autoinmunes?

51.- Describe las vías de entrada de los alérgenos en el organismo y las manifestaciones alérgicas que se producen en cada caso. 52.- ¿Qué son las inmunodeficiencias? Explica sus tipos, indicando algún ejemplo. 53.- Define el concepto de trasplante y explica sus tipos. 54.- Indica el lugar de acción de los distintos componentes del sistema inmune y señala cuál de ellos actuará en los siguientes casos: a) Infección producida por un neumococo localizado en el espacio extracelular. b) Paperas. c) Gripe. d) Tuberculosis 55.- Indica las diferencias entre la inmunización pasiva y la inmunización activa. 56.- El síndrome del aceite tóxico fue producido por la ingestión de aceite de colza adulterado que contenía sustancias tóxicas llamadas anilinas. En algunos casos se ha observado que la intoxicación ha producido enfermedades autoinmunes. ¿Podrías dar una explicación a este hecho? 57.- Define los conceptos de reacción de hipersensibilidad, alergia y alérgeno. 58.- ¿De qué formas destruye el virus VIH las células del sistema inmune? 59.- Explica la técnica de obtención de anticuerpos monoclonales. 60.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una infección crónica?

Soluciones

1.- Enumerar los principales mecanismos defensivos externos que presenta el organismo. Solución: Los mecanismos defensivos externos del organismo, constituyen la primera barrera defensiva. Estos mecanismos son inespecíficos, es decir actúan sobre todo tipo de gérmenes, formando barreras mecánicas y químicas que impiden su entrada en el organismo. Los principales mecanismos externos son: La piel recubre externamente el cuerpo; en condiciones normales es impermeable a los microorganismos e impide su entrada dentro del cuerpo. Estos solo pueden entrar cuando se altera mediante heridas, quemaduras, etc. Los gérmenes no suelen sobrevivir mucho tiempo en la piel gracias a las secreciones sebáceas y sudoríparas, que proporcionan un pH ácido no adecuado para estos organismos. La descamación continua también contribuye a eliminar los gérmenes que se puedan instalar en la piel. Las mucosas que revisten las aberturas naturales del organismo (vías respiratorias), gracias a las secreciones de mucus que se producen en ellas, atrapan a los gérmenes impidiendo su entrada en el organismo; estas secreciones, junto con los gérmenes, posteriormente serán expulsadas por diferentes mecanismos: tos, estornudo, movimiento de cilios, etc. Los fluidos secretados en distintas partes del organismo tienen sustancias bactericidas: lisoenzima de las lágrimas, saliva y secreciones nasales o el HCl del jugo gástrico, etc., que actúan contra los gérmenes destruyéndolos e impidiendo su penetración. La flora bacteriana autóctona, que se desarrolla en distintas partes del organismo (intestino, vagina, piel, etc) como comensal o en simbiosis, inhibe el desarrollo de gérmenes patógenos, por liberación de sustancias bactericidas o por competencia por los nutrientes. 2.- Señala las cuatro características que consideres más importantes del sistema inmune. Solución: Las cuatro características más importantes del sistema inmune son: Especificidad. El sistema inmune responde específicamente contra cada tipo de antígeno. Esta respuesta es de dos tipos: celular, la realizan los

linfocitos T, y humoral, la llevan a cabo los linfocitos B. Diversidad. Los linfocitos del sistema inmune son capaces de reconocer una gran diversidad de antígenos. Se calcula que el sistema inmune de los mamíferos es capaz de reconocer unos 109 epítopos distintos. Memoria inmunológica. Después del primer contacto con el antígeno, algunos linfocitos B y T, se transforman en células con memoria. Estas pueden perdurar durante un tiempo variable, y guardan el recuerdo molecular del antígeno, lo que permite una inminente e intensa respuesta en el caso de que se produzca una nueva invasión por parte de dicho antígeno. Autotolerancia. El sistema inmune tiene capacidad para diferenciar lo propio de lo extraño, esto le permite atacar y destruir a las sustancias extrañas (gérmenes, toxinas, etc.) que pueden penetrar del exterior, pero no a las moléculas propias, salvo que se produzca alguna alteración como ocurre en las enfermedades autoinmunes. 3.- ¿Qué son los antígenos? Solución: Etimológicamente la palabra antígeno significa que engendra a su contrario. Un antígeno es cualquier sustancia extraña a un organismo que, al ser introducida dentro del mismo, provoca en él una respuesta inmunitaria, estimulando la producción de anticuerpos que reaccionarán específicamente contra dicho antígeno. Los antígenos suelen ser moléculas grandes como las proteínas, ciertos polisacáridos complejos y también algunos heterolípidos. También pueden ser antígenos ciertas moléculas sintéticas. Igualmente hay ciertas moléculas pequeñas que por sí solas no tienen carácter antigénico, pero al unirse a proteínas del organismo donde son introducidas adquieren esta capacidad; a estas moléculas se las llama haptenos. Las moléculas antigénicas pueden estar libres o pueden estar formando parte de ciertas estructuras biológicas: glicocáliz, pared y cápsula bacteriana, cápsida, envoltura vírica, membrana plasmática, etcétera. La capacidad antigénica reside en ciertas partes del antígeno, denominadas determinantes antigénicos, por donde se une al anticuerpo. Estos son pequeños fragmentos de la molécula del antígeno situados en la superficie de este, como, por ejemplo, algunos aminoácidos en una cadena peptídica o algunos monosacáridos en un polisacárido. En la superficie de los antígenos puede haber más de un determinante antigénico; según el número que tengan los antígenos pueden ser: monovalentes, divalentes, trivalentes o polivalentes. 4.- Funciones que desempeñan los diferentes tipos de linfocitos T. Solución: Los linfocitos T maduran en el timo y son los responsables de la respuesta inmune celular. Dentro de ellos se diferencian tres tipos: Linfocitos T colaboradores o auxiliares. Estos son los linfocitos que actúan en primer lugar, reconocen los antígenos que exponen en su membrana los macrófagos y otras células presentadoras de antígeno. Esto provoca que produzcan y liberen una gran cantidad de linfocinas que producen tres efectos: Promueven la proliferación y diferenciación de los linfocitos T citotóxicos. Activan a los macrófagos de la sangre aumentando su poder fagocítico. Activan a los linfocitos B para que liberen anticuerpos. Linfocitos T citotóxicos o citolíticos. Reconocen y atacan a las células extrañas portadoras del antígeno y también a las células propias que hayan sido infectadas por virus u otros microorganismos y que contengan dicho antígeno. Tienen la capacidad de unirse a las células diana y perforan con enzimas hidrolíticos sus membranas, provocando la muerte de la célula con lo que frenan la infección. También se fijan a células cancerosas y a células de órganos transplantados, a las que destruyen, ya que no identifican a sus proteínas como propias. Linfocitos T supresores. Se encargan de detener la acción de los linfocitos T colaboradores cuando el antígeno ha sido destruido. 5.- ¿Cómo actúan los complejos CMH-péptido en la respuesta inmune? Solución: Los complejos antigénicos CMH-péptido se presentan en las membranas de las células presentadoras del antígeno (macrófago). Se forman al unirse a las proteínas CMH los péptidos resultantes del procesado del antígeno, que tiene lugar en el interior de estas células presentadoras. Estos complejos CMH-péptidos intervienen regulando la respuesta inmune. Cuando un macrófago presenta en su membrana complejos CMH-péptido, se desplaza a los ganglios linfáticos y allí se activan los linfocitos para producir la respuesta inmunitaria. El proceso ocurre de la siguiente forma. Cuando los linfocitos T colaboradores reconocen los complejos CMH-péptido sobre los macrófagos, se activan y segregan moléculas de interleucina que activan a su vez a los linfocitos B. Una vez activados estos, se dividen, y algunos se transforman en células plasmáticas y otros en células con memoria. Las células plasmáticas liberan grandes cantidades de anticuerpos. Estos circulan por la sangre y se unen a los antígenos complementarios y los neutralizan directamente o facilitan su destrucción por las proteínas del complemento o por las células limpiadoras. La interleucina activa también a los linfocitos T citotóxicos que actúan

atacando y destruyendo a las células extrañas portadoras del antígeno específico y también a las células propias que hayan sido infectadas y contengan dicho antígeno; estos linfocitos presentan en su superficie unos receptores mediante los cuales se unen específicamente a los antígenos de la membrana de las células, e inyectan dentro de dichas células enzimas hidrolíticos que provocan su destrucción. 6.- ¿Qué dice la teoría de la selección clonal? Solución: La teoría de la selección clonal fue propuesta por Burnet. Según esta teoría los linfocitos B producen anticuerpos y los sitúan en su superficie, en donde actúan como receptores. Cada linfocito B está equipado genéticamente para sintetizar un solo tipo de anticuerpo diferente, por lo tanto cada uno puede reconocer a un antígeno distinto. En cada individuo habrá una gran diversidad de linfocitos diferentes, cada uno de los cuales llevará en su superficie un tipo de receptor específico. Cuando un linfocito B encuentra un antígeno que sea complementario con sus receptores de membrana (anticuerpos), esta célula se divide rápidamente dando un clon de células que, al ser idénticas, tendrán el mismo receptor antigénico en sus membranas. Estas células posteriormente se diferencian, dando células plasmáticas y células con memoria. Las células plasmáticas producirán gran cantidad de anticuerpos, idénticos a los que había en la membrana de la célula B original. Estos, una vez libres, reconocen y se unen a los antígenos. Las células con memoria portarán el mismo anticuerpo y permanecerán indefinidamente en la circulación. Según esta teoría los anticuerpos ya están preformados antes de la presencia del antígeno; la llegada de este lo que hace es seleccionar, de entre una gran diversidad de células B, aquellas cuyos receptores sean complementarios con ellos y estimulen su proliferación. 7.- a) ¿Qué es la respuesta inflamatoria y cuál es su finalidad? b) ¿A qué se debe la respuesta inflamatoria y qué ocurre en ella? Solución: a) La respuesta inflamatoria o inflamación es una respuesta inespecífica local que se produce cuando microbios patógenos logran atravesar la primera barrera defensiva, penetrando dentro del organismo a través de alguna herida. Constituye la primera respuesta de los tejidos infectados frente a los microbios invasores; en esta respuesta intervienen principalmente dos tipos de células que tienen capacidad fagocitaria: los neutrófilos y los macrófagos. Estas células fagocitarán a los gérmenes invasores y muchas de ellas morirán en el proceso. La finalidad de la respuesta inflamatoria es la de aislar y destruir a los gérmenes invasores patógenos y restaurar las zonas dañadas. b) La respuesta inflamatoria se produce debido a la acción de unas sustancias químicas denominadas mediadores de inflamación. Estos mediadores son liberados principalmente por las células epiteliales y conectivas (mastocitos o células cebadas) de los tejidos dañados. Algunos de los mediadores más importantes son: histamina y bradiquinina, leucotrienos, prostaglandinas, etc. Estos mediadores producen un aumento del flujo sanguíneo a la zona lesionada, debido a que provocan una dilatación de las arteriolas (histamina). Esto da lugar a una relajación de los capilares, lo que hace que aumente su permeabilidad facilitando la salida de los fagocitos (diapédesis), que los abandonan y son atraídos quimiotácticamente por los mediadores (leucotrieno), acumulándose en grandes cantidades en la zona lesionada, para destruir a los gérmenes patógenos. Todo ello produce una hinchazón, enrojecimiento (rubor) y subida de la temperatura local. 8.- Diferencia entre respuesta inmune y reacción inmune. Solución: La respuesta inmune es el conjunto de fenómenos mediante los cuales un antígeno provoca la formación de células (respuesta celular) o de anticuerpos (respuesta humoral) capaces de responder específicamente contra él para neutralizarle. La reacción inmune es la reacción que se produce entre estas células y moléculas específicas (anticuerpos), originadas como productos finales de la respuesta celular y humoral respectivamente, cuando entran en contacto con el antígeno que provocó su aparición. 9.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico? Solución: a) Se denomina epítopo o determinante antigénico a la región del antígeno por donde este se une al anticuerpo, y que se corresponde con un pequeño fragmento de la molécula antigénica situado en la superficie de esta. Los antígenos pueden presentar en su superficie uno o varios epítopos. Según el número de ellos se denominan: mono, di, tri o polivalentes. Si tienen más de uno, pueden unirse a más de un anticuerpo. Se denomina paratopo a la región del anticuerpo por donde se une al antígeno. Cada anticuerpo tiene dos regiones de este tipo.

El epítopo y el paratopo son, por lo tanto, regiones del antígeno y del anticuerpo entre las que hay una configuración espacial complementaria, similar al de una llave y su cerradura, entre estas regiones el antígeno y el anticuerpo se unen mediante enlaces débiles que pueden ser: enlaces de hidrógeno, fuerzas electrostáticas, hidrofóbicas, etc. b) Los antígenos son macromoléculas completas de distintos tipos (proteínas, glucoproteínas, heterolípidos, polisácaridos, etc.) que son extrañas al organismo. Pueden estar libres o formando parte de estructuras biológicas (membranas, paredes, cápsidas, etc). Los determinantes antigénicos son pequeños fragmentos superficiales de las moléculas antigénicas, como por ejemplo algunos aminoácidos en el caso de una proteína. En estas zonas es donde reside la capacidad antigénica del antígeno. En cada antígeno puede haber varios determinantes antigénicos. 10.- ¿Por qué se caracterizan los linfocitos NK? Solución: A los linfocitos NK se les denomina así porque su nombre proviene del inglés Natural Killers; también se les llama linfocitos asesinos naturales. Son linfocitos grandes granulares que se forman en la médula y se encuentran en la sangre y tejidos linfoides. Constituyen la primera línea de defensa contra los microorganismos intracelulares, actúan antes de que aparezcan los linfocitos T citolíticos y no requieren de la intervención de los macrófagos. Mediante receptores específicos, reconocen las glucoproteínas de elevado peso molecular que aparecen en las células infectadas por virus y, tras la unión con las células infectadas, segregan moléculas citolíticas que lisan dichas células. También lisan células tumorales que escapan a la acción de los linfocitos T citolíticos, frenando su expansión. Por ello se les considera responsables de la inmunidad natural contra el cáncer. 11.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno? Solución: El procesado del antígeno es el proceso que sufre el antígeno en el interior de sus células presentadoras, y cuya finalidad es preparar a dicho antígeno para presentarlo unido a proteínas propias en la membrana de dichas células, a los linfocitos T y activarlos. El proceso ocurre de la siguiente manera: la célula presentadora del antígeno (macrófago) capta mediante endocitosis al antígeno en su citoplasma; por acción de las enzimas hidrolíticas de los lisosomas, se digieren parcialmente las proteínas antigénicas y se transforman en péptidos más sencillos. Estos péptidos se unen a las proteínas específicas de cada individuo que forman el complejo principal de histocompatibilidad, dando lugar al complejo antigénico CMH-péptido. Este emigrará y quedará expuesto en la membrana para ser reconocido por los receptores antigénicos de los linfocitos T. 12.- ¿Qué es el complemento? Solución: El complemento son una serie de proteínas enzimáticas (alrededor de 30) del tipo de las globulinas, que están presentes en el plasma sanguíneo; inicialmente son inactivas, pero ante la presencia de ciertos factores se activan de forma secuencial, e intervienen con rapidez en la defensa del individuo. Estas proteínas interactúan con otras moléculas del sistema inmunitario en los mecanismos defensivos de inflamación y respuesta humoral. Fueron descubiertas en 1900 por bacteriólogo belga J. Bordet. Se las dio este nombre por la ayuda que prestan a los anticuerpos, ya que complementan y potencian la acción de estos en su lucha contra las infecciones. El sistema de complemento amplifica la respuesta inmunológica frente a los microorganismos patógenos mediante una cascada de enzimas proteolíticos solubles que se van activando secuencialmente. Los componentes del sistema del complemento se sintetizan en su mayoría en el hígado, pero también se pueden formar algunas en otras células: macrófagos, tejidos dañados, etc. 13.- ¿Por qué se produce la fiebre en la respuesta inflamatoria? Solución: La respuesta inflamatoria con frecuencia suele ir acompañada de fiebre, es decir de un aumento de la temperatura corporal. El origen de la fiebre se debe a la presencia de una serie de proteínas que liberan las bacterias; estas actúan sobre los macrófagos y los estimulan para que liberen una sustancia pirógena, la interleuquina 1 (IL-1) que por vía sanguínea será llevada hasta el centro regulador de la temperatura corporal localizado en el hipotálamo, y modifica su función termostática, ajustándola a un valor superior, lo que provoca un aumento de la temperatura corporal. El aumento de la temperatura corporal, es decir, la fiebre, tiene efectos beneficiosos para el organismo frente a los microbios; principalmente tiene dos efectos: Aumenta la actividad de los fagocitos como consecuencia, aumentará su capacidad para destruir gérmenes. Dificulta el desarrollo de las bacterias por dos causas: primera porque, al estar la temperatura por encima de la temperatura óptima de

crecimiento, las bacterias crecerán más lentamente, y segunda porque al aumentar la temperatura disminuye la concentración de hierro en sangre, y este elemento es necesario para el crecimiento bacteriano. 14.- Principales componentes del sistema inmune. Solución: En los vertebrados, especialmente en aves y mamíferos, el sistema inmune o inmunitario está perfectamente desarrollado, constituye uno de los sistemas más complejos que presentan los animales. El sistema inmune está formado principalmente por dos componentes: células y moléculas solubles. Células. Estas son las responsables de la respuesta celular. Las células que forman el sistema inmune son principalmente los leucocitos o glóbulos blancos: Estos son de varios tipos y realizan distintas funciones. De todos ellos los más importantes son los linfocitos. Estos se producen en la médula ósea y según donde maduren se diferencian dos tipos: los linfocitos T que maduran y se diferencian en el timo, y los linfocitos B, que maduran y se diferencian en la propia médula. Moléculas solubles. Son las responsables de la respuesta humoral. Estas moléculas son principalmente proteínas globulares que se denominan inmunoglobulinas o anticuerpos. Además pueden existir otras moléculas tales como: linfocinas, complemento, interferón, etc. Estos componentes (linfocitos y anticuerpos) llegan a la mayor parte de los tejidos transportados por la sangre, que abandonan a través de los capilares. Posteriormente retornan de nuevo a la sangre a través del sistema linfático que desemboca en el sistema sanguíneo. 15.- ¿Qué tipo de células se originan a partir de los linfocitos B cuando se activan? Solución: La activación de los linfocitos B ocurre cuando sus anticuerpos de membrana contactan con el antígeno, en este proceso también intervienen los linfocitos T colaboradores. Al activarse los linfocitos B se dividen sucesivamente y dan lugar a dos grupos de células: las células plasmáticas y los linfocitos B con memoria. Las células plasmáticas son células grandes en las que se ha desarrollado mucho el retículo endoplasmático rugoso, ya que se han especializado en sintetizar y liberar al exterior una enorme cantidad de anticuerpos (inmunoglobulinas) específicos contra el antígeno que se unió al linfocito B. Estas células tienen una vida corta de tan solo unos pocos días. Las células con memoria constituyen el segundo grupo de células que se forman cuando se activan los linfocitos B. También producen anticuerpos. Estas células son muy longevas, continúan en circulación durante mucho tiempo, a veces durante toda la vida. Lo más característico de estas células es que guardan un recuerdo molecular del antígeno, y si se produce un segundo contacto con dicho antígeno responden inmediatamente. 16.- Explica cómo se activan los linfocitos B. Solución: La activación de los linfocitos B no solo depende de su exposición a los antígenos complementarios a los anticuerpos que llevan en su superficie, sino también de su interacción con los linfocitos T auxiliares. Los linfocitos B, al igual que los macrófagos, pueden procesar los antígenos y presentarlos en su superficie. Una vez que los anticuerpos que hay en la membrana de un linfocito B inactivo se han unido con el antígeno, algunos de estos antígenos son transferidos a las moléculas CMH de Clase II que hay en la superficie de dichas células B y los exponen. Cuando un linfocito T auxiliar activo se encuentra con una célula B que lleva expuesta en su superficie este antígeno, se une a él mediante receptores específicos. Esta unión provoca que los linfocitos T auxiliares liberen unas proteínas llamadas interleucinas. Estas proteínas actúan estimulando la activación, proliferación y diferenciación de las linfocitos B y también de las células T citotóxicas. Al activarse los linfocitos B se dividen sucesivamente y dan lugar a dos grupos de células: las células plasmáticas y los linfocitos B con memoria. Las células plasmáticas son células de vida corta que sintetizan y liberan al exterior gran cantidad de anticuerpos, para lo que han desarrollado mucho el retículo endoplasmático rugoso. Las células con memoria son células que viven mucho tiempo, a veces toda la vida del organismo al que pertenecen, y guardan un recuerdo molecular del antígeno. a) La lactancia materna es aconsejable durante los primeros meses de vida porque, mediante ella, la madre proporciona inmunidad al bebé hasta que se ponga en funcionamiento su sistema inmunológico. La inmunidad que presentará el bebé será inmunidad natural adquirida de forma pasiva. Esta inmunidad es natural porque se adquiere sin ser provocada, el lactante recibe a través de la leche materna los anticuerpos, y es pasiva porque los anticuerpos son producidos por otro organismo diferente a aquel al que proporcionan inmunidad, su acción es poco duradera porque el individuo inmunizado (bebé) no genera nuevos anticuerpos b) Otro ejemplo de inmunidad natural adquirida de forma pasiva es el que se puede producir por el paso de anticuerpos de la madre al hijo a través de la placenta. Existen varios ejemplos de este tipo de inmunidad; podemos citar el caso de la varicela, que no es padecida por los niños hasta los tres o cuatro años de edad, debido a que nacen con una

resistencia natural a la infección que les transmite la madre por vía placentaria. 17.- ¿Es cierto que el uso prolongado de antibióticos puede producir infecciones vaginales? Solución: La afirmación sí es cierta y se debe a que el uso prolongado de los antibióticos puede destruir la flora bacteriana autóctona que se desarrolla en una determinada parte del organismo, en este caso la vagina, la cual inhibe el desarrollo de gérmenes patógenos, bien por liberación de sustancias bactericidas o bien por competencia con ellos por los nutrientes. En este caso las bacterias comensales de la mucosa vaginal metabolizan el glucógeno que segregan las células epiteliales y como consecuencia producen ácido láctico que crea un pH ácido que evita la proliferación de los gérmenes patógenos. Si se utilizan de forma prolongada antibióticos se puede alterar esta flora bacteriana vaginal y como consecuencia se pueden producir infecciones causadas principalmente por bacterias (Clostridium) u hongos (Candida). 18.- ¿Cuáles son los principales órganos en los que se concentra el sistema inmune? Solución: Los órganos en los que se localiza el sistema inmune son aquellos en los que se producen maduran y diferencian los linfocitos, puesto que estas células constituyen el principal componente del sistema inmune. A estos órganos se les denomina órganos linfáticos y pueden ser de dos tipos: primarios y secundarios. Órganos linfáticos primarios. Son aquellos en los que maduran los linfocitos. En los mamíferos son la médula ósea y el timo. En las aves aparece también la bolsa de Fabricio. La médula ósea se localiza en el interior del tejido óseo esponjoso, ocupando las cavidades que deja la sustancia ósea intercelular. Este tejido óseo, y por lo tanto la médula ósea, se encuentra en el interior de huesos planos, en los huesos cortos y en las epífisis de los huesos largos. En la médula ósea es donde maduran los linfocitos B. El timo es una glándula situada detrás del esternón, que en el adulto está algo atrofiada. En ella maduran los linfocitos T, por eso se denomina así. Bolsa de Fabricio es una estructura exclusiva de las aves, está relacionada con la cloaca. En ella maduran los linfocitos B. Órganos linfáticos secundarios. Son aquellos en los que los linfocitos interaccionan con los antígenos produciéndose la respuesta inmune. Estos órganos son: los ganglios linfáticos, el bazo, el apéndice, las placas de Peyer, las amígdalas, etc. De todos ellos los más importantes son los dos primeros. Los ganglios linfáticos son órganos que se localizan en el trayecto de los vasos linfáticos, y en ellos confluyen varios vasos linfáticos. Abunda especialmente en axilas, ingles, cuello, etc. Filtran la linfa gracias a la acción de los macrófagos que hay en su interior, y en ellos los linfocitos B y T procedentes de los órganos linfáticos primarios se ponen en contacto con el antígeno, produciéndose la respuesta inmunitaria. El bazo se localiza en la parte superior izquierda del abdomen; en él se filtra la sangre eliminándose células sanguíneas y otras sustancias, e igualmente se ponen en contacto los linfocitos B y T con los antígenos. 19.- ¿A qué se denomina reacción antígeno-anticuerpo? Enumera las más importantes. Solución: Los anticuerpos que producen los linfocitos B como respuesta ante la presencia de un antígeno, reaccionan específicamente con dichos antígenos dando lugar a las denominadas reacciones antígeno-anticuerpo. Mediante estas reacciones, los anticuerpos se unen con los antígenos por medio de enlaces débiles (fuerzas de Van der Waals, enlaces de hidrógeno, fuerzas electrostáticas, hidrofóbicas, etc.) que se establecen entre el determinante antigénico y el paratopo (extremo terminal de las porciones variables de las cadenas H y L) del anticuerpo formándose el complejo antígeno- anticuerpo. Estas reacciones tienen por finalidad neutralizar y destruir a los antígenos. Las principales reacciones antígeno-anticuerpo son: Reacción de neutralización. En este caso los anticuerpos se unen con los antígenos (toxinas bacterianas, virus, etc.) y los neutralizan, impidiendo que se unan con las membranas celulares. Reacción de precipitación. En este caso los anticuerpos se unen con los antígenos, que son moléculas libres y solubles y forman grandes complejos tridimensionales, que son insolubles y precipitan, anulándose su actividad. Reacción de aglutinación. En este caso los anticuerpos, que se denominan aglutininas, se unen a antígenos denominados aglutinógenos, que se encuentran en la superficie de células, bacterias, virus, etc. Como consecuencia, las células, bacterias o virus se aglomeran unas con otras y eso facilita su destrucción mediante los macrófagos. Reacción de opsonización. Es el proceso en el que la unión de los anticuerpos con los antígenos facilita la eliminación de estos por fagocitosis. 20.- ¿Qué son los macrófagos? ¿Qué papel desempeñan en la respuesta inmune? Solución: Los macrófagos son células grandes que tienen una gran capacidad fagocítica inespecífica. Están presentes en todos los tejidos en los que reciben distintos nombres: histiocitos (tejido conjuntivo), células de

Kupffer (hígado), células de microglía (tejido nervioso), células de Langerhans (piel), etc. El conjunto de todos los macrófagos constituye lo que se denomina sistema retículo endotelial. Son monocitos, es decir, un tipo de leucocitos que emigran del torrente sanguíneo, atraviesan las paredes de los capilares y pasan a los diferentes tejidos y órganos; allí aumentan su tamaño y la capacidad fagocítica y se convierten en macrófagos. Los macrófagos intervienen en distintas fases de la respuesta inmune: Intervienen en el reconocimiento del antígeno, ya que poseen receptores en la membrana que les permite unirse a ellos e ingerirlos por fagocitosis. En su interior los fragmentan en péptidos antígenicos (procesado del antígeno), y posteriormente los sitúan en su membrana (presentación del antígeno). Activación de los linfocitos T. Los macrófagos, además de presentar el antígeno en su superficie, segregan una sustancia, la interleuquina 1. Estos dos estímulos provocan la activación de los linfocitos T auxiliares, iniciándose la respuesta inmune. Eliminación del antígeno. Los macrófagos, además, fagocitan células muertas, material intercelular y partículas inertes. 21.- ¿Qué función desempeñan las células presentadoras del antígeno? Solución: Las células presentadoras del antígeno son una serie de células entre las que se encuentran: los macrófagos, las células dendríticas, que abundan mucho en ganglios linfáticos y bazo, y las células de Langerhans, que se localizan en la epidermis. Estas células lo que hacen es presentar moléculas del antígeno unidas a moléculas propias de su membrana a los linfocitos T, y de esa forma los activan. El proceso ocurre de la siguiente forma. Estas células captan mediante endocitosis las moléculas del antígeno; una vez en el citoplasma, las enzimas hidrolíticas de los lisosomas fragmentan las proteínas del antígeno y las transforman en péptidos más sencillos; éstos se unen a las proteínas del complejo principal de histocompatibilidad (CMH), que los llevan a la membrana de estas células, y allí quedan expuestos extracelularmente en forma de complejos CMH-péptido. 22.- ¿Qué se entiende por inmunidad? ¿De cuántos tipos puede ser? Solución: Se entiende por inmunidad el estado de resistencia que presentan un organismos frente a la infección causada por la invasión de macromoléculas extrañas y gérmenes patógenos. En términos más actuales se dice que un organismo es inmune ante un determinado antígeno cuando es capaz de anularlo o desactivarlo sin presentar reacción patológica. La inmunidad puede ser de dos tipos: 1) Innata: Es la resistencia que poseen algunos organismos a padecer ciertas enfermedades, debido a su propia naturaleza. Esta inmunidad es congénita y, por consiguiente, se nace con ella. Esta inmunidad no es específica. La inmunidad innata puede ser de varios tipos: De especie: Cuando la presentan todos los individuos de una especie. De raza: Cuando la presentan solo determinados grupos de una especie. De individuo: Si la presenta solamente un individuo. 2) Adquirida: Cuando la resistencia no nace con el individuo sino que se adquiere en algún momento de la vida del individuo, como consecuencia de la formación de anticuerpos. Esta inmunidad es específica para el antígeno causante de ella. Su duración es variable: puede ser muy prolongada como en la rubéola, o muy corta como en la gripe. Esta inmunidad puede ser de dos tipos: natural, cuando la inmunidad se adquiere sin ser provocada de forma natural, y artificial, cuando se adquiere provocándola mediante técnicas artificiales. 23.- Principales diferencias entre las respuesta inmune primaria y la secundaria. Solución: 1) La respuesta inmune primaria es la que se produce en el organismo después del primer contacto con el antígeno. La respuesta secundaria, por el contrario, es la que se desencadena después de que el organismo entra de nuevo en contacto con un antígeno que ya desencadenó en él una respuesta primaria. 2) En la respuesta primaria, tras un período de latencia de 1 ó 2 semanas se empiezan a formar anticuerpos que aparecen en la sangre y cuya concentración aumenta de forma exponencial hasta alcanzar un máximo a partir del cual comienza a decrecer hasta su desaparición del plasma. En la respuesta secundaria el período de latencia es mucho más corto, es decir, la respuesta es más rápida y por lo tanto el tiempo que el organismo tarda en comenzar a producir los anticuerpos es mucho menor. Además, en la respuesta secundaria la cantidad de anticuerpos que se producen es mucho mayor que en la respuesta primaria y su duración en el plasma sanguíneo también es bastante mayor, pudiendo persistir durante varios años. Por lo tanto podemos decir que la respuesta inmune secundaria es más rápida, más intensa y más duradera que la respuesta primaria. La respuesta inmune secundaria, se produce gracias a la existencia de células con memoria, estas células son estirpes de linfocitos B y T que, después de la activación debida al primer contacto con el antígeno, se transforman en células de larga duración que guardan el recuerdo molecular del antígeno. Esto permite una rápida e intensa respuesta en el caso de que se produzca un

nuevo contacto con dicho antígeno. 3) En la respuesta inmune primaria los anticuerpos que se producen son las inmunoglobulinas M (IgM), mientras que en la respuesta secundaria los anticuerpos que se sintetizan son las inmunoglobulinas G (IgG) y A (IgA). 24.- ¿Qué son los anticuerpos y cuál es su estructura? Solución: Los anticuerpos o inmunoglobulinas (Ig) son macromoléculas proteicas que produce el organismo cuando detecta la presencia de un antígeno. Son sintetizados por los linfocitos B después de que han entrado en contacto con los antígenos. Una vez producidos pueden quedar adheridos a la membrana plasmática de estos linfocitos B, actuando como receptores de antígenos, o son segregados fuera de la célula como anticuerpos circulantes. Los anticuerpos reaccionan específicamente con los antígenos que provocan su aparición para neutralizarlos y destruirlos. Fueron descubiertos en 1890 por Von Behring y S. Kitasato. Están presentes en la sangre, diferentes secreciones (saliva, leche), líquidos tisulares y en la membrana de algunas células como los linfocitos B. Los mamíferos pueden fabricar millones de anticuerpos diferentes debido a que se forman reuniendo segmentos génicos muy separados, que se unen aleatoriamente para expresarse cuando ha terminado la reordenación. Los anticuerpos (Ig), también denominados inmunoglobulinas o gammaglobulinas, son glucoproteínas que tienen un peso molecular elevado y tiene forma de Y. En ellas se diferencian dos partes: la parte proteica y la parte glucídica. Parte proteica: Está constituida por 4 cadenas polipeptídicas: dos largas idénticas, llamadas cadenas pesadas o cadenas H, y dos más cortas también idénticas, llamadas cadenas ligeras o cadenas L. En todas las cadenas, tanto en las H (pesadas) como en las L (ligeras), se diferencian dos regiones: una región constante, cuya secuencia de aminoácidos es característica de cada clase de anticuerpo; y una región variable, cuya secuencia de aminoácidos es característica de cada anticuerpo. Las cadenas se unen entre sí mediante enlaces por puentes disulfuro. Las dos cadenas H se unen entre sí mediante 2 puentes disulfuro, y cada una de las cadenas cortas se unen con una cadena larga mediante un puente disulfuro, adoptanto en conjunto la forma de una Y. Parte glucídica: Son dos moléculas de glúcidos que se unen, cada una de ellas, mediante enlaces covalentes a una de las cadenas H. Su función no está clara. En los anticuerpos se pueden diferenciar tres fragmentos moleculares: Dos fragmentos cortos e iguales, que constituyen los brazos de la Y. Están formados cada uno de ellos por una de las cadenas L y la porción N-terminal de una de las cadenas H. A estos fragmentos se les denomina subunidades Fab. Los extremos de estas subunidades están formados por las regiones variables de las cadenas peptídicas, y por aquí es por donde se unen al antígeno; por consiguiente cada anticuerpo tendrá dos puntos de unión con el antígeno. Un fragmento largo, que constituye el pie de la Y. Este fragmento está formado por los extremos C-terminales de las cadenas H. A este fragmento se le denomina subunidad Fc. Este fragmento es constante en cada clase de anticuerpo. 25.- Principales células que intervienen en la respuesta inmune y papel que desempeñan. Solución: Las principales células que intervienen en la respuesta inmune son: los macrófagos, los linfocitos T y los linfocitos B. Los macrófagos son células grandes que tienen una gran capacidad fagocitaria, son monocitos que han emigrado del torrente sanguíneo a los tejidos. Una de las funciones es la de actuar como células presentadoras del antígeno. Reconocen el antígeno, ya que poseen receptores en la membrana que les permite unirse a ellos e ingerirlos por fagocitosis, en su interior los fragmentan (procesado del antígeno) y posteriormente los sitúan en su membrana (presentación del antígeno). Los macrófagos además segregan una sustancia, la interleuquina 1, que contribuye a la activación de los linfocitos T auxiliares. Los linfocitos T no producen anticuerpos; son los responsables de la inmunidad celular específica, destruyen parásitos, agentes patógenos intracelulares, células extrañas, células infectadas, etc., y colaboran en la respuesta humoral. Se diferencian tres tipos de linfocitos T: Linfocitos T colaboradores o auxiliares. Reconocen los antígenos que presentan los macrófagos y otras células presentadoras del antígeno. Esto hace que produzcan y liberen una gran cantidad de linfocinas que producen tres efectos: * Activan la proliferación y diferenciación de los linfocitos T citotóxicos. * Activan a los macrófagos aumentando su poder fagocítico. * Activan a los linfocitos B para que liberen anticuerpos. Linfocitos T citotóxico. Atacan y destruyen a las células extrañas y a las células propias que hayan sido infectadas por virus u otros microorganismos; también se fijan a células cancerosas y las destruyen, etc. Linfocitos T supresores. Detienen la acción de los linfocitos T colaboradores cuando el antígeno ha sido destruido. Los linfocitos B son los responsables de la inmunidad humoral, puesto que ante la presencia de un antígeno producen

anticuerpos. 26.- ¿Qué es el complejo principal de histocompatibilidad? Solución: Al complejo principal de histocompatibilidad también se le denomina complejo mayor de histocompatibilidad y, de forma abreviada, CMH. Esta formado por una serie glucoproteínas transmembrana que están presentes en casi todas las células eucariotas. Estas proteínas son específicas de cada individuo y no hay dos individuos, excepto los gemelos idénticos, que tengan el mismo complejo mayor de histocompatibilidad. Por consiguiente estas moléculas permiten reconocer a las células del propio cuerpo. Las moléculas CMH tienen como función unirse a los péptidos resultantes de la digestión parcial del antígeno, que tiene lugar en las células presentadoras. Una vez unidas a ellos emigran a la superficie de la membrana y presentan estos péptidos a los linfocitos T. La parte proteica de las moléculas que forman este complejo está codificada por un conjunto de genes, denominado complejo mayor de histocompatibilidad. Este complejo consta al menos de 20 genes, que son muy polimorfos, es decir, cada uno de ellos presentan numerosos alelos, por ello el número de combinaciones diferentes posibles es enorme. Se han identificado dos tipos de moléculas CMH, llamadas Clase I y Clase II. El rasgo más característico de su estructura molecular es la presencia de un surco en la superficie exterior. En las de la Clase I es algo más pequeño que en las de la Clase II. Las moléculas Clase I se encuentran en todas las células nucleadas del organismo y son necesarias para el reconocimiento de dichas células por parte de los linfocitos T. Las moléculas Clase II solo están presentes en las células del sistema inmunitario y las identifica como tales. 27.- ¿Qué es la opsonización? Solución: La opsonización es el proceso mediante el cual se fijan a la superficie de los microorganismos y de las partículas antigénicas unas moléculas denominadas opsoninas, con lo cual estos quedan marcados u opsonizados. Las opsoninas más importantes son los anticuerpos y algunos componentes del complemento. La opsonización estimula y favorece la acción de los macrófagos favoreciendo la fagocitosis de microorganismos y partículas antigénicas. Así pueden ser atacadas bacterias patógenas cuya pared resiste a la acción fagocitaria. El proceso consiste básicamente en que los anticuerpos se unen, por las regiones variables de los mismos, a los determinantes antigénicos que se localizan en la superficie de los microorganismos, de modo que estos quedan opsonizados, es decir, recubiertos de anticuerpos (opsoninas). Las regiones constantes de los anticuerpos se unen a receptores de la membrana que poseen los fagocitos (macrófagos y neutrófilos). Esta unión entre los receptores y los anticuerpos facilita la fagocitosis; además estimula la secreción de sustancias por parte de los fagocitos, que contribuyen a destruir al microorganismo opsonizado. 28.- a) ¿Qué relación existe entre el epítopo y el paratopo? b) ¿Qué diferencia hay entre antígeno y determinante antigénico? Solución: a) Se denomina epítopo o determinante antigénico a la región del antígeno por donde este se une al anticuerpo, y que se corresponde con un pequeño fragmento de la molécula antigénica situado en la superficie de esta. Los antígenos pueden presentar en su superficie uno o varios epítopos. Según el número de ellos se denominan: mono, di, tri o polivalentes. Si tienen más de uno, pueden unirse a más de un anticuerpo. Se denomina paratopo a la región del anticuerpo por donde se une al antígeno. Cada anticuerpo tiene dos regiones de este tipo. El epítopo y el paratopo son, por lo tanto, regiones del antígeno y del anticuerpo entre las que hay una configuración espacial complementaria, similar al de una llave y su cerradura, entre estas regiones el antígeno y el anticuerpo se unen mediante enlaces débiles que pueden ser: enlaces de hidrógeno, fuerzas electrostáticas, hidrofóbicas, etc. b) Los antígenos son macromoléculas completas de distintos tipos (proteínas, glucoproteínas, heterolípidos, polisácaridos, etc.) que son extrañas al organismo. Pueden estar libres o formando parte de estructuras biológicas (membranas, paredes, cápsidas, etc). Los determinantes antigénicos son pequeños fragmentos superficiales de las moléculas antigénicas, como por ejemplo algunos aminoácidos en el caso de una proteína. En estas zonas es donde reside la capacidad antigénica del antígeno. En cada antígeno puede haber varios determinantes antigénicos. 29.- ¿En qué consiste el procesado del antígeno? Solución: El procesado del antígeno es el proceso que sufre el antígeno en el interior de sus células presentadoras,

y cuya finalidad es preparar a dicho antígeno para presentarlo unido a proteínas propias en la membrana de dichas células, a los linfocitos T y activarlos. El proceso ocurre de la siguiente manera: la célula presentadora del antígeno (macrófago) capta mediante endocitosis al antígeno en su citoplasma; por acción de las enzimas hidrolíticas de los lisosomas, se digieren parcialmente las proteínas antigénicas y se transforman en péptidos más sencillos. Estos péptidos se unen a las proteínas específicas de cada individuo que forman el complejo principal de histocompatibilidad, dando lugar al complejo antigénico CMH-péptido. Este emigrará y quedará expuesto en la membrana para ser reconocido por los receptores antigénicos de los linfocitos T. 30.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una infección crónica? Solución: Las diferencias entre las infecciones crónicas y agudas son las siguientes: Infección aguda. El microorganismo se multiplica rápidamente en el interior del huésped. Produce un daño inmediato que puede causar la muerte. El sistema inmunológico localiza, controla y elimina el patógeno. El organismo queda inmunizado frente a nuevas infecciones del mismo patógeno. Infección crónica. El patógeno se multiplica de forma controlada, estableciéndose un equilibrio entre el huésped y el parásito. El sistema inmune no localiza al microorganismo, por lo que no se produce respuesta inmune ni su eliminación. 31.- ¿Qué es la vacunación? ¿Qué tipos de vacunas se utilizan en la actualidad? Solución: La vacunación es un tipo de inmunidad artificial activa que consiste en introducir preparados antigénicos (gérmenes atenuados, muertos o sus toxinas) para que provoquen una respuesta inmune primaria en el organismo, con la liberación de anticuerpos, pero sin sufrir la enfermedad. Para producir su efecto requieren varios días, y provocan una inmunidad permanente. Al administrar la vacuna se induce una respuesta inmune primaria. En ella, la producción de anticuerpos es lenta y en baja cantidad, con un periodo de decrecimiento rápido. Sin embargo, después del primer contacto con el antígeno atenuado en el organismo quedan linfocitos B y T como células memoria que recuerdan el antígeno. La existencia de la memoria inmunológica, tiene como consecuencia que, cuando el organismo entre en contacto con el antígeno, se provoque una respuesta inmune secundaria. En este caso la producción de anticuerpos es rápida y en grandes cantidades, teniendo además un periodo de decrecimiento lento. El individuo está inmunizado. En la actualidad se utilizan cuatro tipos de vacunas, que se ingieren o se inyectan en pequeñas dosis: 1. Formas no peligrosas o atenuadas del microorganismo patógeno. La mayor parte de las vacunas contra enfermedades víricas se obtiene de cepas cultivadas durante mucho tiempo en laboratorio. Las mutaciones que se producen en las sucesivas replicaciones del patógeno parecen ser las responsables de la atenuación. Ejemplos: sarampión, paperas, tuberculosis. 2. Microorganismos muertos mediante compuestos químicos. La atenuación se consigue con la utilización de compuestos químicos como la formalina. Entre ellas, destacan: la vacuna de la gripe tipo A, la de la rabia o la de la tos ferina. 3. Toxinas bacterianas modificadas químicamente o toxoides. En este caso se utilizan toxinas inactivadas, o no tóxicas, de una toxina bacteriana (toxoides). Los toxoides conservan la capacidad de estimular la producción de anticuerpos que neutralizan la forma activa de la toxina. Ejemplos: la vacuna antitetánica y la antidiftérica. 4. Utilización de antígenos purificados. Se utiliza un fragmento del antígeno que, aislado y purificado, es capaz de producir una respuesta inmune. Estos fragmentos pueden ser, por ejemplo, proteínas de la cubierta de un virus. Así se ha obtenido la vacuna antihepatitis B. 32.- Define el concepto de enfermedad autoinmune y explica las causas que la originan. Solución: Las enfermedades autoinmunes son aquellas en las que el organismo sufre un desorden inmunitario en el que la respuesta inmune va dirigida contra el propio cuerpo. En estas ocasiones falla el reconocimiento de lo propio frente a lo extraño, reaccionando los mecanismos de defensa contra el propio organismo que los alberga. Debido a factores ambientales o a una predisposición genética, los linfocitos B o T, o ambos a la vez, reaccionan destruyendo las células del cuerpo, bien por acción de los anticuerpos, bien directamente por los linfocitos T. Aunque el origen de estas enfermedades no se conoce con total seguridad, se ha comprobado que en algunas ocasiones la enfermedad autoinmune se origina después de una infección banal. Este hecho ha llevado a sospechar que el parecido entre los antígenos de superficie de algunas células (autoantígenos) y los de bacterias y virus sea la causa que desencadena la respuesta autoinmune. 33.- Un individuo tratado con penicilina muestra síntomas de reacción alérgica. ¿Qué consecuencias podría tener

un segundo contacto con el antibiótico? Solución: Suministrar un tratamiento de penicilina a un individuo previamente sensibilizado al antibiótico puede desencadenar un fenómeno extremo de alergia denominado choque anafiláctico. El choque anafiláctico produce una disfunción en una serie de órganos alejados del lugar de entrada del alérgeno, que al ser transportado por la sangre alcanza los mastocitos distribuidos por todo el organismo. El contacto entre el alérgeno y los mastocitos provoca graves síntomas alérgicos, como son: Contracción de los bronquios y bronquiolos, que produce asfixia. Además, se produce hinchazón de la lengua, labios, paladar y faringe, que dificulta la respiración. Dilatación brusca de los capilares que provoca bajada de tensión brusca, la cual afecta al cerebro, originando mareos y vómitos, y al corazón, pudiendo provocar ataque cardíaco. La consecuencia puede ser la muerte del individuo siempre que no sea tratado con rapidez con una inyección de adrenalina. 34.- Explica los tipos de inmunoterapias contra el cáncer. Solución: Se pueden distinguir tres tipos de inmunoterapias contra el cáncer: Inmunoterapia pasiva. Consiste en la utilización de anticuerpos específicos contra los antígenos presentes en la superficie de las células tumorales. De esta forma, quedan marcadas para que sean eliminadas por las células del sistema inmune o se destruyan por apoptosis. Los anticuerpos también neutralizan las moléculas que el tumor necesita para crecer, y degradan el tejido conectivo que da soporte al tumor y a los capilares que le nutren. Inmunoterapia ativa. Se basa en la utilización de vacunas antitumorales, con ellas se pretende conseguir que linfocitos T u otras células del sistema inmune se activen, identifiquen y destruyan las células tumorales. Inmunoterapia adoptiva. Consiste en estimular la respuesta de poblaciones de linfocitos T, exponiéndolos en el laboratorio a células cancerosas o a los antígenos producidos por estas. Posteriormente, son reinyectados en los pacientes de los que se extrajeron. 35.- ¿Cuál es la base inmunológica del rechazo a los trasplantes? Solución: Los rechazos a los trasplantes se producen cuando el receptor no reconoce el tejido trasplantado como propio y desencadena una respuesta inmune contra él. El fenómeno se debe a los antígenos CMH o sistema de incompatibilidad, presentes en todos los tejidos. Cuando los antígenos CMH del tejido injertado son diferentes a los del receptor, el sistema inmune los reconoce como extraños y desencadena la respuesta inmunológica, tanto humoral como celular, que destruye el injerto. 36.- Indica a qué tipo de infección corresponden la malaria y el sarampión. Justifica la respuesta. Solución: El sarampión es una enfermedad de origen vírico que causa una infección aguda. En condiciones normales el sistema inmune controla y elimina el virus, y el organismo queda inmunizado frente a nuevas infecciones. La malaria o paludismo es una enfermedad producida por protozoos del género Plasmodium. Es una infección de tipo crónico en la que el patógeno queda en el organismo escondido en el interior de los glóbulos rojos, fuera de la acción del sistema inmune. Provoca accesos de fiebre cada dos o tres días que se van espaciando en el tiempo. Si el individuo no es tratado adecuadamente termina por sufrir graves deterioros en sus órganos (hígado, páncreas, riñones, etc.), que causarán su muerte a largo plazo. 37.- La vacunación es un método de inmunización artificial que proporciona inmunidad permanente frente a la enfermedad. Explica en qué característica de la respuesta inmune se sustenta este hecho. Solución: La característica de la respuesta inmunológica en la que se basa la inmunidad proporcionada por las vacunas es la memoria inmunológica. La vacunación es un tipo de inmunidad artificial activa que consiste en introducir preparados antigénicos (gérmenes atenuados, muertos o sus toxinas), para que provoquen una respuesta inmune primaria en el organismo, con la liberación de anticuerpos, pero sin sufrir la enfermedad. Para producir su efecto requieren varios días, y provocan una inmunidad permanente. Al administrar la vacuna se induce una respuesta inmune primaria. En ella, la producción de anticuerpos es lenta y en baja cantidad, con un periodo de decrecimiento rápido. Sin embargo, después del primer contacto con el antígeno atenuado en el organismo quedan linfocitos B y T como células memoria que recuerdan el antígeno. La existencia de la memoria inmunológica tiene como consecuencia que, cuando el organismo entre en contacto con el antígeno, se provoque una respuesta inmune secundaria que permite controlar la infección. En este caso, la producción de anticuerpos es rápida y en grandes cantidades, teniendo además un periodo de decrecimiento lento. El individuo queda permanentemente inmunizado.

38.- ¿Qué es una enfermedad autoinmune? Explica los tratamientos que se utilizan contra estas enfermedades y los inconvenientes que presentan. Solución: Las enfermedades autoinmunes son aquellas en las que el organismo sufre un desorden inmunitario donde la respuesta inmune va dirigida contra el propio cuerpo. En estas ocasiones falla el reconocimiento de lo propio frente a lo extraño, reaccionando los mecanismos de defensa contra el propio organismo que los alberga. Debido a factores ambientales o a una predisposición genética, los linfocitos B o T, o ambos a la vez, reaccionan destruyendo las células del cuerpo, bien por acción de los anticuerpos, bien directamente por los linfocitos T. Los tratamientos utilizados en las enfermedades autoinmunes se basan en la utilización de inmunodepresores y antiinflamatorios. Estos compuestos anulan o reducen la actividad del sistema inmunológico. El inconveniente de estos tratamientos se encuentra en que el organismo queda desprotegido frente a patógenos. 39.- Explica qué es un mediador alérgico y describe el proceso que desencadena su liberación durante la reacción alérgica. Solución: Los mediadores alérgicos son compuestos liberados por los mastocitos que producen muchos de los síntomas de la reacción alérgica. Entre ellos destacan la histamina y las prostaglandinas. Los síntomas que desencadena la histamina son: contracción bronquial, aumento de la permeabilidad de los capilares, dilatación de los vasos sanguíneos, estimulación de las terminaciones nerviosas, hipersecreción de moco en las vías respiratorias y conjuntivitis. Las prostaglandinas, por su parte, provocan contracción bronquial. La liberación de los mediadores alérgicos se produce tras el segundo y posteriores contactos de un individuo con el alérgeno. Entonces se dice que está sensibilizado. En el primer contacto entre el alérgeno y el sistema inmune de un individuo no se producen síntomas de la enfermedad. Es un proceso típico de activación de la respuesta inmune que comienza cuando los macrófagos capturan y presentan un alérgeno, provocando la activación de los linfocitos T y B. Estos últimos se transforman en células plasmáticas que sintetizan anticuerpos específicos contra el alérgeno: las inmunoglobulinas E. Las inmunoglobulinas E se anclan, posteriormente, en las membranas de los mastocitos o células cebadas, presentes en los tejidos y los basófilos que circulan por los vasos sanguíneos. En los contactos posteriores las moléculas de alérgeno se unen a las IgE ancladas en la superficie de los mastocitos. Esta unión induce la liberación de mediadores alérgicos (histamina y prostagladinas), que provocan la aparición de los síntomas alérgicos. 40.- Sistema inmune y sida: a) Señala los tejidos y las células diana del virus VIH. b) ¿Tiene alguna consecuencia la alta tasa de mutación del virus VIH? c) ¿Qué efectos produce en un individuo infectado la destrucción de los linfocitos colaboradores (T4)? Solución: a) El virus del sida (VIH) infecta células de diversos tejidos, entre los que destacan los del linfoide, el nervioso y el epitelial. En el tejido linfoide se encuentran sus principales células diana, los linfocitos colaboradores o T4, pero también infecta a linfocitos B, macrófagos, monocitos, linfocitos NK y células dendríticas. En el tejido nervioso ataca a las células de microglía, lo que influye de forma indirecta en la funcionalidad de las neuronas. En el tejido epitelial infecta, entre otras, células de la mucosa intestinal.b) La alta tasa de mutación del virus del sida provoca la aparición de nuevas variantes en las constantes replicaciones que se suceden en la fase de latencia del virus. Estas nuevas variantes son más eficaces en la destrucción de los linfocitos T, lo que agrava la patogeneidad del virus. c) Los linfocitos colaboradores o T4 son células del sistema inmunitario que actúan activando la respuesta inmune. Cuando reconocen un antígeno, sintetizan moléculas (linfoquinas), que estimulan la acción de otras células que participan en la respuesta inmune: estimulan a los macrófagos y otros fagocitos, activan la proliferación y fabricación de anticuerpos por parte de los linfocitos B y estimulan la proliferación de los linfocitos T citotóxicos. Por tanto, los linfocitos T4 activan toda la respuesta inmune. El virus del sida, al infectar y destruir los linfocitos T4, desactiva la respuesta inmune, tanto celular como humoral. La depresión del sistema inmunitario es aprovechada por microorganismos patógenos para producir infecciones y causar enfermedades, que, en condiciones normales, serían controladas con facilidad. Estas enfermedades provocadas por patógenos oportunistas son las que causan el deterioro del individuo y pueden producir la muerte. Entre las enfermedades asociadas al sida se encuentran: la tuberculosis, las neumonías, el sarcoma de Kaposi, etc. 41.- ¿Qué son los anticuerpos monoclonales? ¿Qué utilidad tienen en el tratamiento del cáncer? Solución: Los anticuerpos monoclonales son anticuerpos específicos sintetizados por células idénticas que derivan

de una única célula madre (clon). Esta célula madre híbrida (hibridoma) se obtiene por la unión de una célula productora de anticuerpos (linfocito B) con una célula de un tumor maligno del tejido linfoide, que tiene capacidad de dividirse rápidamente. El hibridoma conserva la capacidad de división y fabrica abundante cantidad de anticuerpos. Los anticuerpos monoclonales se utilizan para identificar un antígeno particular entre una mezcla de muchos antígenos, con el objetivo de identificar grupos sanguíneos o lograr vacunas muy específicas y efectivas. Una de las aplicaciones de los anticuerpos monoclonales es su utilización en el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. Las células cancerosas liberan a la sangre proteínas llamadas marcadores tumorales, que, tras su identificación, permiten fabricar anticuerpos monoclonales específicos contra ellos. Estos anticuerpos se utilizan de sondas para detectar la presencia de cánceres, al reconocer específicamente los antígenos tumorales. Los anticuerpos monoclonales también pueden utilizarse como balas mágicas que se dirigen directamente al tumor. Si se une al anticuerpo monoclonal específico una sustancia anticancerígena (fármacos habituales de la quimioterapia, toxinas naturales, isótopos radiactivos...), y se inyecta en el organismo del paciente, estos se dirigirán y unirán a las células cancerosas, ya que son capaces de reconocer sus antígenos. Una vez unido, el fármaco penetra en la célula y provoca su destrucción. 42.- Describe cómo actúan de forma concertada los distintos componentes del sistema immune. Solución: Los componentes del sistema inmune actúan de forma concertada y están especializados en la lucha contra los patógenos en función de sus lugares de acción: Las proteínas del complemento y los anticuerpos atacan bacterias localizadas en los espacios extracelulares. Los linfocitos T coadyuvantes atacan a bacterias que han infectado el interior de las células utilizando endosomas, como es el caso de la lepra o la tuberculosis. Los linfocitos T asesinos actúan contra los virus que penetran en el citosol o en el núcleo celular, al destruir directa o indirectamente (por acción de macrófagos y otros fagocitos) las células infectadas. Además, estos linfocitos liberan citoquinas que, al penetrar en las células infectadas, bloquean la replicación de los virus. 43.- Define el concepto de inmunización y describe sus tipos. Solución: La inmunización es la inducción de inmunidad artificial frente a una enfermedad. Se distinguen dos tipos: Inmunización pasiva. Consiste en conferir protección frente a una enfermedad inyectando preparados con anticuerpos específicos (sueros) para los antígenos del patógeno. Los sueros tienen efecto a las pocas horas de su administración, pero, a diferencia de las vacunas, su protección no dura más allá de unos pocos meses, mientras los anticuerpos están presentes en el plasma del individuo. Inmunización activa. La inmunización activa se basa en la utilización de vacunas, que son preparados de antígenos atenuados que producen inmunidad específica al provocar en el individuo una respuesta inmune primaria. A diferencia de los sueros, requieren varios días para producir resistencia. 44.- Explica las causas que originan las enfermedades autoinmunes y describe tres ejemplos de este tipo de enfermedad. Solución: Las enfermedades autoinmunes se producen por una reacción de los mecanismos de defensa contra el propio organismo que los alberga. Debido a factores ambientales o a una predisposición genética, los linfocitos B o T, o ambos a la vez, reaccionan destruyendo las células del cuerpo, bien por acción de los anticuerpos, bien directamente por los linfocitos T. Aunque el origen de estas enfermedades no se conoce con total seguridad, se ha comprobado que en algunas ocasiones la enfermedad autoinmune se origina después de una infección banal. Este hecho ha llevado a sospechar que el parecido entre los antígenos de superficie de algunas células (autoantígenos) y los de bacterias y virus sea la causa que desencadena la respuesta autoinmune. Entre las enfermedades autoinmunes más conocidas están: Anemia hemolítica, que se origina por un ataque de los anticuerpos a los glóbulos rojos. Miastenia gravis, en la que una proteína de las células musculares es atacada por los anticuerpos, lo que origina la destrucción de las conexiones neuromusculares. Esclerosis múltiple. En las primeras fases de la enfermedad, los linfocitos T atacan las vainas de mielina de las fibras nerviosas en la sustancia blanca del sistema nervioso central (médula y cerebro). En una fase posterior, los macrófagos actúan mediante sustancias necrosantes o arrancando fragmentos de mielina. La enfermedad provoca la invalidez del paciente. 45.- Define el concepto de reacción alérgica. ¿Qué fases se distinguen en una reacción alérgica? Solución: Reacción alérgica. Es una reacción exagerada del sistema inmune que provoca importantes cambios en

los tejidos. Se produce cuando un antígeno se presenta en grandes cantidades o si el estado de las inmunidades humoral y celular es elevado. El estado de hipersensibilidad se origina cuando un individuo ha tenido un primer contacto con un antígeno, entonces la memoria inmune le capacita para una respuesta más intensa ante un nuevo contacto. Las reacciones alérgicas son provocadas por los alérgenos, que son sustancias antigénicas que en determinados individuos desencadenan el estado de hipersensibilidad, mientras que para otros son totalmente inofensivos. Entre las sustancias que actúan como alérgenos están: el polen de las plantas, antibióticos, ácaros del polvo... En la reacción alérgica se distinguen tres fases: 1. Sensibilización. Es el primer contacto entre el alérgeno y el sistema inmune de un individuo, y no se producen síntomas de la enfermedad. Es un proceso típico de activación de la respuesta inmune que comienza cuando los macrófagos capturan y presentan un alérgeno, provocando la activación de los linfocitos T y B. Estos últimos se transforman en células plasmáticas que sintetizan anticuerpos específicos contra el alérgeno: las inmunoglobulinas E. Las inmunoglobulinas E se anclan, posteriormente, en las membranas de los mastocitos o células cebadas, presentes en los tejidos y los basófilos que circulan por los vasos sanguíneos. 2. Activación de los mastocitos. En los sucesivos contactos con el organismo las moléculas de alérgeno se unen a las IgE ancladas en la superficie de los mastocitos. Esta unión provoca la liberación de mediadores alérgicos, como la histamina y las prostagladinas, que son las responsables de los síntomas alérgicos. 3. Reacción tardía o actividad inmunitaria prolongada. Las sustancias liberadas por los mastocitos atraen hacia ese lugar leucocitos (eosinófilos y basófilos) y otras células inmunitarias (linfocitos T y monocitos). Estas células liberan sustancias que intensifican los síntomas de la fase B y pueden llegar a lesionar el tejido atacado. 46.- Inmunidad y cáncer: a) ¿Qué características presentan las células cancerosas? b) ¿Qué tipos de genes sufren mutaciones en la transformación de una célula normal en cancerosa? c) ¿De qué mecanismos disponen las células para controlar estas mutaciones? Solución: a) En los organismos pluricelulares la proliferación celular está regulada por factores internos, como el control que ejercen unas células de un tejido sobre otras (inhibición por contacto). De este modo, cada tejido mantiene un tamaño y una forma adecuados a las necesidades del organismo. Las células cancerosas sufren un conjunto de transformaciones que hacen que se reproduzcan de forma indiscriminada. Esto es debido a que no reaccionan a los controles externos que debían regular su proliferación (pérdida de la inhibición por contacto), y siguen sus propias instrucciones de división. Además, son capaces de emigrar a otros órganos donde pueden desarrollar un tumor. b) La mayoría de los cánceres son producidos por agentes ambientales que provocan mutaciones en el ADN. Estas mutaciones afectan a dos tipos de genes que tienen como función controlar el ciclo celular: Protooncogenes: son genes que producen proteínas que estimulan la división celular (factores de crecimiento). La mutación los convierte en oncogenes, que producen gran cantidad de factores de crecimiento o formas muy activas de esa proteína. Genes supresores de tumores: son inhibidores de la división celular. Una mutación puede desactivarlos, dejando de producirse la proteína supresora de la división, lo que desencadena la división celular. c) Las células tienen mecanismos para controlar las mutaciones que las convierten en tumorales. Cuando algún sistema de control se desregula, las células activan la muerte celular programada, apoptosis, y se autoelimina, sin que el tejido sufra el más mínimo impacto. Por otra parte, se ha comprobado que el sistema inmune es capaz de intervenir en la prevención del cáncer, al destruir en ocasiones tumores comunes. 47.- ¿Cómo se evitan los rechazos tras un trasplante? ¿En qué tipos de trasplante no se producen rechazos? Solución: En una operación de trasplante se puede limitar o evitar el rechazo utilizando fármacos inmunosupresores inespecíficos, que reducen la respuesta inmune. Estos fármacos suelen ser antimitóticos que actúan sobre las poblaciones de linfocitos. El inconveniente que presentan estos tratamientos es que hacen a los pacientes susceptibles a las infecciones oportunistas y, en ocasiones, a la aparición de algunos tipos de cánceres. Los trasplantes en los que no se produce rechazo son aquellos en los que los antígenos de histocompatibilidad del donante y del receptor son iguales. Así, se esperará que no se produzca rechazo en los autotrasplantes, en los que se reimplanta el tejido en el mismo sujeto, y en los isotrasplantes, que se realizan entre individuos genéticamente idénticos. 48.- Explica los tipos de infecciones y describe sus características. Solución: Se distinguen dos tipos de infecciones: Infecciones agudas. Son aquellas en las que el microorganismo

infectante se multiplica rápidamente en el interior del organismo, produciendo un daño que puede, incluso, causar la muerte del individuo. En condiciones normales el sistema inmune controla y elimina la infección; además, el organismo queda inmunizado frente a nuevas infecciones del patógeno. Ejemplos de infecciones agudas son el sarampión o la gripe. Infecciones crónicas. El patógeno se reproduce controladamente, estableciéndose un equilibrio entre el huésped y el parásito. El patógeno queda localizado en lugares donde no es detectado por el sistema inmune, por lo que no se produce ni respuesta inmune ni la eliminación del patógeno. Puede causar la muerte a largo plazo. Es el caso de enfermedades como la malaria o la hepatitis B. 49.- Muchas personas vacunadas contra el virus de la gripe vuelven a sufrir la enfermedad. ¿Podrías explicarlo? Solución: La vacunación se basa en dos características del sistema inmunológico: la especificidad antígenoanticuerpo y la memoria inmunológica. En la vacunación, mediante la utilización de antígenos atenuados se pretende producir una respuesta inmune primaria a través del reconocimiento específico del antígeno. La respuesta inmune primaria produce pocos anticuerpos y de forma lenta, pero genera memoria inmunológica contra el antígeno. En posteriores contactos con este se producirá una respuesta inmune secundaria, más masiva y rápida que la primaria y, por tanto, no se sufrirá la enfermedad. El hecho de que personas vacunadas contra la gripe vuelvan a sufrir la enfermedad se debe a la alta tasa de mutación de este virus. Los determinantes antigénicos del virus de la gripe mutan con gran facilidad, sin que el cambio afecte a la viabilidad del virus. Estos nuevos antígenos no pueden ser reconocidos por el sistema inmunológico, y el individuo sufre la enfermedad. 50.- ¿Cuál es la base molecular de las enfermedades autoinmunes? Solución: La base molecular de las enfermedades autoinmunes se encuentra en el parecido entre los autoantígenos celulares y los antígenos extraños de algunos microorganismos. Durante la fase de presentación del antígeno a los linfocitos T, este sólo puede reconocerlo cuando se presenta unido a una molécula proteica del sistema de histocompatibilidad (HLA). En situaciones normales, el HLA presenta un fragmento de un péptido del patógeno que es reconocido y atacado por el sistema inmune mediante una respuesta inmunológica. En algunos casos, el antígeno que se presenta junto con la molécula HLA pueden ser semejante a un autoantígeno producido por el propio organismo. El reconocimiento de estas moléculas miméticas desencadena el ataque de los linfocitos T contra los tejidos del propio cuerpo que presentan esos autoantígenos, desencadenando una respuesta autoinmune. 51.- Describe las vías de entrada de los alérgenos en el organismo y las manifestaciones alérgicas que se producen en cada caso. Solución: Los alérgenos pueden penetrar en el organismo por distintas vías: Vía respiratoria. Las moléculas de alérgeno son inhaladas y se introducen a través del aparato respiratorio. El caso más típico es la fiebre del heno (rinitis alérgica), causada por polen, pelos de animales o deyecciones de ácaros del polvo. La sintomatología es la típica de una enfermedad alérgica, con estornudos, lagrimeo, respiración silbante y entrecortada, y picor. Las manifestaciones alérgicas desaparecen, en un primer momento, para volver a manifestarse más intensamente pocas horas después. Esto es debido a la invasión del epitelio respiratorio por células de la fase tardía. Pueden llegar a producir asma y sinusitis. Vía cutánea. El contacto de un alérgeno con la piel provoca las llamadas alergias cutáneas. Estas se manifiestan con eritema (enrojecimiento) e hinchazón (pápulas y habones). Vía digestiva. Las alérgias alimentarias son originadas por proteínas presentes en alimentos como la leche, huevos o mariscos. En sus formas más leves se manifiestan con erupciones cutáneas. En casos más severos, el alérgeno, al contactar con las inmunoglobulinas E del intestino, provoca diarreas y vómitos. Posteriormente, al penetrar y difundir hacia otras zonas del organismo, como los pulmones o la piel, pueden producir reacciones adicionales como asma y urticaria. En los casos más graves provocan el choque anafiláctico. 52.- ¿Qué son las inmunodeficiencias? Explica sus tipos, indicando algún ejemplo. Solución: Las inmunodeficiencias son enfermedades graves, a menudo mortales, causadas por defectos en algún componente del sistema inmune. Se dividen en dos grupos: a) Inmunodeficiencias congénitas o primarias. Son anomalías congénitas en los linfocitos B o T, o en ambos, que causan una mayor predisposición a la infección. Se manifiestan por infecciones recurrentes originadas por bacterias encapsuladas, como neumococos, estafilococos o meningococos, que producen desde otitis o sinusitis, hasta meningitis o infecciones generalizadas. Ejemplo: la

agammaglobulinemia es una enfermedad genética ligada al cromosoma X que provoca deficiencias en los linfocitos B. Su consecuencia es la ausencia de anticuerpos en la sangre, lo que provoca infecciones crónicas del aparato respiratorio. b) Inmunodeficiencias adquiridas o secundarias. Se desarrollan por la acción de factores externos al individuo como: infecciones en las células del sistema inmunitario, utilización de fármacos inmunosupresores o malnutrición. Ejemplo: el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (sida), que está causado por la infección del virus VIH. Este virus infecta principalmente a los linfocitos T auxiliares y a los macrófagos. La consecuencia de la infección es la disminución del número de células inmunitarias, lo que deja al individuo desprotegido frente a enfermedades producidas por microorganismos oportunistas, que, en condiciones normales, raramente producen infección. Entre estas enfermedades destacan: tuberculosis, neumonía, enfermedades víricas causadas por herpesvirus, toxoplasmosis y algunos cánceres como el sarcoma de Kaposi. 53.- Define el concepto de trasplante y explica sus tipos. Solución: Se define como trasplante o injerto el desprendimiento parcial o extirpación de un tejido u órganos de un individuo (el donante) y su implantación en el cuerpo del mismo o diferente organismo (el receptor). Se distinguen cuatro tipos de trasplantes: a) Autotrasplante. Es el caso en el que es tejido se reimplanta en el mismo individuo. b) Isotrasplante. Es el trasplante realizado entre individuos genéticamente idénticos, como es el caso de los gemelos homocigóticos o animales de laboratorio de una misma cepa. Este tipo de trasplantes no produce rechazo, debido a que los genomas del donante y del receptor son idénticos y, por tanto, sus antígenos son los mismos. c) Alotrasplante. Es el trasplante entre miembros de una misma especie que presentan una constitución genética diferente. Los alotrasplantes pueden producir rechazo a causa de la diferencia entre los antígenos del donante y del receptor. d) Xenotrasplantes. Son trasplantes que se realzan entre individuos de diferente especie, como puede ser de cerdo a humano. 54.- Indica el lugar de acción de los distintos componentes del sistema inmune y señala cuál de ellos actuará en los siguientes casos: a) Infección producida por un neumococo localizado en el espacio extracelular. b) Paperas. c) Gripe. d) Tuberculosis Solución: 1- Los componentes del sistema inmunológico están especializados en la lucha contra los patógenos en función de sus lugares de acción: Las proteínas del complemento y los anticuerpos atacan bacterias en los espacios extracelulares. Los linfocitos T coadyuvantes actúan sobre bacterias que infectan el interior de las células. Los linfocitos T asesinos degradan virus que infectan el citosol o el núcleo celular, al destruir las células infectadas. 2- a) Proteínas del complemento producidas por los macrófagos y anticuerpos fabricados por los linfocitos B. b) Linfocitos T asesinos. c) Linfocitos T asesinos. d) Linfocitos T coadyuvantes. 55.- Indica las diferencias entre la inmunización pasiva y la inmunización activa. Solución: En la inmunización pasiva se inyectan anticuerpos específicos (sueros) contra el patógeno causante de la enfermedad. Por tanto, el organismo no participa en la elaboración de los anticuerpos. El efecto de los sueros es inmediato, unas pocas horas, y su duración es de unos pocos meses, mientras los anticuerpos se encuentran en el plasma sanguíneo del individuo. En la inmunización pasiva el individuo no desarrolla una respuesta inmune, por tanto, no genera memoria inmunológica que confiera inmunidad permanente frente a la enfermedad. En la inmunización activa se utilizan vacunas, que son preparados de antígenos atenuados (provocan respuesta inmune pero no producen la enfermedad) que provocan en el organismo una respuesta inmune primaria. La repuesta inmune genera memoria inmunológica frente al antígeno, que produce inmunidad permanente frente a la enfermedad. Las vacunas requieren varios días para producir su efecto. 56.- El síndrome del aceite tóxico fue producido por la ingestión de aceite de colza adulterado que contenía sustancias tóxicas llamadas anilinas. En algunos casos se ha observado que la intoxicación ha producido enfermedades autoinmunes. ¿Podrías dar una explicación a este hecho? Solución: La base molecular de las enfermedades autoinmunes se encuentra en el parecido entre los autoantígenos celulares y los antígenos extraños de algunos microorganismos, de forma que los anticuerpos producidos contra los antígenos extraños atacan también a los antígenos de superficie de algunas células del organismo. En el caso del síndrome del aceite tóxico, el sistema inmune reconoce los derivados de la anilina como elementos extraños y genera anticuerpos contra ellos. Se piensa que estas sustancias son muy parecidas a

algunas moléculas del cuerpo humano y, por tanto, los anticuerpos generados contra ellas reaccionan también contra las moléculas normales, causando la enfermedad autoinmune. 57.- Define los conceptos de reacción de hipersensibilidad, alergia y alérgeno. Solución: Reacción de hipersensibildad. Es una reacción exagerada del sistema inmune que provoca importantes cambios en los tejidos. Se produce cuando un antígeno se presenta en grandes cantidades o si el estado de las inmunidades humoral y celular es elevado. El estado de hipersensibilidad se origina cuando un individuo ha tenido un primer contacto con un antígeno, entonces la memoria inmune le capacita para una respuesta más intensa ante un nuevo contacto. Alergia. Es sinónimo de reacción o estado de hipersensibilidad. Alérgeno. Son las sustancias antigénicas que provocan una reacción alérgica en determinados individuos, mientras que para otros son totalmente inofensivos. Entre las sustancias que actúan como alérgenos están: el polen de las plantas, antibióticos, ácaros del polvo... 58.- ¿De qué formas destruye el virus VIH las células del sistema inmune? Solución: La destrucción de las células del sistema inmune por el VIH puede producirse por una acción directa debida a la infección y replicación del virus en el interior celular. Sin embargo, se ha comprobado que la disminución del número de células inmunitarias (sobre todo linfocitos) por acción del VIH puede producirse también de forma indirecta. Entre los mecanismos de destrucción indirecta se encuentran: Anergia. Consiste en la inhibición de los linfocitos T debida a la fijación de glucoproteínas víricas sobre los receptores CD4 de linfocitos no infectados. Estos linfocitos quedan inhibidos funcionalmente y, además, son destruidos por el sistema inmune. Presencia de superantígenos víricos. Los superantígenos son péptidos del VIH que son capaces de unirse a todos los tipos de células T. Esta unión activa indiscriminadamente todos los linfocitos, no realizándose la selección clonal de los específicos para el antígeno. Además, las células marcadas por el superantígeno son más susceptibles a la infección y, en aquellas que estaban infectadas, se facilita la replicación. Apoptosis. La unión de una glucoproteína del VIH al receptor CD4 de los linfocitos no infectados puede producir muerte celular programada o apoptosis. Formación de sincitios. El VIH promueve la unión en una única masa citoplasmática plurinucleada (sincitio) de linfocitos T infectados y sin infectar. Los sincitios no son funcionales y se presentan en la fase de la enfermedad en la que se manifiestan síntomas clínicos. Las investigaciones más recientes señalan la destrucción directa como la causa principal de la muerte de las células inmunitarias y del colapso del sistema. 59.- Explica la técnica de obtención de anticuerpos monoclonales. Solución: La técnica básica para la obtención de anticuerpos monoclonales consiste en utilizar las características de dos tipos de células: los linfocitos B activados, que son capaces de producir un tipo de anticuerpo específico contra una determinada sustancia (antígeno), y las células cancerosas, que tienen la capacidad de dividirse indefinidamente en condiciones de laboratorio. De la fusión de estos tipos celulares se obtienen hibridomas (células híbridas) que conservan las propiedades de las dos. La técnica se puede resumir en los siguientes pasos: 1. Se inyecta una cierta cantidad de antígeno a un ratón. A los pocos días, se le extirpa el bazo y sus células B, algunas de las cuales producirán anticuerpos contra el antígeno inyectado. 2. Los linfocitos B se funden con células cancerosas (normalmente de mieloma de ratón). La fusión se consigue utilizando determinados virus o sustancias químicas, como el polietilenglicol. De la fusión resultan células híbridas (hibridomas), de los que una pequeña fracción fabricará el anticuerpo deseado. 3. Cada hibridoma se cultiva por separado, con la finalidad de obtener grandes clones. 4. Los clones son tratados con el antígeno de interés para detectar aquel que sintetiza el anticuerpo deseado. El clon puede ser utilizado para producir grandes cantidades de anticuerpos, o bien congelado hasta que se requiera su utilización. 60.- ¿Cuáles son las diferencias entre una infección aguda y una infección crónica? Solución: Las diferencias entre las infecciones crónicas y agudas son las siguientes: Infección aguda. El microorganismo se multiplica rápidamente en el interior del huésped. Produce un daño inmediato que puede causar la muerte. El sistema inmunológico localiza, controla y elimina el patógeno. El organismo queda inmunizado frente a nuevas infecciones del mismo patógeno. Infección crónica. El patógeno se multiplica de forma controlada, estableciéndose un equilibrio entre el huésped y el parásito. El sistema inmune no localiza al microorganismo, por lo que no se produce respuesta inmune ni su eliminación.

La vacunación es un método de inmunización artificial que proporciona inmunidad permanente frente a la enfermedad. Explica en qué característica de la respuesta inmune se sustenta este hecho. La característica de la respuesta inmunológica en la que se basa la inmunidad proporcionada por las vacunas es la memoria inmunológica. La vacunación es un tipo de inmunidad artificial activa que consiste en introducir preparados antigénicos (gérmenes atenuados, muertos o sus toxinas), para que provoquen una respuesta inmune primaria en el organismo, con la liberación de anticuerpos, pero sin sufrir la enfermedad. Para producir su efecto requieren varios días, y provocan una inmunidad permanente. Al administrar la vacuna se induce una respuesta inmune primaria. En ella, la producción de anticuerpos es lenta y en baja cantidad, con un periodo de decrecimiento rápido. Sin embargo, después del primer contacto con el antígeno atenuado en el organismo quedan linfocitos B y T como células memoria que recuerdan el antígeno. La existencia de la memoria inmunológica tiene como consecuencia que, cuando el organismo entre en contacto con el antígeno, se provoque una respuesta inmune secundaria que permite controlar la infección. En este caso, la producción de anticuerpos es rápida y en grandes cantidades, teniendo además un periodo de decrecimiento lento. El individuo queda permanentemente inmunizado.

PREGUNTAS RESUELTAS. GENÉTICA PREGUNTAS RESUELTAS. GENÉTICA

1.- ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? Razona la respuesta. a) Cuando un ser vivo tiene reproducción sexual, los hijos heredan todos los genes del padre, y las hijas, los de la madre. b) Al cruzar guisantes de semillas lisas con guisantes de semillas rugosas se obtienen guisantes de semillas rugosas. 2.- ¿Qué son individuos homocigóticos y heterocigóticos? 3.- Enuncia las tres leyes de Mendel. 4.- Científicos de la Universidad de Carolina del Norte (EE UU) han publicado un estudio que desvela una de las posibles causas genéticas del autismo. Analizaron el ADN de 75 familias en las que al menos existían dos miembros con esta enfermedad y encontraron semejanzas llamativas en una región concreta del ADN: el cromosoma 13. Relaciona esta noticia con la importancia de la confección del mapa genético humano. 5.- Imaginemos un gen letal recesivo l frente a su alelo normal L. a) Cuál es el genotipo que produce la muerte en esta especie? b) ¿Se mantendrá en la población el gen letal recesivo? ¿Cuál será el genotipo de los individuos que los llevan? 6.- En la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), los machos son XY, y las hembras, XX, y se dispone de un gran número de mutantes con distintos números de cromosomas. La determinación del sexo se produce por la relación existente entre el número de cromosomas X y el número de juegos de autosomas (A). Si la relación es de 0,5, el individuo es un macho, y si es 1, el individuo es una hembra. Por debajo de 0,5, el individuo es un supermacho, y por encima de 1, una superhembra. a) Indica qué sexo presentarán las siguientes moscas: 1. AAX 2. AAXXY 3. AAAXX 4. AAXXX. b) ¿Tiene alguna función el cromosoma Y en la determinación del sexo? 7.- Los gatos caseros machos pueden ser negros o amarillos, mientras que las hembras pueden ser negras, amarillas o moriscas (mezcla de amarillo y negro). Sabiendo que este carácter depende de una pareja alélica ligada al cromosoma X, determina la posible descendencia entre una gata amarilla y un gato negro. 8.- Explica el significado de la siguiente frase: Es el gen y no la característica como tal lo que el ser vivo recibe de sus antecesores. 9.- ¿Cuántos tipos de gametos genéticamente diferentes pueden producirse en un individuo heterocigótico para cuatro pares de alelos?

10.- Define locus, genotipo, recesivo. 11.- ¿Por qué la tercera ley de Mendel se plantea siempre en casos de dihibridismo? 12.- ¿Qué observaciones sirvieron de base para proponer la hipótesis de que los genes estaban en los cromosomas? 13.- ¿Obedece el alelismo múltiple a las reglas de la transmisión de la herencia establecidas por Mendel? ¿Cómo aparecen las series alélicas? 14.- Explica la determinación del sexo en la especie humana. ¿De qué gameto depende el sexo de la descendencia? 15.- En cierta especie, cuya determinación del sexo es XX-XY, una hembra lleva en uno de sus cromosomas X un gen letal recesivo (l) que impide el desarrollo del embrión, y en el otro el alelo dominante (L). ¿Cuál será la proporción de sexos de la descendencia entre esta hembra y un macho normal? 16.- ¿Podemos afirmar que una malformación congénita es una característica que se ha heredado de los padres? ¿Por qué se llama congénita? 17.- Mendel cruzó líneas puras de guisantes de semilla lisa y amarilla con guisantes de semilla rugosa y verde. ¿Qué resultados obtuvo en la primera y segunda generación filial? 18.- ¿Reciben los mismos genes todos los descendientes de un cruzamiento entre heterocigotos? Razona la respuesta. 19.- ¿En qué consiste el retrocruzamiento o cruzamiento prueba? 20.- Una mujer enana, cuya madre era normal, se casa con un hombre normal. En el supuesto de que este matrimonio tuviera cinco hijos y sabiendo que el enanismo es dominante, indica y razona cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas. a) Si ninguno de los hermanos mayores es enano, es casi seguro que el último que nazca lo será. b) Toda la descendencia será enana. c) Toda la descendencia será normal. d) Cada niño que nazca tiene un 50% de probabilidad de ser enano. 21.- Los experimentos de Mendel demuestran que los factores hereditarios de caracteres no antagónicos se heredan independientemente. Por otro lado, estos factores (genes) están en los cromosomas. ¿Es esto compatible? 22.- En una especie animal, el gen A produce color frente a su alelo a que provoca albinismo al bloquear la síntesis de melanina. Otra pareja alélica (B,b) determina el color, el alelo dominante B produce color gris, mientras que el recesivo b determina la aparición de color amarillo. Se cruzaron una hembra de color gris y con un macho albino, ambos homocigóticos y se obtuvieron los siguientes resultados en la F1 y en la F2 : a) ¿Qué tipo de fenómeno genético se expresa en el cruzamiento? b) ¿Por qué la F2 no se ajusta a la segregación mendeliana 9:3:3:1? 23.- Define los siguientes términos: a) Cromosomas sexuales y cromosomas autosómicos. b) Sexo heterogamético y sexo homogamético. 24.- El color de los ojos de la mosca Drosophila depende de un gen ligado al cromosoma X. El color rojo (XR) es dominante frente al alelo Xw que produce color blanco. a) ¿Qué descendencia se obtendrá del cruzamiento de una hembra de ojos blancos con un macho de ojos rojos? ¿Podrán aparecer hembras de ojos blancos? Justifica la respuesta. b) ¿En qué generación se obtendrán hembras de ojos blancos? 25.- Explica brevemente la diferencia entre la genética clásica o mendeliana y la genética molecular. 26.- El diseño experimental de Mendel consistió en lo siguiente: Sembraba semillas de guisantes y obtenía plantas (P), cuyas características observaba. A partir de las semillas que lograba, podía conseguir una primera generación

(F1) de guisantes que podía comparar con la P; así, sucesivamente, obtenía las generaciones F2, F3, etc. Podía obtener también semillas conseguidas por cruzamiento de dos plantas de guisantes cuyas características eran conocidas. Las semillas obtenidas de este cruce eran sembradas y sus flores, según fuesen autofecundadas o cruzadas con otra variedad de guisantes, darían lugar a otras semillas con unas características que podían conocerse tras ser sembradas y observar las plantas resultantes. ¿A qué conclusiones puedes llegar? 27.- Concepto de alelo. Alelos dominantes, recesivos y equipotentes. 28.- Indica los distintos tipos de herencia. 29.- El color rojo de la pulpa del tomate depende de un factor dominante sobre un alelo amarillo. El tamaño normal de la planta se debe a un gen dominante sobre su alelo para el tamaño pequeño. Al cruzar una planta roja-normal con una amarilla-normal se obtuvieron 30 rojas-normales, 31 amarillas-normales, 10 rojas-enanas y 9 amarillasenanas. Utilizando los genotipos precisos, realizar los cruces que permitan obtener una descendencia con los fenotipos descritos. 30.- ¿Qué contradicción hay entre la tercera ley de Mendel y la teoría cromosómica de la herencia? ¿Es una contradicción total o parcial? ¿Por qué? 31.- El color de los granos del trigo se debe a la acción de dos parejas alélicas R1r1 y R2r2. Los alelos R1 y R2 añaden color rojo al fenotipo, mientras que los alelos r1 y r2 no producen color. Se conocen cinco fenotipos: Rojo (R1 R1 R2 R2) ; rojo medio (producido por la presencia de 3 alelos R y 1 r) ; rojo claro (2 R y 2 r); rojo muy claro (1 R y 3 r); blanco (r1 r1 r2 r2). a) ¿De qué tipo de herencia se trata? 32.- Ecbalium es una cucurbitácea cuya determinación del sexo depende de tres genes. El A1 provoca plantas con flores masculinas; el A2 determina la aparición de plantas hermafroditas; y el A3, plantas con flores femeninas. La relación es dominancia es la siguiente: A1 > A2 > A3. a) Indica el sexo de las siguientes plantas: A1A2; A2A3; A3A3; A1A3 b) ¿De qué tipo de determinación del sexo se trata? ¿Podríamos distinguir el sexo de la planta estudiando su cariotipo? 33.- Según Mendel el valor y la utilidad de cualquier experimento están determinados por la idoneidad del material elegido para la finalidad a la que es destinado. Explica la relación de esta aseveración con los experimentos que él realizó. 34.- ¿Se puede afirmar que, a efectos de la evolución, la heterocigosis es más ventajosa que la homocigosis? Razona la respuesta. 35.- ¿En qué consiste el tablero de Punnett? 36.- En drosophila, el color ébano del cuerpo es producido por un gen recesivo e y el color del cuerpo gris (tipo común) por su alelo dominante e+. Las alas vestigiales son determinadas por el gen recesivo vg, y las de tamaño normal (tipo común), por su alelo dominante vg+. Si se cruzan moscas dihíbridas de tipo común y producen 256 descendientes, ¿cuántos de estos se espera que haya de cada clase fenotípica? 37.- ¿A qué se llama consejo genético? 38.- El sistema de grupos sanguíneos AB0 viene determinado por una serie alélica de tres genes: A, B y 0; en la que los alelos A y B son codominantes entre sí, y ambos dominan sobre el 0. Un hombre desea divorciarse de su esposa por infidelidad. Su primer y segundo hijo los considera legítimos, y tienen grupos sanguíneos 0 y AB, respectivamente. El tercer hijo es un varón que considera ilegítimo porque es de grupo sanguíneo B. ¿Puede aprovecharse esta información para apoyar la demanda del hombre? 39.- El número diploide de la abeja que produce la miel es 2n 16. ¿Cuántos cromosomas se encontrarán en las células somáticas del zángano (macho)? Justifica la respuesta.

Soluciones

2.- ¿Qué son individuos homocigóticos y heterocigóticos? Solución: La homocigosis y heterocigosis únicamente se puede dar en especies diploides, que tienen sus cromosomas formando parejas homólogas. Un individuo homocigótico para un gen dado es aquel que tiene en cada cromosoma homólogo el mismo tipo de alelo, por ejemplo AA o aa, y por ello produce un solo tipo de gameto. También se le considera raza pura para el gen en cuestión. Un individuo heterocigótico para un gen dado es aquel que tiene en cada cromosoma homólogo un alelo distinto, por ejemplo Aa, dando lugar a dos tipos de gametos. 3.- Enuncia las tres leyes de Mendel. Solución: 1ª ley: Uniformidad de los híbridos de la primera generación filial. Al cruzar dos variedades puras para un mismo carácter, los descendientes son todos híbridos e iguales. 2ª ley: Segregación independiente en la segunda generación filial. Los caracteres que están juntos en los híbridos, se separan, sin mezclarse ni contaminarse, y aparecen en la segunda generación filial, aunque sus padres (de la F1) no lo manifestaran. 3ª ley: La transmisión independiente de los caracteres. En la transmisión de dos o más caracteres, cada carácter se transmite a la segunda generación filial independientemente de cualquier otro carácter, y siempre de acuerdo con la primera y segunda ley. típico de un retrocruzamiento. 4.- Científicos de la Universidad de Carolina del Norte (EE UU) han publicado un estudio que desvela una de las posibles causas genéticas del autismo. Analizaron el ADN de 75 familias en las que al menos existían dos miembros con esta enfermedad y encontraron semejanzas llamativas en una región concreta del ADN: el cromosoma 13. Relaciona esta noticia con la importancia de la confección del mapa genético humano. Solución: La disposición lineal de los genes ha permitido a la genética formal confeccionar mapas genéticos. Dicha disposición tiene como base la estructura molecular del ADN. El Proyecto Genoma Humano pretende conocer la función y la localización de los genes que posee cada ser humano, su finalidad es conseguir un mapa de los cromosomas en el que se indique dónde comienza y acaba cada gen y para qué sirve. Este estudio permitirá conocer el cómo y el porqué de las enfermedades hereditarias. 5.- Imaginemos un gen letal recesivo l frente a su alelo normal L. a) Cuál es el genotipo que produce la muerte en esta especie? b) ¿Se mantendrá en la población el gen letal recesivo? ¿Cuál será el genotipo de los individuos que los llevan? Solución: a) El genotipo será ll, ya que es un alelo recesivo y únicamente puede manifestarse en homocigosis.b) Al ser un gen letal recesivo que provoca la muerte en homocigosis solamente puede mantenerse en la población enmascarado en individuos heterocigóticos (Ll). Estos son los que transmitirán el gen a la descendencia. 6.- En la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), los machos son XY, y las hembras, XX, y se dispone de un gran número de mutantes con distintos números de cromosomas. La determinación del sexo se produce por la relación existente entre el número de cromosomas X y el número de juegos de autosomas (A). Si la relación es de 0,5, el individuo es un macho, y si es 1, el individuo es una hembra. Por debajo de 0,5, el individuo es un supermacho, y por encima de 1, una superhembra. a) Indica qué sexo presentarán las siguientes moscas: 1. AAX 2. AAXXY 3. AAAXX 4. AAXXX. b) ¿Tiene alguna función el cromosoma Y en la determinación del sexo? Solución: a) 1. Macho. Nº de cromosomas X/ nº de autosomas 1/2 0,5. 2. Hembra. Nº de cromosomas X/ nº de autosomas 2/2 1. 3. Intersexo. 2/3 0,67. 4. Superhembra. 3/2 1,5. b) En el caso 2 del apartado anterior, la relación entre autosomas y cromosomas sexuales es 1, y el individuo es una hembra. La presencia del cromosoma Y no influye en la determinación del sexo; su presencia determina la fertilidad de los machos.

7.- Los gatos caseros machos pueden ser negros o amarillos, mientras que las hembras pueden ser negras, amarillas o moriscas (mezcla de amarillo y negro). Sabiendo que este carácter depende de una pareja alélica ligada al cromosoma X, determina la posible descendencia entre una gata amarilla y un gato negro. Solución: La mitad de la descendencia serán hembras, todas ellas de fenotipo morisco, y la otra mitad serán todos machos amarillos. 8.- Explica el significado de la siguiente frase: Es el gen y no la característica como tal lo que el ser vivo recibe de sus antecesores. Solución: Hay que hacer una distinción clara entre lo genético y lo hereditario, ya que no son sinónimos. Los genes están presentes en las células de cada individuo, pero unos se expresarán en un momento dado y otros no. Habrá genes que no se expresen a lo largo de la vida de un individuo y, sin embargo, se transmiten a sus descendientes. 9.- ¿Cuántos tipos de gametos genéticamente diferentes pueden producirse en un individuo heterocigótico para cuatro pares de alelos? Solución: Al tratarse de un individuo heterocigótico para cuatro pares de alelos, le denominamos AaBbCcDd. Para cada gen y de acuerdo con la ley de la segregación, se formarán dos tipos de gametos distintos, A o a, B o b, etc. Como el individuo tiene cuatro genes, se formarán: 2 x 2 x 2 x 2 24 16 tipos de gametos genéticamente diferentes. 10.- Define locus, genotipo, recesivo. Solución: Locus. Lugar o punto del cromosoma donde se localiza un gen determinado. Genotipo. Conjunto de genes que un individuo ha recibido de sus progenitores. Recesivo. Alelo que queda oculto y solo se manifiesta cuando no está presente el alelo dominante. 11.- ¿Por qué la tercera ley de Mendel se plantea siempre en casos de dihibridismo? Solución: Porque la tercera ley de Mendel, llamada ley de la herencia independiente de los caracteres, expresa el hecho de que cada uno de los caracteres hereditarios se transmite a la descendencia con absoluta independencia de los demás, a diferencia de la segunda ley que hace referencia a que los genes que forman la pareja de alelos gozan de independencia. En este sentido, las experiencias realizadas por Mendel consistieron en cruzar plantas de guisantes de dos razas puras, una de las cuales tiene sus semillas de color amarillo y su superficie lisa, y la otra, con semillas de color verde y superficie rugosa. Los resultados obtenidos son individuos de 4 fenotipos diferentes: Amarillas - lisas Amarillas - rugosas.Verdes - lisas. Verdes - rugosas. Y la proporción numérica de los fenotipos resultantes es de 9:3:3:1 12.- ¿Qué observaciones sirvieron de base para proponer la hipótesis de que los genes estaban en los cromosomas? Solución: Al estudiar los cromosomas se observó que existía un paralelismo entre el comportamiento de estos durante la meiosis y la separación de los factores genéticos mendelianos en la formación de los gametos: los genes se separan en los gametos y se unen en parejas en la fecundación, los cromosomas también. Como consecuencia de esta comparación, Sutton y Boveri propusieron en 1902 que los genes se encuentran en los cromosomas. 13.- ¿Obedece el alelismo múltiple a las reglas de la transmisión de la herencia establecidas por Mendel? ¿Cómo aparecen las series alélicas? Solución: El alelismo múltiple se rige por las leyes mendelianas considerando los alelos dos a dos. El hecho de que en una población existan más de dos formas alternativas para un gen no modifica las leyes de Mendel, ya que un individuo diploide solamente porta, como máximo, dos alternativas de ese gen (2 alelos). La aparición de una serie alélica se debe a numerosas mutaciones que ha sufrido un gen dando lugar a la aparición de varios alelos distintos. Se considera que estos genes son inestables. 14.- Explica la determinación del sexo en la especie humana. ¿De qué gameto depende el sexo de la descendencia? Solución: En la especie humana, la determinación del sexo es cromosómica. El hombre posee 46 cromosomas, de los que 44 son autosomas y 2 son los heterocromosomas o cromosomas sexuales, en los que se sitúan la mayoría

de los genes que determinan el sexo. Las mujeres poseen dos cromosomas X en sus células, conformando el sexo homogamético (XX); mientras que los varones poseen un cromosoma X y otro Y, por lo que constituyen sexo heterogamético (XY). En las gónadas, testículos y ovarios, se producen los gametos haploides. En los ovarios se forman óvulos con 23 cromosomas, todos ellos con un juego de autosomas y un cromosoma X. En los testículos se producen espermatozoides, también con 23 cromosomas; la mitad de ellos llevarán el cromosoma X y la otra mitad el cromosoma Y. Por tanto, es el espermatozoide el que determina el sexo del nuevo individuo. 15.- En cierta especie, cuya determinación del sexo es XX-XY, una hembra lleva en uno de sus cromosomas X un gen letal recesivo (l) que impide el desarrollo del embrión, y en el otro el alelo dominante (L). ¿Cuál será la proporción de sexos de la descendencia entre esta hembra y un macho normal? Solución: La proporción de sexo será de 2/3 de hembras por 1/3 de machos, debido a que los machos con el gen letal no nacen. 16.- ¿Podemos afirmar que una malformación congénita es una característica que se ha heredado de los padres? ¿Por qué se llama congénita? Solución: Una malformación congénita puede haberse originado por la aparición de una sustancia nociva durante el desarrollo fetal, sin que haya sido heredada de los padres. Se llama congénita porque el individuo la posee desde el momento del nacimiento. 17.- Mendel cruzó líneas puras de guisantes de semilla lisa y amarilla con guisantes de semilla rugosa y verde. ¿Qué resultados obtuvo en la primera y segunda generación filial? Solución: Los híbridos de la 1ª generación filial (F1) eran todos iguales, presentando el fenotipo de uno de los padres, amarillo y liso (caracteres dominantes), con lo que demostró que también se cumplía su primera ley cuando se consideraba la transmisión de dos caracteres al mismo tiempo (dihibridismo). En la 2ª generación filial (F2) aparecen los siguientes fenotipos: amarillo-liso, amarillo-rugoso, verde-liso y verde-rugoso, en la proporción 9:3:3:1, respectivamente. El hecho de aparecer combinaciones fenotípicas nuevas (amarillo-rugoso y verde-liso) en las proporciones indicadas, que no existían en la generación paterna, demuestra la herencia independiente de los dos caracteres. 18.- ¿Reciben los mismos genes todos los descendientes de un cruzamiento entre heterocigotos? Razona la respuesta. Solución: Pongamos un ejemplo: se cruzan dos individuos heterocigóticos para un carácter P Aa x Aa. Las combinaciones a que dan lugar la combinación de los gametos procedentes de los dos padres son: F1 AA, Aa, Aa, aa. Por tanto, recibirán distintos tipos de genes. 19.- ¿En qué consiste el retrocruzamiento o cruzamiento prueba? Solución: Se utiliza en los casos de herencia dominante para averiguar si un individuo es híbrido o de raza pura. Consiste en cruzar al individuo problema con un individuo homocigótico recesivo. Si aparecen individuos homocigóticos recesivos, el individuo problema es híbrido. Para el caso de la forma de la semilla del guisante (L,l), los dos posibles resultados son: 1. En la descendencia, todas las semillas son lisas, luego el individuo problema es LL. LL ll. 100% Ll. 2. En la descendencia, el 50% de las semillas son lisas, y el 50% son rugosas, el individuo problema es Ll. LL ll. 50% Ll ; 50% ll 20.- Una mujer enana, cuya madre era normal, se casa con un hombre normal. En el supuesto de que este matrimonio tuviera cinco hijos y sabiendo que el enanismo es dominante, indica y razona cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas. a) Si ninguno de los hermanos mayores es enano, es casi seguro que el último que nazca lo será. b) Toda la descendencia será enana. c) Toda la descendencia será normal. d) Cada niño que nazca tiene un 50% de probabilidad de ser enano. Solución: Denominamos A al alelo dominante que condiciona enanismo, y a, al alelo recesivo normal. La mujer enana tiene que haber recibido de su madre, que es normal, y, por tanto, aa, el alelo normal, por lo que será heterocigótica Aa. Si el marido es normal, será homocigótico aa. Con esta información, vamos a ver si las afirmaciones son o no correctas. a) Es incorrecta. El hecho de que ninguno de los hermanos mayores sea enano no influye para que el último lo sea. Cada uno de los hijos del matrimonio Aa x aa tiene la misma probabilidad de

ser enano Aa o normal aa. Para cada uno de los hijos se va a dar la formación de los gametos como sucesos independientes, por ello, la probabilidad de que el último que nazca sea enano es 1/2, como para cualquier otro hermano, sin que condicione el genotipo de sus hermanos mayores. b) Es incorrecta. En el cruzamiento Aa x aa, la madre dará lugar a gametos (óvulos) A o a con igual probabilidad (50%) y el padre dará siempre gametos a, por lo que los zigotos Aa (enano) y aa (normal) se formarán con igual probabilidad. c) Es incorrecta. Por el mismo razonamiento que en b. d) Es correcta. Por el mismo razonamiento que en b. 21.- Los experimentos de Mendel demuestran que los factores hereditarios de caracteres no antagónicos se heredan independientemente. Por otro lado, estos factores (genes) están en los cromosomas. ¿Es esto compatible? Solución: Morgan en 1910 trabajando con Drosophila melanogaster observó que había ciertos caracteres de estas moscas que tendían a heredarse juntos. La pregunta que se hizo fue la siguiente: si los genes estaban en los cromosomas, todos los genes de un mismo cromosoma debían heredarse juntos; lo que entraba en contradicción con la 3ª Ley de Mendel en la que dos caracteres no antagónicos (color y forma de las semillas) se heredaban independientemente. Más adelante se observó que, durante la división meiótica, los cromosomas se entrecruzaban, intercambiándose fragmentos, esto es, grupos de genes (recombinación genética), lo que explicaba el que dos genes estuvieran en un mismo cromosoma y, a pesar de ello, muchas veces se heredaran independientemente. Dos genes que estén muy juntos en un cromosoma tenderán a heredarse juntos, ya que es muy difícil que el cromosoma se entrecruce justo por el punto intermedio. A estos genes se les denominan genes ligados. 22.- En una especie animal, el gen A produce color frente a su alelo a que provoca albinismo al bloquear la síntesis de melanina. Otra pareja alélica (B,b) determina el color, el alelo dominante B produce color gris, mientras que el recesivo b determina la aparición de color amarillo. Se cruzaron una hembra de color gris y con un macho albino, ambos homocigóticos y se obtuvieron los siguientes resultados en la F1 y en la F2 : a) ¿Qué tipo de fenómeno genético se expresa en el cruzamiento? b) ¿Por qué la F2 no se ajusta a la segregación mendeliana 9:3:3:1? Solución: a) Es un caso se epistasia, donde un gen llamado epistático enmascara la acción de otro, el hipostático. En este caso, el alelo a (epistático), al inhibir la síntesis de melanina, no permite la aparición de color, enmascarando la acción de la pareja alélica B,b. b) No se ajusta a la proporción 9:3:3:1 porque cualquier individuo que lleve el alelo epistático a será albino, independientemente de la pareja alélica B,b. En la F2 aparecen 4 individuos de cada 16 con el gen a, obteniéndose la proporción 9:3:4. 23.- Define los siguientes términos: a) Cromosomas sexuales y cromosomas autosómicos. b) Sexo heterogamético y sexo homogamético. Solución: a) Los cromosomas sexuales o heterocromosomas son la pareja de cromosomas que determinan el sexo de un individuo, y en ellos se localizan la mayoría de los genes de determinación sexual. El resto de los cromosomas son los cromosomas autosómicos o autosomas. b) Sexo homogamético es el sexo que posee dos cromosomas sexuales iguales (XX, ZZ). Dependiendo de las especies puede ser macho o hembra. Se llama homogamético porque todos los gametos que produce son iguales; llevarán el mismo cromosoma sexual. Sexo heterogamético es el que porta dos cromosomas sexuales distintos (XY, ZW). Se llama heterogamético porque producirá la mitad de los gametos con un cromosoma sexual (X,Z) y la otra mitad con el otro (Y,W). 24.- El color de los ojos de la mosca Drosophila depende de un gen ligado al cromosoma X. El color rojo (XR) es dominante frente al alelo Xw que produce color blanco. a) ¿Qué descendencia se obtendrá del cruzamiento de una hembra de ojos blancos con un macho de ojos rojos? ¿Podrán aparecer hembras de ojos blancos? Justifica la respuesta. b) ¿En qué generación se obtendrán hembras de ojos blancos? Solución: a) En el cruzamiento, en la F1 no pueden aparecer hembras de ojos blancos, ya que reciben el cromosoma X del parental macho, que porta para el color de los ojos el alelo dominante XR. b) Cruzamos dos individuos de la F1: En la F2, uno de cada cuatro descendientes serán hembras de ojos blancos. 25.- Explica brevemente la diferencia entre la genética clásica o mendeliana y la genética molecular. Solución: La genética clásica parte de los caracteres observables, es decir, del fenotipo; comprueba su transmisión por herencia a los descendientes y, a partir de ahí, deduce el genotipo, es decir, el gen o los genes que determinan

dichos caracteres. Por otra parte, estudia las leyes que rigen la transmisión de los caracteres, realizando cruzamientos entre variedades distintas. La genética molecular utiliza una metodología distinta que consiste en aislar fragmentos de ADN, localizar en ellos los genes que se quieren estudiar, establecer la secuencia de bases y estudiar las proteínas que controlan la expresión de dichos genes. En esta ocasión se parte del genotipo y se deduce el fenotipo. 26.- El diseño experimental de Mendel consistió en lo siguiente: Sembraba semillas de guisantes y obtenía plantas (P), cuyas características observaba. A partir de las semillas que lograba, podía conseguir una primera generación (F1) de guisantes que podía comparar con la P; así, sucesivamente, obtenía las generaciones F2, F3, etc. Podía obtener también semillas conseguidas por cruzamiento de dos plantas de guisantes cuyas características eran conocidas. Las semillas obtenidas de este cruce eran sembradas y sus flores, según fuesen autofecundadas o cruzadas con otra variedad de guisantes, darían lugar a otras semillas con unas características que podían conocerse tras ser sembradas y observar las plantas resultantes. ¿A qué conclusiones puedes llegar? Solución: Mendel desarrolló de una manera ejemplar el método científico. Fundamentalmente, los experimentos de Mendel se reducían a sembrar guisantes y obtener sucesivas generaciones a partir de una semilla y a cruzar dos plantas distintas y a observar su descendencia. Estos experimentos implican el manejo de gran número de plantas, llevar un registro meticuloso de los tiempos de siembra, realizar la fecundación artificial en el tiempo adecuado, observar las características de cada planta y obtener una conclusión de tipo estadístico de los resultados. Esta metodología fue empleada por primera vez por Mendel en la investigación biológica. 27.- Concepto de alelo. Alelos dominantes, recesivos y equipotentes. Solución: Se denomina alelo de un gen a cada una de las alternativas que puede tener dicho gen. Por ejemplo, el gen que regula el color de la flor en el dondiego de noche presenta dos alelos, uno determina el color blanco y el otro determina el color rojo. En los organismos diploides, cada carácter está regido por un par de genes (o par de alelos) localizados en la misma región del respectivo cromosoma homólogo. En ellos puede ocurrir que los dos alelos del par sean el mismo; se dice que ese individuo es homocigótico respecto ese carácter. Si los dos alelos son diferentes, entonces el individuo será heterocigótico o híbrido. Si un individuo heterocigótico manifiesta el carácter de uno solo de los alelos, se dice que el alelo es dominante sobre el que no lo expresa, que llamaremos recesivo. Dos alelos son equipotentes o codominantes si se manifiesta con igual fuerza su carácter en el híbrido, entonces el fenotipo producido es intermedio. En el ejemplo anterior, los dondiegos híbridos con ambos alelos, rojo y blanco, tienen fenotipo de color rosa, pues los alelos son codominantes. 28.- Indica los distintos tipos de herencia. Solución: En las especies diploides, la dotación cromosómica de las células está constituida por dos guarniciones cromosómicas (2n cromosomas), es decir, dos series de cromosomas. Una serie (n cromosomas) es de procedencia paterna, y la otra, materna. Cada cromosoma tiene un homólogo y ambos homólogos poseen los mismos genes. Esto quiere decir que, en las especies diploides, cada carácter viene determinado por una pareja de genes (par de alelos). Los alelos de un gen pueden presentar relaciones de dominancia, recesividad y codominancia; según el tipo de relación distinguimos dos tipos de herencia: Herencia dominante es aquella en la que los individuos heterocigóticos solo manifiestan el carácter del alelo dominante, mientras que el alelo recesivo no se expresa. Herencia intermedia es aquella en la que los dos alelos son codominantes, y los individuos heterocigóticos manifiestan un carácter intermedio entre los dos alelos. 29.- El color rojo de la pulpa del tomate depende de un factor dominante sobre un alelo amarillo. El tamaño normal de la planta se debe a un gen dominante sobre su alelo para el tamaño pequeño. Al cruzar una planta roja-normal con una amarilla-normal se obtuvieron 30 rojas-normales, 31 amarillas-normales, 10 rojas-enanas y 9 amarillasenanas. Utilizando los genotipos precisos, realizar los cruces que permitan obtener una descendencia con los fenotipos descritos. Solución: Se trata de un caso de herencia simultánea de dos caracteres distintos, es decir, de dos pares de alelos (dihibridismo). Llamemos A al alelo dominante que da color rojo, y a, al alelo recesivo que da color amarillo. Asimismo llamaremos B al alelo dominante que da tamaño normal, y b, al alelo recesivo que da planta enana. De acuerdo con esto y con la información de los fenotipos que nos da el problema, el genotipo de las plantas que se

cruzan y de su descendencia será: Luego el cruce que nos permite obtener dicha descendencia es: 30.- ¿Qué contradicción hay entre la tercera ley de Mendel y la teoría cromosómica de la herencia? ¿Es una contradicción total o parcial? ¿Por qué? Solución: Morgan en 1910 trabajando con Drosophila melanogaster observó que había ciertos caracteres de estas moscas que tendían a heredarse juntos. La pregunta que se hizo fue la siguiente: si los genes estaban en los cromosomas, todos los genes de un mismo cromosoma debían heredarse juntos; lo que entraba en contradicción con la 3ª ley de Mendel en la que dos caracteres no antagónicos (color y forma de las semillas) se heredaban independientemente. Más adelante se observó que, durante la división meiótica, los cromosomas se entrecruzaban, intercambiándose fragmentos, esto es, grupos de genes (recombinación genética), lo que explicaba el que dos genes estuvieran en un mismo cromosoma y, a pesar de ello, muchas veces se heredaran independientemente. Dos genes que estén muy juntos en un cromosoma tenderán a heredarse juntos, ya que es muy difícil que el cromosoma se entrecruce justo por el punto intermedio. A estos genes se les denominan genes ligados. 31.- El color de los granos del trigo se debe a la acción de dos parejas alélicas R1r1 y R2r2. Los alelos R1 y R2 añaden color rojo al fenotipo, mientras que los alelos r1 y r2 no producen color. Se conocen cinco fenotipos: Rojo (R1 R1 R2 R2) ; rojo medio (producido por la presencia de 3 alelos R y 1 r) ; rojo claro (2 R y 2 r); rojo muy claro (1 R y 3 r); blanco (r1 r1 r2 r2). a) ¿De qué tipo de herencia se trata? Solución: a) El caso estudiado es una herencia poligénica. El carácter que manifiesta un individuo es producido por la suma de la acción de varios genes situados en loci distintos. 32.- Ecbalium es una cucurbitácea cuya determinación del sexo depende de tres genes. El A1 provoca plantas con flores masculinas; el A2 determina la aparición de plantas hermafroditas; y el A3, plantas con flores femeninas. La relación es dominancia es la siguiente: A1 > A2 > A3. a) Indica el sexo de las siguientes plantas: A1A2; A2A3; A3A3; A1A3 b) ¿De qué tipo de determinación del sexo se trata? ¿Podríamos distinguir el sexo de la planta estudiando su cariotipo? Solución: a) A1A2 Flores masculinas. A2A3 Hermafroditas. A3A3 Flores femeninas. A1A3 Flores masculinas. b) Es una determinación del sexo de tipo génico, por tanto, la dotación cromosómica es la misma en todos los casos. El sexo está determinado por la presencia de los distintos alelos A y no por cromosomas sexuales. El estudio del cariotipo no permitiría conocer el sexo de la planta. 33.- Según Mendel el valor y la utilidad de cualquier experimento están determinados por la idoneidad del material elegido para la finalidad a la que es destinado. Explica la relación de esta aseveración con los experimentos que él realizó. Solución: La elección de la especie Pisum sativum para sus experimentos fue premeditada, puesto que era fácil de obtener, de cultivar y, además, las distintas variedades presentaban características muy acusadas. Como resultado de la observación seleccionó siete caracteres: CARÁCTER EXPRESIÓN: 1. Forma de la semilla Lisa o rugosa. 2. Color de la semilla Amarilla o verde. 3. Posición de la flor Axial o terminal. 4. Color de la flor Roja o blanca. 5. Forma de la vaina Ancha o estrecha. 6. Color de la vaina Verde o amarilla. 7. Longitud del tallo Alto o enano. Una de las decisiones esenciales en el éxito de Mendel fue ignorar otras características de la planta del guisante, porque el carácter no se encontraba suficientemente definido en dos formas de manifestación. 34.- ¿Se puede afirmar que, a efectos de la evolución, la heterocigosis es más ventajosa que la homocigosis? Razona la respuesta. Solución: La heterocigosis consiste en que un individuo tiene, para un gen dado, dos alelos distintos, mientras que en la homocigosis el individuo presenta el mismo alelo en los dos cromosomas homólogos. A nivel poblacional, la homocigosis implica que los individuos son iguales respecto al carácter o los caracteres considerados, mientras que la heterocigosis implica la existencia de distintos alelos en la población y, por tanto, la existencia de variabilidad genética que da lugar a individuos de fenotipo diferente. Ante los cambios que se produzcan en el ambiente, una población homocigótica muy adaptada a las condiciones anteriores corre un riesgo de extinción. En cambio, la población heterocigótica, al poseer variabilidad genética, tendrá una mayor oportunidad de adaptarse a dichos cambios. Luego se puede afirmar que, a efectos de la evolución, la heterocigosis es más ventajosa que la

homocigosis. 35.- ¿En qué consiste el tablero de Punnett? Solución: Es un método gráfico propuesto por Punnett muy útil para hallar los genotipos de los descendientes de la F1. En la línea horizontal superior se colocan los cuatro tipos de gametos de un sexo y en la columna de la izquierda, los cuatro de otro sexo, y como una tabla de doble entrada se anotan, en las casillas, las letras de los gametos que coincidan en cada caso. El genotipo de cada individuo será representado mediante cuatro letras, dos por cada carácter. 36.- En drosophila, el color ébano del cuerpo es producido por un gen recesivo e y el color del cuerpo gris (tipo común) por su alelo dominante e+. Las alas vestigiales son determinadas por el gen recesivo vg, y las de tamaño normal (tipo común), por su alelo dominante vg+. Si se cruzan moscas dihíbridas de tipo común y producen 256 descendientes, ¿cuántos de estos se espera que haya de cada clase fenotípica? Solución: Las moscas dihíbridas de tipo común tendrán un fenotipo normal, cuerpo de color gris y alas de tamaño normal, y un genotipo e+evg+vg. De acuerdo con la 2ª y 3ª leyes de Mendel, el resultado del cruzamiento de los dihíbridos de la generación F1, con dominancia para ambos caracteres, debe dar lugar a una F2 con las siguientes proporciones fenotípicas: 9/16:3/16:3/16:1/16. Así pues, el número de individuos esperados de cada clase fenotípica se obtendrá multiplicando la proporción de cada clase por el número total de descendientes (por ejemplo, 9/16 x 256 144). (_ significa que puede estar presente uno cualquiera de los dos alelos del gen.) 37.- ¿A qué se llama consejo genético? Solución: Al conjunto de recomendaciones derivadas del estudio de un caso concreto, ofreciendo distintas posibilidades sobre la descendencia de una pareja que tenga la probabilidad de tener hijos con alguna anomalía. Es la evaluación de la probabilidad de que se de un fenotipo concreto. 38.- El sistema de grupos sanguíneos AB0 viene determinado por una serie alélica de tres genes: A, B y 0; en la que los alelos A y B son codominantes entre sí, y ambos dominan sobre el 0. Un hombre desea divorciarse de su esposa por infidelidad. Su primer y segundo hijo los considera legítimos, y tienen grupos sanguíneos 0 y AB, respectivamente. El tercer hijo es un varón que considera ilegítimo porque es de grupo sanguíneo B. ¿Puede aprovecharse esta información para apoyar la demanda del hombre? Solución: Debido a que el primer hijo tiene genotipo 00 ya que presenta grupo sanguíneo 0, cada uno de los padres tiene que ser portador del alelo recesivo 0. El segundo hijo AB indica que uno de los padres tendrá genotipo A0 y el otro B0. Del cruzamiento de estos dos genotipos se pueden obtener cualquiera de los cuatro grupos sanguíneos, incluyendo el B; por tanto, la información que aportan los grupos sanguíneos AB0 no es válida para apoyar la demanda del hombre. 39.- El número diploide de la abeja que produce la miel es 2n 16. ¿Cuántos cromosomas se encontrarán en las células somáticas del zángano (macho)? Justifica la respuesta. Solución: La determinación genética del sexo de la abeja melífera es por el mecanismo de haplo- diploidía, que es un tipo de determinación del sexo génica-cromosómica. Las hembras son diploides (2n), ya que proceden de huevos fecundados, mientras los machos son haploides, pues surgen de huevos sin fecundar (partenogénesis). Por tanto, el número de cromosomas que tendrá una célula somática de un macho es de ocho cromosomas (n 8).

PREGUNTAS RESUELTAS. LOS MICROORGANISMOS PREGUNTAS RESUELTAS. LOS MICROORGANISMOS

1.- ¿Qué características importantes presentan los plásmidos? 2.- ¿Cuáles son las proteínas que codifica el genoma vírico? ¿Cuál es su función? 3.- En relación con los ciclos lítico y lisogénico, explica qué seres vivos los llevan a cabo y cuál es su

funcionamiento. 4.- Clasifica los virus siguientes atendiendo a criterios epidemiológicos y explica brevemente cómo se produce su infección: a) Virus herpes. b) Virus del sarampión. c) Virus de la polio. d) Virus de la fiebre amarilla. 5.- ¿Qué proteína antivírica ha creado grandes expectativas en la lucha contra los virus? 6.- Lee el siguiente texto: El virus de inmunodeficiencia humana, VIH, que causa el sida, se caracteriza por su mutabilidad y la complejidad de su comportamiento, por lo que la ciencia no ha podido dar aún con un método simple y universal para combatirlo. 7.- Las encefalopatías subagudas espongiformes transmisibles son causadas por formas acelulares, descritas por Prusiner en 1982. ¿Cómo se denominan los agentes causantes de estas enfermedades? ¿Cómo se propaga la infección? 8.- ¿Qué tipos de estructuras presentan los virus? Explícalas ayudándote de un dibujo. 9.- Comenta la relación que existe entre: a) los virus que infectan a las bacterias, b) el hecho de que determinados virus pasen desapercibidos durante cierto período de tiempo cuando penetran en una célula. c) el tipo de infección que presentan los virus lisogénicos. 10.- La teoría celular fue uno de los grandes avances de la biología del siglo XIX. Teniendo en cuenta la estructura de los virus, analiza la posición de estos en relación con los enunciados de la teoría celular. 11.- ¿Qué tipos de manifestaciones patológicas presenta el virus del sida? 12.- Lee el texto que sigue: El mal de Alzheimer es la demencia más frecuente en la población anciana, representando un 50% de las demencias. Los trabajos científicos están dejando claro que el porcentaje de dementes entre las personas con más de 75 años sobrepasa el 10% en casi todos los países. Según la Asociación de Alzheimer Internacional, la enfermedad puede comenzar a una edad tan temprana como los 50 años. No tiene cura conocida aún. Muchos equipos médicos están investigando las causas de la enfermedad, y estas aún van en diversas direcciones. Las investigaciones de la Universidad de Cornell de Nueva York relacionan la enfermedad con factores genéticos y beta amiloide, con factores ambientales, con infecciones víricas, con determinados metales, con la exposición a campos electromagnéticos y con una anormal respuesta a la inflamación. 13.- ¿Qué es un plásmido? ¿Por qué se les denominó transposones? 14.- Define retrovirus. 15.- ¿Cómo actúa un virus lisogénico? 16.- Haz un dibujo del virus de Sida. Complétalo escribiendo los nombres de cada una de sus partes. 17.- ¿Qué son formas acelulares? ¿Cuáles son las más conocidas? 18.- Formas de replicación que presentan los virus que contienen ADN. 19.- En el ciclo lítico de un virus se produce una fase de eclipse. ¿Qué está sucediendo durante dicha fase? 20.- ¿Qué papel han desempeñado los virus en la evolución de los seres vivos? 21.- ¿Podrías explicar por qué la única solución posible para combatir el VIH es la prevención? ¿Cuáles son los tratamientos que se utilizan? 22.- ¿Cuáles son los agentes infecciosos conocidos más pequeños? ¿Cómo están formados? ¿Qué tipo de

enfermedades producen? 23.- Definición de virus y características. 24.- ¿De qué formas se produce la penetración del ADN o ARN vírico durante el ciclo lítico? 25.- Escribe todo lo que sepas acerca de los virus oncogénicos. 26.- ¿Qué son los protooncogenes y qué relación tienen con los cánceres humanos? 27.- ¿Qué características presentan los microorganismos? ¿A qué reinos pertenecen? 28.- Principales diferencias que presentan los distintos grupos de microorganismos. 29.- ¿En qué consiste la conjugación sexual? 30.- ¿Por qué se caracterizan los hongos? 31.- ¿Por qué se caracterizan las Arqueobacterias? 32.- Principales rasgos de los protoctistas. ¿Cuántos grupos se diferencian dentro de este reino? 33.- ¿Qué tienen en común y en qué se diferencian las paredes celulares de las eubacterias Gram + y las Gram -? Cita algún ejemplo de cada uno de estos grupos. 34.- Señala las características más destacadas de los individuos del reino monera e indica los principales grupos que se diferencian en él. 35.- ¿Qué son las endosporas? 36.- Explica la función de las siguientes bacterias en el ciclo del nitrógeno: Azotobacter. Nitrosomonas. Nitrobacter. 37.- ¿Qué es una toxina? ¿En qué grupos se clasifican las toxinas según sus propiedades químicas? Señala algunos ejemplos. 38.- Las técnicas de cultivo de microorganismos exigen que el trabajo se realice en condiciones asépticas para evitar las posibles contaminaciones. Una condición indispensable es la esterilización de los materiales que se van a utilizar. a) Define esterilización. b) Indica qué método emplearías para esterilizar los siguientes medios: Material de laboratorio de vidrio. Material de laboratorio de vidrio. Cámara de siembra. Suero. Limpieza de las superficies de trabajo. 39.- ¿Cuáles son las funciones generales que realizan los microorganismos en la naturaleza? ¿Sería posible la vida en la Tierra sin microorganismos? 40.- Define enfermedad infecciosa y describe las distintas vías de transmisión de los patógenos. 41.- ¿Qué es un medio de cultivo? ¿Qué características tienen los medios enriquecidos, los selectivos y los inhibidores? 42.- Representa el ciclo del carbono y explica las consecuencias que tiene la acumulación de los productos procedentes de la fermentación en los ambientes acuáticos. 43.- ¿Qué papel realizan las adhesinas en el proceso de la infección bacteriana? ¿Qué es el periodo de incubación? 44.- ¿En qué consiste la inoculación o siembra? ¿Qué técnica de siembra utilizarías para cultivar una bacteria anaerobia?

45.- Representa el ciclo del azufre y explica la función de alguna bacteria que participe en el ciclo. 46.- Define los siguientes términos: Infección. Enfermedad infecciosa. Patogeneidad. Toxicogenicidad. 47.- ¿En qué características de las bacterias se basan las pruebas bioquímicas de identificación? Señala algún ejemplo. 48.- Define el concepto de simbiosis. ¿Cómo realizan las bacterias del género Rhizobium la fijación del N2 atmosférico? 49.- Enuncia los postulados de Koch. ¿Qué experiencias condujeron a Koch a enunciar sus postulados? 50.- Haz una gráfica que represente el crecimiento de una población bacteriana y contesta: ¿Cuántas fases se observan? Explica los acontecimientos que suceden en cada una de ellas. 51.- Explica el papel de los mohos como microorganismos de interés biotecnológico. 52.- ¿De qué manera contribuye la biotecnología a paliar las agresiones que afectan al entorno? 53.- ¿Qué procesos tienen lugar en la maduración de los quesos y de qué depende el que se formen unos u otros productos finales? 54.- Explica el proceso que se sigue en la fabricación del vino. 55.- Define antibiótico. ¿Cuáles son los principales grupos de microorganismos productores de antibióticos? 56.- Explica cómo se pueden obtener sustancias utilizando bacterias mediante ingeniería genética. 57.- Realiza una breve historia de cómo ha utilizado el ser humano los microorganismos desde los primeros tiempos. 58.- ¿Qué se pretende con la aplicación de la ingeniería genética a la ganadería y la acuicultura? ¿En cuál de estos campos se ha obtenido un mayor éxito y por qué? Razona la respuesta. 59.- ¿Qué microorganismos intervienen en la fabricación de los quesos? 60.- ¿Qué diferencia hay entre el pan ácimo y el pan normal? 61.- Cada vez es más frecuente la aparición de cepas bacterianas resistentes a antibióticos, especialmente a aquellos que se vienen usando desde antiguo. ¿Cómo piensas que consiguen las bacterias ser cada vez menos sensibles a los antibióticos? ¿Puede tener esto algo que ver con los constantes consejos médicos de no automedicarse? ¿Por qué? 62.- Explica la frase gran parte de la biotecnología radica en el poder transformador de las enzimas. 63.- ¿Qué tipo de actividades engloba la biotecnología? ¿Con qué otras disciplinas está relacionada? 64.- ¿Qué son las llamadas PSC? ¿De dónde se extraen? ¿Qué sustancias contienen y para qué se utilizan? 65.- ¿Qué bacterias producen la conversión del etanol en ácido acético? ¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso? 66.- ¿Qué procesos habría que seguir para fabricar una bebida como el whisky? 67.- Describe la importancia de la penicilina. 68.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la vacuna de la hepatitis B humana? 69.- ¿Cómo se dividen los microorganismos de interés industrial según los productos resultantes de sus

conversiones biológicas? 70.- Define que es un organismo transgénico y explica el proceso de obtención de plantas transgénicas. 71.- La siguiente reacción corresponde a la conversión de un alcohol en un ácido. ¿Qué organismos la llevan a cabo? ¿Cuál es su aplicación desde el punto de vista industrial? CH3-CH2OH + O2 CH3-COOH + H2O. 72.- ¿En qué consiste el malteado? 73.- ¿En qué consiste la metodología semisintética que se está utilizando en el trabajo con los antibióticos? 74.- ¿Qué es la insulina? Existe alguna forma de obtenerla utilizando técnicas de ingeniería genética? 75.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina. 76.- ¿Qué fases principales se distinguen en la obtención del queso? 77.- La fabricación de la cerveza, igual que la del vino, se lleva a cabo gracias a la intervención de las levaduras. ¿Cuál es la levadura más utilizada para realizar estos procesos? Explica los pasos que hay que seguir para la elaboración de la cerveza. 78.- ¿Cuál es la naturaleza química de los antibióticos? ¿Cuál es el principio de toxicidad selectiva? 79.- ¿Qué bacteria se utiliza habitualmente en ingeniería genética como huésped de un plásmido recombinante? ¿Qué fármacos importantes se pueden obtener de esta manera? 80.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina. 81.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la vacuna de la hepatitis B humana?

Soluciones

1.- ¿Qué características importantes presentan los plásmidos? Solución: Los plásmidos son capaces de: Aportar toda la información para la conjugación (apareamiento) entre bacterias. En este proceso se puede producir intercambio de plásmidos entre especies o géneros incapaces de intercambiar genes cromosómicos. Conferir resistencia a los antibióticos (penicilina, cloramfenicol, estreptomicina) y otras sustancias tóxicas para las bacterias. Permitir nuevas fuentes de nutrientes. Transformar la bacteria en patógena. 2.- ¿Cuáles son las proteínas que codifica el genoma vírico? ¿Cuál es su función? Solución: Los virus más simples contienen solo ADN o ARN para codificar de 4 a 8 proteínas, aunque existen virus complejos que pueden codificar entre 100 y 200 proteínas distintas. Dichas proteínas pueden ser: Estructurales, que constituyen la estructura final del virión. Enzimáticas, implicadas en la síntesis de los ácidos nucleicos. Aglutinantes, que interactúan con los receptores celulares y capacitan al virión para propagar la infección. 3.- En relación con los ciclos lítico y lisogénico, explica qué seres vivos los llevan a cabo y cuál es su funcionamiento. Solución: Los virus bacteriófago. En la vía lítica se suceden los siguientes hechos: El virus se une a receptores específicos de la pared de la bacteria y le inyecta su ácido nucleico. La entrada del ácido nucleico del virus

interrumpe el funcionamiento normal de la bacteria, que pone a disposición del virus su maquinaria celular. Se empieza a fabricar, con la información contenida en el ácido nucleico del virus, componentes víricos (proteínas de la cabeza y cola y ácidos nucleicos). Los componentes víricos fabricados se ensamblan para dar lugar a nuevos virus (unos 100 por célula infectada). Los nuevos virus provocan la rotura enzimática de la pared bacteriana y su muerte. Los viriones liberados inician la infección de otras bacterias. En la vía lisogénica, la infección se inicia como en el caso de la lisis, pero, una vez que el ácido nucleico del virus penetra en la bacteria, se integra en el cromosoma bacteriano (a este fago integrado se le llama profago) y se replica con él. Así, en forma de profago, puede ser transmitido a los descendientes de esta bacteria lisogénica, como cualquier otro gen en los que la expresión de la información esté reprimida. Ahora bien, el profago puede, de manera espontánea o inducido por diversas causas, activarse e iniciar un ciclo lítico. 4.- Clasifica los virus siguientes atendiendo a criterios epidemiológicos y explica brevemente cómo se produce su infección: a) Virus herpes. b) Virus del sarampión. c) Virus de la polio. d) Virus de la fiebre amarilla. Solución: a) Los virus herpes pertenecen a los virus oncogénicos y se adquieren por contacto directo y estrecho, por inyección y por mecanismos aún desconocidos. b) El virus del sarampión es un virus respiratorio. Su infección se produce generalmente por inhalación de aerosoles (transmisión respiratoria) o por contacto (transmisión manonariz o boca-ojo). c) El virus de la polio pertenece al grupo de los virus entéricos. Se adquiere por ingestión de alimentos y agua (transmisión fecal-oral). d) El virus de la fiebre amarilla pertenece al grupo de virus transmitidos por artrópodos. Parte del ciclo del artrópodo puede ser evadido por algunos virus por transmisión vertical. Esta infección se puede transmitir transováricamente de una generación a otra. 5.- ¿Qué proteína antivírica ha creado grandes expectativas en la lucha contra los virus? Solución: Los humanos y otros mamíferos, una vez infectadas sus células, sintetizan unas proteínas antivíricas denominadas interferones. La presencia de dichos interferones impide la síntesis de proteínas víricas. Esta proteína se ha podido obtener en cantidades significativas gracias a la ingeniería genética. Se ha demostrado su eficacia en algunos tratamientos, pero la aparición de efectos secundarios ha disminuido las expectativas que en 1980 se crearon sobre su utilización. En biotecnología se continúa investigando sobre sus posibles propiedades anticancerosas. 6.- Lee el siguiente texto: El virus de inmunodeficiencia humana, VIH, que causa el sida, se caracteriza por su mutabilidad y la complejidad de su comportamiento, por lo que la ciencia no ha podido dar aún con un método simple y universal para combatirlo. Solución: La terapia que se aplica en la actualidad para tratar a las personas con síndrome de inmunodeficiencia adquirida en los países desarrollados es la combinación de varios métodos que bloquean el desarrollo del VIH. En España, entre los años 1995 y 1998, el descenso de casos de sida se cifra en torno al 45%. El cambio de rumbo que ha experimentado la epidemia se debe, por una parte, a un buen plan de prevención y, de forma muy especial, a las estrategias desarrolladas para evitar la transmisión por el uso compartido de material de inyección entre usuarios de drogas por vía intravenosa; no hay que olvidar que el 64% de los casos de sida se deben a este mecanismo de transmisión y que ocho de cada diez casos de sida en nuestro país tienen relación directa con el consumo de drogas. Existen tres ideas claves que el Plan Nacional sobre el Sida intenta que estén constantemente en los medios de comunicación: La percepción del riesgo de contraer la infección. Utilización del preservativo en las relaciones sexuales fuera de la pareja estable y seronegativa. Lucha contra la discriminación y la estigmatización que sufren los afectados. 7.- Las encefalopatías subagudas espongiformes transmisibles son causadas por formas acelulares, descritas por Prusiner en 1982. ¿Cómo se denominan los agentes causantes de estas enfermedades? ¿Cómo se propaga la infección? Solución: Prusiner, en 1982, propuso los priones como causantes de ciertas enfermedades degenerativas (hereditarias o contraíbles) de los mamíferos, incluidas las personas (síndrome de Kuru y de Creutzfeldt-Jakob). Describió los priones como pequeñas partículas proteínicas infecciosas. La infección se propaga cuando proteínas infecciosas entran en contacto con las normales situadas en las membranas internas de las neuronas. Se produce entonces una reacción en cadena, en la que las moléculas patológicas atacan a las normales y estas,

transformadas en patológicas, a otras normales, etc., extendiendo la infección que invade el cerebro. La acumulación de depósitos de priones, que no son eliminados por el organismo, en las neuronas causa su destrucción. Existen casos de enfermedad de Alzheimer producidos por priones. 8.- ¿Qué tipos de estructuras presentan los virus? Explícalas ayudándote de un dibujo. Solución: Estructura helicoidal. Es el tipo de estructura más simple. Consiste en una hélice de proteínas con el ARN o el ADN protegido dentro de ella. Ejemplo, el virus del mosaico del tabaco. Virus icosaédrico o cuasi-esférico. La cápsida está formada por un icosaedro. Cada una de las 20 caras triangulares está constituida por tres subunidades capsídicas idénticas, haciendo un total de 60 subunidades por cápsida. Ejemplo, el virus de la polio. Existen virus cuya cápsida, ya sea helicoidal o icosaédrica, está envuelta por una cubierta externa adicional, que en muchos casos es un fragmento de la membrana plasmática de la célula huésped. Ejemplo de virus con cápsida poliédrica y envoltura es el productor del herpes labial. Virus complejos. Algunos virus bacterianos, como los fagos ADNbc, que atacan a la bacteria Escherichia coli, presentan viriones de estructura compleja. Estos fagos presentan: Una cabeza icosaédrica. Una cola con una vaina helicoidal. Una placa basal donde acaba la cola, de la que salen unas cortas espinas de anclaje que le sirven para fijarse a la bacteria. 9.- Comenta la relación que existe entre: a) los virus que infectan a las bacterias, b) el hecho de que determinados virus pasen desapercibidos durante cierto período de tiempo cuando penetran en una célula. c) el tipo de infección que presentan los virus lisogénicos. Solución: a) Los virus que infectan las bacterias reciben el nombre de bacteriófagos. Los bacteriófagos son virus complejos. En ellos se diferencian las siguientes partes: Una cabeza icosaédrica. Una cola formada por una vaina helicoidal. Al final de la cola existe una placa basal de la que parten unas fibras a modo de patas. La placa junto con las fibras sirven para la fijación del virus en la célula hospedadora. b) Una de las etapas del ciclo lítico de un virus (bacteriófago) es la fase de eclipse. En esta fase, el virus, que ha penetrado dentro de la célula hospedadora, pasa desapercibido, no pudiéndose detectar su presencia durante un corto período de tiempo que varía de unos virus a otros. Sin embargo, durante esta fase se lleva a cabo la síntesis del genoma y de las proteínas víricas. En esta etapa, el ácido nucleico vírico interrumpe el normal funcionamiento de la célula hospedadora y dirige su metabolismo hacia la síntesis de nuevos componentes víricos, utilizando para ello todos los recursos de la célula hospedadora. c) Los virus lisogénicos producen la infección latente. Muchos virus, entre ellos algunos bacteriófagos, son lisogénicos. Una vez que penetran dentro de la célula hospedadora, no se multiplican de forma inmediata, produciendo la lisis de dicha célula, sino que entran en un estado de latencia más o menos largo y posponen su reproducción. En estos caso, el ácido nucleico vírico se integra en el ADN de la célula hospedadora, incorporándose a algunos de sus cromosomas. A este estado del virus se le denomina fago atemperado o profago, y la relación que se establece entre el virus y la célula huésped se denomina lisogenia. 10.- La teoría celular fue uno de los grandes avances de la biología del siglo XIX. Teniendo en cuenta la estructura de los virus, analiza la posición de estos en relación con los enunciados de la teoría celular. Solución: La teoría celular puede resumirse en los siguientes puntos: Todos los seres vivos están formados por células. La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos, ya que posee la maquinaria necesaria para mantener su propia existencia. Toda célula procede de otra preexistente. Ninguno de estos postulados es aplicable a los virus, ya que los virus no son células; son organismos acelulares y parásitos celulares. Desde esta perspectiva, los virus no encajarían en la definición de ser vivo y, por esta razón, muchos científicos no consideran los virus como seres vivos. Sin embargo, al igual que todos los seres vivos, poseen información genética (ADN o ARN) que les permite reproducirse, aunque solo podrán hacerlo parasitando una célula (parásitos obligados). Para otros muchos científicos, los virus poseen la cualidad esencial de la vida: la información para ser reproducidos, y por esta razón consideran los virus como seres vivos. 11.- ¿Qué tipos de manifestaciones patológicas presenta el virus del sida? Solución: El virus del sida presenta cuatro tipos de manifestaciones patológicas, que son: Deficiencia inmunitaria, ya que ataca a las células del sistema inmunitario: linfocitos T y macrófagos. Tumores, como pueden ser el linfoma o el sarcoma de Kaposi (cáncer de piel). Enflaquecimiento, debido a la pérdida de grasa y musculatura, por disfunción del crecimiento de los tejidos y la pérdida de apetito. Neuropatías, ya que el sida puede afectar al

sistema nervioso central, llegando a producir demencia. 12.- Lee el texto que sigue: El mal de Alzheimer es la demencia más frecuente en la población anciana, representando un 50% de las demencias. Los trabajos científicos están dejando claro que el porcentaje de dementes entre las personas con más de 75 años sobrepasa el 10% en casi todos los países. Según la Asociación de Alzheimer Internacional, la enfermedad puede comenzar a una edad tan temprana como los 50 años. No tiene cura conocida aún. Muchos equipos médicos están investigando las causas de la enfermedad, y estas aún van en diversas direcciones. Las investigaciones de la Universidad de Cornell de Nueva York relacionan la enfermedad con factores genéticos y beta amiloide, con factores ambientales, con infecciones víricas, con determinados metales, con la exposición a campos electromagnéticos y con una anormal respuesta a la inflamación. Solución: La enfermedad no tiene cura, pero tiene tratamientos que se utilizan para paliar la situación. Hay medicamentos que ayudan a desacelerar el deterioro de la acetilcolina, un producto químico necesario para la comunicación entre las células del cerebro. El sentirse cuidado, con amor, con muchísima paciencia y comprensión, es la mejor medicación que podemos suministrar al paciente. La realidad social española actual y próxima es el cambio demográfico que está conduciendo a un importante envejecimiento de la población. El mal de Alzheimer es la demencia más frecuente en la población anciana. Se calcula que en el mundo hay 22 millones de personas que lo sufren. Científicamente, se define como una demencia progresiva y degenerativa del cerebro. ¿Tienes alguna información sobre las causas de esta enfermedad? ¿Crees que existe algún tipo de tratamiento? ¿Cuál debe ser la actitud de las personas que están en contacto con enfermos de Alzheimer? 13.- ¿Qué es un plásmido? ¿Por qué se les denominó transposones? Solución: Los plásmidos son formas acelulares constituidas por moléculas circulares de ADN bicatenario extracromosómico que pueden ser transferidas entre células. Se encuentran en todas las especies bacterianas en número variable, aunque algunos organismos eucariotas, como las levaduras o la mosca del vinagre (Drosophila) también los poseen. Hay normalmente de 2 a 30 copias de cada plásmido por célula. Se les denominó transposones porque, aunque no son necesarios para la vida de la célula, proporcionan rasgos genéticos importantes, ya que son capaces de insertarse en diferentes puntos del cromosoma e inducir la aparición de mutaciones. 14.- Define retrovirus. Solución: Son virus ARN monocatenarios que se replican a través de intermediarios de ADN bicatenario. Tras la entrada del virus en la célula, el ARN del virus se transcribe mediante un enzima vírico, llamado transcriptasa inversa, originándose una molécula de ADN bicatenario. Este ADN penetra en el núcleo celular y se inserta en un cromosoma, recibiendo el nombre de provirus, que se transmite de generación en generación como cualquier carácter heredable. Una vez integrado, el ADN bicatenario se transcribe en los ARN mensajeros, que originan, por un lado, las cápsidas y las transcriptasas inversas y, por otro lado, las cadenas de ARN de los nuevos virus. A los retrovirus pertenecen virus animales como el sarcoma de Rous o el virus del SIDA. 15.- ¿Cómo actúa un virus lisogénico? Solución: El virus se une a receptores específicos de la pared de la bacteria y le inyecta su ácido nucleico. En la vía lisogénica, una vez que el ácido nucleico del virus penetra en la bacteria, se integra en el cromosoma bacteriano (a este fago integrado se le llama profago) y se replica con él. Así, en forma de profago, puede ser transmitido como cualquier otro gen a los descendientes de esta bacteria lisogénica, en los que la expresión de la información del ácido nucleico del virus está reprimida. Ahora bien, el profago puede, de manera espontánea o inducido por diversas causas, liberarse e iniciar un ciclo lítico. 16.- Haz un dibujo del virus de Sida. Complétalo escribiendo los nombres de cada una de sus partes. Solución: Se trata del virión del VIH. Tiene forma esférica de unos 100 nm de diámetro. Está envuelto por una bicapa fosfolipídica de la que emergen unas protuberancias glucoproteicas. Cada protuberancia está anclada en otra proteína que atraviesa la bicapa. Rodeando el nucleoide o corpúsculo central del virión, se encuentra una envuelta de naturaleza proteica de forma trapezoidal. El nucleoide está constituido por una tercera capa proteica, en cuyo interior se encuentran dos moléculas idénticas de ARN rodeadas por unas fundas de proteínas que llevan

adheridas moléculas de transcriptasa inversa. 17.- ¿Qué son formas acelulares? ¿Cuáles son las más conocidas? Solución: Todos los organismos que se integran en los cinco reinos son células o están formados por conjuntos de ellas. Sin embargo, en la naturaleza existen otras formas, llamadas acelulares o subcelulares, que carecen de estructura celular, no pueden alimentarse ni crecer y, aunque son capaces de reproducirse, solo lo hacen dentro de una célula huésped, utilizando sus estructuras vitales. Entre las formas acelulares se encuentran los plásmidos, los viroides y los virus. Los priones son un caso aparte. Están formados por moléculas proteicas de las que no se conoce exactamente su mecanismo reproductor. 18.- Formas de replicación que presentan los virus que contienen ADN. Solución: Una vez que se introducen en el citoplasma de la célula huésped, estos virus pueden replicarse de tres formas: Virus con ADN monocatenario. La cadena única se replica en una doble cadena, que, por un lado, sirve de molde para sintetizar el ADN monocatenario vírico y, por otro, se transcribe en ARNm, que se traduce posteriormente dando lugar a las proteínas víricas. Ejemplo, algunos virus de bacterias. Virus de ADN bicatenario, virulentos. La doble cadena se replica en nuevo ADN vírico y se transcribe en los ARNm. Estos se traducen en las proteínas de la cápsida y en los enzimas que controlan el metabolismo de la célula infectada. Ejemplo, los adenovirus. Virus de ADN bicatenario, atemperados. El ADN vírico se integra en el genoma de la célula huésped. La replicación del genoma está condicionada por una proteína represora que se sintetiza a partir de un ARNm del mismo virus. El ADN vírico se replica conjuntamente con el cromosoma de la célula infectada, por lo que el virus no se multiplica. Este virus atemperado puede retornar al estado virulento por escisión del ADN. Ejemplo, los virus oncogénicos. 19.- En el ciclo lítico de un virus se produce una fase de eclipse. ¿Qué está sucediendo durante dicha fase? Solución: Es un período en el que desaparecen las estructuras del virión. La presencia del virus en la célula no se pone de manifiesto ni al microscopio electrónico ni por su infectividad. Su duración varía con arreglo a cada virus. Sin embargo, es en esta fase donde se llevan a cabo la síntesis del genoma y de las proteínas víricas. Dentro de la célula se produce el desensamblaje del virión, e, inmediatamente, el ADN vírico interacciona con la maquinaria del huésped para transcribir el ARNm vírico, que es traducido en proteínas víricas por los ribosomas, los ARNt y los factores de traducción de la célula huésped. El ADN del virus también se replica. La mayoría de los productos proteicos víricos pertenecen a una de estas tres categorías: Enzimas especiales, necesarios para la replicación vírica. Factores de inhibición, que detienen la síntesis normal del ADN, ARN y proteínas de la célula huésped. Proteínas utilizadas para la construcción de nuevos viriones (producidas en mayor cantidad que los otros dos tipos). 20.- ¿Qué papel han desempeñado los virus en la evolución de los seres vivos? Solución: Hay autores que opinan que los virus han tenido un papel fundamental en la evolución de los seres vivos. Los virus pueden insertarse en el material genético de algunos seres vivos, transportando la información a otros. Esto llevaría a una ampliación de la teoría endosimbionte de Margulis. Se han encontrado multitud de secuencias virales en genomas de distintas especies. 21.- ¿Podrías explicar por qué la única solución posible para combatir el VIH es la prevención? ¿Cuáles son los tratamientos que se utilizan? Solución: Mientras que no exista una vacuna eficaz disponible, y debido a la diversidad genética del VIH, la única solución es la prevención. Al principio de la infección, el sistema inmunitario controla al virus; pero al cabo de un tiempo este acaba por destruirlo. El tratamiento de la infección se puede hacer por dos vías diferentes: Por un lado, hay que prevenir y tratar las enfermedades oportunistas y los cánceres. Por otra, tratar de eliminar el virus con productos como el AZT, que bloquea la multiplicación de los virus en el organismo. 22.- ¿Cuáles son los agentes infecciosos conocidos más pequeños? ¿Cómo están formados? ¿Qué tipo de enfermedades producen? Solución: Los agentes infecciosos más pequeños conocidos son los viroides. Están formados por pequeñas moléculas de ARN monocatenario circular y carecen de recubrimiento proteico. Su replicación depende por

completo de los enzimas de la célula huésped. Se supone que actúan interfiriendo los genes nucleares, sin llegar a traducirse en ningún tipo de proteínas. Son parásitos exclusivos de plantas superiores. Se conocen enfermedades viroídicas en la patata, el limonero, el aguacate, el tabaco, el pepino y el cocotero. Producen malformaciones, necrosis, clorosis o moteados de las hojas; agrietamiento y deformaciones de los tallos y los frutos y enanismo general de la planta. 23.- Definición de virus y características. Solución: Desde el punto de vista bioquímico, los virus son pequeñas moléculas de ácido nucleico protegidas dentro de cápsulas proteicas que las capacitan para entrar en las células. Pueden ser observados únicamente al microscopio electrónico, ya que su tamaño va desde los 20 a los 300 nm. Sus características son las siguientes: Solo pueden multiplicarse en el interior de una célula viva, ya que necesitan sus estructuras sintéticas y productoras de energía. Son parásitos obligados. Presentan un único tipo de ácido nucleico: ADN o ARN, pero nunca ambos a la vez. Presentan una fase de eclipse en su ciclo de multiplicación en la que no pueden ser localizados dentro de la célula huésped. 24.- ¿De qué formas se produce la penetración del ADN o ARN vírico durante el ciclo lítico? Solución: Existen cuatro formas mediante las que el ADN o ARN vírico atraviesan la membrana plasmática hacia el citoplasma. En algunos casos, puede entrar el virión completo o solamente el material genético: Por penetración directa entra el virus completo a través de la membrana plasmática. Mediante endocitosis, el virus, tras ser englobado en una invaginación de la membrana, es liberado en el citoplasma. Por fusión de membranas entre los virus con envoltura. La membrana lipoproteica del virus se integra en la celular, y la partícula se libera en el citoplasma. El virus de la gripe, y otros virus con envoltura, penetran por un mecanismo combinado de endocitosis y fusión de membranas. 25.- Escribe todo lo que sepas acerca de los virus oncogénicos. Solución: Los virus oncogénicos se adquieren por contacto directo y estrecho, por inyección y por mecanismos aún desconocidos. En general, infectan únicamente órganos diana específicos, donde suelen permanecer persistentes y provocar la transformación de la célula huésped en malignas, con la formación de un tumor canceroso. Los virus se diseminan dentro del organismo mediante cinco rutas: De célula a célula. Favoreciendo la fusión de varias células como el sarampión. A través de la sangre o la linfa (polio, paperas, sarampión, hepatitis B, SIDA). Sistema nervioso (herpes zóster). En secreciones de las células infectadas (herpes genital). 26.- ¿Qué son los protooncogenes y qué relación tienen con los cánceres humanos? Solución: Los protooncogenes son células normales que llevan secuencias de ADN similares a las de los virus oncogénicos. La mayoría de los cánceres humanos parecen deberse a la activación de sus protooncogenes. Hay varios procesos para activar los protooncogenes y convertirlos en oncogenes de cánceres, como el de próstata, pulmón, mama o colon. 27.- ¿Qué características presentan los microorganismos? ¿A qué reinos pertenecen? Solución: Los microorganismos son un grupo muy heterogéneo de organismos que tienen en común las siguientes características: Poseen un tamaño muy pequeño, por lo que solo son visibles con ayuda del microscopio; de ahí su nombre. Tienen un metabolismo muy acelerado. Se multiplican con gran rapidez, debido a su organización tan simple y a la rapidez de su metabolismo. Se difunden con suma facilidad, estando diseminados por todas partes. Atendiendo a su organización, pueden ser tanto procariotas como eucariotas. Atendiendo a los efectos que producen, algunos son inofensivos, otros son beneficiosos e imprescindibles, y algunos son nocivos. A los microorganismos se los incluye en tres de los cinco reinos en que se dividen los seres vivos según Margulis; estos reinos son: el reino monera, que comprende las eubacterias y las arqueobacterias, el reino protoctista, que incluye protozoos y algas unicelulares, y el reino fungi, que incluye los hongos, algunos de los cuales son considerados microorganismos (levaduras, mohos). También son considerados microorganimos los virus, que son seres acelulares no pertenecientes a ninguno de los cinco reinos. Tipos de bacterias según su morfología. Una de las características más fácilmente observables es su morfología, esta fue utilizada en las primeras clasificaciones que se hicieron de las bacterias. Atendiendo a su morfología, dentro de las bacterias se diferencian los siguientes grupos: Cocos: tienen forma esférica. Muchos de ellos se

disponen agrupados; según como se agrupen, se diferencian varios tipos: diplococos, cuando se presentan agrupados en parejas, los estafilococos se agrupan en forma arracimada, estreptococos, cuando forman cadenas, y sarcinas, cuando forman masas cúbicas. Bacilos: tienen forma de bastoncillo, es decir, son cilíndricas, rectas y más o menos alargadas. A veces se presentan asociadas formando cadenas. Vibrios: tienen forma de coma es decir son cilíndricas cortas y curvas. Espirilos tienen forma alargada y ondulada, las espiras están poco marcadas. Espiroquetas: son alargadas y en espiral, con las espiras más marcadas que en las anteriores. Además algunas bacterias tienen otros aspectos piriformes, irregulares, etc. 28.- Principales diferencias que presentan los distintos grupos de microorganismos. Solución: Las principales diferencias que presentan los distintos grupos de microorganismos las podemos englobar en dos grupos: estructurales y funcionales. Diferencias estructurales: Estas diferencias están relacionadas con el tipo de organización que presentan. Así, tenemos: Los virus no tienen organización celular, sino que son acelulares. Están formados por: * Un filamento de ácido nucleico, que puede ser ADN o ARN. * Una envoltura protéica, llamada cápsida, que rodea el ácido nucleico. * En algunos, por fuera de la cápsida, otra envoltura similar a la membrana de las células. Los microorganismos pertenecientes al reino monera son unicelulares de organización procariota. Tienen las siguientes características: * Carecen de membrana nuclear y, por consiguiente, de núcleo definido. Por lo tanto, el material genético, que esta formado por una molécula de ADN bicatenaria y circular, se encuentra libre en el citoplasma. * La membrana plasmática presenta pliegues (mesosomas), y en ellos se localizan numerosas enzimas, entre otras las enzimas respiratorias; en algunos en estos pliegues también llevan los pigmentos fotosintéticos. * La mayoría poseen pared celular, y en algunos existen flagelos. * En el citoplasma poseen ribosomas de 70 S, pero carecen de otros orgánulos celulares. Los microorganismos pertenecientes a los reinos protoctistas y hongos son mayoritariamente unicelulares y eucariotas. Aunque en estos reinos hay individuos pluricelulares, como ocurre con muchas algas, solo se considera microorganismos a los individuos unicelulares o pluricelulares microscópicos. Entre los microorganismos del reino protoctistas, algunos carecen de pared celular (protozoos), mientras que otros (algas) poseen pared celular, formada principalmente por celulosa; estos últimos además poseen pigmentos fotosintéticos (clorofila y otros). Los microorganismos del reino hongos tienen pared celular de quitina. Diferencias funcionales: En cuanto al metabolismo: Algunos son autótrofos, pudiendo ser fotosintéticos (sulfobacterias y algas) o quimiosintéticos (bacterias nitrificantes), según que la fuente de energía que utilizan para transformar la materia inorgánica en orgánica sea la luz solar o la energía desprendida de la oxidación de compuestos inorgánicos. Dentro de los fotosintéticos, algunos son fotosintéticos oxigénicos (algas), y otros son fotosintéticos anoxigénicos (sulfobacterias). Otros son heterótrofos; a este grupo pertenecen los protozoos, los hongos y la mayoría de las bacterias. Dentro de este grupo, según como obtengan los compuestos orgánicos, pueden ser de tres tipos: * Saprófitos: obtienen los compuestos de la materia orgánica muerta sobre la que viven y a la que descomponen mediante fermentaciones. A este grupo pertenecen algunas bacterias y algunos hongos. * Simbiontes: obtienen los compuestos de otros seres sobre los que viven y a los que ocasionan algún beneficio. A este grupo pertenecen algunas bacterias, como las que forman la flora intestinal. * Parásitos: obtienen los compuestos de otros seres sobre los que viven y a los que ocasionan alteraciones más o menos graves. A este grupo pertenecen las bacterias patógenas, algunos protozoos y algunos hongos. En relación con el metabolismo, la mayoría de los microorganismos son aerobios, necesitan oxígeno. Otros son anaerobios, son capaces de vivir sin oxígeno, pudiendo ser estrictos o facultativos. En cuanto a la reproducción, destacamos lo siguiente: La mayoría tienen reproducción asexual, en unos casos por bipartición (bacterias, protozoos, algas), en otros casos por gemación (levaduras), y en otros por esporulación (algunos protozoos, algas, hongos). En las bacterias la bipartición es diferente a la que se da en los demás tipos, es directa, sin procesos de mitosis. La reproducción sexual también se da en algunos casos. Las bacterias no tienen reproducción sexual propiamente, pero sí presentan fenómenos parasexuales. Los virus se diferencian de los demás microorganismos en que no tienen metabolismo propio y, para poder reproducirse, necesitan de la maquinaria de la célula; por ello, son parásitos obligados. 29.- ¿En qué consiste la conjugación sexual? Solución: La conjugación sexual es uno de los procesos parasexuales que se dan en las bacterias, mediante el cual se transfiere material genético entre bacterias que pueden o no ser de la misma especie, produciéndose una recombinación genética. En la conjugación sexual una bacteria donadora transfiere una réplica de su ADN o parte

de él a otra bacteria denominada receptora. Esta transferencia se realiza a través de unos finos filamentos proteicos huecos, llamados fimbrias o pili, de la bacteria donadora, que se fijan sobre la bacteria receptora. En la conjugación sexual intervienen dos tipos de bacterias: Las bacterias donadoras son aquellas que además del cromosoma bacteriano poseen pequeñas moléculas de ADN bicatenario y circular (plásmidos), denominadas episoma o factor F; estas moléculas llevan la información para formar las fimbrias. Las bacterias donadoras pueden ser de dos tipos: F+, si el factor F está libre en el citoplasma, y Hfr, si está integrado en el cromosoma bacteriano. Las bacterias receptoras son aquellas que carecen de factor F o episoma y se las denomina F Si la bacteria donadora es F+, a través de las fimbrias se transfiere una copia del episoma a la bacteria receptora F. De esta manera, la bacteria receptora se convierte en donadora. Si la bacteria donadora es Hfr, el ADN cromosómico, junto con el episoma que lleva integrado, se duplica. Estas bacterias, al transferir el factor F a la bacteria receptora, transfieren un fragmento más o menos grande de la copia de su cromosoma; no se suele transferir toda la copia porque las fimbrias son frágiles y se rompen antes de terminar la transferencia, interrumpiéndose esta. El fragmento de ADN transferido se integra mediante entrecruzamiento en el cromosoma de la bacteria receptora, modificándose su información y apareciendo en ella caracteres de la bacteria Hfr. Si no se produce entrecruzamiento, el fragmento transferido se degrada y la bacteria receptora queda con la misma información. 30.- ¿Por qué se caracterizan los hongos? Solución: Son organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares; los pluricelulares no forman verdaderos tejidos, por ello se dice que tienen organización talofita. Las células que los forman tienen paredes celulares rígidas que están constituidas por quitina. En estas células se almacena glucógeno como reserva energética. Las células de los hongos pluricelulares se disponen formando filamentos que pueden ramificarse; a cada uno de estos filamentos se le denomina hifa. Las hifas se entrecruzan de forma laxa, y al conjunto de todas ellas se le denomina micelio, el cual constituye el aparato vegetativo del hongo. Las hifas pueden ser de dos tipos: tabicadas y sifonales o cenocíticas. * Tabicadas: cuando las células de la hifa están separadas por tabiques transversales. * Sifonales: cuando las células de la hifa no están separadas por tabiques. En determinadas circunstancias, los micelios producen unas estructuras reproductoras que tienen formas diversas y que se denominan cuerpos fructíferos o carpóforos. Las setas son estructuras de este tipo. Los carpóforos tienen una estructura análoga al micelio, pero aquí las hifas se disponen entrecruzadas y fuertemente apretadas. En ellos se formarán las esporas. Tienen nutrición heterótrofa; por lo tanto, necesitan compuestos orgánicos para nutrirse, ya que no los pueden sintetizar. Según como los obtengan, pueden ser: Saprófitos: viven en lugares húmedos, con abundante materia orgánica muerta (hojas, estiércol, paja, madera etc.) sobre la que viven y de donde obtienen los nutrientes orgánicos que necesitan. Simbiontes: son hongos que, para obtener los nutrientes orgánicos que necesitan, se asocian con otros seres vivos a los que proporcionan algún beneficio. Parásitos: algunos hongos obtienen los nutrientes orgánicos de otros seres vivos animales o vegetales sobre los que viven y a los que ocasionan trastornos más o menos graves. En los hongos la reproducción puede ser: sexual y asexual. Esta última, salvo en las levaduras, que es por gemación, es por esporas. Las esporas son células especiales que suelen estar rodeadas por una cubierta resistente; cuando se liberan son diseminadas por el viento, el agua, los animales etc. Si caen en lugares adecuados, germinan, dando lugar a nuevos micelios. Las esporas pueden originarse después de procesos sexuales mediante meiosis (meiosporas), o bien mediante mitosis (mitósporas). Se forman en unas estructuras especiales denominadas esporangios, que son de diferentes tipos: conidios, ascas y basidios. Los hongos son seres muy importantes desde diferentes puntos de vista: En ecología tienen gran importancia, ya que actúan como descomponedores de la materia orgánica. Las levaduras intervienen en muchas fermentaciones que se han utilizado en diversos procesos industriales: fabricación del pan, fabricación de bebidas alcohólicas, etc. Algunos hongos tienen importancia en medicina, porque fabrican sustancias de interés (antibióticos, alucinógeno, etc). Muchos hongos se utilizan en la alimentación humana, debido a que los cuerpos fructíferos (setas) que producen son comestibles (champiñón, níscalo, trufas, etc). Otras, por el contrario, son venenosas (Amanita phalloides, boleto se Satanás etc). Algunos hongos son parásitos de animales y de vegetales a los que producen enfermedades más o menos graves. 31.- ¿Por qué se caracterizan las Arqueobacterias? Solución: Constituyen un grupo heterogéneo al que en la actualidad se considera separado de las bacterias, aunque al igual que ellas tiene organización procariota. Las paredes celulares son de diversos tipos, pero en

ningún caso poseen peptidoglicanos, ya que falta el ácido murámico. La membrana plasmática está compuesta por unos lípidos especiales, constituidos por glicerol, que se unen mediante enlaces éter a alcoholes isoprenoides de cadena larga. Su estructura es similar a la de otras membranas. Tienen algunas características comunes con los eucariotas; entre ellas, destacan las siguientes: tienen algunos genes que transcriben ARNt que poseen intrones como los eucariotas, al igual que en eucariotas la síntesis proteica no la inhibe el cloranfenicol y, por último, el ARN-polimerasa es más parecido al de los eucariotas que al de las bacterias. Tienen formas diversas: esféricas, espirales, bastoncillos, etc. Se reproducen principalmente por división binaria, gemación y fragmentación. Algunas son autótrofas, otras, no, algunas son aerobias, otras, anaerobias. Se desarrollan en condiciones ambientales extremas. 32.- Principales rasgos de los protoctistas. ¿Cuántos grupos se diferencian dentro de este reino? Solución: El nombre de este reino fue propuesto por H.F. Copeland en 1956. Constituye un grupo heterogéneo que tiene organización eucariota. La mayoría de los individuos de este reino es unicelular, aunque también se incluyen seres pluricelulares, como las algas macroscópicas. Algunos son autótrofos (algas), siendo fotosintetizadores oxigénicos, es decir, realizan la fotosíntesis y utilizan como fuente de electrones el H2O; por ello, en este proceso liberan O2. Otros son heterótrofos (protozoos). Todos viven en el agua o en medios húmedos. Algunos son móviles y se desplazan mediante undulipodios (cilios y flagelos) o por pseudópodos. Se pueden reproducir sexual y asexualmente. Margulis y Schwartz incluyen dentro de este reino tres grandes grupos: protozoos, algas y los denominados hongos inferiores. Protozoos Son protoctistas unicelulares, carentes de pared celular y heterótrofos. Viven en el agua o en ambientes húmedos, muchos son de vida libre y algunos son parásitos. Se diferencian cuatro grandes grupos: Flagelados o zoomastiginos: Tienen uno o más flagelos, de ahí el nombre. Algunos son parásitos. En este grupo se incluyen los tripanosomas, como el Tripanosoma gambiense, que es el causante de la enfermedad del sueño. Ciliados: Son de vida libre. Presentan dos tipos de núcleos: un macronúcleo, que regula el metabolismo, y un micronúcleo, que intervine en la reproducción. Poseen cilios, de ahí su nombre. Se dan fenómenos de conjugación sexual. Aquí se incluyen los paramecios. Rizópodos: Se mueven por pseudópodos. Son de vida libre y parásitos. Algunos presentan caparazón calcáreo o silíceo. Aquí se incluyen entre otros las amebas y los foraminíferos. Esporozoos: Son todos parásitos. Entre los que afectan al hombre están los plamodios, que causan el paludismo, y el Toxoplasma, causante de la toxoplasmosis. Algas Son protoctistas unicelulares y pluricelulares; las células, en general, tienen pared celular. Son autótrofos fotosintéticos, por lo que presentan clorofila; en muchos casos, además, tienen otros pigmentos que pueden enmascarar la clorofila. Viven principalmente en el agua o en un medio húmedo. Algunas son microscópicas, pero otras pueden alcanzar un gran tamaño. Las formas microscópicas viven flotando en el agua y constituyen el fitoplancton. Se diferencian varios grupos: Dinoflagelados o pirrofitos: Son unicelulares marinas, poseen flagelos. Crisofitos: Son unicelulares marinas y de agua dulce, tienen flagelos. Euglenofitos: Son unicelulares de agua dulce, sin pared celular. Bacilariofitas o diatomeas: Son unicelulares de agua dulce o marinas, poseen un caparazón silíceo formado por dos piezas o valvas. Clorofitos o algas verdes: Son uni y pluricelulares, marinas y de agua dulce. Tienen color verde debido a la clorofila. Feofitos o algas pardas: Uni y pluricelulares, en su mayoría marinas, son de color pardo debido al pigmento fucoxantina que enmascara la clorofila. De ellas se obtienen numerosas sustancias de interés industrial y alimentario. Rodofitos o algas rojas: Son uni y pluricelulares, la mayoría marinas. Son de color rojo debido a la ficoeritrina. De ellas se extraen sustancias de interés, como el agar. Hongos inferiores Son protoctistas microscópicos, heterótrofos que viven en lugares húmedos; algunos son parásitos. Se diferencian dos grupos: Mixomicetos: Son los hongos mucilaginosos, presentan formas ameboides unicelulares, sin pared celular, que posteriormente se juntan y forman una masa gelatinosa multicelular y móvil. A partir de ella se desarrolla el cuerpo fructífero, que forma esporas. Oomicetos: Son unicelulares o pluricelulares con hifas cenocíticas. La paredes celulares son celulósicas. Son acuáticos, algunos son saprófitos y otros son parásitos (causante del mildiu de la patata o de la vid). 33.- ¿Qué tienen en común y en qué se diferencian las paredes celulares de las eubacterias Gram + y las Gram -? Cita algún ejemplo de cada uno de estos grupos. Solución: Lo que presentan en común las paredes bacterianas de estos dos grupos de bacterias es que ambas están formadas por mureína, que es un peptidoglicano. Los peptidoglicanos son heterósidos, es decir, son glúcidos complejos en los que se diferencian dos partes: una parte glucídica y una parte no glucídica (aglicón): La parte

glucídica esta formada por largas cadenas de polisacáridos que se disponen en paralelo. Estas cadenas polisacáridas están constituidas por dos clases de unidades: el NAG (N-acetil-glucosamina) y el NAM (N-acetilmurámico), que se disponen alternativamente y se unen mediante enlaces (1-4). La parte no glucídica está formada por tetrapéptidos que se unen a los NAM. Entre los tetrapéptidos de las cadenas adyacentes se pueden establecer enlaces peptídicos que unen transversalmente estas cadenas polisacáridas. Las principales diferencias entre estos dos grupos de eubacterias son las siguientes: Al grupo de bacterias Gram + pertenecen, entre otras: algunas bacterias patógenas (las causantes de la sífilis, la peste bubónica, el tifus, etc), bacterias del ciclo del nitrógeno (Nitrobacter, Azotobacter, Nitrosomonas, Clostridium, etc), las cianobacterias, etc. Al grupo de bacterias Gram pertenecen, entre otras: algunas patógenas (la causante de la difteria, el botulismo, la tuberculosis, el tétanos, etc), otras de interés industrial, como Lactobacillus y Streptococcus, etc. 34.- Señala las características más destacadas de los individuos del reino monera e indica los principales grupos que se diferencian en él. Solución: Los organismos del reino monera presentan las siguientes características: Son organismos de organización procariotica. Son unicelulares, aunque a veces pueden formar colonias. Sus dimensiones oscilan entre 0,2 y 10 m. Pueden ser inmóviles, aunque frecuentemente se pueden desplazar, bien por deslizamiento o bien por flagelos. El material genético nunca está aislado del citoplasma mediante una membrana, es decir, no poseen un núcleo diferenciado. Este material está formado por una molécula de ADN bicatenaria y circular. En algunos casos existen además otras moléculas pequeñas de ADN circulares denominadas plásmidos. La membrana plasmática presenta intrusiones citoplasmáticas (mesosomas) de formas diversas. En estas intrusiones se localizan numerosas enzimas, entre otras, las enzimas respiratorias. Igualmente, las formas fotosintéticas con frecuencia llevan los pigmentos fotosintéticos en estas membranas. En la mayoría de los individuos existe pared celular. En el citoplasma apenas existen orgánulos, los únicos que aparecen en todos son los ribosomas, que tienen un coeficiente de sedimentación de 70 S. Todos se reproducen de forma asexual, generalmente por bipartición. Además, también presentan fenómenos parasexuales (conjugación, transformación, etc.), que permiten la transferencia de genes y la recombinación genética. La clasificación de este reino es bastante compleja. Según la sistemática Bergey's, que es la más utilizada por los microbiólogos, dentro de este reino se diferencian dos grandes grupos: Las eubacterias. Dentro de ellas se distinguen tres grandes divisiones: Eubacterias con pared celular Gram negativa. A este grupo pertenecen entre otras las bacterias fijadoras del nitrógeno (Rhizobium), las bacterias nitrificantes (Nitrobacter, Nitrosomas), las cianobacterias (Oscillatoria), etc. Eubacterias con pared celular Gram positiva. Aquí se incluyen muchas bacterias patógenas productoras de diversas enfermedades como: tuberculosis, tétanos, botulismo, etc; otras de interés industrial como: Lactobacillus, Streptococcus, etc. Eubacterias sin pared celular. Constituyen el grupo que antes se conocía con el nombre de micoplasmas. Arqueobacterias. Forman un grupo heterogéneo que muchos científicos consideran separadas de las bacterias. 35.- ¿Qué son las endosporas? Solución: Son formas de resistencia que se originan en el interior de algunas bacterias, de ahí el nombre de endospora, como respuesta a condiciones ambientales adversas. Las endosporas están formadas por el ADN bacteriano, una pequeña porción de citoplasma deshidratado y una cubierta gruesa en la que se diferencian tres capas, que de dentro afuera son: el córtex, la cubierta de la espora (es una capa densa, formada por proteínas ricas en cisteína y aminoácidos hidrófobos) y el exosporio, que solo está presente en algunas. Las endosporas protegen al cromosoma bacteriano de las condiciones ambientales adversas y pueden permanecer en vida latente durante mucho tiempo. Son muy resistentes al calor, la sequedad, las radiaciones ultravioleta e ionizantes, y a otros agentes químicos adversos. Cuando las condiciones ambientales se hacen favorables, germinan y dan de nuevo lugar a la bacteria. Las endosporas son típicas de bacterias Gram positivas, aerobias y anaerobias. Entre los principales géneros formadores, de endosporas destacan: Clostridium y Bacillus. 36.- Explica la función de las siguientes bacterias en el ciclo del nitrógeno: Azotobacter. Nitrosomonas. Nitrobacter. Solución: Azotobacter. Participa en la fijación biológica del nitrógeno atmosférico (N2). Estas bacterias toman directamente el N2 del aire y lo utilizan para formar sus aminoácidos. El compuesto que se obtiene de la fijación es el amoniaco. La fijación del N2 enriquece el suelo de ión amonio, forma nitrogenada que puede ser utlizada por las plantas, ya que estas no pueden asimilar directamente el N2 atmosférico. De esta forma pueden incorporarse al

suelo unos 28 kg de nitrógeno por hectárea y año. Nitrosomonas. Es una bacteria nitrificante que oxida el amoniaco del suelo a nitritos. El proceso recibe el nombre de nitrosación y se produce a través de la siguiente reacción: (NH4)2CO3 + CO2 2HNO2 + CO2 + 3H2O + energía Nitrobacter. Realiza la segunda etapa de la nitrificación: la nitratación. En este proceso los nitritos, que son tóxicos, se oxidan a nitratos, que ya pueden ser tomados por las raíces de las plantas, disueltos en agua. 2KNO2 +O2 2KNO3 + energía 37.- ¿Qué es una toxina? ¿En qué grupos se clasifican las toxinas según sus propiedades químicas? Señala algunos ejemplos. Solución: Las toxinas son moléculas producidas por microorganismos que causan daños concretos en el huésped al que infectan. Estas moléculas son, generalmente, proteínas o lipopolisacáridos. Las toxinas se dividen en función de sus propiedades químicas en dos grupos: Las exotoxinas son proteínas solubles que fabrica y segrega la bacteria al medio en el que vive, por lo que aparecen en los extractos celulares o en los medios de cultivo bacterianos. Normalmente se destruyen fácilmente con el calor. Se distinguen tres tipos: - Enterotoxinas: actúan estimulando anormalmente las células de la mucosa intestinal. Entre ellas se encuentran la toxina del cólera y las producidas por E. Coli. - Citotoxinas: matan enzimáticamente a las células del huésped. Ejemplo la toxina diftérica. - Neurotoxinas: Bloquean la transmisión sináptica de los impulsos nerviosos. Toxina botulínica y tetánica. Las endotoxinas son lipopolisacáridos de la membrana de las bacterias Gram-negativas. Son resistentes al calor. Producen diarreas, fiebre y, en ocasiones, hemorragias internas. 38.- Las técnicas de cultivo de microorganismos exigen que el trabajo se realice en condiciones asépticas para evitar las posibles contaminaciones. Una condición indispensable es la esterilización de los materiales que se van a utilizar. a) Define esterilización. b) Indica qué método emplearías para esterilizar los siguientes medios: Material de laboratorio de vidrio. Material de laboratorio de vidrio. Cámara de siembra. Suero. Limpieza de las superficies de trabajo. Solución: a) La esterilización es un tratamiento que consigue la eliminación de todos los organismos de un medio. La esterilización puede lograrse con la utilización de diversas técnicas. b) Material de vidrio. La técnica más utilizada es la esterilización por calor húmedo que se lleva a cabo en los autoclaves. Los autoclaves son recipientes en los que se consiguen presiones superiores a la atmosférica y muy altas temperaturas. A temperaturas superiores a 120 se consigue la eliminación de las esporas. También se utiliza calor seco en hornos que alcanzan temperaturas de 140 a 180 durante tiempos muy largos (periodos de una hora y media a dos horas). Cámara de siembra. Son las cámaras que se utilizan en los laboratorios para realizar los trabajos microbiológicos. Mediante lámparas de luz ultravioleta se reduce el número de microorganismos (sobre todo bacterias y esporas de hongos) presentes en el aire. Suero. Para la esterilización de sueros y otros líquidos que no resisten altas temperaturas se utiliza la esterilización por filtración. El líquido se hace pasar a través de un filtro estéril que retiene los microorganismos por el tamaño de sus poros y por adsorción. Superficie de trabajo. Para la eliminación de los microorganismos presentes en las superficies de trabajo se utilizan productos químicos tóxicos y volátiles. Estas sustancias se aplican antes y después de haber trabajado con microorganismos. 39.- ¿Cuáles son las funciones generales que realizan los microorganismos en la naturaleza? ¿Sería posible la vida en la Tierra sin microorganismos? Solución: Los microorganismos presentan una gran variedad de especializaciones fisiológicas que les permiten realizar múltiples transformaciones en la naturaleza. Su papel principal consiste en la intervención en los ciclos biogeoquímicos, donde producen las transformaciones necesarias para el reciclaje de la materia. Además, establecen importantes relaciones ecológicas con otros seres vivos actuando, por ejemplo, como simbiontes o patógenos. Se puede afirmar que debido a sus múltiples e importantes funciones la vida en la Tierra no sería posible sin la presencia de los microorganismos. Las funciones que realizan los microorganismos en la naturaleza se pueden resumir en los siguientes apartados: Los microorganismos autótrofos actúan de productores en los ecosistemas, sintetizando grandes cantidades de materia orgánica que es consumida por los organismos superiores. Los microorganismos heterótrofos se alimentan de compuestos orgánicos solubles y son, a su vez, alimento para los organismos superiores. Los microorganismos heterótrofos también actúan en el proceso de mineralización de los compuestos orgánicos, al transformarlos en inorgánicos. Participan en la descomposición de las rocas y en la formación del suelo. Transforman compuestos de nitrógeno, azufre y hierro en los ciclos

biogeoquímicos. Son los descomponedores en las cadenas tróficas de los ecosistemas. Juegan un importante papel, tanto en la formación recursos geológicos de interés económico (carbón o petróleo) como en su destrucción. 40.- Define enfermedad infecciosa y describe las distintas vías de transmisión de los patógenos. Solución: Las enfermedades infecciosas son aquellas producidas por microorganismos. Estos son transmitidos a los individuos sanos desde los reservorios de la infección, que son ambientes naturales en los que los patógenos realizan parte de su ciclo vital. Los reservorios más importantes son: la propia población humana, poblaciones animales, el agua o el suelo. El paso de una enfermedad desde el reservorio a los humanos se realiza mediante unas vías de transmisión características, como son: a.- Por contacto directo a través de heridas en la piel. Los microorganismos patógenos no pueden penetrar a través de la piel intacta de los animales, por lo que deben aprovechar las roturas que se producen en ella para invadir el cuerpo de estos. Ejemplos de este tipo de infección son: el tétanos, la gangrena gaseosa y la rabia. b.- Transmisión a través del aire. La infección se produce por la absorción en el tracto respiratorio de gotitas u otras sustancias que contengan secreciones respiratorias infectadas. Ejemplos: tos ferina, difteria, neumonía, tuberculosis. c.- Transmisión por vía sexual. Los microorganismos que causan estas enfermedades se transmiten, de las personas infectadas a las sanas, a través de las relaciones sexuales, aunque en algunos casos también se transmiten vía sanguínea (por transfusiones, jeringuillas contaminadas...). Las principales enfermedades de transmisión sexual son: la gonorrea, sífilis, herpes genital, hepatitis B y el SIDA. d.- Por el agua y los alimentos. El agua contaminada con restos fecales, los alimentos almacenados de forma inadecuada, manipulados en condiciones sanitarias deficientes o el cocinado incompleto pueden ser la causa de transmisión de microorganismos patógenos. En algunos casos las enfermedades transmitidas por los alimentos y el agua se deben a la presencia de toxinas, sin que sea necesaria la presencia del microorganismo. Ejemplos: salmonelosis, botulismo, cólera, hepatitis A. e.- Transmisión por animales. En este caso los animales son utilizados como vectores por algunos microorganismos patógenos para llegar al hospedador definitivo. Los principales vectores son artrópodos como el piojo, la garrapata, ácaros, mosquitos, moscas, pulgas..., que transmiten la enfermedad al picar a un individuo o al contaminar alimentos. Ejemplos: malaria, tifus, peste bubónica... 41.- ¿Qué es un medio de cultivo? ¿Qué características tienen los medios enriquecidos, los selectivos y los inhibidores? Solución: Un medio de cultivo es un preparado que contiene nutrientes para el cultivo (crecimiento) de microorganismos, de células vegetales o de células animales. Los medios de cultivo pueden ser: - Sólidos. Son particularmente idóneos para el cultivo de hongos y bacterias. Se preparan añadiendo a la mezcla de nutrientes líquidos un gelificante, generalmente agar, dando lugar a una mezcla llamada nutriente-agar. - Liquidos. Llamados también caldos de cultivo, se utilizan generalmente para controlar el crecimiento de las poblaciones. Los medios de cultivo, tanto líquidos como sólidos, dependiendo de que contengan determinadas sustancias pueden ser: medios enriquecidos, medios selectivos o medios inhibidores. Se utilizan para destacar o favorecer la presencia de un microorganismo concreto en una población mixta. Los medios enriquecidos contienen ciertas sustancias que favorecen el desarrollo de algún tipo de microorganismo frente a los demás. Esta especie presentará un crecimiento mayor y será dominante en un cultivo mixto. Medios selectivos. Son aquellos a los que se les añade alguna sustancia que inhibe el desarrollo de todos los microorganismos excepto uno o unos pocos. Por ejemplo, un medio al que se le añade penicilina selecciona a las cepas resistentes a ese antibiótico. Medios inhibidores. Contienen un indicador que permite que las colonias de un microorganismo determinado se distingan visiblemente de las demás. 42.- Representa el ciclo del carbono y explica las consecuencias que tiene la acumulación de los productos procedentes de la fermentación en los ambientes acuáticos. Solución: a) Ciclo del carbono. b) En las zonas profundas de los ambientes acuáticos se crean condiciones anaerobias que favorecen la descomposición de los restos orgánicos por fermentación. Estas fermentaciones producen ácidos orgánicos, CH4, H2 y CO2, que cuando alcanzan una cierta concentración, inhiben la acción de las bacterias anaerobias. En consecuencia, se produce la acumulación de compuestos orgánicos en el fondo y el estancamiento del ciclo. De esta forma se han originado, en ambientes lacustres y pantanosos, los depósitos de

carbón, y en los ambientes marinos, los depósitos de petróleo. 43.- ¿Qué papel realizan las adhesinas en el proceso de la infección bacteriana? ¿Qué es el periodo de incubación? Solución: Las adhesinas o factores de adhesión son moléculas de la superficie celular de las bacterias que se unen a receptores específicos de las células del hospedador. Esta unión confiere la patogeneidad al microorganismo al permitirle invadir los tejidos del huésped o colonizar una superficie de su cuerpo. Actúan como adhesinas la cápsula bacteriana, las proteínas de la membrana, los pelos y los flagelos. El periodo de incubación es el tiempo que transcurre desde que un microorganismo coloniza o invade a un huésped hasta que se manifiestan los síntomas de la enfermedad. Durante este periodo, que es fijo para cada especie, la bacteria se divide en el interior del organismo hasta alcanzar un número suficiente que le permite manifestar su patogeneidad. 44.- ¿En qué consiste la inoculación o siembra? ¿Qué técnica de siembra utilizarías para cultivar una bacteria anaerobia? Solución: La inoculación o siembra consiste en la introducción de un pequeño número de microorganismos en un medio de cultivo. Para cultivar una bacteria anaerobia se debe utilizar la técnica de siembra por picadura o en profundidad. Para este tipo de siembra se utiliza un medio nutritivo de agar en tubo de ensayo, que evita que difunda el O2 al cultivo gracias a la mayor profundidad del agar y a la pequeña superficie libre del cultivo en tubo, comparado con el cultivo en placa. La siembra se realiza con una aguja de siembra, previamente esterilizada a la llama del mechero, con la que se toma una muestra y se introduce verticalmente en la zona central del medio de cultivo. 45.- Representa el ciclo del azufre y explica la función de alguna bacteria que participe en el ciclo. Solución: Ciclo del azufre: Una bacteria que participa en el ciclo del azufre es Thiobacillus, que transforma el sulfuro de hidrógeno (H2S) en ión sulfato. El H2S procede de la reducción de los grupos sulfhídrilo de las proteínas al descomponerse los restos de seres vivos por la acción de numerosas bacterias. De esta forma, Thiobacillus origina una forma de azufre (ión sulfato) que es la única que puede ser asimilada por las plantas. Estas bacterias también son las responsables del descenso del pH del suelo al oxidar azufre elemental en ácido sulfúrico. Este proceso permite que en los suelos básicos puedan solubilizarse muchos minerales insolubles a pH alcalino y hacerse disponibles para las plantas. 46.- Define los siguientes términos: Infección. Enfermedad infecciosa. Patogeneidad. Toxicogenicidad. Solución: Infección. Es la invasión de un organismo vivo por microorganismos que producen la enfermedad mediante su automantenimiento y multiplicación en los tejidos del huésped. Los patógenos pueden entrar a través de heridas o a través de las membranas mucosas que tapizan los tractos digestivo, respiratorio y reproductor, y pueden ser transmitidos por el individuo infectado a otros. Las infecciones pueden llegar a no producir la enfermedad, en este caso se llaman infecciones silenciosas. Enfermedad infecciosa. Es aquella que está producida por microorganismos. Estos son transmitidos a los individuos sanos desde los reservorios de la infección que son ambientes naturales en los que los patógenos realizan parte de su ciclo vital. Los reservorios más importantes son: la propia población humana, poblaciones animales, el agua o el suelo. Patogeneidad: es la capacidad de un microorganismo para producir una enfermedad. Las poblaciones de microorganismos (cepas) que causan la enfermedad se denominan virulentas, frente a las inocuas o no virulentas. Toxicogenicidad. Se llama toxicogenicidad a la capacidad de un microorganismo para producir toxinas. Las toxinas son proteínas o lipopolisacáridos que causan alteraciones concretas en el huésped. La toxicogenicidad va ligada a la patogeneidad. 47.- ¿En qué características de las bacterias se basan las pruebas bioquímicas de identificación? Señala algún ejemplo. Solución: Las pruebas bioquímicas se basan en la gran diversidad metabólica que presentan las bacterias. Cada grupo taxonómico dispone de un genotipo característico y, por tanto, de un equipo enzimático, que le permite utilizar y transformar sustratos específicos, sobre los que no actúan otras especies. En estas diferencias metábolicas se fundamentan las pruebas bioquímicas Entre las pruebas más utilizadas se encuentran: Prueba de la catalasa. Se basa en la detección de la enzima catalasa en las bacterias. Las bacterias se cultivan en un medio con agua oxigenada al 3%, y es positiva cuando se producen burbujas de O2, procedentes de la transformación del

agua oxigenada en H2O y oxígeno molecular. Así se diferencian el género Staphylococcus (catalasa +) del género Streptococcus (catalasa -). Prueba del agar manitol. Sirve para identificar bacterias capaces de fermentar el manitol. Se prepara un cultivo con manitol como única fuente de azúcar, donde se cultivan las bacterias. La prueba será positiva si el medio toma color amarillo. Así se identifican bacterias patógenas de la especie Staphylococcus aureus. 48.- Define el concepto de simbiosis. ¿Cómo realizan las bacterias del género Rhizobium la fijación del N2 atmosférico? Solución: La simbiosis es un tipo de relación entre individuos de distinta especie (relación interespecífica) en la que ambos organismos obtienen un beneficio. Las bacterias del género Rhizobium establecen relaciones simbióticas formando nódulos en las raíces de las plantas leguminosas. Estas bacterias son capaces de fijar grandes cantidades de nitrógeno atmosférico, transformándolo en amoniaco y nitratos, que circulan a través del xilema hacia los órganos aéreos de la planta. De esta forma, la leguminosa consigue una fuente de nitrógeno permanente, ya que las plantas no pueden fijar el N2 atmosférico. Además, parte del nitrógeno fijado difunde desde las raíces al suelo, enriqueciéndolo de nitratos y aumentando su fertilidad. La formación de los nódulos se pude resumir en los siguientes pasos: 1. Los Rhizobium se multiplican en el suelo próximo a las raíces, penetran en los pelos radicales y proliferan por el cilindro central. 2. Las células del periciclo se dividen. 3. Se produce la nudosidad joven. 4. La nudosidad se desarrolla en la raíz. 5. En la vejez, la nudosidad muere cuando la raíz deja de ser funcional. 49.- Enuncia los postulados de Koch. ¿Qué experiencias condujeron a Koch a enunciar sus postulados? Solución: Los postulados de Koch son cuatro: Primero: el microorganismo patógeno debe encontrarse siempre en los individuos que presenten la enfermedad y no estar presente en los sanos. Segundo: el microorganismo debe aislarse del huésped enfermo y cultivarse en cultivo puro fuera de su cuerpo. Tercero: la enfermedad debe reproducirse cuando se inocula el cultivo en un huésped susceptible sano. Cuarto: el microorganismo debe ser aislado de nuevo a partir del hospedador infectado experimentalmente y cultivado en el laboratorio, después de lo cual debe ser el mismo que el organismo original. Las experiencias que condujeron a Koch a enunciar sus postulados fueron, entre otras, las investigaciones sobre el ántrax o carbunco. Esta es una enfermedad infecciosa que afecta a vacas y ovejas y que pude ser transmitida al hombre. Koch observó que la sangre de todos los animales enfermos que analizó contenían grandes cantidades de bacilos. Posteriormente, para demostrar que los bacilos eran los causantes de la enfermedad inoculó a ratones de laboratorio con sangre de animales enfermos, comprobando que los ratones contraían la enfermedad y morían. A su vez, la sangre de los ratones infectados e inyectada en otros sanos provocaba la enfermedad (1er postulado). En segundo lugar consiguió aislar y cultivar la bacteria del ántrax en condiciones de laboratorio (2º postulado). Las bacterias de los cultivos al ser inoculadas en animales sanos reproducían la enfermedad, por lo que tenían el mismo efecto que las extraídas de animales infectados (3er postulado). De los animales infectados experimentalmente, aisló y cultivó el microorganismo, comprobando que era el mismo que el original (4º postulado). 50.- Haz una gráfica que represente el crecimiento de una población bacteriana y contesta: ¿Cuántas fases se observan? Explica los acontecimientos que suceden en cada una de ellas. Solución: En la gráfica se representa el crecimiento de una población bacteriana en un medio de cultivo. Se distinguen cuatro fases: Fase de latencia. Durante esta fase el aumento del número de células es muy pequeño. Esto es debido a que las bacterias deben adaptarse al medio de cultivo que es distinto a su hábitat natural. También puede suceder que las bacterias se encuentren en fase de espora y que no comiencen la división hasta que las condiciones sean favorables. Fase exponencial. Se produce un crecimiento exponencial de la población bacteriana, ya que no existe ningún factor que limite su crecimiento. La población se duplica en cada generación. Fase estacionaria. Durante esta fase la población se mantiene estable, ya que el porcentaje de nuevas células se compensa con las muertes. Si no se suministra nada al cultivo, la cantidad de nutrientes irá disminuyendo, por lo que el sustrato proporcionará menos energía de la que necesita la población para continuar creciendo. Fase de muerte. En esta fase la mayoría de las bacterias mueren y la población decrece rápidamente. Esto es debido a que la cantidad de nutrientes del medio y la concentración de O2 disminuyen drásticamente, además se acumulan sustancias tóxicas procedentes del metabolismo que pueden provocar variaciones en el pH que inhiben la actividad

enzimática. 51.- Explica el papel de los mohos como microorganismos de interés biotecnológico. Solución: Los mohos son hongos que sitúan sus esporas en el extremo de finos filamentos llamados hifas. Son aerobios estrictos. En condiciones industriales sus micelios se cultivan en tanques, en donde forman masas sumergidas, por lo que no producen esporas sexuales ni asexuales. No son capaces de fijar el nitrógeno gaseoso. Producen, junto a las levaduras, fermentaciones que proporcionan bebidas (sake), productos alimenticios (quesos especiales), ácidos orgánicos (cítrico, láctico), antibióticos (penicilina) o enzimas (amilasas, pectinasas, proteasas). 52.- ¿De qué manera contribuye la biotecnología a paliar las agresiones que afectan al entorno? Solución: En la actualidad se están empleando microorganismos para el tratamiento y utilización de residuos de origen biológico o resultado de procesos agrícolas. A la aplicación de los microorganismos en este campo se la conoce con el nombre de biorremediación. Por ejemplo, ciertas algas pueden desarrollarse comensalmente en un medio con bacterias capaces, a su vez, de oxidar los residuos. El resultado es la liberación de O2 y sustratos de materia orgánica rica en proteínas, que pueden utilizarse como piensos para peces y animales de granjas. Los procesos para los que básicamente se utilizan de manera conjunta algas y bacterias son: 1. Los que tienen como finalidad la oxidación de residuos. 2. Los que se destinan a la producción de algas y al reciclado de nutrientes. 53.- ¿Qué procesos tienen lugar en la maduración de los quesos y de qué depende el que se formen unos u otros productos finales? Solución: La maduración de los quesos es muy compleja y variable, y depende del tipo de queso que se pretenda fabricar. En su desarrollo se hidrolizan progresivamente las proteínas a péptidos solubles y, finalmente, a aminoácidos libres. Estos aminoácidos pueden descomponerse en ácidos grasos, aminas y amoniaco. En los quesos blandos madurados, todas las proteínas se transforman en compuestos solubles, mientras que en los quesos duros solo se transforma del 20 al 30%. También se produce una importante hidrólisis de las grasas presentes en la leche. 54.- Explica el proceso que se sigue en la fabricación del vino. Solución: La fabricación del vino consiste en la fermentación alcohólica de los azúcares solubles presentes en el zumo de uvas, es decir, de glucosa y fructosa, para dar alcohol etílico y CO2. Después de la vendimia, las uvas se prensan en grandes cubas para extraer su zumo o mosto. Las levaduras que se encuentran normalmente sobre la piel de las uvas, Saccharomyces cerevisiae y otros géneros, son las que realizan espontáneamente la fermentación del mosto. La fermentación dura unos pocos días. Durante este tiempo hay que controlar la velocidad mediante la temperatura, ya que, si esta aumenta mucho, puede llegar a destruir las levaduras. Una vez finalizada la fermentación, el vino se aclara y estabiliza, saliendo al mercado como vino joven, o envejece durante algunos años en barricas apropiadas. En algunos vinos se produce espontáneamente una segunda fermentación, por la acción de las bacterias del ácido láctico que disminuyen la acidez del vino. 55.- Define antibiótico. ¿Cuáles son los principales grupos de microorganismos productores de antibióticos? Solución: Son sustancias antimicrobianas fabricadas y excretadas por microorganismos. Pueden definirse como metabolitos secundarios de bajo peso molecular, que inhiben el crecimiento de microorganismos en cantidades muy pequeñas. Son selectivamente tóxicos. Por ello, se utilizan con fines profilácticos o terapeúticos. Solo hay tres grupos principales de microorganismos productores de antibióticos: los mohos, las eubacterias y los actinomicetes. De entre ellos, únicamente unos pocos géneros son capaces de producir antibióticos. 56.- Explica cómo se pueden obtener sustancias utilizando bacterias mediante ingeniería genética. Solución: Mediante ingeniería genética se pueden obtener sustancias a partir de la información incorporada a las células bacterianas. Para ello, se les introducen plásmidos recombinantes que portan el gen que codifica el producto a sintetizar. Una vez en el interior de la célula, los plásmidos se autorreplican, al tiempo que las bacterias crecen y se dividen. Así se obtendrá una población de células idénticas (clon) que contendrá plásmidos recombinantes o, lo que es lo mismo, el gen habrá sido sometido a clonación. 57.- Realiza una breve historia de cómo ha utilizado el ser humano los microorganismos desde los primeros

tiempos. Solución: El vino aparece ya citado en el Génesis. Antes del año 6000 a. de C., las civilizaciones sumeria y babilónica ya conocían la capacidad de las levaduras para producir alcohol en forma de cerveza. Hacia el año4000 a. de C., los egipcios descubrieron que el CO2 liberado por la levadura de cerveza fermentaba el pan. Estos procesos se transmitían culturalmente, ya que su causa se desconocía. Anton von Leeuwenhoek detectó por primera vez en 1680 la presencia de levaduras en la cerveza en fermentación. Sus descubrimientos actualizarían la teoría de la generación espontánea, que se mantuvo hasta la segunda mitad del siglo XIX. Pasteur demostró finalmente que la vida microscópica procedía siempre de vida preexistente, así como que los microorganismos eran los causantes de las fermentaciones. 58.- ¿Qué se pretende con la aplicación de la ingeniería genética a la ganadería y la acuicultura? ¿En cuál de estos campos se ha obtenido un mayor éxito y por qué? Razona la respuesta. Solución: Con la ingeniería genética se pretende evitar ciertas patologías y aumentar la producción de carne o leche, sin los riesgos que implica un engorde artificial con hormonas. Los mayores éxitos se han obtenido en acuicultura, ya que resulta mucho más fácil manipular genéticamente peces debido a la fecundación externa y a que sus huevos, por su tamaño, permiten fácilmente la microinyección de fragmentos de ADN reconstituidos. Así, se han obtenido variedades transgénicas de peces comerciales, como el salmón atlántico, la lubina o la carpa. 59.- ¿Qué microorganismos intervienen en la fabricación de los quesos? Solución: La maduración de los quesos frescos (50-80% de agua), la realizan enzimas de los mohos Penicillium y levaduras que crecen en su superficie. Los quesos semiduros son más consistentes (45% de agua), pueden estar poco madurados o muy madurados, para lo que muchos se recubren con salmuera, que aporta una flora de bacterias y levaduras a su superficie. La maduración de los quesos duros (menos del 40% de agua) la llevan a cabo las bacterias lácticas que se desarrollan en toda la masa. Cuando mueren los microorganismos, se rompen sus células y se liberan los enzimas hidrolíticos madurantes. Los quesos enmohecidos (semiduros o duros) son el resultado de inyectar en la cuajada las esporas del moho transformante (Penicillium roquefort), que germinan cuando se pincha la cuajada para dejar entrar el aire. Estos mohos producen los compuestos responsables del aroma y sabor propios de cada tipo: Cabrales, Roquefort, Azul, etc. Otra clase de quesos duros, como el de Gruyère, presenta grandes agujeros, que se deben a la acción de bacterias productoras de ácido propiónico (Propionibacterium shermaníi). Estas bacterias confieren sabor al queso y liberan el CO2, que, al escaparse, produce los agujeros y las burbujas típicos. 60.- ¿Qué diferencia hay entre el pan ácimo y el pan normal? Solución: Los panes ácimos eran los primeros panes, y consistían simplemente en una masa de harina y agua que no fermentaba. El pan normal se obtiene mezclando harina de cereales y agua y añadiendo la levadura Saccharomyces cerevisiae. Los enzimas de la harina convierten parte del almidón en glucosa, que fermenta rápidamente y produce CO2. Las burbujas de CO2 quedan atrapadas en el seno de la masa, lo que provoca un aumento de volumen. El alcohol que se produce durante la fermentación se destruye cuando se cuece el pan para inactivar la levadura y eliminar el agua. 61.- Cada vez es más frecuente la aparición de cepas bacterianas resistentes a antibióticos, especialmente a aquellos que se vienen usando desde antiguo. ¿Cómo piensas que consiguen las bacterias ser cada vez menos sensibles a los antibióticos? ¿Puede tener esto algo que ver con los constantes consejos médicos de no automedicarse? ¿Por qué? Solución: La aparición de cepas bacterianas que presentan resistencia a un determinado antibiótico se debe al desarrollo de cepas mutantes. El uso de los antibióticos provoca que las cepas resistentes se desarrollen más frecuentemente, por lo que es conveniente no abusar de ellos; de ahí la importancia de no automedicarse. La mayoría de los microorganismos, por no decir todos, son capaces de desarrollar resistencia a la acción de los antibióticos. El desarrollo de cepas resistentes a los antibióticos es un grave problema médico. Para evitar su aparición, debe tenerse en cuenta lo siguiente: Evitar el empleo irreflexivo de antibióticos cuando no sea de verdadera necesidad. Restringir la aplicación tópica de los antibióticos, que se usan frecuentemente en infecciones generalizadas. Administrar dosis adecuadas del antibiótico específico para dominar rápidamente la infección.

Aplicar un antibiótico diferente cuando el microorganismo se muestra resistente al utilizado en primer lugar. 62.- Explica la frase gran parte de la biotecnología radica en el poder transformador de las enzimas. Solución: Los enzimas son proteínas cuya fuente tradicional eran los vegetales y los animales, pero desde hace tiempo está aumentando su obtención a partir de microorganismos y actúan para fabricar el producto deseado, o son ellos mismos las sustancias de interés que se obtienen como producto de la fermentación. La producción de enzimas es un proceso muy importante en la industria química y en el sector alimentario. Las técnicas genéticas permiten seleccionar organismos superproductores de enzimas en condiciones controladas con nutrientes adecuados. Algunos de sus usos industriales son: Fabricación de detergentes biológicos. Industria alimentaria para bebés. Industria cervecera. Industria del cuero. Industria papelera. 63.- ¿Qué tipo de actividades engloba la biotecnología? ¿Con qué otras disciplinas está relacionada? Solución: La biotecnología engloba todas las actividades que tienen en común el aprovechamiento de las células de todos los organismos para producir sustancias útiles a la humanidad. La OCDE la define como la aplicación de procedimientos científicos y técnicas a la transformación de ciertas materias por agentes biológicos para producir bienes y servicios. Estos agentes biológicos son esencialmente microorganismos, células vegetales o animales, y enzimas. Antes de que se supiera de la existencia de microorganismos, el hombre los utilizaba para fabricar cerveza, vino, pan, queso, etc. La biotecnología está relacionada con disciplinas tales como la microbiología, la biología molecular y celular, la bioquímica, la genética, la inmunología, la química, la ingeniería industrial y la informática. 64.- ¿Qué son las llamadas PSC? ¿De dónde se extraen? ¿Qué sustancias contienen y para qué se utilizan? Solución: Las PSC son proteínas de una sola célula. Se extraen a partir de cianobacterias, levaduras, microalgas y hongos. Los productos de las PSC se utilizan tanto en la alimentación humana como en la animal, dado que aportan además cantidades significativas de glúcidos, vitaminas y minerales. Las espirulinas (cianobacterias) son especialmente ricas en aminoácidos esenciales y ácidos grasos poliinsaturados. En la actualidad se comercializan como un suplemento dietético en la llamada alimentación natural. La levadura seca es rica en proteínas y vitaminas del grupo B. Se utiliza como alimento para los animales de granja y como suplemento dietético en la alimentación humana. Las microalgas tienen un alto valor nutritivo; la proteína extraída de las algas es digerible hasta un 80% por los rumiantes. Se utiliza en la alimentación humana y animal. Los mohos (Fusarium graminearum) contienen una micoproteína (Quorn) que es un alimento para el consumo humano tan nutritivo como la carne, por su contenido en proteína y fibra. 65.- ¿Qué bacterias producen la conversión del etanol en ácido acético? ¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso? Solución: Las bacterias que llevan a cabo la transformación de etanol en ácido acético son eubacterias Gram negativas flageladas de los géneros Gluconobacter y Acetobacter. Gluconobacter solo es capaz de oxidar el etanol a acético, mientras que Acetobacter es además capaz de oxidar el ácido acético que produce, para dar dióxido de carbono y agua. Para que se produzca la transformación, las bacterias forman una fina película gelatinosa sobre la superficie del vino, alcohol destilado o sidra. 66.- ¿Qué procesos habría que seguir para fabricar una bebida como el whisky? Solución: Los procesos que habría que seguir para la fabricación del whisky son similares a los de la fabricación de la cerveza. La cerveza se elabora a partir de cereales que contienen almidón en sus granos. Las levaduras solo son capaces de fermentar monosacáridos de seis carbonos, por lo que es necesario que en primer lugar se produzca la hidrólisis del almidón. El cereal más empleado es la cebada, aunque también se utilizan el maíz y el arroz. Al germinar, sus semillas producen amilasas que rompen los enlaces del almidón, convirtiéndolo en glucosa. Por lo tanto, estas semillas han de ser malteadas (se humedecen, se dejan germinar y se secan). A continuación, se muele la cebada malteada con agua para liberar las amilasas. El extracto acuoso se separa del triturado sólido de los granos, se le añade el lúpulo y se cuece. El lúpulo dará el sabor a la cerveza e impedirá el crecimiento de bacterias. Al hervir la mezcla se desnaturalizan las amilasas. A esta mezcla se le añaden las levaduras, que producirán la fermentación entre los cinco y diez días siguientes. Después de la fermentación, se separa la levadura y se deja madurar la cerveza un tiempo determinado. Tras la pasteurización y filtración, ya podría ser bebida. En el caso del whisky, al ser una bebida con mayor graduación, tienen que producirse fermentaciones

posteriores, para que su contenido en alcohol sea mayor. 67.- Describe la importancia de la penicilina. Solución: La penicilina fue el primer antibiótico descubierto y el más conocido. En realidad, hay varias penicilinas en función del medio donde se cultiva el Penicillium que la sintetiza. Debido a su eficacia sobre una gran cantidad de bacterias Gram positivas, su aplicación terapeútica permitió la rápida y completa curación de la mayoría de las infecciones producidas por estafilococos, como faringitis estreptocócicas y neumonías neumocócicas, así como endocarditis bacterianas y meningitis meningocócicas. 68.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la vacuna de la hepatitis B humana? Solución: La ingeniería genética ha permitido obtener vacunas sin tener que utilizar virus vivos. La primera vacuna obtenida por esta técnica ha sido la de la hepatitis B humana. La vacuna se elabora transfiriendo un gen de un antígeno concreto de la superficie del virus a una levadura en donde este gen se expresa. Multiplicando la levadura en un fermentador se pueden fabricar grandes cantidades del antígeno puro, que, una vez aislado y purificado, se utiliza directamente como vacuna. 69.- ¿Cómo se dividen los microorganismos de interés industrial según los productos resultantes de sus conversiones biológicas? Solución: Las bacterias, levaduras y mohos son utilizados en unos tipos muy importantes de reacciones de interés industrial, que son las fermentaciones. Dichos microorganismos se clasifican en: a) Homofermentativos: cuando el resultado de su actuación es un único producto final. b) Heterofermentativos: como resultado de la fermentación se originan dos o más productos de interés. 70.- Define que es un organismo transgénico y explica el proceso de obtención de plantas transgénicas. Solución: Organismo transgénico es aquel que se desarrolla a partir de una célula en la que se ha introducido ADN procedente de otro ser vivo. Para poder obtener plantas transgénicas se realizan las siguientes operaciones: 1. Transformación. Se clona el gen deseado en un plásmido. El más utilizado es el Ti perteneciente a Agrobacterium tumefaciens, una bacteria que provoca agallas en las plantas. La infección lleva consigo la inserción del plásmido en el material genético de la célula vegetal. La cadena del plásmido contiene genes que inducen la producción de los tumores. Una vez eliminados estos genes e insertados los deseados, se provoca la infección y las células integran sin problemas la secuencia del plásmido que ya no es patógeno y que, en cambio, lleva la información que se le insertó por medio de la tecnología del ADN recombinante. 2. Regeneración. Las células del tejido transformado se cultivan in vitro hasta dar lugar a una nueva planta. Si todo ha salido bien, la nueva planta contiene el ADN insertado de forma estable y lo transmite a sus descendientes. 71.- La siguiente reacción corresponde a la conversión de un alcohol en un ácido. ¿Qué organismos la llevan a cabo? ¿Cuál es su aplicación desde el punto de vista industrial? CH3-CH2OH + O2 CH3-COOH + H2O. Solución: Esta reacción representa la transformación incompleta de etanol en ácido acético y agua. La llevan a cabo las bacterias del ácido acético. Dichas bacterias son eubacterias de los géneros Gluconobacter y Acetobacter, son bacilos Gram negativos flagelados. Gluconobacter solo es capaz de oxidar el etanol a acético, mientras que Acetobacter es además capaz de oxidar el ácido acético que produce, para dar dióxido de carbono y agua. Las bacterias del ácido acético también se utilizan en la conversión de la glucosa en ácido glucónico o en la transformación de polialcoholes en azúcares. 72.- ¿En qué consiste el malteado? Solución: El malteado es una técnica que se utiliza para la fabricación de bebidas alcohólicas, como la cerveza, utilizando un cereal que puede ser la cebada, el maíz o el arroz. Consiste en humedecer el grano y dejarlo germinar antes de secarlo para utilizarlo en forma de malta. En el estado de malta, el almidón aún se encuentra inalterado, por lo que es necesario moler la cebada malteada con agua para liberar las amilasas que degradarán el almidón a glucosa. De esta manera podrán actuar las levaduras que producirán la fermentación. 73.- ¿En qué consiste la metodología semisintética que se está utilizando en el trabajo con los antibióticos? Solución: La metodología semisintética consiste en la adición de nuevas cadenas laterales a las moléculas

producidas naturalmente en las fermentaciones. Con ello se logra mejorar la estabilidad de la sustancia, aumentar su potencia de acción, suprimir la posible toxicidad y aumentar el espectro de patógenos sensibles al antibiótico. Muchas bacterias que han adquirido resistencia a la penicilina son sensibles a las nuevas penicilinas semisintéticas. 74.- ¿Qué es la insulina? Existe alguna forma de obtenerla utilizando técnicas de ingeniería genética? Solución: La insulina es una proteína que permite que las células asimilen los glúcidos que circulan por la sangre tras ingerir alimentos. La insulina que se ha venido utilizando en la terapia de la diabetes melitus se extraía del páncreas de ganado vacuno o porcino. Esta insulina era algo diferente en su secuencia de aminoácidos de la insulina humana y, aunque controlaba básicamente la sintomatología diabética, presentaba efectos secundarios como el deterioro del riñón y de la retina. En otros casos producía reacciones alérgicas. Además, algunas personas tenían prejuicios en inyectarse insulina de origen animal. En la actualidad, las aplicaciones biotecnológicas de la ingeniería genética han permitido la modificación de bacterias para que fabriquen insulina, exactamente de la misma composición que la humana, mediante la introducción del gen correspondiente de las personas. La insulina fue la primera sustancia elaborada por estas técnicas en 1982. 75.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina. Solución: Obtención de animales transgénicos que suministren medicamentos (proteínas humanas) u órganos para transplantes (xenotransplantes). En cuanto a la producción de proteínas humanas, los trabajos están yendo en la línea de capacitar a las células de las mamas para que produzcan únicamente la proteína que se pretende y poderla extraer de la leche. En cuanto a los xenotransplantes, se han conseguido éxitos en el caso de transplantes de tejidos, e incluso transplantes de órganos. 76.- ¿Qué fases principales se distinguen en la obtención del queso? Solución: La obtención del queso comprende dos fases principales, que son: la formación de la cuajada y la maduración. La formación de la cuajada se realiza al incorporar a la leche un cultivo de bacterias, dejando incubar la mezcla un cierto tiempo. A continuación, se añade un enzima proteolítico (renina) para coagular las proteínas, lo que conlleva el que la leche se cuaje. Se separa el líquido resultante (suero) de la cuajada y, tras prensarla para expulsar el agua, se envuelve en una tela seca. La renina en la actualidad se sustituye por las bacterias lácticas, que son suficientes para cuajar la leche. La maduración de la cuajada se lleva a cabo por la acción de bacterias y mohos. Algunos quesos frescos no llegan a completar este proceso. 77.- La fabricación de la cerveza, igual que la del vino, se lleva a cabo gracias a la intervención de las levaduras. ¿Cuál es la levadura más utilizada para realizar estos procesos? Explica los pasos que hay que seguir para la elaboración de la cerveza. Solución: La más importante y la primera levadura utilizada en estos procesos es Saccharomyces cerevisiae. La cerveza se elabora a partir de cereales que contienen almidón en sus granos. Las levaduras solo son capaces de fermentar monosacáridos de seis carbonos, por lo que es necesario que en primer lugar se produzca la hidrólisis del almidón. El cereal más empleado es la cebada, aunque también se utilizan el maíz y el arroz. Al germinar sus semillas producen amilasas que rompen los enlaces del almidón, convirtiéndolo en glucosa. Por lo tanto, estas semillas han de ser malteadas (se humedecen, se dejan germinar y se secan). A continuación, se muele la cebada malteada con agua para liberar las amilasas. El extracto acuoso se separa del triturado sólido de los granos, se le añade el lúpulo y se cuece. El lúpulo dará el sabor a la cerveza e impedirá el crecimiento de bacterias. Al hervir la mezcla se desnaturalizan las amilasas. A esta mezcla se añaden las levaduras, que producirán la fermentación entre los cinco y diez días siguientes. Después de la fermentación, se separa la levadura y se deja madurar la cerveza un tiempo determinado. Tras la pasteurización y filtración, ya podría ser bebida. 78.- ¿Cuál es la naturaleza química de los antibióticos? ¿Cuál es el principio de toxicidad selectiva? Solución: La naturaleza química de los antibióticos es muy variada. Químicamente pueden ser glucósidos, polipéptidos o compuestos aromáticos complejos. Algunos son capaces de bloquear casi todas las fases del ciclo vital de una bacteria, otros solamente un proceso concreto. Solo unos pocos tienen actividad antifúngica. A pesar de la diversidad de estructuras químicas y de acción, todos cumplen el principio de toxicidad selectiva, formulado por P. Ehrlich a principios de siglo. Según él, un agente quimioterapeútico eficaz no debe afectar a los tejidos

humanos, y sí ser tóxico para el agente infectante. 79.- ¿Qué bacteria se utiliza habitualmente en ingeniería genética como huésped de un plásmido recombinante? ¿Qué fármacos importantes se pueden obtener de esta manera? Solución: La eubacteria que se utiliza habitualmente como huésped del plásmido es Escherichia coli. Los fármacos más importantes obtenidos de esta manera que se utilizan en medicina son: la insulina y la hormona del crecimiento humanas, la eritropoyetina, la uroquinasa, determinadas vacunas como la de la hepatitis B, los interferones alfa y beta, algunas proteínas plasmáticas y los anticuerpos monoclonales. 80.- Aplicaciones de la ingeniería genética en el campo de la medicina. Solución: Obtención de animales transgénicos que suministren medicamentos (proteínas humanas) u órganos para transplantes (xenotransplantes). En cuanto a la producción de proteínas humanas, los trabajos están yendo en la línea de capacitar a las células de las mamas para que produzcan únicamente la proteína que se pretende y poderla extraer de la leche. En cuanto a los xenotransplantes, se han conseguido éxitos en el caso de transplantes de tejidos, e incluso transplantes de órganos. 81.- ¿Cómo se elabora mediante técnicas de ingeniería genética la vacuna de la hepatitis B humana? Solución: La ingeniería genética ha permitido obtener vacunas sin tener que utilizar virus vivos. La primera vacuna obtenida por esta técnica ha sido la de la hepatitis B humana. La vacuna se elabora transfiriendo un gen de un antígeno concreto de la superficie del virus a una levadura en donde este gen se expresa. Multiplicando la levadura en un fermentador se pueden fabricar grandes cantidades del antígeno puro, que, una vez aislado y purificado, se utiliza directamente como vacuna.

PREGUNTAS RESUELTAS. METABOLISMO PREGUNTAS RESUELTAS. METABOLISMO

1.- Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo. 2.- ¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente? 3.- ¿Cómo se forma el ATP en las células? 4.- Principales mecanismos de la regulación metabólica. 5.- ¿Qué son las rutas metabólicas? 6.- ¿A qué se llama sistema termodinámico? Señala los principales sistemas termodinámicos que conozcas. 7.- ¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como transportadores de electrones en el metabolismo? 8.- Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos metabólicos que ocurren en ellos. 9.- ¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de carbono que utilizan? 10.- ¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el metabolismo y qué papel desempeñan? 11.- ¿Qué condiciones debe cumplir la regulación metabólica? 12.- ¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende? 13.- Enuncia los dos principios fundamentales de la termodinámica.

14.- ¿Qué características tienen en común los intermediarios transportadores que intervienen en el metabolismo? 15.- ¿Qué ventajas representa la compartimentación celular en el metabolismo? 16.- Según cual sea la fuente de energía que utilicen, ¿cuántos tipos de células se pueden diferenciar? Pon algún ejemplo. 17.- La glucosa-1-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato en dos reacciones sucesivas: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato. glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato. Sabiendo que la variación de la energía libre es la siguiente: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -1,7 Kcal/mol. fructosa-6-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -0,4 Kcal/mol. Determina el valor del Go' para la reacción global e indica si esta reacción es endergónica o exergónica. 18.- ¿Cuál es la composición del ATP? ¿A qué debe su papel de intermediario energético? 19.- ¿Qué es el recambio metabólico? 20.- ¿Qué diferencia existe entre un organismo aerobio y uno anaerobio? ¿Cuál obtiene mayor cantidad de energía? 21.- Describe la vía glucolítica. 22.- Además de la glucosa, ¿qué otras moléculas de naturaleza glucídica entran a formar parte del catabolismo para la obtención de energía? 23.- ¿Qué relación existe entre el intercambio de gases y la respiración? 24.- Explica cómo la ruta de degradación de los aminoácidos se encontrará con el intermediario central en el metabolismo, esto es, con el acetil-CoA. 25.- ¿Qué relación existe entre el ciclo de Krebs y la Glucólisis? 26.- ¿A qué proceso corresponde este esquema? Realiza su interpretación, indicando balance energético y orgánulo en el que tiene lugar el proceso. 27.- ¿En qué proceso obtiene una célula más energía a partir de una molécula de glucosa, en la respiración o en la fermentación? Razona la respuesta. 28.- Diferencia entre organismos anaerobios estrictos y anaerobios facultativos. 29.- ¿En qué tipo de proceso interviene la lactato deshidrogenasa? ¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso? 30.- ¿Qué disacáridos importantes son utilizados por las células para obtener energía? 31.- Explica de manera general cómo se lleva a cabo la respiración celular. 32.- ¿Qué es un proceso de -oxidación? 33.- ¿Qué función tiene la cadena de transporte electrónico en la mitocondria? ¿En qué lugar de la mitocondria se localiza físicamente? 34.- Razona el rendimiento energético, en forma de número de moléculas de ATP, producido por la degradación total de una molécula de glucosa. 35.- Define respiración celular y fermentación. ¿Tienen alguna fase en común? 36.- Realiza el balance energético de la glucólisis, su localización celular y el destino del ácido pirúvico formado.

37.- ¿A qué se denomina fosforólisis? ¿Qué enzimas intervienen en este proceso y cómo se lleva a cabo? 38.- ¿Qué importante ruta metabólica se inicia con la condensación del acetato y el oxalacetato? ¿De dónde proviene fundamentalmente el acetato? ¿Dónde tiene lugar esta ruta metabólica? 39.- El monóxido de carbono es un poderoso inhibidor de la citocromo-oxidasa, complejo enzimático de la cadena respiratoria mitocondrial. ¿Qué efectos puede tener la intoxicación con monóxido de carbono sobre el consumo de O2 en la mitocondria? ¿Y sobre la producción de ATP? Razona la respuesta. 40.- ¿Qué sistemas de lanzaderas existen para que el NADH penetre en la matriz mitocondrial desde el citosol? 41.- ¿Qué es el catabolismo? ¿Qué tipos de catabolismo se distinguen según el grado de oxidación? 42.- Describe la fermentación alcohólica y representa la reacción global resumida. Indica algún organismo responsable de dicha fermentación. ¿Qué productos se obtienen de ella? 43.- ¿Cómo se incorporan el almidón y el glucógeno a la glucólisis? 44.- ¿En qué consiste la respiración celular desde el punto de vista metabólico? ¿Qué células la llevan a cabo y en qué lugar de la célula se produce? 45.- Explica, de forma razonada, el balance energético del catabolismo del siguiente compuesto: CH3-(CH2)14COOH. 46.- ¿Cuál es el papel del ciclo de Krebs en el metabolismo celular? 47.- ¿En qué consiste la fosforilación oxidativa? 48.- A continuación aparecen algunas reacciones generales de varios procesos metabólicos. Indica a qué rutas metabólicas corresponde cada reacción. A) Glucosa + O2 CO2 + H2O + ATP. B) Ácido graso + O2 CO2 + H2O + ATP. C) Glucosa Alcohol etílico + CO2 + ATP 49.- ¿En qué fases se divide la respiración celular? Explica qué ocurre en cada una de ellas. 50.- ¿De qué formas se elimina el amonio, tóxico para el organismo, proveniente del catabolismo de los aminoácidos? 51.- ¿El ácido pirúvico ingresa directamente en el ciclo de Krebs? Razona la respuesta. 52.- ¿Cómo ocurre la transferencia de electrones desde el NADH al O2? Explícalo ayudándote de un esquema. 53.- ¿Cómo se produce la regulación del proceso respiratorio? 54.- ¿En qué fases se divide la fotosíntesis? Indica su localización celular. 55.- ¿Cómo se sintetiza el ATP durante la fase lumínica de la fotosíntesis? 56.- Fase oscura de la fotosíntesis:a) ¿Cuántas moléculas de NADPH y de ATP son necesarias para sintetizar una molécula de glucosa? b) Señala las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utiliza el NADPH y el ATP.c) Formula la ecuación general de la fase oscura de la fotosíntesis para la formación de una molécula de glucosa. 57.- Justifica las siguientes afirmaciones:a) Las plantas C4 presentan menos pérdidas por fotorrespiración y un crecimiento más rápido que las plantas C3. b) La alternativa C4 necesita más energía para fijar el CO2 que la C3. 58.- ¿Qué es la quimiosíntesis? Explica sus fases. 59.- ¿De dónde procede el oxígeno desprendido en la fotosíntesis? ¿Cómo demostrarías experimentalmente este

hecho? 60.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la fase lumínica de la fotosíntesis: a) Enumera las diferencias entre el transporte de electrones cíclico y el no cíclico. b) ¿En qué circunstancias metabólicas se produce el transporte cíclico de electrones? c) Justifica el número de fotones necesarios para liberar una molécula de oxígeno a la atmósfera. 61.- Justifica la obtención neta de una molécula de glucosa a través de las etapas del ciclo de Calvin. 62.- La temperatura es un factor que influye en la actividad de la ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa desviando su actividad hacia la oxidación de la ribulosa. ¿Qué mecanismos han desarrollado las plantas de climas cálidos para evitar las pérdidas por fotorrespiración? 63.- ¿De qué forma obtienen la energía los organismos fotosintéticos? ¿Qué diferencias existen entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis? 64.- ¿Qué características definen a los organismos quimiosintéticos? 65.- Contesta las siguientes cuestiones relacionadas con la fotosíntesis: a) Escribe la ecuación general. b) Indica qué moléculas actúan de dador y cuáles de aceptor de electrones. c) ¿Es directa la reacción de óxido-reducción, tal como se representa en la ecuación general? d) Explica la procedencia del O2 liberado en el proceso. e) ¿La fotosíntesis es un proceso espontáneo o requiere aporte de energía? 66.- ¿Qué es un fotosistema? Explica su funcionamiento e indica su localización celular. 67.- Fase lumínica de la fotosíntesis: a) Explica la procedencia de la energía necesaria para el desarrollo del ciclo de Calvin. b) Explica las fases en las que se divide en proceso. 68.- Define fotorrespiración y explica cómo actúa la enzima rubisco (ribulosa1,5 difosfato carboxilasa) en el proceso. 69.- Define los siguientes términos: a) Organismo quimiolitótrofo. b) Organismo fotolitótrofo. c) Quimiosíntesis. d) Fotosíntesis. 70.- ¿Qué función realizan los organismos quimiosintéticos en la naturaleza? Señala algún ejemplo. 71.- Define los siguientes términos: Organismo autótrofo. Organismo fotosintético. Organismo quimiosintético. Fotosíntesis. 72.- Explica las características de las moléculas implicadas en la captación de la luz durante la fotosíntesis. 73.- Indica las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utilizan el NADPH y el ATP sintetizados durante la fase lumínica. 74.- Explica cómo influyen los siguientes factores en el rendimiento de la fotosíntesis: a) Concentración de CO2 b) Concentración de O2. c) Temperatura. 75.- Define quimiosíntesis y representa el proceso en un esquema. 76.- Explica la importancia de las bacterias nitrificantes en los ciclos biogeoquímicos. 77.- Escribe la ecuación general de la fotosíntesis y analiza las diferencias con la respiración celular. 78.- Explica cómo se produce el transporte de electrones desde el H2O hasta el NADP durante la fase lumínica de la fotosíntesis, e indica la ecuación general del proceso. 79.- ¿Cómo se produce la fijación del CO2?, ¿en qué lugar del cloroplasto se produce? ¿Qué enzima cataliza el

proceso? 80.- ¿Qué factores favorecen la fotorrespiración? 81.- La quimiosíntesis: a) Explica el concepto de quimosíntesis. b) Pon un ejemplo de bacteria quimiosintética y describe la reacción mediante la cual obtiene la energía. 82.- Justifica por qué el metabolismo quimiosintético se considera una forma metabólica evolucionada.

Soluciones

1.- Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo. Solución: El anabolismo y el catabolismo constituyen los dos tipos de procesos que se dan en el metabolismo; las principales diferencias que presentan son las siguientes: El catabolismo es la fase destructiva del metabolismo. Comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales moléculas orgánicas más o menos complejas se degradan, transformándose en otras moléculas más sencillas. El anabolismo es, por el contrario, la fase constructiva del metabolismo; comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de moléculas sencillas se obtienen otras moléculas más complejas. En los procesos catabólicos se libera energía, que se almacena en forma de ATP, mientras que en los procesos anabólicos se requiere un aporte energético, que se obtiene de la hidrólisis del ATP. Mediante los procesos catabólicos compuestos reducidos se transforman en otras moléculas más oxidadas; por consiguiente, los procesos catabólicos son procesos oxidativos. Por el contrario, los procesos anabólicos son procesos reductores a través de los cuales moléculas oxidadas se transforman en otras más reducidas. 2.- ¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente? Solución: Lo que permite predecir que una reacción transcurra espontáneamente o no es la variación de la energía libre ( G). Si G < 0, la reacción es exergónica y transcurre espontáneamente. Si G > 0, la reacción es endergónica y no transcurre espontáneamente; ocurrirá en sentido contrario. Si G = 0, el sistema está en equilibrio y no hay cambios. 3.- ¿Cómo se forma el ATP en las células? Solución: El ATP se forma al unirse al ADP una molécula de fosfato; este proceso se denomina fosforilación. Este es un proceso endergónico, no espontáneo, que requiere un aporte energético para producirse. Ocurre en el interior de las células acoplado a procesos muy exergónicos. ADP + Pi + Energía ATP + H2O Existen dos mecanismos para sintetizar el ATP: la fosforilación a nivel de sustrato y la fosforilación debida al transporte de electrones. Fosforilación a nivel de sustrato: Este proceso consiste en transferir un grupo fosfato de alta energía desde una molécula fosforilada hasta el ADP, formándose ATP. En este proceso se aprovecha la energía que se libera al hidrolizarse el grupo fosfato de la molécula fosforilada, para transferir dicho grupo fosfato al ADP y formar ATP. Este tipo de fosforilación se da en la glucólisis y, también, en alguna de las etapas del ciclo de Krebs. Fosforilación debida al transporte de electrones: En este caso, la fosforilación del ADP para formar ATP se realiza gracias a la energía que se libera al transportar electrones a través de una serie de proteínas situadas en la membrana mitocondrial o en la de los cloroplastos. Esta energía es aprovechada por el complejo enzimático ATPsintetasa para fosforilar el ADP y formar ATP. Existen dos procesos de este tipo: la fosforilación oxidativa ocurre en las mitocondrias, y la fotofosforilación tiene lugar en los cloroplastos. 4.- Principales mecanismos de la regulación metabólica. Solución: La regulación del metabolismo celular se produce principalmente a tres niveles que son los siguientes: Controlando la cantidad de los enzimas. Los enzimas, al igual que otras moléculas celulares, sufren recambio metabólico y, por consiguiente, se degradan y se sintetizan continuamente. Esto permite regular la cantidad de un enzima que hay en un momento dado. La velocidad de síntesis enzimática dependerá de la velocidad de

transcripción del gen que la codifica. Controlando la actividad enzimática. Los organismos disponen de varios mecanismos para modificar la actividad enzimática. Uno de los más importantes es la regulación por retroinhibición. En este mecanismo intervienen los enzimas alostéricos, los cuales catalizan reacciones que están localizadas en puntos clave de una ruta metabólica, como puede ser la primera reacción de una ruta metabólica o el punto de ramificación de una ruta. En este tipo de control, el producto final de la ruta actúa como inhibidor del enzima alostérico. Otros mecanismos de regulación son: la regulación por isoenzimas y la regulación por modificación covalente reversible del enzima. Controlando la cantidad de sustrato. Otro mecanismo que permite regular el metabolismo es controlar la cantidad de sustrato que llega al interior de un orgánulo a través de la membrana. 5.- ¿Qué son las rutas metabólicas? Solución: Se denomina ruta metabólica a una secuencia de reacciones encadenadas en las que el producto de una de ellas es el sustrato de la siguiente. Cada una de las reacciones de una ruta está catalizada por un enzima específico. Las rutas metabólicas pueden ser de muchos tipos: Lineales: el sustrato inicial no coincide con el producto de la última reacción. Un ejemplo de estas rutas lo constituye la glucólisis Cíclicas: el sustrato inicial coincide con el producto de la última reacción. Un ejemplo es el ciclo de Krebs. Atendiendo al tipo de proceso metabólico, las rutas pueden ser: anabólicas, como el ciclo de Calvin, y catabólicas, como las fermentaciones. Las rutas metabólicas no suelen estar aisladas, sino que suelen conectar unas con otras, formando redes complejas. A los compuestos intermedios que intervienen en una ruta metabólica se los denomina metabolitos. Un ejemplo: el ácido cítrico en el ciclo de Krebs o el fosfoenolpirúvico en la glucólisis. Hay rutas que pueden ser catabólicas y anabólicas, a estas se las denomina anfibólicas; el ejemplo más característico lo constituye el ciclo de Krebs. En el metabolismo hay rutas centrales donde confluyen otras rutas metabólicas. Un ejemplo es el ciclo de Krebs. 6.- ¿A qué se llama sistema termodinámico? Señala los principales sistemas termodinámicos que conozcas. Solución: Un sistema termodinámico es cualquier región macroscópica del universo, formada por el conjunto de materia en estudio, que se separa del resto mediante una superficie cerrada denominada superficie termodinámica. Principalmente, se diferencian tres tipos de sistemas: Sistema cerrado. Un sistema es cerrado cuando puede intercambiar energía con el entorno, pero no materia. Sistema abierto. Un sistema es abierto cuando puede intercambiar materia y energía con el entorno. Sistema aislado. Un sistema es aislado cuando no intercambia ni materia ni energía con el entorno. Sistema adiabático. Un sistema es adiabático cuando no intercambia materia ni energía en forma de calor con el entorno, pero sí intercambia energía en forma de trabajo. 7.- ¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como transportadores de electrones en el metabolismo? Solución: En el metabolismo los procesos de óxido-reducción tienen una enorme importancia; muchas de las reacciones catabólicas son reacciones de oxidación, en las que se liberan electrones, mientras que muchas de las reacciones anabólicas son reductoras, en las que se requieren electrones. En los procesos biológicos de óxidoreducción, la pérdida y ganancia de electrones suele ir acompañada de pérdida y ganancia de H+, por lo que estos procesos son deshidrogenaciones e hidrogenaciones. Los electrones, desprendidos en las oxidaciones catabólicas, son recogidos por un coenzima y transportados, a veces, hasta procesos anabólicos reductores donde se requieren. En otras ocasiones son encaminados hasta una cadena transportadora (cadena respiratoria) que los conducirá hasta el O2, que será su aceptor final. Los coenzimas que se encargan de recoger y transportar los electrones que se liberan en las oxidaciones metabólicas son: NAD+, NADP+ y FAD. Los tres son dinucleótidos de adenina. Estos coenzimas se reducen al captar los electrones y, posteriormente, cuando los ceden, se regeneran y se oxidan de nuevo. NAD+ (nicotinamín adenín dinucleótido). Está formado por dos ribonucleótidos: el de la adenina y el que tiene por base la nicotinamida (vitamina PP). En las oxidaciones en las que interviene este coenzima, el sustrato pierde dos electrones y dos protones; los dos e-; junto con un H+ se unen al NAD+ y se forma NADH, mientras que el otro H+ queda en el medio; por ello, la forma reducida de este coenzima se debe escribir NADH+H+ aunque también está permitido NADH. Este coenzima suele intervenir en reacciones de deshidrogenación de alcoholes. La forma reducida (NADH) suele ceder los electrones a una cadena de transporte de e- que los hará llegar hasta el oxígeno. En este transporte se forma ATP. NADP+ (nicotinamín adenín dinucleótido fosfato). Es similar al NAD+, salvo que en el carbono 3 de la ribosa del nucleótido de la adenina lleva un grupo fosfato. La forma reducida (NADPH) actúa aportando electrones en los procesos de biosíntesis

(anabólicos). FAD (flavín adenín dinucleótido). Está formado por dos ribonucleótidos: el de la riboflavina (vitamina B2) y el de la adenina. Interviene en reacciones de deshidrogenación con formación de enlaces dobles. Su forma reducida (FADH2), al igual que el NADH, cede los electrones a una cadena transportadora de estos que los lleva hasta el O2; en este transporte se forma ATP. 8.- Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos metabólicos que ocurren en ellos. Solución: Mitocondrias. Los procesos metabólicos que ocurren son: ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, transporte electrónico y fosforilación oxidativa, -oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen, descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. Cloroplasto. El proceso metabólico que ocurre es la fotosíntesis (fase luminosa y oscura). Hialoplasma. Algunos de los procesos que ocurren son: la glucólisis, muchas etapas de la gluconeogénesis, síntesis de ácidos grasos, síntesis de algunos aminoácidos, síntesis de nucleótidos, etc. Núcleo. Los principales procesos metabólicos son: la replicación del ADN y la transcripción del ADN para formar ARN. Retículo endoplasmático. Los procesos que ocurren son: síntesis de lípidos, síntesis de esteroides, etc. 9.- ¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de carbono que utilizan? Solución: Además de energía, las células necesitan una fuente de carbono para poder construir las moléculas que la forman. Según cual sea esta fuente de carbono que utilicen, podemos dividir las células en dos grandes grupos: autótrofas y heterótrofas. Autótrofas: son células que utilizan el CO2 atmosférico como fuente de carbono para construir sus moléculas orgánicas. A este grupo pertenecen las células fotótrofas, entre las que se encuentran muchas de las células vegetales que realizan la fotosíntesis, y también las quimiosintéticas, que realizan el proceso de quimiosíntesis, entre las que se encuentran bacterias como, por ejemplo, las bacterias incoloras del azufre. Heterótrofas son células que utilizan como fuente de carbono las moléculas orgánicas. A este grupo pertenecen las células animales, las de los hongos, etc. Estas células utilizan los compuestos orgánicos no solo como fuente de carbono, sino también como fuente de energía, por ello se las denomina quimioheterótrofas. 10.- ¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el metabolismo y qué papel desempeñan? Solución: En el metabolismo intervienen una serie de intermediarios cuyo papel es el de transportar electrones, energía y otros grupos químicos activados desde unos procesos donde se desprenden hasta otros en los que se requieren. Los principales intermediarios son: ATP (adenosín trifosfato): actúa como intermediario energético, transfiriendo energía desde unos procesos en los que se desprende (procesos catabólicos) hasta otros procesos en los que se requiere (procesos anabólicos). Aunque el ATP es el compuesto que más se utiliza en la transferencia de energía, no es el único; hay otros nucleótidos que también se emplean, como el GTP o el UTP. Dinucleótidos de adenina: entre los cuales destacan principalmente: el NAD+, el NADP+ y el FAD. Estos coenzimas actúan transfiriendo electrones e hidrogeniones desde los procesos en los que se desprenden hasta los procesos en los que se requieren. Al captar los electrones y los protones que se desprenden en los procesos catabólicos de oxidación, se reducen y, posteriormente, cuando los ceden, se oxidan. Coenzima A: actúa transportando cadenas hidrocarbonadas y, más concretamente, radicales de ácidos orgánicos (acilos). El radical acilo se une mediante un enlace tioéster con el azufre del grupo sulfhidrilo del CoA; este enlace es de alta energía, y su hidrólisis es muy exergónica. 11.- ¿Qué condiciones debe cumplir la regulación metabólica? Solución: En las células se producen simultáneamente una enorme cantidad de reacciones metabólicas (anabólicas y catabólicas), que están catalizadas por diferentes enzimas. Estas reacciones están organizadas en rutas metabólicas. Cada una de estas rutas posee uno o varios puntos de control, que se encargan de asegurar las necesidades que en cada instante posee la célula. La regulación debe cumplir dos condiciones: Debe ajustarse a las necesidades de la célula en cada instante. La célula produce la energía, las macromoléculas y los eslabones estructurales que necesita en cada momento, con independencia de la abundancia en el medio. Es decir, lo que determina la velocidad del catabolismo es la necesidad de ATP. Debe ser flexible con las variaciones de nutrientes que presenta el medio en diferentes momentos. 12.- ¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende? Solución: El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en las células y mediante las cuales se transforman los nutrientes que llegan a ellas desde el exterior. El metabolismo tiene dos finalidades: Que

la célula obtenga energía química utilizable, que se almacena en forma de ATP. Que la célula fabrique a partir de esos nutrientes sus propios compuestos, que serán utilizados para fabricar sus estructuras celulares o para almacenarlos como reserva. Por consiguiente, dentro del metabolismo se diferencian dos tipos de procesos: el anabolismo y el catabolismo. El catabolismo comprende la fase destructiva del metabolismo. Consiste en la oxidación de moléculas orgánicas reducidas, que se convierten en otras más simples y oxidadas. Estas transformaciones desprenden energía, recogida en moléculas intermediarias de energía como el ATP, o en forma de poder reductor en moléculas transportadoras de electrones (NADH, NADPH). El anabolismo es la fase constructiva del metabolismo; mediante él se sintetizan moléculas orgánicas. Esta síntesis se realiza a partir de moléculas simples y oxidadas, que se reducen utilizando la energía del ATP y el poder reductor (NADH, NADPH) que se obtuvieron en el catabolismo. 13.- Enuncia los dos principios fundamentales de la termodinámica. Solución: Los dos principios de la termodinámica son: El primer principio de la termodinámica es el principio de la conservación de la energía. Este principio establece que la energía puede ser convertida de una forma a otra, pero no se puede crear o destruir. En otras palabras: la energía total del universo es constante. El segundo principio de la termodinámica es el aumento de la entropía. Este principio establece que la entropía del universo se incrementa en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio. Como universo = sistema + entorno, para cualquier proceso el cambio de entropía del universo es la suma de los cambios de entropía del sistema y de su entorno. Matemáticamente este principio se puede expresar de la siguiente forma: Suniv. = Ssist. + Sent. Si el proceso es espontáneo Suniv 0, para un proceso en equilibrio Suniv = 0 14.- ¿Qué características tienen en común los intermediarios transportadores que intervienen en el metabolismo? Solución: Todos los intermediarios transportadores que intervienen en el metabolismo presentan una serie de características comunes, entre las cuales destacan las siguientes: Ocupan un papel central en el metabolismo. Son muy versátiles e intervienen en numerosas reacciones químicas metabólicas. Son comunes a todos los organismos vivos. Son todos ribonucleótidos de adenina. Es probable que su origen se encuentre en los comienzos de la vida; posiblemente deriven de las primeras moléculas con capacidad catalítica y de duplicación: las ribozimas (ARN). Debido a su eficacia y versatilidad, se han mantenido como coenzimas de los enzimas actuales (proteínas). 15.- ¿Qué ventajas representa la compartimentación celular en el metabolismo? Solución: La compartimentación celular se presenta en las células eucariotas, no así en las procariotas, en las que no hay orgánulos membranosos diferenciados. En las células eucariotas la existencia de sistemas de endomembranas permite compartimentar en múltiples cavidades el volumen celular, con ello se logra que las numerosas reacciones metabólicas, que se producen continuamente, y los enzimas que las catalizan no se interfieran entre sí, teniendo cada una un lugar específico de acción. La compartimentación es ventajosa, ya que permite separar rutas metabólicas, algunas de ellas incompatibles, lo que favorece su control. Así por ejemplo, una célula puede realizar al mismo tiempo la oxidación de ácidos grasos de cadena larga hasta acetil, y el proceso inverso de reducción del acetil para formar ácidos grasos de cadena larga. Estos procesos, que son químicamente incompatibles, se pueden realizar porque ocurren en diferentes lugares de la célula: la oxidación en las mitocondrias y la reducción en el hialoplasma. En las células eucariotas los distintos orgánulos celulares (mitocondrias, núcleo, lisosomas, etc) pueden ser considerados como compartimentos especializados, donde se encuentran confinados enzimas relacionados funcionalmente, que realizan tareas específicas. 16.- Según cual sea la fuente de energía que utilicen, ¿cuántos tipos de células se pueden diferenciar? Pon algún ejemplo. Solución: Atendiendo a la fuente de energía que utilicen las células, las podemos dividir en dos grupos: fototrofas y quimiotrofas. Fotótrofas son aquellas células que utilizan como fuente de energía la luz solar y la transforman en energía química. A este grupo pertenecen muchas de las células vegetales, aquellas que realizan la fotosíntesis. Quimiótrofas son las que utilizan como fuente de energía la energía química que se desprende de la oxidación de compuestos químicos. Algunas la obtienen de la oxidación de compuestos inorgánicos, esto es lo que hacen las bacterias quimiosintéticas (bacterias del nitrógeno). Otras, como las células animales, obtienen la energía mediante la oxidación de compuestos orgánicos.

17.- La glucosa-1-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato en dos reacciones sucesivas: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato. glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato. Sabiendo que la variación de la energía libre es la siguiente: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -1,7 Kcal/mol. fructosa-6-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -0,4 Kcal/mol. Determina el valor del Go' para la reacción global e indica si esta reacción es endergónica o exergónica. Solución: Estas dos reacciones están acopladas a través de la glucosa-6-fosfato, que es el intermediario común. Por lo tanto, para calcular la variación global de la energía libre, se suman. Así, tendremos: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato Go'= -1,7 Kcal/mol glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato Go'= +0,4 Kcal/mol Sumando estas dos, obtenemos: glucosa-1-fosfato fructosa-6-fosfato Go'= -1,3 Kcal/mol Como la variación de la energía libre es menor que 0, el proceso de forma global es exergónico y transcurre espontáneamente. 18.- ¿Cuál es la composición del ATP? ¿A qué debe su papel de intermediario energético? Solución: El ATP o adenosín trifosfato es un ribonucleótido de adenina que tiene tres moléculas de fosfato. Por consiguiente, está formado por: una molécula de adenina, una molécula de ribosa ( -D-Ribofuranosa) y tres moléculas de fosfato. La adenina se une con la ribosa mediante un enlace N-glucosídico que se establece entre el carbono 1 de la ribosa y el nitrógeno 9 de la adenina. La primera molécula de fosfato se une mediante un enlace éster con el carbono 5 de la ribosa, las otras dos moléculas de fosfato se unen entre sí y con la molécula de fosfato anterior mediante unos enlaces especiales denominados enlaces ácido-anhídrido. Los enlaces ácido-anhídrido, que unen entre sí las moléculas de fosfato, son enlaces de alta energía. Esto significa que para formarse se requiere mucha energía, y cuando se hidrolizan igualmente liberan mucha energía. En esto se fundamenta el papel de intermediario energético que realiza el ATP; en la creación y destrucción de estos enlaces. El ATP almacena energía en los enlaces que unen entre sí a los grupos fosfato, especialmente el que une el 2 y el 3er fosfato. Mediante la hidrólisis, que es un proceso espontáneo, se rompe este enlace y se libera energía, permitiendo que pueda actuar acoplada a procesos endergónicos que no serían posibles sin un aporte energético. Posteriormente, el ATP se regenera mediante la fosforilación del ADP, en el que se requiere un aporte energético. 19.- ¿Qué es el recambio metabólico? Solución: Es la renovación continua de todos los componentes celulares; las moléculas que forman estos componentes se degradan y son sustituidas por otras nuevas que se sintetizan. El recambio metabólico fue observado por primera vez en 1930 por Schenheimer, gracias al método de los trazadores isotópicos. Hasta entonces se creía que, una vez que los componentes celulares se habían formado, permanecían intactos y estables durante todo el ciclo celular. El recambio metabólico es necesario para que no se paralice la actividad vital, y permite controlar el nivel de cada sustancia en cada momento. La velocidad de síntesis y de degradación es equilibrada para compuestos que se presentan en concentración constante. El recambio metabólico es notable en células o tejidos que se adaptan rápidamente a cambios de composición química en sus elementos nutritivos, tales como el hígado, la mucosa intestinal, etc. 20.- ¿Qué diferencia existe entre un organismo aerobio y uno anaerobio? ¿Cuál obtiene mayor cantidad de energía? Solución: El organismo aerobio utiliza el oxígeno molecular como último aceptor de electrones. La oxidación de la molécula se puede considerar completa. Los productos resultantes son CO2, H2O y sustancias minerales que carecen de energía. Por ello, en la respiración aerobia es donde más energía se desprende. El organismo anaerobio emplea otras moléculas aceptoras. La oxidación es parcial e incompleta. 21.- Describe la vía glucolítica. Solución: La glucólisis es un conjunto de reacciones anaeróbicas que degradan la glucosa (6C), transformándola en dos moléculas de ácido pirúvico. Es utilizada por casi todas las células como medio para obtener energía. Cualquiera que sea la fuente de glucosa utilizada, el resultado final será la obtención de ácido pirúvico, ATP y NADH. Las reacciones que se producen tienen lugar en dos etapas sucesivas: 1. La glucosa, tras su activación y transformación en otras hexosas, se descompone en dos moléculas de 3 átomos de C, gliceraldehído-3-fosfato. Para ello se necesita la energía aportada por dos moléculas de ATP. 2. Las dos moléculas de gliceraldehído-3fosfato se oxidan después, a través de una serie de reacciones, hasta rendir dos moléculas de ácido pirúvico. En esta oxidación se necesita como coenzima el NAD+, que se reduce a NADH. Asimismo, la energía liberada en el

proceso es utilizada para fabricar cuatro moléculas de ATP. 22.- Además de la glucosa, ¿qué otras moléculas de naturaleza glucídica entran a formar parte del catabolismo para la obtención de energía? Solución: Aunque la glucosa sea el monosacárido más utilizado por las células para obtener energía, otros glúcidos también desembocarán en la glucólisis. Entre los monosacáridos, destacan la fructosa y la galactosa, que serán transformados para entrar en la glucólisis. Entre los disacáridos, la sacarosa (azúcar común) y la lactosa (azúcar de la leche), que serán hidrolizados hasta sus componentes monosacáridos. Y entre los polisacáridos, el almidón y el glucógeno, que constituyen sustancias de reserva en los vegetales y animales, respectivamente. 23.- ¿Qué relación existe entre el intercambio de gases y la respiración? Solución: El intercambio de gases es el proceso que lleva a cabo el organismo captando el oxígeno del aire (o disuelto en agua) y eliminando CO2. La finalidad del intercambio de gases es proporcionar oxígeno molecular a las células y eliminar el CO2 producto de su actividad. La respiración tiene como finalidad obtener energía mediante la combustión de moléculas orgánicas, las cuales son oxidadas hasta CO2 y H2O. 24.- Explica cómo la ruta de degradación de los aminoácidos se encontrará con el intermediario central en el metabolismo, esto es, con el acetil-CoA. Solución: Una vez constituidas las proteínas necesarias, los aminoácidos sobrantes se degradan por diferentes rutas. Estas rutas confluyen en el ciclo de Krebs. El grupo amino se transfiere a otras moléculas. En el hígado de los mamíferos, las transaminasas transfieren el grupo amino a un cetoácido, el -cetoglutárico. Se forma el ácido glutámico que se desaminará produciendo amonio. 25.- ¿Qué relación existe entre el ciclo de Krebs y la Glucólisis? Solución: La glucólisis constituye una primera fase en la degradación de la glucosa. Su balance es 2 moléculas de pirúvico, 2 ATP y 2 NADH por molécula de glucosa. Ahora bien, el pirúvico sigue siendo materia orgánica que puede ser oxidada y transformada en materia inorgánica (CO2). Esta transformación ocurre en la ruta metabólica denominada ciclo de Krebs, que tiene lugar en la matriz mitocondrial. El ciclo de Krebs se inicia con la incorporación del acetil-CoA (2C) a una molécula de ácido cítrico. A lo largo del ciclo se produce su oxidación total, generando dos moléculas de CO2, una de FADH2, 3 de NADH y una de GTP, recuperándose finalmente el ácido cítrico. El acetil-CoA procede, en gran medida, de la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, producto final de la glucólisis, aunque también puede proceder de la degradación de los ácidos grasos, glicerina o desaminación de los aminoácidos. La glucólisis es una vía anaeróbica en la que se inicia la degradación de los azúcares, mientras que en el ciclo de Krebs se completa la destrucción no solo de los azúcares, sino también de otros principios inmediatos. El objeto de todo ello es conseguir el máximo posible de coenzimas reducidos, lo que finalmente se traducirá en una gran cantidad de ATP en la cadena de transporte de electrones de la mitocondria. 26.- ¿A qué proceso corresponde este esquema? Realiza su interpretación, indicando balance energético y orgánulo en el que tiene lugar el proceso. Solución: El esquema representa la cadena de transporte de electrones, que tiene lugar en la membrana mitocondrial interna. Se denomina así porque se van transfiriendo electrones desde los coenzimas reducidos (fundamentalmente NADH y FADH2, que se reoxidan a NAD+ y FAD), hasta el oxígeno molecular, que se reduce a agua. La cadena se inicia con un sustrato reducido, que se oxida cediendo sus hidrógenos al NAD+, que se reduce a NADH. El resto de la cadena lo forman transportadores de H+ y de electrones, que acaban cediéndolos al O2, que se reduce a agua. El hecho de que aparezcan transportadores capaces de recoger electrones y H+, en la misma cadena que otros que solo aceptan electrones provoca que en un punto determinado de la cadena los H+ queden libres. Se puede observar también que existen tres pasos en los que se libera la energía en el transporte, esta energía se utiliza para bombear los protones (H+) libres desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranas donde se acumulan. Estos protones vuelven de nuevo a la matriz, esta vez a favor de gradiente, a través de unos complejos enzimáticos llamados ATP-sintetasas de la membrana mitocondrial interna. Estos complejos utilizan la energía liberada en el paso de H+ para sintetizar ATP a partir de ADP+P. Balance energético: Por cada pareja de electrones cedida por el NADH y transportada hasta el O2, se logran fabricar 3 moléculas de ATP. Hay sustratos que al oxidarse utilizan como coenzima el FAD y no el NAD+. En estos casos, si los electrones

son aportados a la cadena por el FADH2, tan solo se formarán 2 ATP. 27.- ¿En qué proceso obtiene una célula más energía a partir de una molécula de glucosa, en la respiración o en la fermentación? Razona la respuesta. Solución: La degradación aerobia de la glucosa se lleva a cabo mediante las oxidaciones respiratorias que se inician en la glucólisis en el hialoplasma y acaban en el transporte de electrones en la mitocondria. Mediante estas vías la glucosa se degrada completamente a CO2, y se obtienen de 36 a 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. La degradación anaerobia se lleva a cabo mediante la fermentación de la molécula de glucosa, que tiene lugar en el hialoplasma. En este proceso también tiene lugar la glucólisis; pero el producto final, el piruvato, no se transforma en acetil-CoA y, por tanto, no se incorpora a la mitocondria, sino que experimenta unas transformaciones en el propio hialoplasma, dando lugar a los productos finales de la fermentación (alcohol, lactato...). La única energía que se obtiene en todo el proceso es la producida en la glucólisis, es decir, 2 ATP por molécula de glucosa. La gran diferencia en el rendimiento energético se debe a que la molécula de glucosa es oxidada completamente a CO2 mediante la respiración, mientras que en la degradación anaerobia no es oxidada completamente. Los productos finales de la fermentación aún contienen energía que no es aprovechada para formar ATP. 28.- Diferencia entre organismos anaerobios estrictos y anaerobios facultativos. Solución: Los anaerobios estrictos son los que no pueden utilizar el oxígeno o aquellos a los que incluso les resulta nocivo, como es el caso de algunas bacterias. Los anaerobios facultativos, como las levaduras, prefieren utilizar el oxígeno, pero si este escasea, emplean otras moléculas aceptoras. Hay células, como las del músculo esquelético, que necesitan gran cantidad de energía en un momento dado. Cuando el O2 que les llega no es suficiente, utilizan el proceso anaerobio para la obtención de energía. 29.- ¿En qué tipo de proceso interviene la lactato deshidrogenasa? ¿Cómo se lleva a cabo dicho proceso? Solución: La lactato deshidrogenasa es un enzima que interviene en la fermentación homoláctica. Después de la glucólisis se produce la reducción del piruvato a lactato. Se recupera NAD+ por la reducción catalizada por la lactato deshidrogenasa (LDH). El ácido láctico es eliminado por las bacterias y enviado al hígado en los organismos superiores. 30.- ¿Qué disacáridos importantes son utilizados por las células para obtener energía? Solución: La sacarosa (azúcar común) y la lactosa (azúcar de la leche) son disacáridos muy importantes que forman parte de la alimentación humana. Dichos disacáridos serán hidrolizados a sus componentes monosacáridos, de lo cual se encargan enzimas específicos como la sacarasa y la lactasa, que se encuentran en las paredes del intestino. 31.- Explica de manera general cómo se lleva a cabo la respiración celular. Solución: Las moléculas orgánicas que se oxidan por vía aerobia ceden electrones al oxígeno molecular a través de intermediarios como el NADH y el FADH2. En el transcurso de esta cesión se produce ATP. Los productos finales son CO2 y H2O. os principales combustibles empleados son los glúcidos, sobre todo la glucosa y los ácidos grasos. Otras moléculas, como los aminoácidos, también son catabolizadas en la respiración. El ácido pirúvico, producto de la glucólisis, es totalmente oxidado. El último aceptor de electrones en la respiración es el O2. Las moléculas de NADH ceden sus electrones a una cadena de transporte que termina en el oxígeno, y por lo tanto se recupera el NAD+, por lo que la etapa glucolítica no se detendrá. 32.- ¿Qué es un proceso de -oxidación? Solución: La -oxidación es un proceso catabólico mediante el cual se oxida el carbono situado en posición beta. Por medio de este proceso, los ácidos grasos se van fragmentando en moléculas de acetil-CoA. Esta ruta metabólica tiene lugar en la matriz mitocondrial. 33.- ¿Qué función tiene la cadena de transporte electrónico en la mitocondria? ¿En qué lugar de la mitocondria se localiza físicamente? Solución: La función de la cadena es transportar electrones hasta el aceptor final, que es el O2 (que se reduce a

H2O), y su objetivo es doble: Por un lado, oxidar los coenzimas FADH2 y NADH + H+, que se han reducido en las rutas catabólicas (glucólisis, descarboxilación del ácido pirúvico, -oxidación, ciclo de Krebs, etc.), para que, de esta manera, dichas rutas puedan seguir funcionando. La energía liberada en el transporte de electrones es utilizada para convertir el ADP+ Pi en ATP, en un proceso denominado fosforilación oxidativa. Este ATP será utilizado para realizar todos los procesos celulares que requieran energía. 34.- Razona el rendimiento energético, en forma de número de moléculas de ATP, producido por la degradación total de una molécula de glucosa. Solución: La oxidación completa de la glucosa se lleva a cabo mediante las oxidaciones respiratorias que se inician con la glucólisis en el hialoplasma y acaban en el transporte de electrones en las mitocondrias. Mediante estas vías, la glucosa se degrada completamente a CO2, y se obtienen de 36 a 38 moléculas de ATP. 35.- Define respiración celular y fermentación. ¿Tienen alguna fase en común? Solución: La respiración celular consiste en la degradación total de moléculas orgánicas por medio del oxígeno molecular. La fermentación es una oxidación incompleta, apareciendo como producto algún compuesto orgánico, como por ejemplo el ácido láctico. Tanto en la fermentación como en la respiración celular, la primera parte, común y obligada, es la glucólisis, cuya función es doble: Proporcionar energía. Formar intermediarios de los eslabones estructurales para la síntesis de otras moléculas, como, por ejemplo, los ácidos grasos. 36.- Realiza el balance energético de la glucólisis, su localización celular y el destino del ácido pirúvico formado. Solución: Por cada molécula de glucosa que ingresa en esta vía, se obtiene: 2 moléculas de ácido pirúvico. 2 moléculas de ATP (cuatro formadas menos dos gastadas). 2 moléculas de NADH + H+. Estas reacciones tienen lugar en el hialoplasma. El destino del ácido pirúvico es diferente según las condiciones: En condiciones aerobias, el ácido pirúvico es descarboxilado a acetil-CoA y oxidado completamente mediante el ciclo de Krebs en la mitocondria. En condiciones anaerobias, el ácido pirúvico es reducido mediante la fermentación a ácido láctico u otro compuesto en el citoplasma. 37.- ¿A qué se denomina fosforólisis? ¿Qué enzimas intervienen en este proceso y cómo se lleva a cabo? Solución: Es la ruptura del enlace glucosídico ( 1 4) del almidón y el glucógeno por adición de fosfato inorgánico. Dicha ruptura es catalizada por las fosforilasas. La fosforilasa actúa con el coenzima fosfato de piridoxal. El proceso continúa con la eliminación sucesiva de restos de glucosa de la cadena hasta que se encuentra con una ramificación ( 6). El enzima 1 6-glucosidasa hidroliza la rama y la fosforilasa continúa actuando. 38.- ¿Qué importante ruta metabólica se inicia con la condensación del acetato y el oxalacetato? ¿De dónde proviene fundamentalmente el acetato? ¿Dónde tiene lugar esta ruta metabólica? Solución: Esta ruta es el ciclo de Krebs (llamado también del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos) en la que la condensación de estos dos compuestos origina el ácido cítrico. Al final del ciclo se recupera el oxalacetato, que puede incorporar una nueva molécula de acetato. El acetato proviene de: La degradación de los ácidos grasos en la -oxidación o hélice de Lynen. La descarboxilación oxidativa del piruvato obtenido fundamentalmente, en la glucólisis. El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial. 39.- El monóxido de carbono es un poderoso inhibidor de la citocromo-oxidasa, complejo enzimático de la cadena respiratoria mitocondrial. ¿Qué efectos puede tener la intoxicación con monóxido de carbono sobre el consumo de O2 en la mitocondria? ¿Y sobre la producción de ATP? Razona la respuesta. Solución: La producción de ATP asociada a la cadena cesa. No obstante, existen otras fuentes de ATP, como son las fosforilaciones al nivel del sustrato (iguales a las que tienen lugar en la glucólisis), que, como es el caso de las células musculares mediante la fermentación, podrían aportar ATP a la célula, aunque en cantidad mucho menor. El consumo de O2 cesaría también, ya que, al bloquearse el transporte de electrones, la función del papel del O2 como aceptor final desaparece. Los coenzimas, FADH2 y NADH + H+, que se han reducido en las rutas catabólicas no pueden oxidarse de nuevo y, en consecuencia, dichas rutas tampoco podrían seguir funcionando. En resumen, sin ATP suficiente y sin FAD y NAD+ para poder realizar reacciones oxidativas, la célula no podría desarrollar sus funciones, y moriría. Cuando esta muerte celular es elevada y afecta a órganos importantes como el cerebro, se

produciría la muerte del organismo. 40.- ¿Qué sistemas de lanzaderas existen para que el NADH penetre en la matriz mitocondrial desde el citosol? Solución: Como el NADH no puede llegar directamente a la matriz, existen unos sistemas de lanzaderas que trasladan los equivalentes de reducción al interior. Lanzadera del malato. En el hígado y el corazón, el NADH cede los hidrógenos al oxalacetato y se forma malato. Este penetra en la mitocondria, donde cede los hidrógenos al NAD+ intramitocondrial, que en la cadena respiratoria rendirá 3 ATP. Lanzadera del glicerofosfato. Este sistema de lanzadera lo emplea el músculo, que cede los electrones al complejo II, por lo que se producirá un ATP menos, es decir, dos ATP. 41.- ¿Qué es el catabolismo? ¿Qué tipos de catabolismo se distinguen según el grado de oxidación? Solución: Es un proceso destructivo en el que, a partir de sustancias complejas, se obtienen otras más simples y energía, que se utilizará para la producción de calor, el movimiento, la biosíntesis, etc. El catabolismo es semejante en los organismos autótrofos y en los heterótrofos. Son transformaciones químicas, en su mayor parte reacciones de óxido-reducción, en las que unos compuestos se oxidan a expensas de otros que se reducen. Dentro del catabolismo, la respiración es la oxidación completa de la materia orgánica, formándose CO2 y H2O, mientras que la fermentación se produce cuando hay oxidación incompleta, es decir, que en el producto aparece algún compuesto orgánico. 42.- Describe la fermentación alcohólica y representa la reacción global resumida. Indica algún organismo responsable de dicha fermentación. ¿Qué productos se obtienen de ella? Solución: La fermentación alcohólica se produce en el hialoplasma de ciertas levaduras del género Saccharomyces en condiciones anaeróbicas. Este proceso es la continuación de la vía glucolítica que se produce también en condiciones anaeróbicas en el hialoplasma de todas las células. En esta primera fase de la fermentación se obtiene energía (ATP) y se forma NADH + H+ (coenzima reducido). El NADH + H+ debe volver a oxidarse para que el proceso continúe. La reoxidación del NADH + H+ tiene lugar, en este caso, por la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, que conlleva la obtención de alcohol etílico. Este proceso se aprovecha en la industria para la fermentación del pan y la obtención de bebidas alcohólicas. 43.- ¿Cómo se incorporan el almidón y el glucógeno a la glucólisis? Solución: El almidón constituye la reserva del combustible glucosa en los vegetales, y el glucógeno, en los animales. La obtención de glucosa a partir de estos polisacáridos está catalizada por los correspondientes enzimas, las fosforilasas (almidónfosforilasa y glucogenofosforilasa), que producen la fosforólisis o ruptura del enlace glucosídico ( 1 4) por adición de fosfato inorgánico. 44.- ¿En qué consiste la respiración celular desde el punto de vista metabólico? ¿Qué células la llevan a cabo y en qué lugar de la célula se produce? Solución: La respiración celular es un conjunto de transformaciones químicas o secuencias de reacciones que tienen la función de proporcionar energía para el trabajo celular y para la biosíntesis. Es una ruta catabólica aerobia que llevan a cabo las células eucarióticas, tanto animales como vegetales, y muchas procarióticas. En las primeras, las etapas centrales del proceso se producen en las mitocondrias. En las segundas, en el citosol, aunque los enzimas más importantes se encuentran en la membrana celular. 45.- Explica, de forma razonada, el balance energético del catabolismo del siguiente compuesto: CH3-(CH2)14COOH. Solución: Se trata de un ácido graso saturado de número par de carbonos (16), en concreto, es el ácido palmítico. Estos ácidos grasos, una vez activados mediante su unión con el CoA, inician su degradación en la matriz mitocondrial en la ruta llamada -oxidación. En cada vuelta de la hélice de Lynen se desprende una molécula de acetil-CoA y se forma un NADH y un FADH2. Para degradar una molécula de ácido graso de 16 Chace falta dar 7 vueltas a la hélice de Lynen, y así se obtienen: 8 moléculas de acetil-CoA, 7 de NADH y 7 de FADH2. Las 8 moléculas de acetil-CoA se incorporan al ciclo de Krebs para su total transformación en CO2. Por 8 vueltas al ciclo de Krebs se obtiene: 8 2 = 16 CO2. 8 3 = 24 NADH. 8 1 = 8 FADH2. 8 1 = 8 GTP (= 8 ATP). Los NADH y FADH2 se reoxidan en la cadena de transporte electrónico. Por cada NADH se obtiene 3 ATP, y por cada FADH2, 2 ATP.

En total: (7+24) = 31 NADH 3 = 63 ATP. (7 +8) = 15 FADH2 2 = 30 ATP. TOTAL 93 + 8 = 101 ATP. 46.- ¿Cuál es el papel del ciclo de Krebs en el metabolismo celular? Solución: El ciclo de Krebs constituye una etapa de la respiración oxidativa y tiene lugar en la matriz mitocondrial. Consiste en la oxidación completa a CO2 de moléculas de acetil-CoA, que se incorporan a un ciclo de reacciones. En cada vuelta del ciclo de Krebs, se incorpora una molécula de acetil-CoA, y salen de él: Dos moléculas de CO2. Cuatro moléculas de coenzimas reducidas (3NADH y 1 FADH2). Una molécula de GTP equivalente a ATP. El acetil-CoA que se incorpora al ciclo y es oxidado a CO2 procede de la degradación de los principios inmediatos, principalmente de ácidos grasos y de azúcares. De todo ello, podemos concluir que el ciclo de Krebs es la vía metabólica en la que termina la degradación total de la materia orgánica y se transforma en inorgánica. Además, estas oxidaciones proporcionan energía (ATP) que se obtiene, bien directamente en este ciclo (sólo 1 ATP), o bien reoxidando los coenzimas reducidos en la cadena de transporte de electrones, localizada en la membrana mitocondrial interna. Aunque el ciclo de Krebs es eminentemente catabólico, de él parten también importantes rutas anabólicas. Por ejemplo, el ácido -cetoglutárico puede servir, previa transformación, en glutámico para sintetizar los aminoácidos no esenciales. Por otra parte, el ácido cítrico, una vez transformado en acetil-CoA, será utilizado para fabricar ácidos grasos, y el ácido oxalacético puede transformarse en glucosa si se incorpora a la vía de la neoglucogénesis. 47.- ¿En qué consiste la fosforilación oxidativa? Solución: La energía liberada en el transporte de electrones permite bombear los protones desde la matriz al espacio intermembrana. Hay tres puntos en la cadena respiratoria en los que ocurre esta translocación de protones, que, debido a la impermeabilidad de la membrana mitocondrial interna, se acumulan en el espacio intermembrana. Así se origina un gradiente electroquímico de protones y un gradiente eléctrico (potencial de membrana). Debido a la impermeabilidad de la membrana interna, el retorno de protones a la matriz solo puede hacerse a través de la ATP sintetasa. La ATP sintetasa cambia su conformación y se activa para fosforilar el ADP y pasarlo a ATP. La hipótesis que explica el acoplamiento de estos dos procesos, uno químico, de oxidaciónreducción en la cadena respiratoria, y otro osmótico, de transporte de protones, se conoce con el nombre de hipótesis quimiosmótica, dada por Mitchell, y su resultado es la fosforilación oxidativa. Cada NADH2 que llega a la cadena respiratoria cede una pareja de e-, que en su transporte liberan energía suficiente para bombear 6 H+ desde la matriz al espacio intermembrana. Si los electrones proceden del FADH2, solo se bombean 4 H+. Por cada 2 H+ que vuelven a la matriz a través de la ATP sintetasa, se fosforila 1 ADP. Por tanto, se pueden obtener 3 ATP por cada NADH obtenido en el catabolismo, y 2 ATP por cada FADH2. 48.- A continuación aparecen algunas reacciones generales de varios procesos metabólicos. Indica a qué rutas metabólicas corresponde cada reacción. A) Glucosa + O2 CO2 + H2O + ATP. B) Ácido graso + O2 CO2 + H2O + ATP. C) Glucosa Alcohol etílico + CO2 + ATP Solución: A) Esta reacción corresponde a la ecuación general de la respiración aerobia de la glucosa. Es una ruta catabólica, puesto que se descomponen moléculas complejas (glucosa) en otras más simples (CO2 + H2O), y se desprende energía para formar ATP. B) Esta reacción se corresponde con una ruta catabólica (catabolismo de los ácidos grasos), puesto que se descomponen moléculas complejas (ácidos grasos) en otras más simples (CO2 + H2O), y se desprende energía que se utiliza para formar ATP. C) Esta reacción corresponde a la ecuación general de la fermentación alcohólica de la glucosa. Es una ruta catabólica, puesto que se descomponen moléculas complejas (glucosa) en otras más simples (alcohol etílico y CO2), y se desprende energía para formar ATP. 49.- ¿En qué fases se divide la respiración celular? Explica qué ocurre en cada una de ellas. Solución: 1-Primera fase: oxidación parcial a acetato. Formación de acetil-CoA. Los esqueletos hidrocarbonados de la mayoría de las moléculas orgánicas se escinden y se transforman en un compuesto de dos carbonos: el ácido acético. El ácido acético está activado por el coenzima A, mediante un enlace tioéster de alta energía. Tanto los ácidos grasos como la glucosa y algunos aminoácidos darán lugar a la acetil-CoA, que es un punto de conexión de las rutas catabólicas en las que las moléculas orgánicas se oxidan parcialmente. 2-Segunda fase: ciclo del ácido cítrico o de Krebs. El acetil-CoA se condensará con un ácido de 4 carbonos para formar el ácido cítrico, de 6 carbonos. A lo largo de esta ruta circular se oxidarán intermediarios hasta rendir dos moléculas de CO2 y 8

hidrógenos (4 pares de electrones) transportados por NAD+ y FAD. En la ruta entra un esqueleto de dos carbonos, el ácido acético, y salen dos carbonos en forma oxidada. El ciclo cataliza la descomposición del acético. En cada vuelta se incorporará una molécula de ácido acético. 3-Tercera fase: cadena de transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Los intermediarios NADH y FADH2 ceden los electrones a una cadena de transporte en la que una serie de proteínas en cascada transfieren los electrones al O2. Acoplada a esta cadena se produce la síntesis de ATP a partir de ADP + Pi. 50.- ¿De qué formas se elimina el amonio, tóxico para el organismo, proveniente del catabolismo de los aminoácidos? Solución: En los mamíferos y otros animales, como los anfibios, el amonio terminará formando parte de la urea, molécula que se excreta por la orina. En reptiles, aves e invertebrados terrestres el nitrógeno se excreta en forma de ácido úrico. En animales acuáticos se elimina directamente en forma de amoniaco. 51.- ¿El ácido pirúvico ingresa directamente en el ciclo de Krebs? Razona la respuesta. Solución: Al ciclo de Krebs no se incorpora ácido pirúvico, sino acetilCoA. El pirúvico, que procede del hialoplasma, penetra en la mitocondria, donde es transformado en acético por la acción de un complejo enzimático llamado piruvato deshidrogenasa. El acetato activado por la coenzima A se une al oxalacetato, formando ácido cítrico. En este ciclo el acetato es degradado y transformado en CO2. 52.- ¿Cómo ocurre la transferencia de electrones desde el NADH al O2? Explícalo ayudándote de un esquema. Solución: La transferencia de electrones desde el NADH al O2 es un proceso complejo que desprende gran cantidad de energía libre. Si esta oxidación se produjera en un solo paso, se produciría gran cantidad de calor, lo que supondría la incompatibilidad con las condiciones celulares. El proceso transcurre de una forma suave a través de pequeños cambios de energía, lo que la hace más aprovechable. Los electrones fluyen desde el NADH hasta el oxígeno por medio de un gran número de proteínas transportadoras y coenzimas reunidos en tres grandes complejos: Complejo I: NADH-Q reductasa. Complejo III: citocromo-reductasa. Complejo IV:citocromo oxidasa. El FADH2 cede sus electrones a través del succinato-Q reductasa o Complejo II. 53.- ¿Cómo se produce la regulación del proceso respiratorio? Solución: La regulación de la velocidad del proceso respiratorio está determinada por la cantidad de energía que necesita la célula. En la glucólisis la fosforilación de la fructosa 6-P está catalizada por un enzima alostérico, por lo que este es un importante punto de regulación y control de la glucólisis. En el ciclo del ácido cítrico, el paso de oxalacetato a ácido cítrico, de isocítrico a -cetoglutárico y de -cetoglutárico a succinil-CoA están catalizados por enzimas alostéricos que son inhibidos por el ATP y activados por el ADP. Estos mecanismos están coordinados, de forma que solo se produce la cantidad de metabolitos necesaria. 54.- ¿En qué fases se divide la fotosíntesis? Indica su localización celular. Solución: La fotosíntesis es un proceso de nutrición autótrofa. Consiste en sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica, utilizando la energía de la luz, y liberándose oxígeno a la atmósfera. La fotosíntesis tiene lugar en dos fases: La fase luminosa se produce solo en presencia de luz y se realiza en la membrana de los tilacoides, en los cloroplastos. Durante esta fase los pigmentos fotosintéticos captan la energía de la luz y la transforman en energía química: en forma de poder reductor (NADPH) y energía libre (ATP). En esta fase se libera oxígeno a la atmósfera procedente de la rotura de moléculas de agua (fotólisis del agua). La fase oscura es una ruta metabólica cíclica llamada ciclo de Calvin. Se realiza en el estroma del cloroplasto y es independiente de la luz. Consiste en la reducción de moléculas de CO2, para obtener moléculas orgánicas, utilizando la energía producida en la fase lumínica (NADPH y ATP). 55.- ¿Cómo se sintetiza el ATP durante la fase lumínica de la fotosíntesis? Solución: La síntesis de ATP en la fase lumínica de la fotosíntesis se realiza en un proceso llamado fosforilación fotosintética o fotofosforilación.La cadena fotosintética presenta una orientación específica en la membrana del tilacoide. Esta orientación permite que durante el transporte de electrones (tanto cíclico como no cíclico) se produzca la liberación de H+ al espacio intratilacoide.Durante el transporte no cíclico, se traslocan protones desde el estroma hasta el lumen por acción del complejo cit bf. Además, se acumulan los protones procedentes de la

fotólisis del agua.En el transporte cíclico, únicamente se acumulan los traslocados por el complejo cit bf, debido a que no se produce fotólisis del agua.La acumulación de H+ en el espacio intratilacoide crea un gradiente de pH, que es aprovechado por la ATP sintetasa cloroplástica para sintetizar ATP. La base hidrófoba de la ATPasa forma un canal, por donde salen los H+, desde el espacio intratilacoide hasta el estroma. La energía liberada por la corriente de H+ se convierte en energía química en la esfera CF1, que sintetiza ATP a partir de ADP+Pi. Por cada par de protones que atraviesan la ATP sintetasa, se libera energía para sintetizar entre una y dos moléculas de ATP. 56.- Fase oscura de la fotosíntesis:a) ¿Cuántas moléculas de NADPH y de ATP son necesarias para sintetizar una molécula de glucosa? b) Señala las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utiliza el NADPH y el ATP.c) Formula la ecuación general de la fase oscura de la fotosíntesis para la formación de una molécula de glucosa. Solución: a) Para sintetizar una molécula de glucosa durante el ciclo de Calvin, se necesita el poder reductor aportado por 12 moléculas de NADPH y la energía de 18 moléculas de ATP. Estas moléculas se fabrican en la fase lumínica de la fotosíntesis.b) Las moléculas de NADPH y de ATP que se utilizan en el ciclo de Calvin son consumidas en la fase de reducción, que se lleva a cabo en dos etapas: Primero se produce la fosforilación del 3 PG a 1,3 difosfoglicerato por acción del ATP. Posteriormente, el 1,3 difosfoglicerato es reducido por el NADPH a gliceraldehído-3-P, que se encuentra en equilibrio con la DHAP. Esta reacción está catalizada por la enzima G-3-P deshidrogenasa. Además, en la fase de regeneración, se utilizan moléculas de ATP para fosforilar la ribulosa 5 fosfato a ribulosa 1,5 difosfato, cerrándose el ciclo.c) Balance global de la fase oscura: 57.- Justifica las siguientes afirmaciones:a) Las plantas C4 presentan menos pérdidas por fotorrespiración y un crecimiento más rápido que las plantas C3. b) La alternativa C4 necesita más energía para fijar el CO2 que la C3. Solución: a) La alternativa C4 es un mecanismo para aumentar la concentración de CO2 en las células túnicovasculares, que son las que realizan la fotosíntesis. En estas células, gracias al ciclo de Hatch y Slack, la relación CO2/O2 permanece siempre elevada. Esto provoca la disminución de la fotorrespiración por la inhibición de la acción oxidativa de la rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa), y el aumento de la actividad fotosintética al estimularse la carboxilación de la ribulosa 1,5 difosfato. El hecho de que se vea favorecida la fotosíntesis implica una mayor producción de biomasa y el crecimiento más rápido del vegetal. b) La ruta de fijación del CO2 en las plantas C4 conlleva un gasto de energía mayor que en las C3. Las plantas C4 necesitan cinco moléculas de ATP para fijar una molécula de CO2, mientras que las C3 solo necesitan tres. La diferencia de ATP se justifica por el hecho de que, por cada molécula de CO2 que fijan las plantas C4, debe regenerarse una molécula de fosfoenolpirúvico a expensas del ATP. A pesar de que el consuno de energía sea mayor, la eficiencia de las plantas C4 es más elevada que la de las C3, ya que disminuyen notablemente las pérdidas por fotorrespiración. 58.- ¿Qué es la quimiosíntesis? Explica sus fases. Solución: La quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. Consiste en la obtención de materia orgánica a partir de inorgánica, utilizando como fuente de energía la liberada en reacciones químicas redox exergónicas. La quimiosíntesis se divide en dos fases, equivalentes a las fases lumínica y oscura de la fotosíntesis: Obtención de energía. En la quimiosíntesis la energía se obtiene de reacciones químicas inorgánicas y exergónicas, en las que se produce una oxidación que desprende energía en forma de ATP y coenzimas reducidas (NADH). Producción de materia orgánica. El ATP y el NADH obtenidos en la fase anterior se utilizan para la síntesis de materia orgánica por medio del ciclo de Calvin. 59.- ¿De dónde procede el oxígeno desprendido en la fotosíntesis? ¿Cómo demostrarías experimentalmente este hecho? Solución: El O2 liberado durante la fotosíntesis procede del agua que es la molécula que actúa como dador de electrones. Durante la fotolisis la molécula de agua se rompe y libera H+, que servirán para reducir el CO2 a moléculas orgánicas. El oxígeno se libera a la atmósfera como producto residual. Se puede comprobar experimentalmente con la utilización del isótopo O18. Si se proporciona a una planta agua marcada (H2O18), se obtiene oxígeno con actividad radiactiva. 60.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la fase lumínica de la fotosíntesis: a) Enumera las diferencias entre el transporte de electrones cíclico y el no cíclico. b) ¿En qué circunstancias metabólicas se

produce el transporte cíclico de electrones? c) Justifica el número de fotones necesarios para liberar una molécula de oxígeno a la atmósfera. Solución: a) Diferencias entre el transporte cíclico y el transporte no cíclico: b) El transporte cíclico se realiza cuando en los cloroplastos escasea el NADP+. En estas circunstancias, los electrones captados por la ferredoxina se transportan al citocromo bf al no encontrar moléculas de NADP oxidadas. El citocromo bf devuelve los electrones, nuevamente, al PS I. Probablemente este tipo de transporte sea, también, una forma de producir ATP para otras funciones celulares. c) El recorrido de un electrón desde el H2O hasta el NADP+ necesita la energía proporcionada por dos fotones, que incidirán en cada uno de los fotosistemas. Como la formación de una molécula O2 requiere la rotura de dos moléculas de agua y, por tanto, el transporte de 4 electrones por la cadena fotosintética, serán necesarios 8 fotones para liberar una molécula de O2. 61.- Justifica la obtención neta de una molécula de glucosa a través de las etapas del ciclo de Calvin. Solución: La obtención de una molécula de glucosa (hexosa de 6 átomos de carbono) durante las etapas del ciclo de Calvin requiere la fijación de 6 moléculas de CO2. Estas son las que, en el balance global, originarán la molécula de glucosa. Este proceso requiere que el ciclo se produzca seis veces. Así, 6 moléculas de CO2 se fijarán sobre 6 moléculas orgánicas de 5 carbonos (la ribulosa 1,5 difosfato), las cuales se rompen en 12 moléculas de 3 átomos de carbono (12 moléculas de 3 PG). En este momento existen 36 átomos de carbono en moléculas orgánicas. 12 moléculas x 3 carbonos = 36 átomos de carbono Tras la fase de reducción, de las 12 moléculas de 3 PG se obtienen 12 triosas fosforiladas (DHAP y G-3-P). De estas 12 moléculas, 2 (6 carbonos) se utilizarán para sintetizar una molécula de glucosa (6 carbonos), y las 10 restantes (30 carbonos) para regenerar las 6 moléculas de ribulosa 1,5 difosfato (6 moléculas x 5 carbonos = 30 carbonos) sobre las que se fijó el CO2. 62.- La temperatura es un factor que influye en la actividad de la ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa desviando su actividad hacia la oxidación de la ribulosa. ¿Qué mecanismos han desarrollado las plantas de climas cálidos para evitar las pérdidas por fotorrespiración? Solución: Las plantas de climas cálidos, para contrarrestar el efecto de la fotorrespiración, han desarrollado mecanismos para concentrar y fijar el CO2. Estos mecanismos constituyen el ciclo de Hatch y Slack que se basa en la acción coordinada de dos tipos de células de la hoja. Las primeras son las células del mesófilo, que rodean a las segundas, que forman la túnica de la vaina. Estas, a su vez, circundan a los vasos conductores. El ciclo de Hatch y Slack se puede resumir en los siguientes pasos: Las células del mesófilo reciben el CO2, que penetra por los estomas, y lo incorporan al fosfoenolpiruvato para formar una molécula de 4 carbonos: el oxalacetato. El oxalacetato se reduce a malato, que es transportado a las células de la túnica vascular. Allí sufre una descarboxilación, rindiendo piruvato y CO2, que se incorporará al ciclo de Calvin. El piruvato es devuelto a las células del mesófilo, donde se transforma en fosfoenolpirúvico con gasto de ATP y NADH. Los vegetales que utilizan esta vía se denominan C4, porque incorporan el CO2 en un compuesto de 4 carbonos, a diferencia de los C3 que lo incorporan, directamente, en el 3-fosfoglicerato (3 PG). 63.- ¿De qué forma obtienen la energía los organismos fotosintéticos? ¿Qué diferencias existen entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis? Solución: Los organismos quimiosintéticos obtienen la energía de reacciones químicas inorgánicas y exergónicas, en las que se produce una oxidación que desprende energía, aprovechándose en forma de ATP y coenzimas reducidas (NADH). La diferencia entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis se encuentra en la forma de obtención de energía. En la fotosíntesis la energía necesaria para reducir el CO2 durante el ciclo de Calvin procede de la luz, mientras que en la quimiosíntesis procede de reacciones redox exergónicas, en las que se oxidan compuestos inorgánicos. La síntesis de materia orgánica se realiza, en los dos casos, a través del ciclo de Calvin. 64.- ¿Qué características definen a los organismos quimiosintéticos? Solución: Los organismos quimiosintéticos presentan una serie de características comunes: Son procariontes. Solamente algunas bacterias poseen metabolismo quimiosintético. Viven de una fuente inorgánica: agua, sales, O2, CO2 y compuestos orgánicos de cuya oxidación obtienen energía. Obtienen la energía de una reacción química específica. Solamente crecen con compuestos específicos de origen inorgánico o producidos por la actividad de otros organismos. Son aerobios. Utilizan el oxígeno como último aceptor de electrones. Sintetizan

materia orgánica por medio del ciclo de Calvin. 65.- Contesta las siguientes cuestiones relacionadas con la fotosíntesis: a) Escribe la ecuación general. b) Indica qué moléculas actúan de dador y cuáles de aceptor de electrones. c) ¿Es directa la reacción de óxido-reducción, tal como se representa en la ecuación general? d) Explica la procedencia del O2 liberado en el proceso. e) ¿La fotosíntesis es un proceso espontáneo o requiere aporte de energía? Solución: a) La ecuación general de la fotosíntesis es la siguiente: b) La fotosíntesis es un proceso anabólico y redox. El dador de electrones es el H2O en la mayoría de los casos, siendo el aceptor el CO2, que se reduce a moléculas orgánicas. Este proceso no se produce directamente, sino que se desarrolla mediante una ruta metabólica compleja. c) El O2 es un producto resultante de la cesión de hidrógenos del H2O al CO2. Este hecho, requiere la rotura de la molécula de H2O (fotólisis) que cede los H+ al CO2 para su reducción, liberándose el O2 resultante a la atmósfera. d) La fotosíntesis es un proceso anabólico que, por tanto, no se produce espontáneamente y que requiere un aporte de energía externo al sistema, que es proporcionada por la luz. 66.- ¿Qué es un fotosistema? Explica su funcionamiento e indica su localización celular. Solución: Los fotosistemas son conjuntos de pigmentos fotosintéticos que se encuentran localizados en la membrana del tilacoide, y que se caracterizan por presentar un máximo de absorción de la luz a una determinada longitud de onda. Los fotosistemas están constituidos por dos estructuras: Los pigmentos antena. Son un conjunto de pigmentos (carotenoides, clorofilas) que captan la energía de la luz a diferentes longitudes de onda. El centro de reacción. Está formado por una clorofila a, un aceptor de electrones y un dador de electrones. La clorofila del centro de reacción recibe la energía de la luz absorbida por la antena y es la única molécula capaz de ceder un electrón. En los vegetales superiores existen dos fotosistemas: el fotosistema I (PS I), que presenta un máximo de absorción de luz a 700 nm, y el fotosistema II (PS II), con un máximo de absorción a 680 nm. Cada pigmento de un fotosistema es capaz de captar la energía de la luz a una determinada longitud de onda. Cuando un fotón incide sobre un pigmento, hace pasar a uno de sus electrones a una órbita más alejada, a un nivel energético superior. Se dice que la molécula está excitada. El pigmento puede volver a su estado normal por varios mecanismos: Emisión de luz fluorescente o calor. Transferencia de la energía a otra molécula por resonancia. Cediendo un electrón a otra molécula. Dentro del fotosistema, la energía de excitación se transmite por resonancia, desde el pigmento que absorbe la luz a menor longitud de onda hasta el que la absorbe a mayor. Como el pigmento que absorbe la mayor longitud de onda es la clorofila a del centro de reacción, será la molécula que siempre reciba la energía de cualquier fotón captada por los pigmentos del fotosistema. Por último, la clorofila a excitada, cederá un electrón a la cadena fotosintética. 67.- Fase lumínica de la fotosíntesis: a) Explica la procedencia de la energía necesaria para el desarrollo del ciclo de Calvin. b) Explica las fases en las que se divide en proceso. Solución: a) Tanto el poder reductor en forma de NADPH como la energía libre en forma de ATP proceden de la fase lumínica de la fotosíntesis. Durante el ciclo de Calvin, estas moléculas serán empleadas para fabricar materia orgánica a partir de la reducción de moléculas de CO2. b) La fase oscura de la fotosíntesis se puede resumir en tres fases: 1. Fijación del CO2. La fijación del CO2 consiste en su incorporación a una molécula orgánica. Se produce gracias a una reacción exergónica que consiste en la unión del CO2 a una pentosa, la ribulosa 1,5 difostato, formándose un compuesto de 6 átomos de carbono muy inestable. Este compuesto se escinde en 2 moléculas de 3- fosfoglicerato. La reacción está catalizada por la enzima ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa. 2. Reducción del ácido-3-fosfoglicérico (3 PG). Esta etapa se realiza en dos fases: Primero se produce la fosforilación del 3 PG a 1,3 difosfoglicerato por acción del ATP. Posteriormente, el 1,3 difosfoglicerato es reducido por el NADPH a gliceraldehído-3-P, que se encuentra en equilibrio con la DHAP. Esta reacción está catalizada por la enzima G-3-P deshidrogenasa. 3. Regeneración de la ribulosa. Las moléculas de G-3-P y de DHAP, formadas en la fase anterior, se transforman en compuestos de 4, 6 y 7 carbonos, mediante los cuales se regeneren las moléculas de ribulosa-5- fosfato, y se forma una molécula de glucosa. Por último, la ribulosa-5- fosfato es fosforilada a ribulosa 1,5 difosfato, con gasto de ATP. De esta forma se cierra el ciclo. 68.- Define fotorrespiración y explica cómo actúa la enzima rubisco (ribulosa1,5 difosfato carboxilasa) en el proceso.

Solución: La fotorrespiración es el proceso metabólico por el cual se produce la oxidación de la ribulosa, en presencia de O2. Esta oxidación conduce a la formación de ácido-3-fosfoglicérico y fosfoglicolato. La enzima que realiza la fotorrespiración es la ribulosa 1,5 difostato carboxilasa (rubisco), que presenta dos actividades alternativas: En presencia de CO2 realiza la carboxilación de la ribulosa 1,5 difosfato (fijación del CO2) en el proceso fotosintético normal. Cuando la concentración de O2 es alta, su actividad se desvía hacia la fotorrespiración y cataliza la oxidación de la ribulosa, dando como resultado la formación de 3-fosfoglicerato y fosfoglicolato. La fotorrespiración supone una pérdida en la eficacia de la fotosíntesis. 69.- Define los siguientes términos: a) Organismo quimiolitótrofo. b) Organismo fotolitótrofo. c) Quimiosíntesis. d) Fotosíntesis. Solución: a) Organismo quimiolitótrofo es aquel que es capaz de sintetizar materia orgánica a partir de compuestos inorgánicos, utilizando como fuente de energía la desprendida en reacciones químicas exergónicas. Realizan la quimiosíntesis. b) Organismo fotolitotrofo. Los fotolitotrofos son organismos autótrofos, que utilizan la energía de la luz para fabricar materia orgánica a partir de inorgánica. Realizan la fotosíntesis. c) Quimiosíntesis. La quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. Consiste en la obtención de materia orgánica a partir de inorgánica, utilizando como fuente de energía la liberada en reacciones químicas redox exergónicas. d) Fotosíntesis. Es un proceso de nutrición autótrofa. Consiste en sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica, utilizando la energía de la luz y liberando oxígeno a la atmósfera. 70.- ¿Qué función realizan los organismos quimiosintéticos en la naturaleza? Señala algún ejemplo. Solución: Los organismos quimiosintéticos desarrollan una función fundamental en la naturaleza, puesto que participan como elementos clave de los ciclos biogeoquímicos. Un ejemplo del papel de una bacteria quimiosintética en un ciclo biogeoquímico es la Nitrosomonas, que participa en el ciclo del nitrógeno, transformando el amoniaco en nitritos en una reacción llamada nitrosación. La importancia dentro del ciclo del nitrógeno radica en que esta bacteria produce el primer paso en la transformación del amoniaco en nitratos, proceso llamado nitrificación. El amoniaco del suelo procedente de los restos de seres vivos y de la fijación del N2 atmosférico que realizan algunas bacterias es transformado por Nitrosomonas en nitritos, que en una reacción posterior, llamada nitratación, se transformarán en nitratos por acción de bacterias del género Nitrobacter. Los nitratos son la forma en que las plantas pueden absorber por sus raíces el nitrógeno, pudiendo incorporarlo a sus proteínas, y de ahí, pasar al resto de la biocenosis del ecosistema. 71.- Define los siguientes términos: Organismo autótrofo. Organismo fotosintético. Organismo quimiosintético. Fotosíntesis. Solución: Los organismos autótrofos son aquellos capaces de producir materia orgánica a partir de materia inorgánica. Dentro de ellos se encuentran los seres fotosintéticos y los quimiosintéticos. Organismos fotosintéticos. Son los seres autótrofos que utilizan la energía de la luz para construir sus moléculas orgánicas. Organismos quimiosintéticos. Son aquellos seres vivos que transforman materia inorgánica en materia orgánica, utilizando la energía liberada en reacciones químicas exergónicas. Fotosíntesis. Es un proceso de nutrición autótrofa. Consiste en sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica, utilizando la energía de la luz y liberando oxígeno a la atmósfera. La fotosíntesis tiene lugar en dos fases: La fase luminosa se produce solo en presencia de luz y se realiza en la membrana de los tilacoides, en los cloroplastos. Durante esta fase los pigmentos fotosintéticos captan la energía de la luz, y la transforman en energía química: en forma de poder reductor (NADPH) y energía libre (ATP). En esta fase se libera oxígeno a la atmósfera procedente de la rotura de moléculas de agua (fotólisis del agua). La fase oscura es una ruta metabólica cíclica, llamada ciclo de Calvin. Se realiza en el estroma del cloroplasto y es independiente de la luz. Consiste en la reducción de moléculas de CO2 para obtener moléculas orgánicas, utilizando la energía producida en la fase lumínica (NADPH y ATP). 72.- Explica las características de las moléculas implicadas en la captación de la luz durante la fotosíntesis. Solución: Las principales moléculas implicadas en la captación de la luz son los pigmentos fotosintéticos. Los más importantes son: Clorofilas. Son moléculas porfirínicas. Poseen un núcleo tetrapirrólico, con un átomo de magnesio en el centro. En el anillo IV del núcleo tetrapirrólico, el grupo ácido está esterificado con un alcohol de 20 átomos de carbono, el fitol. Son moléculas anfipáticas, correspondiendo el polo hidrófobo al fitol y el polo hidrófilo al núcleo

tetrapirrólico. En los vegetales superiores aparecen dos tipos de clorofilas, la clorofila a y la clorofila b, que se diferencian en el radical unido en el anillo II del núcleo de porfirina. La clorofila a presenta un grupo metilo y la clorofila b un formilo. Carotenoides. Son pigmentos liposolubles que pertenecen al grupo de los terpenos o isoprenoides. Son moléculas formadas por la unión de unidades de isopreno (2-metil-1,3-butadieno). Son de color amarillo y anaranjado, y entre ellos destacan los carotenos y sus derivados oxigenados, las xantofilas. Las clorofilas y los carotenoides absorben la energía de la luz debido a que poseen dobles enlaces conjugados. Cada pigmento absorbe luz a una determinada longitud de onda. Los pigmentos aparecen en la membrana del tilacoide agrupados en unas estructuras llamadas fotosistemas (PS), que se intercalan con las moléculas de la cadena fotosintética. Hay dos fotosistemas: el PS I, con un máximo de absorción de 700 nm, y el PS II, con un máximo de 680 nm. 73.- Indica las reacciones del ciclo de Calvin en las que se utilizan el NADPH y el ATP sintetizados durante la fase lumínica. Solución: Las moléculas de NADPH y de ATP que se utilizan en al ciclo de Calvin proceden de la fase lumínica de la fotosíntesis. Estas moléculas son utilizadas en la fase de reducción, que se lleva a cabo en dos etapas: Primero se produce la fosforilación del 3 PG a 1,3 difosfoglicerato, por acción del ATP. Posteriormente, el 1,3 difosfoglicerato es reducido por el NADPH a gliceraldehído-3-P, que se encuentra en equilibrio con la DHAP. Esta reacción está catalizada por la enzima G-3-P deshidrogenasa. Además, en la fase de regeneración se utilizan moléculas de ATP para fosforilar la ribulosa 5 fosfato a ribulosa 1,5 difosfato, cerrándose el ciclo. 74.- Explica cómo influyen los siguientes factores en el rendimiento de la fotosíntesis: a) Concentración de CO2 b) Concentración de O2. c) Temperatura. Solución: a) Concentración de CO2. La concentración de dióxido de carbono es un factor limitante de la fotosíntesis. Puesto que es un sustrato esencial, su carencia frena la fotosíntesis. A bajas concentraciones la actividad es también baja. b) Concentración de O2. El oxígeno es un producto de la fotosíntesis y actúa como inhibidor de la ruta. Pero su acción más importante se debe a su efecto activador de la fotorrespiración. Así, cuando la relación CO2/O2 es baja, el oxígeno actúa como inhibidor de la rubisco, lo que supone una importante pérdida de rendimiento de la fotosíntesis. c) Temperatura. La temperatura no influye de forma importante en la fotosíntesis. Sin embargo, las temperaturas elevadas desvían la actividad de la rubisco hacia la fotorrespiración. Las plantas tropicales y de climas cálidos se han adaptado a este fenómeno a través de la ruta C4. 75.- Define quimiosíntesis y representa el proceso en un esquema. Solución: La quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. Consiste en la obtención de materia orgánica a partir de inorgánica, utilizando como fuente de energía la liberada en reacciones químicas redox exergónicas. La quimiosíntesis se desarrolla en dos fases, que pueden esquematizarse del siguiente modo: 76.- Explica la importancia de las bacterias nitrificantes en los ciclos biogeoquímicos. Solución: La importancia de las bacterias nitrificantes en los ciclos biogeoquímicos radica en su participación dentro del ciclo del nitrógeno. Este grupo de bacterias produce la transformación del amoniaco en nitratos, proceso llamado nitrificación. El amoniaco del suelo procedente de los restos de seres vivos y de la fijación del N2 atmosférico que realizan algunas bacterias, es transformado en nitritos por las bacterias del género Nitrosomonas, en una reacción llamada nitrosación. En una reacción posterior, llamada nitratación, se transformarán en nitratos por acción de bacterias del género Nitrobacter. Los nitratos son la forma en que las plantas pueden absorber por sus raíces el nitrógeno, pudiendo incorporarlo a sus proteínas, y de ahí, pasar al resto de la biocenosis del ecosistema. 77.- Escribe la ecuación general de la fotosíntesis y analiza las diferencias con la respiración celular. Solución: La fotosíntesis se puede resumir en la siguiente ecuación general: H2O + CO2 (CH2O) + O2 . (CH2O) representa un compuesto orgánico, por ejemplo, la sexta parte de una molécula de glucosa. De la comparación de la ecuación global de la fotosíntesis con la respiración celular puede deducirse que son procesos inversos. La respiración celular es un proceso catabólico en el que se obtiene energía a partir de la oxidación de compuestos orgánicos. Ocurre en presencia de O2 (que actúa como último aceptor de electrones), produciéndose H2O y CO2. (CH2O) + O2 H2O + CO2 En la fotosíntesis se obtiene materia orgánica (CH2O) por la reducción de moléculas de

CO2. Este proceso requiere un dador de hidrógenos (electrones) que, generalmente, es el H2O. La rotura de la molécula de agua provoca la liberación de O2 a la atmósfera. 78.- Explica cómo se produce el transporte de electrones desde el H2O hasta el NADP durante la fase lumínica de la fotosíntesis, e indica la ecuación general del proceso. Solución: El transporte de electrones, desde el agua hasta el NADP, se realiza a través de la cadena fotosintética localizada en la membrana del tilacoide. Esta cadena está formada por un conjunto de moléculas transportadoras de electrones, entre las que se encuentran intercalados los fotosistemas I y II. El transporte no es espontáneo. La transferencia de electrones únicamente puede realizarse desde el par que presenta un potencial redox más negativo, hacia el que lo presenta más positivo. Por tanto, debe aplicarse energía que, en este caso, es la energía de la luz captada por los fotosistemas. El transporte de electrones desde el agua hasta el NADP se puede dividir en tres segmentos, que se representan mediante el llamado esquema en Z. 1er segmento: reducción del NADP. El proceso se inicia cuando un fotón incide sobre el fotosistema I (PS I) y produce la excitación de una de sus moléculas. La energía del fotón es transmitida hasta la clorofila a del centro de reacción, que cede un electrón a un aceptor que, a su vez, lo cede a la ferredoxina. Como el potencial de la ferredoxina es muy alto, esta cede espontáneamente el electrón al NADP, que se reduce a NADPH. 2º segmento: recuperación del electrón cedido por el PS I. Interviene el PS II que presenta un máximo de absorción a 680 nm. La iluminación de este fotosistema provoca su excitación y la emisión de electrones, que viajan por una cadena de transportadores (plastoquinona, complejo citocromo bf y plastocianina), y los terminan por ceder al PS I, rellenando el hueco que se había producido. Pero es ahora el PS II el que presenta el hueco electrónico. 3er segmento: recuperación del electrón perdido por el PSII. Fotólisis del agua. La recuperación de los electrones cedidos por el PSII se produce gracias a la rotura de una molécula de agua (fotólisis del H2O). Como consecuencia de esta rotura se produce la cesión de electrones al PS II, la liberación de H+ al espacio intratilacoide (lumen) y de O2 a la atmósfera. 79.- ¿Cómo se produce la fijación del CO2?, ¿en qué lugar del cloroplasto se produce? ¿Qué enzima cataliza el proceso? Solución: La fijación del CO2 consiste en su incorporación a una molécula orgánica. Se produce gracias a una reacción exergónica, que consiste en la unión del CO2 a una pentosa, la ribulosa 1,5 difostato, formándose un compuesto de 6 átomos de carbono muy inestable. Este compuesto se escinde en 2 moléculas de 3- fosfoglicerato. La reacción está catalizada por la enzima ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa, que es la enzima más abundante de la biosfera, y se localiza en la superficie externa de la membrana del tilacoide. La fijación del CO2, igual que el resto de la fase oscura de la fotosíntesis, se realiza en el estroma del cloroplasto. 80.- ¿Qué factores favorecen la fotorrespiración? Solución: La fotorrespiración se ve favorecida por la luz, la concentración de O2 y la temperatura. Estos factores desvían la actividad del enzima ribulosa 1,5 difosfato hacia la oxidación de la ribulosa y, en consecuencia, disminuyen la eficacia de la fotosíntesis, limitando la producción de biomasa. 81.- La quimiosíntesis: a) Explica el concepto de quimosíntesis. b) Pon un ejemplo de bacteria quimiosintética y describe la reacción mediante la cual obtiene la energía. Solución: a) La quimiosíntesis es un tipo de nutrición autótrofa. Consiste en la obtención de materia orgánica a partir de inorgánica, utilizando como fuente de energía la liberada en reacciones químicas redox exergónicas. b) Un ejemplo de organismos quimiosintéticos son las bacterias nitrificantes, que utilizan como sustrato compuestos del nitrógeno. Entre ellas se encuentran dos géneros importantes: 82.- Justifica por qué el metabolismo quimiosintético se considera una forma metabólica evolucionada. Solución: Teniendo en cuenta que los primeros seres vivos fueron heterótrofos, podemos pensar que la quimiosíntesis surgió como una adaptación posterior de algunas bacterias a medios inorgánicos específicos. La quimiosíntesis se considera una forma metabólica evolucionada por dos razones: Constituye una forma muy eficaz de independencia del resto de los seres vivos, al depender de compuestos inorgánicos que oxidan en una reacción específica. Son organismos independientes de la luz. Presentan una maquinaria bioquímica tan compleja como la de otras bacterias.

PREGUNTAS RESUELTAS. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Funciones biológicas de los ácidos nucleicos. Preguntas resueltas.

1.- ¿Cómo y cuándo se lleva a cabo la transmisión de la información genética? 2.- ¿Qué es la transcripción? 3.- ¿Qué aportaciones realizó Severo Ochoa al descifrado del código genético? 4.- Dada la siguiente secuencia de nucleótidos del ARNm: AGC UAU AUG CGC ACG CAA ACC CCA AUU UAG AUA. a) Diga cuáles son los codones de iniciación y de terminación de esta secuencia, si es que presentan alguno. ¿Qué aminoácidos codifican estos codones? b) Esta secuencia, ¿podría dar lugar a un péptido? En caso afirmativo, ¿cuántos aminoácidos tendría? c) Si entre las bases subrayadas se introduce una adenina, ¿qué ocurriría en el péptido obtenido? 5.- ¿A qué se denomina sitio A y sitio P del ribosoma? 6.- ¿Cómo actúan las hormonas esteroides en el control de la expresión génica? 7.- Indica lo que representa el esquema que se escribe a continuación, señala los procesos que se representan en él y en qué lugares de la célula eucariota tienen lugar. ADN-ARN-- Proteína 8.- Señalar las principales diferencias en la síntesis del ARNm en las células eucariotas y en las procariotas. 9.- ¿Es posible que, si se altera la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN que lleva información para la síntesis de una proteína, no se vea afectada dicha proteína? ¿A qué es debido? Escribe un ejemplo. 10.- Al analizar el ADN de un organismo extraterrestre se ha observado que posee las mismas bases que el ADN de un organismo terrestre, si bien sus proteínas solo contienen dieciséis aminoácidos distintos. ¿Podría el código genético de estos organismos estar formado por parejas de nucleótidos? ¿Crees qué tendría alguna desventaja respecto al código genético de los organismos terrestres? 11.- ¿Qué son y cómo se forman los aminoacil-ARNt? 12.- ¿Por qué es necesario el control de la expresión genética y cuándo tiene lugar? 13.- ¿Qué es un gen? 14.- ¿Qué papel desempeña la ARN-polimerasa? 15.- ¿Por qué decimos que el código genético está degenerado? ¿Representa esto alguna ventaja? 16.- A continuación se escribe la secuencia de nucleótidos de un fragmento de la cadena codificante del ADN: 3' AAG CAA TGT GGG CGG AGA CCA 5': a) Determinar la secuencia de nucleótidos del ARNm correspondiente e indicar su polaridad. b) Utilizando el código genético, determinar la secuencia de aminoácidos que produce la traducción de este ARNm. c) ¿Qué mínimo cambio tendría que ocurrir para que apareciese en cuarto lugar el aminoácido histidina en este péptido? 17.- ¿Es cierto que en las células eucariotas todas las proteínas tienen el aminoácido metionina en el extremo Nterminal?

18.- Explica cómo funciona el operón lac o sistema de regulación inducible. 19.- ¿Quién enunció la hipótesis un gen, un enzima ? ¿Qué dice dicha hipótesis? 20.- ¿Qué son las secuencias promotoras? 21.- Define los siguientes términos: Codón. Codón sinónimo. Codón sin sentido. Codón de inicio. 22.- ¿Habrá más de una secuencia de ADN que codifique el péptido cuya secuencia de aminoácidos es: H2N-MetHis-Ser-Trp-Gly-COOH? 23.- Explicar cómo finaliza la síntesis proteica. 24.- Si en los organismos pluricelulares todas las células tienen el mismo ADN, ¿por qué tienen distintas formas y funciones? 25.- Enumera los distintos experimentos llevados a cabo que han demostrado que el ADN es la molécula portadora de la información genética. 26.- ¿Cómo se produce la fase de maduración en los ARN mensajeros? 27.- ¿Por qué los codones que forman el código genético tienen que estar formados por tres nucleótidos? 28.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación? 29.- ¿Qué es el operón? 30.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación? 31.- ¿Qué problema plantea durante la replicación el hecho de que las cadenas de ADN sean lineales?; ¿de qué mecanismos disponen las células eucariontes para resolver este problema? 32.- Define y pon un ejemplo de: Aneuploidía Poliploidía Trisomía Mutación puntual. 33.- Mutaciones génicas: Define mutación espontánea y mutación inducida. Tipos de agentes mutágenos. Explica los mecanismos de acción de los agentes mutágenos. 34.- Dos alteraciones frecuentes en el ADN son las despurinizaciones y la desaminación de la citosina. ¿De qué mecanismos dispone la célula para reparar estos errores? 35.- ¿Qué es la transposición?¿Cuáles son los tipos de elementos transponibles que aparecen en las bacterias? 36.- Explica la siguiente afirmación: El cáncer es una enfermedad genética; pero, salvo en algunas ocasiones, no es una enfermedad hereditaria. 37.- ¿Qué es el ADN recombinante? Explica algunas aplicaciones de esta tecnología. 38.- Define los conceptos de mutación, recombinación y transposición. 39.- Clasifica y explica el mecanismo de acción de los siguientes agentes mutágenos: 5-bromouracilo. Ácido nitroso. Radiación ultravioleta. 40.- Algunas enfermedades genéticas en la especie humana son debidas a mutaciones en los sistemas de reparación del ADN. Describe, al menos, dos ejemplos de estas alteraciones genéticas. 41.- Representa de forma esquemática el intercambio de cadenas homólogas de ADN que conduce a la recombinación genética.

42.- Explica el punto de vista de las diferentes teorías evolucionistas acerca del papel de la mutación. 43.- ¿Qué es un organismo transgénico? Cita algunas aplicaciones de estos organismos y comenta los posibles problemas que plantean. 44.- Describe las principales moléculas que intervienen en la replicación del ADN en procariontes y explica el mecanismo por el que tiene lugar el proceso. 45.- ¿Qué es una mutación génica? Indica sus tipos. 46.- Describe los mecanismos que producen la aparición de mutaciones espontáneas originadas por lesiones en el ADN. 47.- La aflatoxina B1 es un potente carcinógeno que se une a la guanina e impide la replicación del ADN. Explica el mecanismo de reparación que actuará para corregir los efectos de este mutágeno. 48.- Define recombinación y clasifica sus tipos. 49.- ¿Son heredables todas las mutaciones que sufre un individuo pluricelular? 50.- ¿Qué es la terapia génica? Explica las diferentes estrategias para su aplicación y los problemas que plantea esta técnica. 51.- Durante la replicación, los ADN polimerasas actúan sintetizando la hebra nueva en sentido 5' 3'. Si las dos hebras de la molécula de ADN son antiparalelas, ¿cómo es posible que se repliquen a la vez? 52.- Las mutaciones génicas son aquellas que afectan a un único gen. ¿Qué causas provocan las mutaciones génicas? ¿Qué es una mutación puntual? ¿Puede este tipo de mutaciones explicar la aparición de nuevos alelos? 53.- Los errores en la replicación son una de las causas que producen alteraciones en el ADN de forma espontánea. Describe y representa gráficamente cómo se originan estos cambios. 54.- ¿Cómo actúa el sistema de reparación SOS?; ¿cuáles son las consecuencias de su acción? 55.- Explica la relación entre los transposones y la conjugación bacteriana. 56.- ¿Cuáles son las fuentes de variabilidad sobre las que actúa la selección natural? 57.- Enzimas de restricción: a) Concepto y mecanismo de acción. b) Comenta un ejemplo. c) Explica sus aplicaciones en la tecnología del ADN recombinante. 58.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la replicación: a) Concepto de replicación. b) Tras el descubrimiento de la estructura del ADN, ¿qué modelos se plantearon para explicar la replicación?; ¿cuál de ellos es el correcto? c) En la replicación de una molécula de ADN de doble hebra y después de tres ciclos de replicación, ¿cuántas hebras de nueva síntesis habrán aparecido? 59.- Define el concepto de mutación y clasifica los distintos tipos de mutaciones. 60.- Explica la forma de actuación de un mutágeno físico y otro químico y represéntalo esquemáticamente. 61.- Define recombinación y transposición. ¿Qué diferencias existen entre estos procesos y la mutación, en cuanto a sus consecuencias genéticas? 62.- Justifica la siguiente frase: Sin mutación no se hubiera producido el hecho evolutivo, pero sin recombinación, sí. 63.- ¿Cómo construirías una molécula de ADN recombinante?

Soluciones

1.- ¿Cómo y cuándo se lleva a cabo la transmisión de la información genética? Solución: En los organismos pluricelulares, la transmisión de la información genética, se realiza en dos momentos del ciclo del individuo: cuando el individuo se reproduce y cuando el individuo crece. Cuando el individuo se reproduce, la información genética se transmite a los descendientes, y constituye lo que se conoce con el nombre de herencia biológica. Cuando se produce el crecimiento del individuo, las células se dividen mediante mitosis; también en este caso, se transmite la información genética completa a las células hijas que se obtienen. Tanto en un caso como en el otro, para que se pueda transmitir la información genética es necesario realizar una copia previa de esta. Este proceso; es decir, la realización de una copia del ADN, se denomina replicación o duplicación del ADN. 2.- ¿Qué es la transcripción? Solución: La transcripción constituye la primera etapa que tiene lugar en el proceso de la expresión genética. Mediante este proceso, la información genética (secuencia de nucleótidos de un fragmento del ADN) se transforma en una secuencia de aminoácidos; es decir, en una proteína. La transcripción consiste, como su nombre indica, en copiar la información (secuencia de nucleótidos) de un fragmento del ADN, el correspondiente a un gen, en una molécula de ARN. En este proceso, por consiguiente, tomando como molde o patrón una de las cadenas del fragmento del ADN, se sintetiza una molécula de ARN, cuya secuencia de nucleótidos será complementaria con dicha cadena de ADN. En las células eucariotas, el proceso ocurre en el núcleo, mientras que en las células procariotas, debido a que no hay un núcleo definido, tiene lugar en el citoplasma. La transcripción es similar en eucariotas y en procariotas, aunque presenta algunas diferencias. Este proceso se realiza gracias a la acción de unos enzimas denominados ARN-polimerasas, que van uniendo ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster en dirección 5' 3', de forma complementaria a los nucleótidos de la cadena del ADN patrón, y teniendo en cuenta que en el ARN no hay timina y la base complementaria de la adenina será el uracilo. En la síntesis de los ARNs se utilizan ribonucleótidos trifosfatos, que se hidrolizan y aportan la energía necesaria para formar los enlaces fosfodiéster. Como consecuencia de la transcripción, los ARNs que se obtienen se denominan ARNs transcritos primarios. En muchos casos sufrirán un proceso de maduración, mediante el cual se transforman en ARNs maduros (mensajeros, ribosómicos, transferentes), que intervendrán en la síntesis de proteínas. 3.- ¿Qué aportaciones realizó Severo Ochoa al descifrado del código genético? Solución: Severo Ochoa (1905-1993), médico y bioquímico español, fue uno de los pioneros en el descifrado del código genético. Su contribución a esta tarea fue el descubrimiento del enzima polinucleótido fosforilasa. Este enzima es capaz de sintetizar ARN a partir de ribonucleótidos, sin necesidad de un molde de ADN. Gracias a este enzima, se pudieron sintetizar cadenas de ARN con un solo tipo de ribonucleótido; una de ellas fue la cadena formada únicamente por uracilo (poli U); a partir de esta cadena, y en presencia de todos los aminoácidos, se obtenía un polipéptido formado únicamente por fenilalanina. De ello se deducía que el codón que codificaba la fenilalanina era el UUU. Este proceso se repitió posteriormente con otros ARNs formados por un solo nucleótido (A, C y G), así se dedujeron los aminoácidos codificados por los codones AAA, CCC y GGG. Con posterioridad, otros investigadores, como Kornberg y Khorana, descubrieron lo que codifican el resto de los codones que forman el código genético. 4.- Dada la siguiente secuencia de nucleótidos del ARNm: AGC UAU AUG CGC ACG CAA ACC CCA AUU UAG AUA. a) Diga cuáles son los codones de iniciación y de terminación de esta secuencia, si es que presentan alguno. ¿Qué aminoácidos codifican estos codones? b) Esta secuencia, ¿podría dar lugar a un péptido? En caso afirmativo, ¿cuántos aminoácidos tendría? c) Si entre las bases subrayadas se introduce una adenina, ¿qué ocurriría en el péptido obtenido? Solución: a) En esta secuencia el codón de iniciación es el AUG, que está ocupando el tercer lugar. Este codón codifica el aminoácido metionina, por ello, todas las proteínas en principio comienzan por este aminoácido;

posteriormente, muchas de ellas lo eliminan. En esta secuencia el codón de terminación es el UAG, que se encuentra localizado en penúltimo lugar. Estos codones no codifican ningún aminoácido, por ello, se les denomina también codones mudos o sin sentido. Provocan la separación del ribosoma y el final de la síntesis proteica, ya que no existe ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario con ellos. b) Esta secuencia daría lugar a un péptido que tendría siete aminoácidos. El primer aminoácido estaría codificado por el tercer codón, que es el de iniciación (AUG), y el último estaría codificado por el noveno codón (AUU), que es el anterior al codón de terminación. El péptido codificado sería el siguiente: H2N-Met - Arg - Thr - Gln - Thr - Pro - Ile-COOH c) Si se adiciona una adenina entre las bases subrayadas, UAG AUA, la secuencia de nucleótidos en su extremo final se altera quedando de la siguiente manera: UAA GAU A. Por lo tanto se ha modificado el codón de terminación UAG y se ha transformado en el codón UAA. Esto no implica ningún cambio en el péptido, puesto que este nuevo codón también es un codón de terminación, con lo cual el péptido seguirá teniendo siete aminoácidos. 5.- ¿A qué se denomina sitio A y sitio P del ribosoma? Solución: El ribosoma es la estructura celular encargada de leer los codones del ARNm, y de ir uniendo a ellos, temporalmente, los complejos aminoacil-ARNt, cuyos anticodones sean complementarios con el ARNm. Cada uno de estos aminoacil-ARNt aportará un determinado aminoácido, que posteriormente se unirán y formarán la proteína. El ribosoma consta de dos subunidades que, al inicio de la síntesis, se unen. En ellos se diferencian dos sitios o centros de unión, en donde los ARNt se unen mediante sus anticodones con los codones del ARNm. Estos sitios son: El sitio A o aminoacil. Es el lugar del ribosoma donde se van incorporando los nuevos aminoacil-ARNt. Aquí el aminoacil-ARNt se une por su anticodón con el correspondiente codón del ARNm. El sitio P o peptidil es el lugar del ribosoma donde se encuentran los peptidil-ARNt, es decir, los ARNt que están unidos a la cadena peptídica en formación con los codones del ARNm. 6.- ¿Cómo actúan las hormonas esteroides en el control de la expresión génica? Solución: Las hormonas esteroides (estrógenos, corticoides, etc), debido a su carácter hidrófobo, pueden atravesar fácilmente la membrana plasmática por difusión y penetrar dentro de la célula. Una vez en el citoplasma se unen a proteínas receptoras específicas, formándose el complejo hormona-receptor , que es transportado hasta el núcleo a través de los poros de la membrana nuclear. Una vez en el núcleo, se fijan sobre un intensificador del ADN e inducen la transcripción de determinados genes. 7.- Indica lo que representa el esquema que se escribe a continuación, señala los procesos que se representan en él y en qué lugares de la célula eucariota tienen lugar. ADN-ARN-- Proteína Solución: Mediante este esquema se representa cómo fluye la información genética en una célula. Este flujo de la información genética constituye lo que se conoce como dogma central de la biología molecular, que fue enunciado por F. Crik en 1970. Según este esquema, se copia la información (secuencia de nucleótidos) de un fragmento del ADN en el ARNm. A este proceso se le denomina transcripción y, en las células eucariotas, tiene lugar en el núcleo. Posteriormente, este ARNm sale del núcleo y lleva la información hasta los ribosomas del citoplasma, los cuales la leen, traduciéndola en una secuencia de aminoácidos; es decir, en una cadena polipeptídica. En este proceso interviene también el ARNt, que se encarga de llevar los aminoácidos hasta los ribosomas y colocarlos en el orden que determina la secuencia de nucleótidos de ARNm. 8.- Señalar las principales diferencias en la síntesis del ARNm en las células eucariotas y en las procariotas. Solución: Las principales diferencias son las siguientes: En las células procariotas, el enzima que cataliza la síntesis del ARNm es el mismo que cataliza la síntesis de los demás ARNs, mientras que en las células eucariotas hay un enzima específico para catalizar la síntesis de este ARNm,, este enzima es la ARN-polimerasa II. En las células eucariotas, cuando ya se han transcrito los treinta primeros nucleótidos, al extremo 5' del ARNm que se está formando, se le añade el nucleótido metil-guanosina trifosfato, que forma una especie de caperuza. Esta sirve para proteger este extremo de la acción de las nucleasas cuando el ARNm sale del núcleo. Esto no ocurre en las células procariotas. Otra diferencia es que en las células eucariotas, una vez que se ha formado el ARNm transcrito, por acción de la enzima poli-A polimerasa, se adiciona al extremo 3' de este compuesto un fragmento de unos doscientos nucleótidos de adenina que forma una cola denominada poli-A. Esta cola contribuye al transporte del ARNm fuera del núcleo. En las células procariotas, el ARNm que se transcribe no contiene intrones, es ya

funcional y no necesita pasar por un proceso de maduración. En la células eucariotas, sin embargo, el ARNm transcrito no es funcional, contiene intrones y necesita pasar por un proceso de maduración, en el cual, mediante un proceso de corte y empalme, se eliminan los intrones y los exones se unen entre sí. 9.- ¿Es posible que, si se altera la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN que lleva información para la síntesis de una proteína, no se vea afectada dicha proteína? ¿A qué es debido? Escribe un ejemplo. Solución: Sí que es posible que se altere la secuencia de nucleótidos de un fragmento del ADN sin que ello implique una alteración en la secuencia de aminoácidos que forma la proteína. Esto es debido a que el código genético está degenerado y, por lo tanto, hay más codones que aminoácidos, existiendo codones diferentes para un mismo aminoácido. Estos codones difieren en la tercera base en la mayoría de los casos, aunque hay alguna excepción, como en el caso de los aminoácidos: leucina, serina y arginina, en los que no difieren en la tercera base sino en otras. Por consiguiente, si la alteración del ADN solo afecta a la base en que se diferencian los codones (generalmente la tercera base), no se alteraría la secuencia de aminoácidos, ya que se obtendría un codón sinónimo, que codificará el mismo aminoácido. Vamos a escribir un ejemplo de lo dicho anteriormente; primero escribimos una secuencia de ADN y el péptido que a partir de él se obtiene, y a continuación un ADN mutado de tal forma que el péptido siga siendo el mismo. En el ejemplo que se ha descrito las bases alteradas se han señalado subrayándolas. En este caso, a pesar de que en el ADN se han producido tres alteraciones, el péptido no se ha visto afectado. Mediante estas alteraciones se han obtenido tres codones sinónimos a los iniciales, que codificarán los mismos aminoácidos. 10.- Al analizar el ADN de un organismo extraterrestre se ha observado que posee las mismas bases que el ADN de un organismo terrestre, si bien sus proteínas solo contienen dieciséis aminoácidos distintos. ¿Podría el código genético de estos organismos estar formado por parejas de nucleótidos? ¿Crees qué tendría alguna desventaja respecto al código genético de los organismos terrestres? Solución: Como en estos organismos hay dieciséis aminoácidos diferentes, que forman sus proteínas, al menos tienen que existir dieciséis codones diferentes para que cada aminoácido esté determinado por un codón diferente. Por lo tanto, el código genético de estos organismos puede estar formado por parejas de nucleótidos, ya que con las cuatro bases que forman el ADN de estos organismos se pueden formar dieciséis parejas diferentes (variaciones con repetición de cuatro elementos tomados de dos en dos), que serán codones suficientes para codificar todos sus aminoácidos. A diferencia de lo que ocurre en los organismos terrestres, este código hipotético no estaría degenerado; cada aminoácido estaría codificado solamente por un codón; es decir, no habría codones sinónimos. Esto supondría una desventaja, puesto que cualquier alteración, por mínima que fuese, que se produjese en la secuencia de bases del ADN afectaría a la proteína que se sintetiza. Esto no ocurre en el caso de los organismos terrestres, ya que, debido a que el código está degenerado, aquellos cambios que hacen que los codones se transformen en sus sinónimos no producen alteraciones en la proteína que se sintetiza. Tampoco habrá codones sin sentido que indiquen el final, este se tendrá que determinar de otra forma distinta. 11.- ¿Qué son y cómo se forman los aminoacil-ARNt? Solución: Los aminoacil-ARNt son complejos moleculares formados por un aminoácido y un ARNt específico al cual se une. Estos complejos se forman en el hialoplasma, en una fase previa a la traducción. De esta manera, los aminoácidos, que van a formar parte de las proteínas, son transportados hasta los ribosomas, donde se unirán en el orden que determinan los codones del ARNm. La formación de estos complejos se realiza gracias a la acción de unos enzimas específicos, llamados aminoacil-ARNt-sintetasas. Estos enzimas catalizan la unión entre un aminoácido y un ARNt, siempre que este posea un determinado anticodón, puesto que este triplete de nucleótidos del ARNt es lo que va a determinar con qué aminoácido se va a unir. La unión entre el aminoácido y el ARNt se produce mediante un enlace éster, que se forma entre el grupo carboxilo (-COOH) del aminoácido y el grupo -OH del extremo 3' del ARNt, localizado en el brazo aceptor. El extremo siempre finaliza en la secuencia CCA. Esta reacción es muy endergónica. La energía necesaria se obtiene de la hidrólisis del ATP, que se transforma en AMP y dos grupos fosfato. 12.- ¿Por qué es necesario el control de la expresión genética y cuándo tiene lugar? Solución: En el ADN de las células, tanto procariotas como eucariotas, se localiza toda la información genética que

precisan para poder sintetizar sus proteínas. La expresión de esta información da lugar a las diferentes proteínas. La producción excesiva de proteínas resulta innecesaria y costosa energéticamente, y suele ocasionar alteraciones. Por todo ello, en los seres vivos se han desarrollado unos mecanismos que controlan la expresión génica de las células, permitiendo que los genes solo se expresen cuando sea necesario sintetizar la proteína que codifican. De esta manera, se evita el despilfarro molécular y energético. El control de la expresión génica es mucho más complejo y menos conocido en eucariotas que en procariotas, y se realiza principalmente en la transcripción. 13.- ¿Qué es un gen? Solución: Un gen es la unidad estructural y funcional de la herencia, que se transmite de padres a hijos a través de los gametos y que determina la aparición de una característica observable; es decir, el fenotipo. Durante mucho tiempo no se supo cuál era su naturaleza química, y se desconocía su localización; Mendel denominó a estas unidades factores hereditarios. Hoy se sabe que los genes son fragmentos de ADN, excepto en algunos virus que tienen como material genético ARN. Se localizan en los cromosomas, que es donde se encuentra el ADN. Los genes se expresan cuando la información que contienen se traduce en un proteína, que realizará una determinada función biológica. Su función es la de llevar la información necesaria para realizar las funciones celulares o su regulación. 14.- ¿Qué papel desempeña la ARN-polimerasa? Solución: La ARN-polimerasa es el enzima que se encarga de catalizar la síntesis de los ARNs, tomando como patrón el ADN. Este enzima realiza las siguientes funciones: Identifica y se une secuencias determinadas del ADN, llamadas secuencias promotoras, que indicarán dónde se inicia la transcripción y qué cadena del ADN se transcribe. Una vez fijado al ADN, produce un desenrollamiento de una vuelta de hélice. Va leyendo la secuencia de nucleótidos, de la cadena del ADN que se transcribe, en dirección 3' 5'. Va uniendo ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, haciéndolo en dirección 5' 3'. Estos ribonucleótidos que une serán complementarios con los nucleótidos de la cadena del ADN que se transcribe. (El complementario de la adenina, como en el ARN no hay timina, será el uracilo). Utiliza ribonucleótidos trifosfato que, antes de unirse, se hidrolizan, y, de esa forma, se obtiene la energía necesaría para formar el enlace. 15.- ¿Por qué decimos que el código genético está degenerado? ¿Representa esto alguna ventaja? Solución: El código genético se dice que está degenerado porque hay más codones diferentes que aminoácidos y, por consiguiente, todos los aminoácidos, excepto el triptófano y la metionina, están codificados por más de un codón. A estos codones distintos, que determinan un mismo aminoácido, se les llama codones sinónimos. Además, hay tres codones que señalan el final de la síntesis (codones mudos), debido a que no codifican ningún aminoácido. El que el código genético esté degenerado se debe a que cada codón, como se ha demostrado experimentalmente, está formado por tres nucleótidos y, por consiguiente, con los cuatro nucleótidos posibles (A,G,C y U), el número de codones diferentes que puede existir es de 64, de los cuales 61 codifican aminoácidos. Esto quiere decir que hay muchos más codones que aminoácidos para codificar; por ello es por lo que un mismo aminoácido puede estar codificado por más de un codón. La degeneración del código genético no es un fallo del código, ya que cada secuencia de nucleótidos del ARNm solo se traduce en una determinada proteína, y constituye una ventaja, puesto que permite que, si se produce un cambio en un nucleótido (sustitución de un nucleótido por otro), en ocasiones no se traduce en una alteración en los aminoácidos de la proteína; es decir, este cambio puede dar lugar a la aparición de un codón sinónimo que codificaría el mismo aminoácido y, por consiguiente, la proteína no cambiaría. 16.- A continuación se escribe la secuencia de nucleótidos de un fragmento de la cadena codificante del ADN: 3' AAG CAA TGT GGG CGG AGA CCA 5': a) Determinar la secuencia de nucleótidos del ARNm correspondiente e indicar su polaridad. b) Utilizando el código genético, determinar la secuencia de aminoácidos que produce la traducción de este ARNm. c) ¿Qué mínimo cambio tendría que ocurrir para que apareciese en cuarto lugar el aminoácido histidina en este péptido? Solución: a) El ARNm, que se obtiene por transcripción de este fragmento de ADN, será complementario y antiparalelo con la hebra del ADN molde que se use. Por lo tanto, la secuencia de nucleótidos y la polaridad del

fragmento de ARNm será la siguiente: Hebra de ADN molde 3' AAG CAA TGT GGG CGG AGA CCA 5'. RNA 5' UUC GUU ACA CCC GCC UCU GGU 3'. b) La secuencia de aminoácidos que determina este ARNm será la siguiente: H2N-Phe - Val - Thr - Pro - Ala - Ser - Gly-COOH. c) Para que en esta secuencia de aminoácidos apareciese en el cuarto lugar el aminoácido histidina en lugar de prolina, tendría que modificarse el codón CCC que codifica el aminoácido prolina por alguno de los que codifica el aminoácido histidina, que son: CAU y CAC. Por lo tanto, el mínimo cambio que tendría que producirse sería el de sustituir la citosina, que ocupa el segundo lugar en el codón CCC por la base adenina, con lo cual el codón CCC se convertiría en CAC. Por consiguiente, en el ADN se tendría que sustituir una base por otra: en este caso, se sustituiría una base púrica (guanina) por una pirimidínica (timina); a esta mutación se la denomina transversión. Según todo lo dicho, nos quedaría: Sin mutación: ADN: 3'AAG CAA TGT GGG CGG AGA CCA 5'. ARNm 5'UUC GUU ACA CCC GCC UCU GGU 3'. Péptido: H2N-Phe -Val -Thr -Pro -Ala -Ser -Gly-COOH. Con mutación: ADN: 3'AAG CAA TGT GTG CGG AGA CCA 5'. ARNm: 5'UUC GUU ACA CAC GCC UCU GGU 3'. Péptido: H2N-Phe -Val -Thr -His -Ala -Ser -Gly-COOH. 17.- ¿Es cierto que en las células eucariotas todas las proteínas tienen el aminoácido metionina en el extremo Nterminal? Solución: En principio, sí que es cierto que todas las proteínas de las células eucariotas recién sintetizadas, comienzan por el aminoácido metionina; esto es debido a que el codón de iniciación, que será el primer codón que lee el ribosoma en las células eucariotas, es AUG, por lo que el primer. aminoacil-ARNt que llega al sitio A será aquel cuyo anticodón es UAC, es decir, será el ARNt-metionina. Posteriormente, en muchos casos este primer aminoácido se elimina, por lo que no siempre el primer aminoácido de las proteínas eucariotas es la metionina. 18.- Explica cómo funciona el operón lac o sistema de regulación inducible. Solución: El modelo operón de regulación de la expresión génica puede ser de dos tipos: inducible y represible, según se trate de una ruta catabólica o anabólica. El operón lactosa u operón lac de E.coli es un sistema de regulación inducible. Este sistema de regulación interviene en el catabolismo de la lactosa. La bacteria (E.coli), cuando se encuentra en un medio rico en lactosa y pobre en glucosa, utiliza la lactosa como fuente de carbono. En el catabolismo de la lactosa intervienen tres enzimas: -galactosidasa, permeasa y transacetilasa. Estos enzimas están codificados por tres genes estructurales contiguos, que se sitúan a continuación del operador. Si hay glucosa en el medio, el gen regulador se transcribe y produce la proteína represora, que tiene dos lugares de unión: uno de ellos sirve para unirse al operador y bloquearlo, impidiendo que la ARN-pol se una al promotor, y, por lo tanto, no se produce la transcripción de los genes estructurales. El otro lugar de unión sirve para que, cuando no hay glucosa, la lactosa se una a la proteína represora, altere su configuración y haga que se desprenda del operador, permitiendo que se transcriban los genes estructurales y se sinteticen los enzimas que catabolizan la lactosa. 19.- ¿Quién enunció la hipótesis un gen, un enzima ? ¿Qué dice dicha hipótesis? Solución: El médico inglés Garrod, en la primera década del siglo XX descubrió que una enfermedad metabólica, la alcaptonuria, caracterizada entre otras cosas porque los individuos eliminan orina negra debido a la eliminación de ácido homogentísico, era causada por una anomalía hereditaria. Supuso que los enfermos carecían del enzima que metaboliza el ácido homogentísico. Fue la primera vez que se relacionó un gen con un enzima. En los años cuarenta, G. Beadle y E. Tatum, en experiencias realizadas con el moho Neuroespora crassa, estudiaron las consecuencias de los cambios génicos o mutaciones. Comprobaron que la alteración en un gen suponía una variación fenotípica, que consistía en el fallo en el funcionamiento de un enzima. Propusieron la hipótesis de un gen, un enzima. Según esta hipótesis, cada gen, que es un fragmento de ADN, lleva la información necesaria para la síntesis de una proteína enzimática. Posteriormente, esta hipótesis ha sido modificada, reformulándose como un gen, un polipéptido. Esto se ha debido a que muchas proteínas no son enzimas, y a que muchas proteínas están formadas por más de una cadena polipeptídica, cada una de las cuales está codificada por un fragmento de ADN. Hoy se sabe que muchos genes no se expresan, y algunos regulan la expresión. 20.- ¿Qué son las secuencias promotoras? Solución: Las secuencias promotoras, también denominadas centros promotores, son ciertas secuencias de nucleótidos localizados en distintos lugares de una u otra cadena del ADN patrón. Señalan el lugar de unión dela ARN-polimerasa, y su función es indicar dónde se inicia la transcripción y cuál de las dos hebras del ADN se

transcribe. En las células procariotas existen dos centros promotores, situados a distinta distancia del lugar de inicio de la transcripción; estos centros son: El primero, cuya secuencia de bases es TTGACA, se localiza unos treinta y cinco nucleótidos antes del punto de inicio de la transcripción. El segundo se sitúa diez nucleótidos antes del punto de inicio, y su secuencia de bases es TATAAT. En las células eucariotas también existen centros promotores; los más frecuentes son dos, que tienen las siguientes secuencias: TATA y CAAT. Se localizan unos veinticinco nucleótidos antes del inicio de la transcripción. 21.- Define los siguientes términos: Codón. Codón sinónimo. Codón sin sentido. Codón de inicio. Solución: Codón. Es cada uno de los tripletes de nucleótidos que forman el ARNm. Existen 64 codones distintos que constituyen el código genético. Cada uno de estos codones, excepto tres, codifican un aminoácido. Ejemplo: UUU codifica para fenilalanina. Codón sinónimo. Son aquellos codones diferentes que codifican el mismo aminoácido. Existen estos codones porque hay más tripletes de nucleótidos que aminoácidos, por ello, todos los aminoácidos, excepto la metionina y el triptófano, están codificados por más de un codón. Estos codones, en la mayoría de los casos, solo difieren en un nucleótido, generalmente el tercero, aunque hay excepciones. Por ejemplo, los codones CCU y CCC son sinónimos, ambos codifican la prolina; en este caso solo difieren en el tercer nucleótido, lo que suele ser lo más frecuente. Los codones CUG y UUA también son sinónimos, ya que codifican el mismo aminoácido, la leucina; en este caso, difieren en más de un nucleótido. Codón sin sentido. También denominado codón mudo; es un codón que no codifica ningún aminoácido. En el código genético existen tres codones mudos: UAA, UAG y UGA. Estos codones son importantes porque indican el final de la síntesis de proteínas. Codón de inicio. Es el codón con el que siempre se inicia la síntesis de proteínas; este codón, en las células eucariotas, es AUG, que codifica el aminoácido metionina. Por ello, y en principio, todas las proteínas comenzarían por este aminoácido, si bien posteriormente muchas de ellas lo eliminan. 22.- ¿Habrá más de una secuencia de ADN que codifique el péptido cuya secuencia de aminoácidos es: H2N-MetHis-Ser-Trp-Gly-COOH? Solución: Sí que hay más de una secuencia de nucleótidos de ADN diferente que codifica el mismo péptido. Esto se debe a que todos los aminoácidos excepto dos, la metionina y el triptófano, están codificados por más de un codón, y, por lo tanto, el triplete de nucleótidos que forma el ADN puede ser cualquiera de los que codifica el aminoácido en cuestión. En el caso del péptido del enunciado, el número de secuencias diferentes que lo codifican será el siguiente: Metionina: solo lo determina un codón: AUG. Histidina: los codones que lo codifican son: CAU, CAC. Serina: los codones que lo determinan son: UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC. Triptófano: solo lo codifica el codón: UGG. Glicina: los codones que lo codifican son: GGU, GGC, GGA, GGG. Según esto, el número de ARNm que lleva la información para sintetizar este péptido será: N de ARNm = 1 x 2 x 6 x 1 x 4 = 48. Cada uno de los ARNm se obtiene por transcripción de una de las cadenas del fragmento del ADN, por lo tanto, el número de secuencias de ADN diferentes que codifican este péptido será también 48. Algunos de estos 48 ARNm son los siguientes: 5'AUG CAU UCU UGG GGU 3'. 5'AUG CAC UCU UGG GGU 3'. 5'AUG CAU UCC UGG GGU 3'. 5'AUG CAU UCC UGG GGG 3'. 5'AUG CAC UCG UGG GGA 3'. Los ADNS que, por transcripción. han dado estos ARNm son los siguientes: 3'TAC GTA AGA ACC CCA 5'. 3'TAC GTG AGA ACC CCA 5'. 3'TAC GTA AGG ACC CCA 5'. 3'TAC GTA AGG ACC CCC 5'. 3'TAC GTG AGC ACC CCT 5' 23.- Explicar cómo finaliza la síntesis proteica. Solución: La síntesis proteica finaliza cuando, tras la última translocación del ribosoma, alguno de los codones de terminación llega al sitio A del ribosoma. Estas señales de terminación pueden ser: UAA, UGA y UAG, y son codones que no codifican ningún aminoácido. Por lo tanto, no habrá ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario con ellos, y, por consiguiente, cuando esto ocurre, no entrará ningún aminoacil-ARNt al sitio A. Estos codones de terminación son reconocidos y se unen a un factor de liberación, que puede ser el FR1 o el FR2. Dicha unión activa la enzima peptidil-transferasa que, en este caso, produce lo siguiente: Hidroliza la unión entre el ARNt y la cadena peptídica recién formada. Esta abandona el ribosoma, quedando libre. Hace que abandonen el ribosoma el ARNt y el ARNm. Este último, al poco de abandonar el ribosoma, es destruido. Provoca la separación de las dos subunidades del ribosoma. En esta etapa también se requiere energía, que se obtiene de la hidrólisis del GTP.

24.- Si en los organismos pluricelulares todas las células tienen el mismo ADN, ¿por qué tienen distintas formas y funciones? Solución: En los seres pluricelulares, todas las células tienen la misma información genética; es decir, el mismo ADN, ya que todas las células se forman mediante divisiones mitóticas sucesivas, a partir de una célula inicial. Por consiguiente, todas las células deberían ser iguales y realizar las mismas funciones; sin embargo, no es así; en estos seres aparecen grupos de células que adquieren una determinada forma y se especializan en realizar una determinada función. A estos grupos de células se les denomina tejidos. La diferenciación celular, que ocurre en estos seres vivos y que da lugar a los diferentes tejidos, es otra consecuencia de la regulación de la expresión genética. La diferenciación celular se produce porque, aunque todas las células de un organismo pluricelular tienen el mismo ADN, es decir, los mismos genes, estos no se expresan en todas por igual; en algunas células se expresan unos genes y se reprimen otros, mientras que en otras células son genes diferentes los que se expresan y se reprimen. Así por ejemplo, los genes de la hemoglobina solo se expresan en los eritrocitos, los de la melanina, únicamente en las células dérmicas, etc. Estos genes, en otras células que no sean estas, estarán reprimidos. 25.- Enumera los distintos experimentos llevados a cabo que han demostrado que el ADN es la molécula portadora de la información genética. Solución: El descubrimiento de que el ADN era la molécula portadora de la información genética ha sido uno de los grandes descubrimientos de la biología en siglo XX. Los principales acontecimientos que han conducido hasta esta conclusión han sido los siguientes: En 1869, F. Miecher descubrió los ácidos nucleicos. Los denominó nucleína , porque estaban presentes en el núcleo de las células. Posteriormente, se descubrió que los cromosomas de las células eucariotas estaban formados por ADN y proteínas. A comienzos de este siglo, se descartó que el ADN fuese el portador de la información genética por su aparente simplicidad. Se creía que la información la portaban las proteínas. En 1928, el bacteriólogo F. Griffith realizó experimentos con la bacteria Streptococcus pneumoniae, causante de la neumonía humana. De esta bacteria existen dos cepas distintas: la cepa S (formada por células capsuladas, que es virulenta) y la cepa R (formada por células no capsuladas, que no es virulenta). A partir de estas bacterias, Griffith demostró que la cepa R adquiría la capacidad de producir cápsula (que es lo que determina la virulencia), gracias una sustancia no identificada, denominada principio transformante, procedente de las bacterias S. En la década de los cuarenta, O.T. Avery, C. MacLeod y M. McCarty obtuvieron distintas moléculas de las bacterias S (virulentas) muertas y observaron si transformaban las bacterias R (no virulentas). Comprobaron que el principio transformante, que modificaba las bacterias R y las hacia producir cápsula, era el ADN. En 1952, A.D. Hershey y M. Chase demostraron de forma concluyente que el ADN, y no una proteína del fago T2, es la molécula portadora de la información genética, que se introduce en la bacteria para la reproducción viral. En 1953, J. Watson y F. Crick mostraron el modelo de doble hélice, que explicaba cómo se almacenaba y transmitía la información genética. Hoy ya nadie duda de la función e importancia del ADN. 26.- ¿Cómo se produce la fase de maduración en los ARN mensajeros? Solución: La fase de maduración es la última etapa del proceso de transcripción. En ella, los ARNs transcritos sufren una serie de cambios, mediante los cuales se transforman en los ARNs maduros y funcionales. En las células procariotas, debido a que los genes son continuos, el ARNm que se obtiene por transcripción del ADN ya es funcional, sin necesidad de sufrir ningún proceso de maduración. En las células eucariotas, debido a que los genes no son continuos, sino que poseen fragmentos con información denominados exones, entre los que hay intercalados otros fragmentos carentes de información llamados intrones. Por esta razón, los ARNm transcritos tienen que pasar por un proceso de maduración, mediante el cual se eliminan los intrones y el ARNm transcrito se transforma en ARNm funcional. Esta eliminación se realiza mediante un proceso de corte y empalme, en el cual se cortan los intrones y los exones se unen entre sí. El proceso se realiza gracias a la acción de unos enzimas llamados ribonucleoproteínas pequeñas nucleolares (RNPpn) o espliceosoma. 27.- ¿Por qué los codones que forman el código genético tienen que estar formados por tres nucleótidos? Solución: Quien primero propuso que los codones que forman el código genético debían estar formados por tripletes de nucleótidos fue el físico estadounidense G. Gamow, el mismo que enunció la hipótesis del Big- Bang acerca del origen del universo. El razonamiento por el que los codones tienen que ser tripletes de nucleótidos es el siguiente: Si cada codón estuviese formado por un solo nucleótido, únicamente habría cuatro codones diferentes, y

no serían suficientes para que codones diferentes pudiesen codificar los veinte aminoácidos proteicos. Esto implicaría que un mismo codón tendría que codificar más de un aminoácido, lo cual significaría que una determinada información se pudiese traducir de más de una manera; es decir, una misma información podría dar lugar a más de una proteína. Si cada codón estuviese formado por dos nucleótidos, el número de codones diferentes que se podría formar con los cuatro nucleótidos que forman el ARN, serían 16 (variaciones con repetición de cuatro elementos tomados de dos en dos), los cuales siguen siendo insuficientes para poder codificar a los veinte aminoácidos proteicos; se plantearía el mismo problema que en el caso anterior. Si los codones estuviesen formados por tres nucleótidos, el número de codones diferentes que se pueden formar con los cuatro nucleótidos es de 64 (variaciones con repetición de cuatro elementos tomados de tres en tres), que serán suficientes para poder codificar todos los aminoácidos proteicos. Como hay más codones que aminoácidos, una mayoría va a estar codificada por más de un codón; además, pueden quedar codones que no codificarían ningún aminoácido e indicarían el final de la síntesis. Posteriormente, Crik, utilizando mutágenos, demostró que los codones del código genético están formados por tripletes de nucleótidos. 28.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación? Solución: El complejo de iniciación es un complejo molecular que se forma en la primera etapa de la traducción o etapa de iniciación. Este complejo está formado por: el ARNm, la subunidad menor del ribosoma y el primer aminoacil-ARNt, que suele ser el ARNt-metionina. Una vez formado, se une a él la subunidad mayor, y se forma el ribosoma completo. Este complejo de iniciación se forma de la siguiente manera: El ARNm se une por su extremo 5' a la subunidad menor del ribosoma; en este proceso interviene un factor proteico de iniciación llamado FI1. A continuación, el primer aminoacil-ARNt se une, mediante puentes de hidrógeno y por su anticodón, al codón iniciador del ARNm, que suele ser el AUG. Por esta razón, el primer aminoacil-ARNt es el ARNt-metionina. En este proceso interviene otro factor de iniciación llamado FI2. En la formación del complejo de iniciación se requiere energía, que se obtiene de la hidrólisis del GTP. 29.- ¿Qué es el operón? Solución: El operón es un modelo de regulación de la expresión de los genes en las bacterias. Este modelo fue propuesto por F. Jacob y J. Monod entre los años cincuenta y sesenta. El operón esta formado por un conjunto de genes que están próximos en el cromosoma y codifican las proteínas que intervienen en un determinado proceso metabólico. A esto se añade un centro de control asociado, que permite o no la transcripción del conjunto de genes. En cada operón se diferencian las siguientes partes: Genes estructurales (E1, E2, etc). Son genes que codifican la síntesis de proteínas (enzimas) que intervienen en un proceso metabólico. Gen regulador (R). Es el gen que codifica la proteína represora, que se puede encontrar activa o inactiva. Esta proteína regula la actividad de los genes estructurales. Promotor (P). Es la secuencia de nucleótidos del ADN. Se encuentra por delante y cerca de los genes estructurales; a esta secuencia se une la ARN-polimerasa para iniciar la transcripción. Operador (O). Secuencia de nucleótidos del ADN que se sitúa entre el promotor y los genes estructurales; aquí se puede unir la proteína represora e impedir el avance de la ARN polimerasa y, por lo tanto, la transcripción de los genes estructurales. 30.- ¿Qué es y cómo se forma el complejo de iniciación? Solución: El complejo de iniciación es un complejo molecular que se forma en la primera etapa de la traducción o etapa de iniciación. Este complejo está formado por: el ARNm, la subunidad menor del ribosoma y el primer aminoacil-ARNt, que suele ser el ARNt-metionina. Una vez formado, se une a él la subunidad mayor, y se forma el ribosoma completo. Este complejo de iniciación se forma de la siguiente manera: El ARNm se une por su extremo 5' a la subunidad menor del ribosoma; en este proceso interviene un factor proteico de iniciación llamado FI1. A continuación, el primer aminoacil-ARNt se une, mediante puentes de hidrógeno y por su anticodón, al codón iniciador del ARNm, que suele ser el AUG. Por esta razón, el primer aminoacil-ARNt es el ARNt-metionina. En este proceso interviene otro factor de iniciación llamado FI2. En la formación del complejo de iniciación se requiere energía, que se obtiene de la hidrólisis del GTP. 31.- ¿Qué problema plantea durante la replicación el hecho de que las cadenas de ADN sean lineales?; ¿de qué mecanismos disponen las células eucariontes para resolver este problema?

Solución: El problema que se plantea en las hebras de ADN lineal de las células eucariontes es que, tras la replicación, los extremos 5' no quedan completos al eliminarse el cebador, debido a que las polimerasas no sintetizan en sentido 3' 5'. La consecuencia de este hecho es que las sucesivas replicaciones conducen a un acortamiento del cromosoma, con la consiguiente pérdida de información genética. Los extremos del cromosoma son los telómeros, y su desaparición, por los acortamientos sucesivos de los extremos, provoca la inestabilidad y la unión de los cromosomas entre sí, produciendo la muerte celular. Para resolver el problema los eucariontes disponen de un enzima, telomerasa, constituido por una parte proteica y una secuencia de ribonucleótidos. Esta secuencia actúa como molde para alargar el extremo 3'. La prolongación, catalizada por la telomerasa, sirve como cebador para la síntesis, por parte de la polimerasa a, del extremo 5' que quedó incompleto. En algunos tejidos de los organismos pluricelulares se ha comprobado que no existe actividad telomerasa, enzima que está presente en los tejidos embrionarios. Esto supone un acortamiento progresivo de los telómeros, que puede ser un desencadenante del envejecimento celular. Asimismo, las células cancerosas, que presentan una capacidad de división indefinida, tienen actividad telomerasa. 32.- Define y pon un ejemplo de: Aneuploidía Poliploidía Trisomía Mutación puntual. Solución: La poliploidía es un tipo de mutación cromosómica numérica en el que se ve afectado el número de juegos cromosómicos. Por ejemplo, en una especie dipliode (2n) aparece un individuo con tres juegos de cromosomas, triploide (3n). La aneuploidía es una mutación cromosómica numérica, que supone la modificación del número de cromosomas, sin afectar a juegos completos. Son casos en los que aparecen uno o varios cromosomas de más o de menos. Trisomía. Se produce cuando un individuo porta un cromosoma de más. En una especie diploide el individuo será 2n+1; es decir, que alguno de sus cromosomas portará tres copias en lugar de una pareja de homólogos. Mutación puntual. Es una mutación génica que afecta a un único par de nuleótidos. Por ejemplo, el cambio de un par A-T por el par G-C. Las mutaciones puntuales afectan a la secuencia del gen y pueden, por tanto, modificar la proteína que codifica. En algunos casos son la causa de enfermedades genéticas. Por ejemplo, la anemia falciforme es una enfermedad que se origina por una mutación en el gen que codifica las cadenas beta de la hemoglobina. La mutación provoca la sustitución de un ácido glutámico por una valina en la secuencia de aminoácidos. 33.- Mutaciones génicas: Define mutación espontánea y mutación inducida. Tipos de agentes mutágenos. Explica los mecanismos de acción de los agentes mutágenos. Solución: Las mutaciones espontáneas son lesiones o alteraciones en el ADN que se producen de forma fortuita. Surgen en cualquier tipo de célula y en cualquier momento. Pueden producirse por las siguientes causas: Errores en la replicación. Lesiones en el ADN (desaminaciones, despurinizaciones y oxidaciones). La acción de elementos transponibles. Las mutaciones inducidas son aquellas que se producen cuando un organismo está sometido a la acción de agentes (físicos o químicos), que producen alteraciones en el ADN. Estos agentes se llaman mutágenos. Los agentes mutágenos son aquellos que inducen mutaciones en el ADN cuando un organismo está sometido a su acción. Existen dos tipos de agentes mutágenos: Fisicos, como las radiaciones ionizantes y las UV. Químicos. Son sustancias que producen mutaciones por lesiones en el ADN. Entre ellos se encuentran los análogos de bases o los agentes alquilantes. Los agentes mutágenos actúan, preferentemente, en los puntos calientes, y producen un tipo de mutación específica. Los agentes mutágenos actúan provocando lesiones en el ADN de tres modos: Sustitución de bases. Los análogos de bases son moléculas tan parecidas a las bases nitrogenadas, que las sustituyen incorporándose al ADN. Así actúan el 5-bromouracilo y la 2-amonopurina. El 5-bromouracilo es un análogo de la timina que se aparea con la guanina cuando se encuentra en su forma enol. Esto origina transiciones A -T G -C. La 2-aminopurina es un análogo de la adenina, y se aparea con la citosina, originando una transición G C A -T. Modificaciones de bases. Algunos mutágenos actúan produciendo modificaciones específicas en las bases. Entre ellos destacan los agentes alquilantes, como el etilsulfonato y la hidroxilamina, que provocan transiciones G C A -T. Otros agentes que alteran las bases son los iones bisulfito y el ácido nitroso (HNO2), que producen desaminaciones en la citosina y forman uracilo, lo que provoca transiciones C T. Lesiones por daños en las bases. En este tipo de mutación, el daño producido en las bases impide el apareamiento específico, produciendo la interrupción de la replicación. El bloqueo de la replicación pone en funcionamiento el sistema de reparación SOS, que promueve la inserción de bases con muy poca fidelidad, pero permite que la replicación continúe. Así actúan la radiación UV, que provoca la formación de dímeros de pirimidinas (especialmente de timina), y la aflatoxina B1, que

se une a la guanina y el benzopireno. 34.- Dos alteraciones frecuentes en el ADN son las despurinizaciones y la desaminación de la citosina. ¿De qué mecanismos dispone la célula para reparar estos errores? Solución: Las despurinizaciones son mutaciones que son reparadas por un sistema que se inicia con la acción del nucleasa AP. Las desaminación de la citosina, que la convierte en uracilo, es reparada por glucosidasas (concretamente, el enzima uracilo-ADN-glucosidasa elimina el uracilo presente en el ADN). Estos enzimas rompen los enlaces N-glucosídicos, es decir, separan la base, pero no escinden la cadena. 35.- ¿Qué es la transposición?¿Cuáles son los tipos de elementos transponibles que aparecen en las bacterias? Solución: La transposición es un mecanismo de cambio genético que se debe al desplazamiento de genes (fragmentos de ADN) dentro del mismo cromosoma o de un cromosoma a otro. Los fragmentos de ADN que se desplazan se denominan elementos genéticos transponibles o transposones, y han sido observados tanto en procariontes como en eucariontes. En las bacterias se han descrito dos tipos de elementos transponibles: Las secuencias de inserción: son pequeños fragmentos de ADN que cambian de posición en el cromosoma bacteriano. Estas secuencias contienen, únicamente, genes relacionados con la función de inserción. Los transposones o elementos transponibles: son secuencias de ADN formadas por varios genes que contienen, en cada uno de sus extremos, secuencias de inserción. Estas secuencias son las que otorgan al transposón la capacidad de intercalarse en sitios distintos del cromosoma o de un plásmido. 36.- Explica la siguiente afirmación: El cáncer es una enfermedad genética; pero, salvo en algunas ocasiones, no es una enfermedad hereditaria. Solución: La mayoría de los cánceres son producidos por agentes ambientales que provocan mutaciones en el ADN, por lo que el cáncer es una enfermedad genética. Estas mutaciones afectan a dos tipos de genes: Protooncogenes: son genes activadores de la división celular. La mutación los convierte en oncogenes, que producen gran cantidad de una proteína que estimula la división celular o formas muy activas de esa proteína. Genes supresores de tumores: son inhibidores de la división celular. Una mutación puede desactivarlos, dejando de producir la proteína supresora de la división; lo que desencadena la división celular. Tanto las mutaciones que afectan a los protooncogenes, como las que inciden en los genes supresores de los tumores, se producen mayoritariamente en las células somáticas. Este hecho afecta al desarrollo de las capacidades del individuo que sufre la mutación e influye en su supervivencia, pero no modifica la composición genética de su descendencia. Por tanto, el cáncer no es una enfermedad hereditaria, aunque sí parece que existe cierta predisposición genética a padecerlo. 37.- ¿Qué es el ADN recombinante? Explica algunas aplicaciones de esta tecnología. Solución: El ADN recombinante es un fragmento de ADN construido artificialmente con segmentos no homólogos procedentes de organismos diferentes. Consta de un vector, que es un fragmento que contiene un punto de iniciación de la replicación (generalmente es un plásmido o un virus), y el fragmento o gen que es objeto de estudio. Algunas aplicaciones de la tecnología del ADN recombinante son: La síntesis bacteriana de proteínas útiles. Incorporando los genes adecuados a un vector e introduciéndole en una bacteria se pude conseguir que sinteticen las proteínas codificadas por esos genes. La insulina, la hormona del crecimiento, la somatostatina, factores de coagulación, etc. son algunas proteínas que hoy se producen por ingeniería genética. La detección precoz y diagnosis de enfermedades hereditarias. Se han desarrollado actualmente pruebas fiables que hacen posible un diagnóstico precoz de enfermedades como la anemia falciforme, algunas formas de hemofilia, la distrofia muscular infantil o la corea de Huntington. Las técnicas utilizadas son los enzimas de restricción y las sondas de ADN. Transferencia de genes a plantas de interés económico. Mediante la transferencia de genes útiles se han conseguido plantas modificadas genéticamente, como maíz resistente a algunas plagas, soja que produce ácidos grasos de interés industrial o plantas de tomate, que retrasan la maduración del fruto. Los vectores más utilizados para la introducción de los genes son las bombas génicas y una bacteria del suelo llamada Agrobacterium tumefaciens. 38.- Define los conceptos de mutación, recombinación y transposición. Solución: Mutación: Una mutación es un cambio heredable y medible del material genético. Las mutaciones pueden

afectar a cualquier tipo de células, pero solamente se transmitirán a la descendencia aquellas mutaciones que se produzcan en los gametos o en células embrionarias que den lugar a gametos. Recombinación: La recombinación consiste en la aparición de nuevas combinaciones de genes diferentes de las que se encuentran en los cromosomas de una célula determinada. Estas nuevas combinaciones surgen por el intercambio de fragmentos de ADN entre los cromosomas, durante el proceso llamado sobrecruzamiento. Durante la recombinación no se pierde ni se gana ningún nucleótido, por lo que el mecanismo molecular de intercambio es muy preciso. Transposición: La transposición es un mecanismo de cambio genético que se debe al desplazamiento de genes (fragmentos de ADN) dentro del mismo cromosoma o de un cromosoma a otro. Los fragmentos de ADN que se desplazan se denominan elementos genéticos transponibles o transposones, y han sido observados tanto en procariontes como en eucariontes. 39.- Clasifica y explica el mecanismo de acción de los siguientes agentes mutágenos: 5-bromouracilo. Ácido nitroso. Radiación ultravioleta. Solución: El 5-bromouracilo es un análogo de bases que actúa produciendo sustituciones de bases en el ADN. Concretamente, es un análogo de la timina, que se aparea con la guanina cuando se encuentra en su forma enol, originando transiciones A -T G - C. El ácido nitroso (HNO2), altera el ADN, provocando modificaciones en las bases. Su acción produce desaminaciones en la citosina, transformándola en uracilo, lo que provoca transiciones C T. La radiación ultravioleta es un mutágeno físico que induce la formación de dímeros de pirimidinas (especialmente, de timina). Este tipo de mutación impide el apareamiento específico de las bases, produciendo la interrupción de la replicación. El bloqueo de la replicación pone en funcionamiento el sistema de reparación SOS, que promueve la inserción de bases con muy poca fidelidad, pero que permite que la replicación continúe. 40.- Algunas enfermedades genéticas en la especie humana son debidas a mutaciones en los sistemas de reparación del ADN. Describe, al menos, dos ejemplos de estas alteraciones genéticas. Solución: Los sistemas de reparación están constituidos por enzimas y, por lo tanto, codificados por genes que pueden sufrir mutaciones. Estas mutaciones pueden dar origen a enfermedades genéticas como: Xeroderma pigmentosum. Es una enfermedad de la piel que origina una pigmentación anormal, con gran abundancia de pecas. Termina en focos de cáncer de piel. Es producida por una mutación en el gen que codifica la endonucleasa que repara los dímeros de timina. Se ha comprobado que las personas que sufren la enfermedad poseen niveles bajos del enzima fotorreactivo. La telangiectasia (dilatación de los vasos sanguíneos de la piel) y algunos tipos de envejecimiento prematuro son dos ejemplos de enfermedades producidas por mutaciones en los sistemas de reparación. 41.- Representa de forma esquemática el intercambio de cadenas homólogas de ADN que conduce a la recombinación genética. Solución: El proceso de intercambio de cadenas homólogas se puede representar del siguiente modo: 1. Se produce la rotura de una hebra de cada cadena homóloga de ADN (a y b). 2. Cada hebra se une con la opuesta de la cadena homologa (c). 3. Las ligasas unen los fragmentos de las dos hebras y se forma ADN heterodúplex (híbrido) (d). 4. El intercambio avanza por la hebra a lo largo del cromosoma (e). 5. En un punto determinado las hebras se rompen de nuevo y se sueldan (f y g). 6. El resultado es el intercambio de hebras entre dos moléculas de ADN y la recombinación genética (h). 42.- Explica el punto de vista de las diferentes teorías evolucionistas acerca del papel de la mutación. Solución: Cada una de las diferentes teorías evolucionistas ofrece su punto de vista particular sobre el papel de las mutaciones en la evolución: Para el neodarvinismo, la mutación es una fuente de variación que proporciona beneficios o perjuicios. La selección natural elimina las mutaciones perjudiciales y favorece que las beneficiosas incrementen su presencia en la población. A lo largo del tiempo, la consolidación de las nuevas características origina cambios, que conducen a la evolución de las especies. Según la teoría neutralista, las mutaciones no suponen ni perjuicio ni beneficio. Las mutaciones determinan características neutras con respecto a la selección, y es el azar quien dirige, en gran medida, el proceso evolutivo. La teoría de los equilibrios interrumpidos considera que la acumulación de pequeñas mutaciones génicas proporciona la posibilidad de adaptaciones. Los grandes cambios (mutaciones cromosómicas, por ejemplo) explican la aparición de los grandes grupos taxonómicos

(familias, clases, etc.). 43.- ¿Qué es un organismo transgénico? Cita algunas aplicaciones de estos organismos y comenta los posibles problemas que plantean. Solución: Organismo transgénico. Es aquel desarrollado a partir de una célula cuyo genoma ha sido modificado mediante la introducción, de forma estable, de nuevos genes procedentes de una especie distinta. Las aplicaciones de los organismos transgénicos son muy variadas, destacaremos: Utilización de microorganismos trasgénicos para la síntesis de proteínas útiles. Incorporando los genes adecuados a un vector e introduciéndolo en una bacteria se puede conseguir que sinteticen las proteínas codificadas por esos genes. La insulina, la hormona del crecimiento, la somatostatina, factores de coagulación, etc. son algunas proteínas que hoy se producen por ingeniería genética. Introducción de genes a plantas de interés económico. Mediante la transferencia de genes útiles se han conseguido plantas modificadas genéticamente, como maíz resistente a algunas plagas, soja que produce ácidos grasos de interés industrial o plantas de tomate que retrasan la maduración del fruto. Los vectores más utilizados para la introducción de los genes son las bombas génicas y una bacteria del suelo llamada Agrobacterium tumefaciens. La utilización de organismos transgénicos ha planteado varios interrogantes, por ejemplo: El desconocimiento de las consecuencias que tiene la introducción de genes en la fisiología de los organismos vivos. Se desconocen las posibles consecuencias ecológicas y para la salud humana que se producirían si la bacteria modificada se escapara accidentalmente (o fuese liberada intencionadamente). La posible aparición de reacciones alérgicas, frente a los nuevos productos sintetizados por estos organismos. La potenciación del uso de herbicidas, ya que muchas de las plantas transgénicas comercializadas están diseñadas para ser resistentes a altas concentraciones de estos productos. La pérdida de diversidad biológica por introducción de nuevos genes en los ecosistemas, de los que se desconoce su efecto, y que pueden provocar la desaparición de las variedades naturales. 44.- Describe las principales moléculas que intervienen en la replicación del ADN en procariontes y explica el mecanismo por el que tiene lugar el proceso. Solución: Las principales moléculas implicadas en la replicación del ADN en los procariontes son: ADN polimerasas. Son los enzimas que se encargan de catalizar la formación de enlaces fosfodiéster entre dos nucleótidos consecutivos. Añaden, al extremo 3' de una cadena, los nucleótidos complementarios a los de la cadena, que actúa como molde. Para llevar a cabo la catálisis necesitan un extremo 3'-OH libre, por lo que requieren un cebador para iniciar la síntesis. Este cebador es un fragmento de ARN llamado primer o iniciador. En E. coli se conocen tres polimerasas: el ADN polimerasa I, que presenta también actividad exonucleasa y se encarga de rellenar espacios polimerizando ADN; el ADN polimerasa II, que interviene en la reparación del ADN, y el ADN polimerasa III, que sintetiza la mayor parte el ADN durante la replicación. Helicasas. Separan las dos hebras de la molécula de ADN mediante la rotura de los puentes de hidrógeno que las mantienen unidas; de este modo, cada hebra puede actuar de molde para la síntesis de una nueva cadena. Topoisomerasas. Son enzimas encargados de desenrollar la doble hélice de ADN a medida que se va replicando, para permitir la acción del ADN polimerasa. Primasa. Es un ARN polimerasa que sintetiza pequeños fragmentos de ARN llamados cebadores o primer. Proteínas SSB. Son proteínas estabilizadoras de la cadena sencilla. Una vez que actúa la helicasa se unen a las cadenas sencillas, estabilizándolas mientras se produce la replicación. ADN ligasas. Se encargan de unir fragmentos adyacentes de ADN, que se encuentran correctamente emparejados con la hebra complementaria. El mecanismo de la replicación podemos resumirlo en los siguientes pasos: 1. Desenrollamiento y apertura de la doble hélice. Por acción de los enzimas helicasas, la molécula de ADN se desenrolla, rompiéndose los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las dos cadenas. Estas se separan y se forma una horquilla de replicación. Las dos moléculas de ADN, que se van formando a medida que se va produciendo la replicación, van girando por acción de los topoisomerasas, evitando así problemas de superenrollamiento. 2. Síntesis de las nuevas hebras. Simultáneamente a la separación de las dos hebras, se van sintetizando las nuevas hebras complementarias, por acción de los ADN polimerasas. El proceso es el siguiente: El ARN polimerasa, denominada primasa, sintetiza una pequeña molécula de ARN que actúa de cebador, ya que el ADN polimerasa es capaz de alargar la cadena, pero no de iniciar la síntesis. El ADN polimerasa III, utilizando como cebador ( primer ) el fragmento de ARN, va alargando la cadena. Este enzima solo es capaz de unir nucleótidos en sentido 5' 3'. Como las dos cadenas que forman el ADN son antiparalelas, la cadena de ADN que tiene dirección 3' 5' se replica de forma continua, mientras

que la otra cadena que tiene dirección 5' 3' lo hace de forma discontinua. Esta cadena se replica de forma retardada mediante la síntesis de pequeños fragmentos (1 000 nucleótidos) que crecen en dirección 5' 3', llamados fragmentos de Okazaki. A continuación el ADN polimerasa I elimina los fragmentos de ARN que han actuado de cebadores y rellena los huecos. Por último, el ADN-ligasa une los extremos de los fragmentos, dando lugar a la molécula completa. 45.- ¿Qué es una mutación génica? Indica sus tipos. Solución: Las mutaciones génicas son aquellas que afectan a un solo gen o a un número pequeño de genes. Son mutaciones que provocan un cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN. Estos cambios pueden ser la sustitución de un o unos nucleótidos por otros, la inversión, inserción o deleción (pérdida) de uno o varios nucleótidos. Las mutaciones génicas se producen de forma espontánea (mutaciones espontáneas), o bien por efecto de las condiciones ambientales (mutaciones inducidas). Las mutaciones espontáneas surgen en cualquier tipo de célula y en cualquier momento. Pueden producirse por las siguientes causas: Errores en la replicación. Lesiones en el ADN (desaminaciones, despurinizaciones y oxidaciones). La acción de elementos transponibles. Las mutaciones inducidas se producen cuando un organismo está sometido a la acción de agentes mutágenos específicos. Pueden ser: agentes físicos, como la radiación UV o las radiaciones ionizantes; o agentes químicos, como los análogos de bases o los agentes alquilantes. 46.- Describe los mecanismos que producen la aparición de mutaciones espontáneas originadas por lesiones en el ADN. Solución: Las mutaciones espontáneas más frecuentes originadas por lesiones en el ADN son el resultado de: Despurinizaciones. Consisten en la pérdida de bases púricas (adenina y guanina) por ruptura del enlace Nglucosídico, que se establece entre la desoxirribosa y la base. Durante la replicación posterior este punto no especifica ninguna base, produciéndose una deleción (pérdida de un par de bases). Desaminaciones. La desaminación provoca la conversión de la citosina en uracilo, que se empareja con la adenina. Este fenómeno conduce a la aparición de una transición GC AT durante la replicación. También por desaminación pueden sustituirse citosinas por timinas. Oxidaciones. Se deben a la acción de los radicales libres oxigenados (superóxido O-2, peróxido H2O2, hidroxilo -OH), producidos por la célula durante el metabolismo aerobio. Estas sustancias forman derivados de la guanina que dan lugar a transversiones G T. 47.- La aflatoxina B1 es un potente carcinógeno que se une a la guanina e impide la replicación del ADN. Explica el mecanismo de reparación que actuará para corregir los efectos de este mutágeno. Solución: La aflatoxina B1 es un agente mutágeno que provoca el bloqueo de la replicación. Esta interrupción puede conducir a la muerte de la célula. El mecanismo de reparación que se pondrá en marcha para desbloquear la replicación es el sistema SOS o de emergencia. Este sistema desbloquea la replicación, pero promueve inserciones de bases reduciendo la fidelidad, lo que supone la aparición de mutaciones. 48.- Define recombinación y clasifica sus tipos. Solución: La recombinación consiste en la aparición de nuevas combinaciones de genes, que serán diferentes de las que se encuentran en los cromosomas de una célula determinada. Estas nuevas combinaciones surgen por el intercambio de fragmentos de ADN entre los cromosomas, durante el proceso llamado sobrecruzamiento. Durante la recombinación no se pierde ni se gana ningún nucleótido, por lo que el mecanismo molecular de intercambio es muy preciso. Se distinguen dos tipos de recombinación: Recombinación específica. El intercambio se produce entre secuencias específicas de ADN, homólogas o no. A este caso pertenece la recombinación de algunos fagos con el cromosoma bacteriano o la inserción de elementos transponibles en distintos puntos de un cromosoma. Recombinación general u homóloga. Es la más habitual y se produce como resultado del intercambio de información entre los cromosomas homólogos. 49.- ¿Son heredables todas las mutaciones que sufre un individuo pluricelular? Solución: En los organismos pluricelulares, las mutaciones tienen consecuencias distintas si se producen en las células germinales o si afectan a las células somáticas. En el primer caso, los efectos de la mutación son heredables, ya que estas son las células que participan en la reproducción; pero en el segundo, que son las llamadas mutaciones somáticas, los cambios se producen en células que mueren con el organismo y, por lo tanto,

no afectan a la descendencia. 50.- ¿Qué es la terapia génica? Explica las diferentes estrategias para su aplicación y los problemas que plantea esta técnica. Solución: La terapia génica es el tratamiento de una enfermedad que se basa en la introducción de genes en el organismo como forma de atacar enfermedades con base genética. La técnica consiste en la introducción de genes correctos, para corregir el efecto producido por genes defectuosos. Las diferentes estrategias de terapia génica son: Ex vivo: Consiste en extraer las células del enfermo y cultivarlas. Posteriormente, se les inserta el gen normal y se reintroducen en el organismo. Hoy en día, es la técnica más utilizada. In situ: Mediante este procedimiento se introducen los genes directamente en los tejidos. In vivo: Los genes se introducen por vía sanguínea, unidos a vectores que contienen moléculas en su superficie, que son reconocidas por receptores específicos de determinadas células, las células diana. Allí transfieren la información genética deseada. Algunos de los problemas que plantea la aplicación de la terapia génica son: En las técnicas in situ y ex vivo, los genes implantados no producen la suficiente cantidad de proteína y, además, las células portadoras terminan por morir y, con ellas, el efecto deseado. La integración del gen se produce al azar dentro del genoma. Este hecho puede dar lugar a la fragmentación de genes importantes; por ejemplo, un gen supresor de tumores, con lo que se está induciendo un defecto genético al intentar arreglar otro. De todos modos, aunque quedan muchos problemas por resolver, la terapia génica ha abierto grandes posibilidades para el futuro. 51.- Durante la replicación, los ADN polimerasas actúan sintetizando la hebra nueva en sentido 5' 3'. Si las dos hebras de la molécula de ADN son antiparalelas, ¿cómo es posible que se repliquen a la vez? Solución: Durante la replicación del ADN las dos cadenas se sintetizan a la vez, pero no de la misma forma: La hebra que crece en sentido 5' 3' no plantea problemas, ya que los ADN polimerasas leen en sentido 3' 5' y sintetizan en sentido 5' 3'. Esta hebra se fabrica de forma continua y se denomina hebra líder. La otra cadena, llamada retardada, es antiparalela y, por tanto, no puede replicarse de forma continua. La síntesis se realiza en dirección 5' 3' en trozos de unos 1 000 nucleótidos, llamados fragmentos de Okazaki. Estos fragmentos necesitan un ARN cebador que, posteriormente, será degradado y los fragmentos unidos por los ADN ligasas. 52.- Las mutaciones génicas son aquellas que afectan a un único gen. ¿Qué causas provocan las mutaciones génicas? ¿Qué es una mutación puntual? ¿Puede este tipo de mutaciones explicar la aparición de nuevos alelos? Solución: Las mutaciones génicas son lesiones o alteraciones en el ADN que se producen de forma espontánea (mutaciones espontáneas), o bien por efecto de las condiciones ambientales (mutaciones inducidas). Las mutaciones espontáneas surgen en cualquier tipo de célula y en cualquier momento. Pueden producirse por las siguientes causas: Errores en la replicación. Lesiones en el ADN (desaminaciones, despurinizaciones y oxidaciones). La acción de elementos transponibles. Las mutaciones inducidas se producen cuando un organismo está sometido a la acción de agentes mutágenos específicos. Estos pueden ser: agentes físicos, como la radiación UV o las radiaciones ionizantes, o agentes químicos, como los análogos de bases o los agentes alquilantes. Una mutación puntual es una mutación génica que afecta a un único par de nuleótidos. Por ejemplo: el cambio de un par A -T por el par G - C. Las mutaciones puntuales afectan a la secuencia del gen y pueden, por tanto, modificar la proteína que codifica. En algunos casos son la causa de enfermedades genéticas. Por ejemplo, la anemia falciforme es una enfermedad que se origina por una mutación en el gen que codifica las cadenas beta de la hemoglobina. La mutación provoca la sustitución de un ácido glutámico por una valina en la secuencia de aminoácidos. Los alelos son las distintas formas en las que puede encontrarse un gen dentro de una población. La alteración de la secuencia de bases de un gen, por efecto de una mutación, conduce a la aparición de nuevas variantes que originan las series alélicas. Por tanto, las mutaciones génicas son la causa de la aparición de nuevos alelos. 53.- Los errores en la replicación son una de las causas que producen alteraciones en el ADN de forma espontánea. Describe y representa gráficamente cómo se originan estos cambios. Solución: Los errores en la replicación se generan como consecuencia de apareamientos incorrectos, que conducen a la aparición de varios tipos de mutaciones: Sustitución de una base por otra; dicha sustitución puede ser de dos tipos: Transición: es el cambio de una base por otra del mismo tipo, púrica por púrica o pirimidínica por

pirimidínica. Transversión: supone el cambio de una base púrica por una pirimidínica, o viceversa. Inserciones. Consisten en que la secuencia lineal de bases se modifica porque se introducen uno o más pares de bases en algún lugar de la molécula. Delecciones. Suponen la pérdida de un fragmento del gen constituido por uno o más nucleótidos. Duplicaciones. Son repeticiones de una secuencia del gen. Inversiones. Se producen cuando una secuencia de nucleótidos sufre un giro de 180. Las mutaciones génicas pueden suceder en cualquier zona de la molécula de ADN, pero son mucho más frecuentes en los llamados puntos calientes. 54.- ¿Cómo actúa el sistema de reparación SOS?; ¿cuáles son las consecuencias de su acción? Solución: Algunos agentes mutágenos, como la radiación UV, la aflatoxina B1 o el benzopireno, producen lesiones en el ADN que interrumpen la replicación. El bloqueo puede llegar a producir la muerte de la célula si no se pone en marcha el sistema de reparación de emergencia: el SOS. El sistema SOS desbloquea la replicación, eliminando la lesión producida en el ADN, pero su actuación implica la relajación en la especificidad del apareamiento, al rellenar el hueco creado. De todos modos, consigue que la replicación continúe. El sistema SOS se emplea como último recurso y puede considerarse como un factor de mutación, puesto que convierte un agente bloqueante en un mutágeno. 55.- Explica la relación entre los transposones y la conjugación bacteriana. Solución: La conjugación bacteriana es un proceso en el que una parte de una hebra del cromosoma de una bacteria dadora, denominada célula F+ o (+), ya que es protadora de un factor sexual F, se transfiere al interior de una célula receptora, denominada F- o (-), que carece del factor F, a través de tubos de conexión llamados pili. El factor F puede encontrarse recombinado en el cromosoma de la bacteria o situado en pequeñas moléculas de ADN, denominadas plásmidos. Estos plásmidos son capaces de insertarse en el cromosoma principal, ya que actúan como elementos transponibles que presentan secuencias de inserción junto con otros genes. La presencia del factor F permite que, al producirse la conjugación, el fragmento de ADN donado se inserte en el cromosoma de la célula receptora. Esta inserción es posible gracias a la presencia de secuencias de inserción específicas, características de los elementos transponibles. 56.- ¿Cuáles son las fuentes de variabilidad sobre las que actúa la selección natural? Solución: Las fuentes de variación sobre las que actúa la evolución son: la mutación, la recombinación y la transposición. La mutación es la fuente primaria de variación, produce modificaciones en las secuencias de bases del ADN que originan la aparición de nuevos genes (alelos). La recombinación y la transposición incrementan la velocidad de la evolución y, aunque no provocan la aparición de nuevos genes, aumentan el número de combinaciones distintas de estos. La recombinación supone la aparición de nuevas combinaciones en las células germinales formadas durante la meiosis. La transposición origina nuevos ordenamientos, tanto en los cromosomas de eucariontes como en los de procariontes. Recombinación y transposición son la fuente de variación secundaria sobre la que actúa la evolución. 57.- Enzimas de restricción: a) Concepto y mecanismo de acción. b) Comenta un ejemplo. c) Explica sus aplicaciones en la tecnología del ADN recombinante. Solución: a) Los enzimas de restricción son aquellos que cortan el ADN por unas secuencias específicas, generalmente, constituidas por 4 u 8 pares de bases. Estos puntos de corte se llaman secuencias de reconocimiento. Algunos de estos enzimas cortan cada cadena en lugares separados por algunos nucleótidos y, como resultado, aparecen secuencias de ADN de una sola hebra en los extremos de corte. Estos extremos se denominan pegajosos, puesto que pueden unirse de nuevo, restableciéndose espontáneamente los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias. b) Se conocen centenares de enzimas de restricción. Uno de los más utlizados es el EcoRI, que corta el AND. c) Los enzimas de restricción permiten unir extremos pegajosos, procedentes de cualquier molécula de ADN (incluso de especies distintas), que hayan sido cortados por el mismo enzima. De esta forma, se pueden sintetizar moléculas de ADN recombinante, como pueden ser plásmidos, que contengan genes humanos. 58.- Contesta a las siguientes cuestiones relacionadas con la replicación: a) Concepto de replicación. b) Tras el descubrimiento de la estructura del ADN, ¿qué modelos se plantearon para explicar la replicación?; ¿cuál de ellos es el correcto? c) En la replicación de una molécula de ADN de doble hebra y después de tres ciclos de replicación,

¿cuántas hebras de nueva síntesis habrán aparecido? Solución: a) La replicación consiste en la síntesis de una copia de una molécula de ADN; es decir, a partir de una molécula de ADN se obtendrán dos moléculas idénticas. Este proceso está relacionado con la reproducción y ocurre en la fase S del ciclo celular. De esta forma, después de que ha tenido lugar la división celular, cada célula hija posee la misma información genética. b) Una vez descubierta la estructura del ADN, se plantearon tres hipótesis para tratar de explicar el mecanismo de la replicación: Conservativa. Según esta hipótesis, las dos cadenas de la doble hélice hija se sintetizan de nuevo a partir del molde de la parental, que permanece. Dispersiva. Según esta hipótesis, las dos cadenas tendrían fragmentos de la cadena antigua y fragmentos recién sintetizados. Semiconservativa. La molécula de ADN se separa en sus dos hebras y cada una de ellas sirve de molde para la síntesis de su complementaria. De esta forma, las dobles hélices resultantes contienen una hebra antigua o parental y una de nueva síntesis. La hipótesis semiconservativa es el modelo de replicación confirmado, tanto en eucariontes como en procariontes. Al ser la replicación un proceso semiconservativo, después de dos ciclos de replicación se formarán seis hebras de nueva síntesis, tal como se muestra en el esquema. 59.- Define el concepto de mutación y clasifica los distintos tipos de mutaciones. Solución: Una mutación es un cambio heredable y medible del material genético. Las mutaciones pueden afectar a cualquier tipo de células, pero solamente se transmitirán a la descendencia aquellas mutaciones que se produzcan en los gametos o en células embrionarias que den lugar a gametos. Podemos distinguir dos grandes tipos de mutaciones: Génicas: Afectan solo a un gen o a un número pequeño de genes. Son mutaciones que provocan un cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN. Estos cambios pueden ser la sustitución de un o unos nucleótidos por otros, la inversión, inserción o deleción (pérdida) de uno o varios nucleótidos. Cromosómicas. Suponen un cambio en la estructura o en el número de los cromosomas. Pueden ser: Estructurales: Cuando afectan a la ordenación de los genes de uno o varios cromosomas. Modifican los grupos de ligamiento. Numéricas: Suponen una alteración del número de cromosomas o de juegos cromosómicos. 60.- Explica la forma de actuación de un mutágeno físico y otro químico y represéntalo esquemáticamente. Solución: La radiación ultravioleta es un mutágeno físico que induce la formación de dímeros de pirimidinas (especialmente, de timina). Este tipo de mutación impide el apareamiento específico de las bases, produciendo la interrupción de la replicación. El bloqueo de la replicación pone en funcionamiento el sistema de repación SOS, que promueve la inserción de bases con muy poca fidelidad, pero que permite que la replicación continúe. La 2aminopurina es un análogo de la adenina. Esta molécula se aparea con la citosina, originando una transición G -C A -T. Supongamos que en una molécula de ADN se produce un dímero de timina por acción de la radiación UV. ¿De qué mecanismos dispone la célula para su reparación? Los dímeros de timina formados por la luz UV pueden ser subsanados por dos mecanismos de reparación, dependiendo de la situación en la que se encuentre la célula: En presencia de luz, la reparación la realiza el enzima endonucleasa ultravioleta, que se activa por la luz (enzima fotorreactivo). Este enzima debe absorber un fotón para poder deshacer el dímero en dos monómeros. En ausencia de luz, existe una vía alternativa, que es la reparación por escisión. En este caso, una endonucleasa escinde un segmento de 10 a 100 nucleótidos a ambos lados del dímero. Posteriormente, la ADN polimerasa I y la ligasa rellenan el hueco. Durante la replicación la aparición de dímeros de timina bloquea el proceso. Esta circunstancia pone en marcha el mecanismo SOS o de emergencia. Este sistema de reparación desbloquea la replicación, pero promueve inserciones de bases reduciendo la fidelidad, lo que supone la aparición de mutaciones. 61.- Define recombinación y transposición. ¿Qué diferencias existen entre estos procesos y la mutación, en cuanto a sus consecuencias genéticas? Solución: La recombinación consiste en la aparición de nuevas combinaciones de genes, que van a ser diferentes de las que se encuentran en los cromosomas de una célula determinada. Las nuevas combinaciones surgen por el intercambio de fragmentos de ADN entre los cromosomas, durante el proceso llamado sobrecruzamiento. Durante la recombinación no se pierde ni se gana ningún nucleótido, por lo que el mecanismo molecular de intercambio es muy preciso. La transposición es un mecanismo de cambio genético que se debe al desplazamiento de genes (fragmentos de ADN) dentro del mismo cromosoma o de un cromosoma a otro. Los fragmentos de ADN que se desplazan se denominan elementos genéticos transponibles o transposones, y han sido observados tanto en

procariontes como en eucariontes. Tanto la recombinación como la transposición provocan la aparición de nuevas combinaciones de genes en los cromosomas de una especie determinada. Sin embargo, la mutación origina la aparición de nuevos genes en una población por la modificación de la secuencia de bases del ADN. 62.- Justifica la siguiente frase: Sin mutación no se hubiera producido el hecho evolutivo, pero sin recombinación, sí. Solución: La mutación es la fuente primaria de variación, produce modificaciones en las secuencias de bases del ADN que originan la aparición de nuevos genes (alelos). En los organismos resulta beneficiosa para su evolución la ocurrencia de mutaciones, ya que aumenta la variabilidad genética en las poblaciones y le permite responder con mayor plasticidad ante condiciones ambientales cambiantes. Sin embargo, el mecanismo de la recombinación genética no conduce a la aparición de nuevos genes, pero crea nuevas combinaciones de estos, que permiten potenciar al máximo la variabilidad genética debida al fenómeno de la mutación. Esto no quiere decir que las nuevas combinaciones genéticas no se pudieran producir por mutación; lo que sucede es que la recombinación aumenta la velocidad con la que el nuevo espectro genético se extenderá por la población. En resumen, sin mutación no existiría el fenómeno evolutivo, pero sin recombinación, sí, aunque hubiera sido mucho más lenta. 63.- ¿Cómo construirías una molécula de ADN recombinante? Solución: Una molécula de ADN recombinante es aquella que contiene fragmentos no homólogos que pueden proceder incluso de organismos distintos. Las moléculas de ADN recombinante suelen contener un vector y el gen o los genes de interés. Supongamos que se quiere construir una molécula que utilice un plásmido como vector y un gen objeto de estudio. El proceso sería el siguiente: 1.- El plásmido se corta con un enzima de restricción, quedando abierto y con los extremos pegajosos expuestos en sus extremos. 2.- A continuación, se ponen en contacto el plásmido abierto con el gen objeto de estudio que, también, ha sido cortado por el mismo enzima de restricción. 3.- Las dos moléculas se funden por sus extremos pegajosos, obteniéndose plásmidos recombinantes que contienen el gen de interés y la información genética del plásmido. 4.- Posteriormente, la molécula de ADN recombinante puede clonarse para amplificar las copias del gen. Para ello, los plásmidos recombinantes se colocan en un medio de cultivo con bacterias, incorporándose a algunas células bacterianas. Cuando estas células se dividen, los plásmidos recombinantes se replican, incrementándose rápidamente el número de células que contienen el gen objeto de estudio. 5.- Por último, los plásmidos pueden aislarse y ser tratados con el mismo enzima de restricción, para recuperar las copias del gen clonado.

PREGUNTAS RESUELTAS. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS PREGUNTAS RESUELTAS. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1 .- Diferencia entre nucleótidos y nucleósidos. ¿Cómo se nombran unos y otros? 2 .- ¿Qué tipo de moléculas son los ácidos nucleicos? ¿Qué tipos conoces? Confecciona una tabla señalando sus diferencias. 3 .- Explica el modelo de doble hélice de la molécula de ADN. 4 .- ¿Por qué la complementariedad entre las bases del ADN se establece entre la A y la T y la G con la C, y no entre cualquier otro par? 5 .- Cita algunas excepciones al dogma central de la biología molecular. 6 .- ¿Qué son los nucleótidos y cuál es su composición? 7 .- ¿Qué es un polinucleótido? Representa esquemáticamente un polinucleótido e indica los enlaces implicados en

su formación. 8 .- En una muestra de un ácido nucleico, se ha observado la siguiente proporción de bases: A = 25% , T = 18%, G = 22%, C = 35%. a) ¿Cumple la regla de Chargaff la muestra estudiada? b) ¿Qué tipo de ácido nucleico será el de la muestra? 9 .- ¿Qué procesos permiten la expresión de la información genética codificada en el ADN? 10 .- Principales tipos de nucleótidos. 11 .- ¿Cuáles son los principales nucleótidos que actúan como coenzimas? 12 .- Si una hebra de ADN presenta la siguiente secuencia de bases, ¿cuál será la secuencia de la hebra complementaria? 5' GGTACGTAGCTA 3' 13 .- Justifica por qué la estructura de doble hélice contribuyó a reforzar la hipótesis de que el ADN era una molécula capaz de replicarse y, por tanto, portadora de la herencia biológica. 14 .- Explica cómo se unen los diferentes componentes que forman los nucleótidos. 15 .- ¿Cuáles son las características químicas de los nucleótidos trifosfato? Representa una molécula de ATP y explica su importancia biológica. 16 .- ¿Por qué los ácidos nucleicos son moléculas que pueden contener información? 17 .- ¿Qué información contiene el ADN en su secuencia de bases?; ¿cómo controla el ADN las funciones celulares a partir de esa información? 18 .- Escribe las fórmulas de la adenosina-5´-monofosfato y del ácido desoxicitidílico. 19 .- Analiza la estructura del AMP cíclico y explica su función. 20 .- Explica la estructura del ARN transferente. ¿Cuál es su función? 21 .- ¿Cuáles fueron los principales datos experimentales que llevaron a Watson y Crick a proponer el modelo de doble hélice? 22 .- Explica las funciones biológicas del ADN.

SOLUCIONES:

1 .- Diferencia entre nucleótidos y nucleósidos. ¿Cómo se nombran unos y otros? Solución: La diferencia principal entre nucleósidos y nucleótidos está en que los nucleósidos no contienen ácido fosfórico en su composición y los nucleótidos sí que lo contienen; por lo tanto, los nucleótidos son nucleósidos fosforilados. Nucleósido = Pentosa Base nitrogenada Nucleótido = Fosfórico - Pentosa - Base nitrogenada Por consiguiente: Nucleótido = Nucleósido + Fosfórico. Los nucleósidos se nombran cambiando la terminación de la base nitrogenada por osina si la base es púrica y por idina si la base es pirimidínica. Si la pentosa es la desoxirribosa, se antepone al nombre el prefijo desoxi. Ejemplos: adenosina (ribosa-adenina), desoxitimidina (desoxirribosa-timina). Los nucleótidos se pueden nombrar de dos formas: Debido a que tienen carácter ácido por la presencia del fosfórico, se nombran anteponiendo la palabra ácido al nombre de la base, a la que se le cambia la terminación por ílico, si la base es púrica, o por idílico, si es pirimidínica. Si la pentosa es desoxirribosa, al nombre de la base se le antepone el prefijo desoxi. Ejemplos: ácido adenílico (fosfórico-ribosa-adenina), ácido desoxicitidílico (fosfórico-desoxirribosa-citosina). Otra manera de nombrarlos es nombrando primero el nucleósido; luego, el carbono de la pentosa donde se une el

fosfórico, y a continuación, el número de fosfóricos que lo forman. Ejemplos: adenosina-5'- monofosfato, desoxicitidina-5'-monofosfato. 2 .- ¿Qué tipo de moléculas son los ácidos nucleicos? ¿Qué tipos conoces? Confecciona una tabla señalando sus diferencias. Solución: Los ácidos nucleicos son polinucleótidos, es decir, son macromoléculas constituidas por la unión de nucleótidos 5' fosfato. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: El ácido desoxirribonucleico (ADN) que es un polinucleótido formado por la unión de desoxirribonucleótidos 5' fosfato de A,G,C y T. Por tanto, contiene como azúcar la desoxirribosa. El ácido ribonucleico (ARN) que se forma por la unión de ribonucleótidos 5' fosfato de A,G,C y U. La pentosa que los forma es la ribosa. 3 .- Explica el modelo de doble hélice de la molécula de ADN. Solución: El modelo de doble hélice fue propuesto por Watson y Crick en 1953, y explica la estructura del ADN del siguiente modo: El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos complementarias, enrolladas alrededor de un eje imaginario y con giro a la derecha, originando una doble hélice. Las dos hebras son complementarias y antiparalelas, situándose una en sentido 3' 5' y la otra en sentido 5' 3'. El esqueleto de las cadenas está formado por los restos azúcar-fosfato, situándose las bases nitrogenadas de ambas hebras enfrentadas hacia el interior y perpendiculares al eje de la hélice. Los restos azúcar-fosfato actúan como el pasamanos de una escalera de caracol, mientras que los pares de bases enfrentados serían los peldaños. Las bases nitrogenadas de las dos cadenas son complementarias; así, la adenina de una hebra se enfrenta con la timina de la otra, y la guanina, con la citosina. Las bases complementarias de las dos cadenas se unen mediante puentes de hidrógeno, estableciéndose dos puentes entre el par A-T, y tres entre la G y la C. Cada vuelta de hélice mide 3,4 nm e incluye diez pares de bases. El diámetro de la hélice es de 2 nm. 4 .- ¿Por qué la complementariedad entre las bases del ADN se establece entre la A y la T y la G con la C, y no entre cualquier otro par? Solución: Existen dos razones fundamentales que explican la complementariedad entre los pares de bases del ADN: Los emparejamientos A-T y G-C son los que permiten establecer el número máximo de puentes de hidrógeno entre las bases; concretamente, dos entre el par A-T y tres entre el par G-C. Hay que destacar que los puentes de hidrógeno son unas de las principales fuerzas que estabilizan la doble hélice. El tamaño de cualquiera de los otros pares de bases, entre los que se pueden establecer puentes de hidrógeno, no encajaría en la estructura de la doble hélice, que presenta unas dimensiones concretas. Por ejemplo, el par A-C sería demasiado grande, y el par T-G, demasiado pequeño. 5 .- Cita algunas excepciones al dogma central de la biología molecular. Solución: La acumulación de conocimientos sobre las funciones de los ácidos nucleicos ha puesto de manifiesto la existencia de excepciones al dogma central de la biología molecular, como son: El descubrimiento en algunos virus ARN de la enzima transcriptasa inversa, que cataliza la formación de moléculas de ADN a partir de la secuencia del ARN del virus. En virus vegetales, también ARN, se ha puesto de manifiesto la existencia de ARN viral que es capaz de dirigir la traducción directa, como si se tratara de un ARNm. 6 .- ¿Qué son los nucleótidos y cuál es su composición? Solución: Los nucleótidos son las unidades estructurales que forman los ácidos nucleicos. Están formados, a su vez, por tres tipos de compuestos: una pentosa, una base nitrogenada y una molécula de ácido fosfórico. Pentosa: Las pentosas que forman los nucleótidos son aldopentosas, y pueden ser: la -D-ribofuranosa o la -D-2'-desoxirribofuranosa. Base nitrogenada: Las bases nitrogenadas son compuestos cíclicos que contienen nitrógeno y tienen carácter básico. Pueden ser de dos tipos: púricas y pirimidínicas. las púricas derivan de la purina. las más importantes Son adenina ( 6-aminopurina) y guanina (6-oxi-2-aminopurina). las pirimidínicas derivan de la pirimidina. las más importantes Son citosina (2-oxi-4aminopirimidina), uracilo (2,4 dioxipirimidina) y timina (5-metil-2,4 dioxipirimidina). Fosfórico: En los nucleótidos puede haber una, dos o tres moléculas de fosfórico. 7 .- ¿Qué es un polinucleótido? Representa esquemáticamente un polinucleótido e indica los enlaces implicados en su formación. Solución: Los polinucleótidos son moléculas formadas por la unión de nucleótidos mediante un tipo de enlace llamado fosfodiéster. Este enlace se establece entre el ácido fosfórico unido al carbono 5' de un nucleótido y el grupo hidroxilo del carbono 3' de otro nucleótido. De esta forma, queda una cadena constituida por un esqueleto en el que alternan las pentosa y los ácidos fosfóricos (parte invariable de la moléculas), del que

cuelgan perpendicularmente las bases nitrogenadas. Además, en la cadena se distinguen un extremo 3' libre y un extremo 5'. Los polinucleótidos pueden formarse por la unión de ribonucleótidos, constituyendo un ARN; o por la unión de desoxirribonucleótidos, en cuyo caso se forma una cadena de ADN. 8 .- En una muestra de un ácido nucleico, se ha observado la siguiente proporción de bases: A = 25% , T = 18%, G = 22%, C = 35%. a) ¿Cumple la regla de Chargaff la muestra estudiada? b) ¿Qué tipo de ácido nucleico será el de la muestra? Solución: a) Según la regla de Chargaff, la cantidad de adenina de un ADN es la misma que la de timina, y la de guanina, igual a la de citosina. La muestra, por tanto, no cumple la regla de Chargaff. b) El ácido nucleico de la muestra es un ADN, ya que en su composición aparece la base timina, que es sustituida en el ARN por el uracilo. Este ADN es monocatenario, es decir, formado por una única cadena. En este caso, al no existir la hebra complementaria, las proporciones de las bases nitrogenadas no tienen que cumplir la regla de Chargaff. 9 .- ¿Qué procesos permiten la expresión de la información genética codificada en el ADN? Solución: Los procesos que permiten la expresión de la información genética contenida en el ADN son: La transcripción. La transcripción consiste en la síntesis de una molécula de ARN complementaria de un fragmento (gen) de una de las hebras del ADN. La transcripción conduce a la síntesis de los distintos tipos de ARN: mensajero, ribosómico y transferente. La traducción. Consiste en la síntesis de una proteína. En este proceso, la información genética contenida en una secuencia de nucleótidos de un ARN mensajero debe traducirse a una secuencia de aminoácidos (proteína). En la traducción, los aminoácidos deben disponerse en el orden que define la secuencia de codones del ARNm. 10 .- Principales tipos de nucleótidos. Solución: Los nucleótidos se pueden dividir en dos grandes grupos según que formen parte, o no, de los ácidos nucleicos: Nucleótidos nucleicos: Estos se unen entre sí mediante enlaces éster y forman los ácidos nucleicos. Dentro de ellos, se diferencian dos grupos, atendiendo a cuál sea la pentosa que los forma: ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos. Ribonucleótidos: tienen como pentosa la -D-ribofuranosa. Según cuál sea la base nitrogenada, se diferencian cuatro tipos: - Adenosina-5'-monofosfato o ácido adenílico o AMP. - Guanosina-5'-monofosfato o ácido guanílico o GMP. - Histidina-5'-monofosfato o ácido citidílico o CMP. Uridina-5'-monofosfato o ácido uridílico o UMP. Desoxirribonucleótidos: tienen como pentosa la -Ddesoxirribofuranosa, según cuál sea la base nitrogenada se diferencian cuatro tipos: - Desoxiadenosina-5'monofosfato o ácido desoxiadenílico o dAMP. - Desoxiguanosina-5'-monofosfato o ácido desoxiguanílico o dGMP. Desoxicitidina-5'-monofosfato o ácido desoxicitidílico o dCMP. - Desoxitimidina-5'-monofosfato o ácido desoxitimidílico o dTMP. Nucleótidos no nucleicos: no forman parte de los ácidos nucleicos, aunque constituyen compuestos de gran interés. 11 .- ¿Cuáles son los principales nucleótidos que actúan como coenzimas? Solución: Piridín nucleótidos (NAD y NADP). El NAD es un dinucleótido de adenina y nicotinamida. Presenta dos formas: una, reducida, que es capaz de ceder protones, y otra oxidada, que los acepta, por lo que actúa como coenzima de algunas deshidrogenasas transportando electrones y H+ en reacciones de óxido-reducción. Participa en procesos catabólicos como la respiración celular. NAD+ + H+ NADH (Forma oxidada) (Forma reducida) El NADPH es idéntico al NAD+ excepto por la presencia de un grupo fosfato unido en la posición 2' de la ribosa. A diferencia de NAD+, participa en reacciones de óxido-reducción de los procesos anabólicos. Flavín nucleótidos. (FAD y FMN). El FAD es un dinucleótido de riboflavina (vitamina B12) y adenina, y el FMN es un mononucleótido de riboflavina. Actúan como coenzimas de un grupo de deshidrogenasas llamadas flavoproteínas, que catalizan reacciones de óxido-reducción del metabolismo celular. Al igual que los piridín nucleótidos presentan una forma reducida y una forma oxidada. FAD + 2H+ + 2e- FADH2 Coenzima A (CoA) Es un derivado del ADP que lleva unido al difosfato una molécula de ácido pantoténico (vitamina B5) y un grupo derivado de la etilamina que termina en radical -SH. Gracias al grupo (SH) el coenzima A se une a grupos acilo y los transporta por la célula. 12 .- Si una hebra de ADN presenta la siguiente secuencia de bases, ¿cuál será la secuencia de la hebra complementaria? 5' GGTACGTAGCTA 3' Solución: La complementariedad de bases en el ADN se establece entre la A y la T y la G con la C; por tanto, la secuencia complementaria será la siguiente: 3' CCATGCATCGAT 5'. Hay que señalar que las dos hebras son antiparalelas, por lo que los extremos 3' y 5' se encuentran en sentido inverso.

13 .- Justifica por qué la estructura de doble hélice contribuyó a reforzar la hipótesis de que el ADN era una molécula capaz de replicarse y, por tanto, portadora de la herencia biológica. Solución: El modelo de doble hélice de Watson y Crick condujo al mecanismo mediante el cual la información genética puede ser replicada con exactitud y, por tanto, permitía explicar cómo se transmite de generación en generación la herencia biológica. Watson y Crick postularon que al ser las dos hebras complementarias, durante la división celular, la replicación del ADN debía comenzar por la separación de las dos hebras, de modo que cada una actuaría de patrón para la síntesis de una nueva cadena complementaria. La fidelidad de la replicación estaría garantizada por la complementariedad entre los pares A-T y G-C. Cada una de las nuevas moléculas contendría una hebra antigua y una de nueva síntesis. 14 .- Explica cómo se unen los diferentes componentes que forman los nucleótidos. Solución: Los nucleótidos están formados por una pentosa, una base nitrogenada y una, dos o tres moléculas de fosfórico. Estos compuestos se unen de la siguiente manera para formar los nucleótidos: La pentosa se une mediante un enlace N-glucosídico tipo con la base nitrogenada. Este enlace se produce entre el C-1' de la pentosa y el N-1 de la base, si es pirimidínica, o el N-9, si es púrica. En la formación de este enlace se libera una molécula de agua que se forma entre el -OH del C-1' de la pentosa (-OH hemiacetálico) y un hidrógeno del nitrógeno de la base. Este compuesto que se forma se llama nucleósido. El ácido fosfórico se une mediante un enlace éster con la pentosa. Este enlace se forma al esterificarse un -OH del fosfórico con algún grupo -OH libre de la pentosa. Lo más frecuente es que sea el que está en el C-5'; al formarse este enlace se libera una molécula de agua. Si los nucleótidos tienen dos o tres moléculas de fosfórico, éstos se unen entre sí mediante enlaces éster. 15 .- ¿Cuáles son las características químicas de los nucleótidos trifosfato? Representa una molécula de ATP y explica su importancia biológica. Solución: Los nucleótidos trifosfato son aquellos que presentan tres moléculas de ácido fosfórico enlazadas en el carbono 5' de la pentosa. Estos enlaces son altamente energéticos (7,3 Kcal/mol en el caso del ATP), debido a que los fosfatos se encuentran ionizados a pH fisiológico, produciéndose una repulsión entre las cargas negativas (-) de los oxígenos. Por tanto, para su formación se necesita un elevado aporte energético, y al hidrolizarse se produce la liberación de la energía que contienen. El ATP actúa como transportador de energía en las reacciones metabólicas de las células, debido a que los enlaces éster fosfórico que unen los grupos fosfato entre sí son ricos en energía. Al hidrolizarse, estos enlaces liberan la energía contenida (7,3 Kcal/mol), que es utilizada por las células para diversas funciones como movimiento celular, síntesis de moléculas, producción de calor, transporte activo, transmisión del impulso nervioso o reacciones endergónicas. ATP + H2O ADP + Pi + Energía Del mismo modo, la energía desprendida en las reacciones de oxidación celular y otros procesos fisiológicos es utilizada para la síntesis de nuevas moléculas de ATP. ADP + Pi + Energía ATP + H2O 16 .- ¿Por qué los ácidos nucleicos son moléculas que pueden contener información? Solución: Los ácidos nucleicos son cadenas lineales formadas por la unión de nucleótidos. En su estructura se observa un esqueleto invariable formado por los restos de las pentosas y los ácidos fosfóricos, del que cuelgan las bases nitrogenadas que constituyen la parte variable de la molécula. El orden en el que están colocadas las diferentes bases es la forma en la que está escrita la información de los ácidos nucleicos. Está escrita en un lenguaje de cuatro letras (las bases nitrogenadas), y los distintos mensajes dependen del orden en el que están situadas dentro de la molécula. Los ácidos nucleicos contienen la información genética en su secuencia de bases. El orden en el que éstas aparecen colocadas determina los distintos mensajes. El modelo de doble hélice ¿impone alguna restricción a la aparición de cualquier secuencia de bases? El modelo de doble hélice corrobora el hecho de que el ADN sea la molécula portadora de la información genética, ya que puede albergar cualquier secuencia de bases. Si tomamos uno de los filamentos de la hélice, no existe restricción alguna de la secuencia de las cuatro bases (A,G, C, y T); es decir, la cadena goza de entera libertad para albergar cualquier mensaje redactado en el lenguaje de las bases nitrogenadas. La única restricción es que la otra cadena debe ser complementaria, pero este hecho permite que cada una de ellas actúe de molde de una nueva hebra durante la replicación. Por tanto, el modelo de doble hélice explica perfectamente y con gran sencillez las funciones del ADN. 17 .- ¿Qué información contiene el ADN en su secuencia de bases?; ¿cómo controla el ADN las funciones celulares a partir de esa información? Solución: En el ADN se encuentra la información para producir todas las proteínas de

la célula. Cada fragmento de la molécula de ADN es un gen que lleva la información para sintetizar una proteína determinada. El ADN controla las funciones celulares mediante la expresión de su información. Esta expresión se realiza mediante dos procesos: la transcripción, en el que se obtiene una molécula de ARNm copia de un fragmento de ADN, y la traducción, que es el proceso mediante el cual la información transportada desde el núcleo por el ARNm es traducida, gracias a los ARNt y ARNr, a una secuencia de aminoácidos (proteína), siguiendo las pautas que marca el código genético, que establece la relación entre la secuencia de bases nitrogenadas y la secuencia de aminoácidos. Si tenemos en cuenta que todos los enzimas son proteínas, y que los enzimas controlan todas las reacciones químicas de la célula, podemos comprender cómo el ADN controla las funciones celulares. 18 .- Escribe las fórmulas de la adenosina-5´-monofosfato y del ácido desoxicitidílico. Solución: Adenosina-5'monofosfato: Es un ribonucleótido; por lo tanto, tendrá como pentosa la -D-ribofuranosa, y como base, la adenina; esta se unirá mediante un enlace N-glucosídico con la pentosa. Este enlace se forma entre el C-1' de la ribosa y el N-9 de la adenina; además, este nucleótido tiene un grupo fosfato que se esterificará con el carbono 5' de la ribosa. Ácido desoxicitidílico: Es un desoxirribonucleótido; por lo tanto, tendrá como pentosa la -D-2-desoxirribofuranosa, y como base nitrogenada, la citosina, la cual se unirá mediante un enlace N-glucosídico a la pentosa. Este enlace se forma entre el C-1' de la desoxirribosa y el N-1 de la citosina. Además, tiene un grupo fosfato que se esterificará con el C-5' de la desoxirribosa. 19 .- Analiza la estructura del AMP cíclico y explica su función. Solución: El AMPc es un nucleótido monofosfato de adenina cuyo ácido fosfórico forma enlaces con los carbonos 5' y 3' de la ribosa, por lo que la molécula adquiere forma cíclica. Actúa como mensajero químico intracelular (2º mensajero). Cuando una hormona no puede atravesar la membrana celular, se une específicamente a un receptor de membrana que activa el enzima adenilato ciclasa. Este enzima transforma moléculas de ATP en AMPc que, a su vez, activa los enzimas necesarios para dar respuesta al mensaje recibido desde el exterior celular. 20 .- Explica la estructura del ARN transferente. ¿Cuál es su función? Solución: Está formado por una única hebra, pero presenta zonas con estructura secundaria debido al apareamiento, mediante puentes de hidrógeno, entre bases complementarias. En su estructura se distinguen cuatro brazos y tres bucles. En uno de los brazos se sitúan los extremos 5' y 3' de la cadena, este último es el sitio de unión del aminoácido. En el brazo opuesto se encuentra una secuencia de tres bases, llamada anticodón, que es específica para cada aminoácido y complementaria con los codones del ARNm. Participa en la traducción. Su función es captar aminoácidos en el citoplasma, uniéndose a ellos, y transportarlos a los ribosomas, colocándolos en el lugar indicado por el ARNm. 21 .- ¿Cuáles fueron los principales datos experimentales que llevaron a Watson y Crick a proponer el modelo de doble hélice? Solución: Una vez establecido el hecho de que el ADN era la molécula portadora de la información genética, tres datos fundamentales permitieron a Watson y Crick establecer el modelo de doble hélice: Las investigaciones de Chargaff, que, después del estudio de numerosas muestras de ADN de diferentes seres vivos concluyeron que en la molécula de ADN la cantidad de adenina es igual a la de timina, y la de guanina, a la de citosina; por tanto, la suma de las bases púricas es igual a la de las pirimidínicas. Las imágenes obtenidas por difracción de rayos X, de Wilkins y Franklin, que permitieron ver que la estructura del ADN era helicoidal, y determinar algunas de sus dimensiones, como el diámetro y ciertas periodicidades. La posibilidad del establecimiento de puentes de hidrógeno entre algunos pares de bases. Concretamente, dos puentes entre el par A-T y tres entre el par G-C. A partir de estos datos, y con la utilización de modelos moleculares metálicos a escala, Watson y Crick establecieron el modelo de doble hélice del ADN, en 1953. 22 .- Explica las funciones biológicas del ADN. Solución: El ADN es la molécula portadora la información genética. Es, por tanto, la molécula que almacena la información que se transmite de generación en generación y que se expresa en la propia célula para controlar sus funciones vitales. " De generación en generación la información genética se transmite gracias al proceso de la replicación en el que la molécula de ADN se duplica y se obtienen dos copias idénticas. Cada copia irá a una célula hija durante la división celular. Expresión en la propia célula. La información contenida en la secuencia de bases del ADN es para producir todas las proteínas de la célula. Estas son las responsables de regular todos las reacciones químicas celulares y, por tanto, de controlar las funciones

vitales. La expresión de la información en la célula se realiza mediante dos procesos: la transcripción, en el que se obtiene una molécula de ARNm copia de un fragmento de ADN, y la traducción, que es el proceso mediante el cual la información transportada desde el núcleo por el ARNm es traducida, gracias a los ARNt y ARNr, a una secuencia aminoácidos (proteína)."

PREGUNTAS RESUELTAS. LOS COENZIMAS Y VITAMINAS PREGUNTAS RESUELTAS. LOS COENZIMAS Y VITAMINAS

1 .- Define los siguientes términos: avitaminosis, hipovitaminosis e hipervitaminosis. 2 .- Señala algunos coenzimas que tengan vitaminas en su composición. 3 .- ¿Qué son los coenzimas? 4 .- ¿Qué son las vitaminas? ¿Por qué se las denomina así? 5 .- Indica para qué sirve: a) Vitamina B12. b) Ácido ascórbico. c) Ácido nicotínico. d) Vitamina B2. e) Vitamina B1. 6 .- Relación entre coenzimas y vitaminas. 7 .- Señala diferencias entre vitaminas liposolubles e hidrosolubles.

SOLUCIONES:

1 .- Define los siguientes términos: avitaminosis, hipovitaminosis e hipervitaminosis. Solución: Las vitaminas se necesitan en cantidades muy pequeñas, del orden de unos pocos miligramos, o incluso microgramos, por día. Las necesidades diarias de cada tipo de vitamina varían de unos individuos a otros, dependiendo de diversos factores, tales como especie, edad, actividad, etc. Las alteraciones en las cantidades de vitaminas que se ingieren diariamente producen trastornos metabólicos más o menos graves. Estos trastornos son de tres tipos: Avitaminosis: La avitaminosis es una enfermedad carencial originada por la ausencia total de un determinado tipo de vitamina. En casos extremos, esta enfermedad puede llegar a ser mortal. Hipovitaminosis: Es una enfermedad carencial producida por el déficit de una determinada vitamina. Esta alteración se produce con más frecuencia que la avitaminosis, y se suele corregir con la ingestión de la vitamina en la que se es deficitario. Hipervitaminosis: Es una alteración producida por el consumo excesivo de vitaminas liposolubles, ya que al no ser solubles en agua no se pueden eliminar por el riñón, y se acumulan en ciertos órganos, como el hígado, pudiendo ocasionar trastornos. 2 .- Señala algunos coenzimas que tengan vitaminas en su composición. Solución: Muchas vitaminas actúan como coenzimas o están formando parte de la composición de algunos coenzimas. Algunos de los coenzimas que son vitaminas o que tienen vitaminas en su composición son los siguientes: NAD (Nicotinamida-adenina-dinucleótido) y el NADP (Nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato) contienen en su composición ácido nicotínico o vitamina PP o B3. Este coenzima interviene en la transferencia de hidrógenos. FMN (flavín mononucleótido) y FAD (flavín adenina dinucleótido); contienen en su composición riboflavina o vitamina B2. Intervienen en la transferencia de hidrógenos.

Coenzima A; contiene en su composición ácido pantoténico o vitamina B5. Interviene en la transferencia de grupos acetil. TPP (Pirofosfato de tiamina); contiene en su composición tiamina o vitamina B1. Interviene en la transferencia de grupos aldehídos. Fosfato de piridoxal; contiene en su composición piridoxina o vitamina B6. Interviene en la transferencia de grupos amino. 3 .- ¿Qué son los coenzimas? Solución: Los coenzimas son moléculas muy diversas de naturaleza orgánica, que se unen mediante enlaces débiles, y normalmente de forma temporal, al apoenzima inactivo, para formar el holoenzima activo. A veces, los coenzimas son moléculas orgánicas de gran complejidad; algunas no son sintetizadas por los animales que las incorporan mediante la dieta de las plantas y de los microorganismos. Los coenzimas no suelen ser específicos de un solo tipo de apoenzimas. Los coenzimas suelen ser portadores transitorios de diferentes grupos químicos, y actúan en las reacciones enzimáticas como dadores o receptores de dichos grupos entre un sustrato y otro. 4 .- ¿Qué son las vitaminas? ¿Por qué se las denomina así? Solución: Las vitaminas son compuestos orgánicos de composición muy variada, imprescindibles para el correcto funcionamiento del organismo (desarrollo, crecimiento, reproducción, etc.). Son sintetizadas por vegetales, hongos y microorganismos, pero no por los animales, salvo algunas excepciones (las aves sintetizan vitamina C, los rumiantes sintetizan alguna vitamina B); por ello, tenemos que incorporarlas formando parte de la dieta, como tales vitaminas o en forma de provitaminas (sustancias transormables en el organismo en vitaminas). Algunas actúan como coenzimas o forman parte de ellas, y otras intervienen en funciones especializadas. Debido a la función catalítica o especializada que realizan, se necesitan en cantidades muy pequeñas. Su falta ocasiona trastornos más o menos graves para el organismo. Las vitaminas se alteran fácilmente mediante el calor, la luz, las variaciones de pH, el almacenamiento prolongado, etc. El término vitamina, que significa aminas necesarias para la vida, fue utilizado por primera vez en 1912 por el bioquímico polaco Funk, debido a que la primera que se descubrió, que fue la B1, tenía en su composición un grupo amino. Hoy se sigue utilizando este nombre, aunque se sabe que muchas de ellas carecen de grupos amino. Las vitaminas se designan de varias formas: mediante una letra mayúscula que en ocasiones va seguida de un subíndice (C, B3, etc); también se las suele nombrar con el nombre de la enfermedad carencial que origina su deficiencia (antiescorbútica), y, hoy día, se las suele designar con el nombre del compuesto químico que las forma (ácido ascórbico). 5 .- Indica para qué sirve: a) Vitamina B12. b) Ácido ascórbico. c) Ácido nicotínico. d) Vitamina B2. e) Vitamina B1. Solución: a) Cianocobalamina. La vitamina B12 químicamente es la cianocobalamina. Está formada por un anillo porfirínico que contiene en su interior un átomo de cobalto. b) Interviene en la síntesis de colágeno y estimula la absorción de hierro. El ácido ascórbico es la vitamina C; entre otras, cosas interviene en la síntesis de colágeno y estimula la absorción del hierro. c) Pelagra. El ácido nicotínico es la vitamina P-P o B3. Su déficit agudo produce una enfermedad carencial denominada pelagra. A esta enfermedad se la denomina la enfermedad de las tres d porque produce: dermatitis, diarrea y demencia. d) FAD y FMN. La vitamina B2 o riboflavina forma parte de los coenzimas: FMN (flavín mononucleótido) y FAD (flavín adenín dinucleótido) que se unen enzimas que intervienen en reacciones de óxido-reducción. e) Anti beri-beri. El déficit agudo de vitamina B1 produce una enfermedad carencial denominada beri-beri, que se caracteriza por degeneración de las neuronas, afecciones cardiacas, parálisis musculares. 6 .- Relación entre coenzimas y vitaminas. Solución: Las vitaminas y los coenzimas están estrechamente relacionados entre sí. Esto se debe a que muchas vitaminas o compuestos derivados de ellas, especialmente del grupo de las vitaminas hidrosolubles, actúan como coenzimas o forman parte de coenzimas o son precursores de ellos. Debido a su función catalítica, se necesitan en pequeñas cantidades. Su falta impide un correcto funcionamiento de los enzimas con las que actúan como coenzima, pudiendo dar lugar a importantes alteraciones metabólicas. 7 .- Señala diferencias entre vitaminas liposolubles e hidrosolubles. Solución: A las vitaminas se las clasifica atendiendo a su solubilidad en dos grandes grupos: liposolubles e hidrosolubles. Vitaminas liposolubles: Son de carácter lipídico y, por lo tanto, son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos. Las vitaminas de este grupo son terpenos o esteroides. Estas vitaminas no actúan como coenzimas ni forman parte de ellas. Si se toman

en exceso, debido a su insolubilidad en agua, no se excretan por la orina y se pueden acumular, originando, en algunos casos, trastornos. A este grupo pertenecen las vitaminas A, D, E y K. Vitaminas hidrosolubles: Son solubles en agua, como indica su nombre. La mayor parte de las vitaminas de este grupo son coenzimas o forman parte de coenzimas. Debido a que son solubles en agua, si se toman en exceso no resultan tóxicas, puesto que se eliminan fácilmente a través del riñón, formando parte de la orina. A este grupo pertenecen las vitaminas del grupo B y la vitamina C.

PREGUNTAS RESUELTAS. LOS ENZIMAS PREGUNTAS RESUELTAS. LOS ENZIMAS

1 .- Explica cuáles son los principales factores que afectan a la actividad enzimática. 2 .- ¿Qué es un inhibidor y de cuántos tipos puede ser la acción que realizan? 3 .- Diferencia entre cofactor y coenzima. 4 .- ¿Cómo se define la velocidad de un proceso enzimático? ¿Qué efecto tiene sobre ella la cantidad de sustrato presente en el medio de reacción? 5 .- ¿Dónde actúan los enzimas alostéricos? 6 .- Define centro activo y complejo enzima-sustrato. 7 .- En los enzimas alostéricos, ¿es lo mismo el centro activo que el centro alostérico? 8 .- Cita tres propiedades por las que podamos considerar a los enzimas como catalizadores. ¿Qué es el centro activo? 9 .- Diferencias entre inhibición competitiva y no competitiva. 10 .- Principales tipos de coenzimas. 11 .- Explica qué es un catalizador y por qué es necesaria su existencia para que las células desarrollen su actividad. 12 .- ¿Qué características poseen los enzimas alostéricos?

SOLUCIONES:

1 .- Explica cuáles son los principales factores que afectan a la actividad enzimática. Solución: Los principales factores que afectan a la actividad enzimática son: Temperatura: Las reacciones controladas enzimáticamente tienen lugar dentro de un intervalo óptimo de temperaturas, fuera del cual o no suceden, o lo hacen lentamente. A temperaturas bajas, los enzimas carecen de energía cinética suficiente para encontrarse y unirse. Por el contrario,

temperaturas elevadas hacen que el enzima se desnaturalice. pH: Las reacciones metabólicas suceden, también, dentro de un intervalo óptimo de pH. Las variaciones de pH pueden influir de varias maneras: Si el centro activo contiene aminoácidos con grupos ionizados, varían con el pH. La ionización de aminoácidos que no estén en el centro activo puede provocar modificaciones en la conformación que también afecte a la actividad. El sustrato puede verse afectado por las variaciones del pH. 2 .- ¿Qué es un inhibidor y de cuántos tipos puede ser la acción que realizan? Solución: Los inhibidores son sustancias específicas de distinta naturaleza, que se unen con el enzima en distintos puntos de este y disminuyen parcial o totalmente su actividad. Los inhibidores pueden ser algún tipo de ion, algún compuesto orgánico, y, con frecuencia, suele ser el producto final de la reacción. En este caso, a la acción del inhibidor se la denomina retroinhibición. La acción que realizan los inhibidores se denomina inhibición, y puede ser de dos tipos: reversible e irreversible. Reversible: En este caso, el inhibidor se une con el enzima de forma temporal e impide su normal funcionamiento; no se destruye el centro activo del enzima y éste recupera su actividad una vez eliminado el inhibidor. En este tipo de inhibición, el inhibidor se une al enzima mediante enlaces débiles (puentes de hidrógeno, iónicos, etc.) que se rompen con facilidad, quedando libre el enzima, que recupera su actividad. Irreversible: En este caso, el inhibidor se une de forma permanente con el enzima mediante enlaces covalentes fuertes, alterando su estructura e inutilizándolo de forma indefinida; de ahí el nombre. A este tipo de inhibición también se la denomina envenenamiento del enzima. 3 .- Diferencia entre cofactor y coenzima. Solución: Algunos enzimas llamados holoenzimas son proteínas conjugadas, en ellos se diferencian dos partes: una parte proteica denominada apoenzima, y una parte no proteica que recibe el nombre de cofactor. Ambos componentes (apoenzima y cofactor) son inactivos por sí mismos. Para ser activas, han de estar unidas, formando el holoenzima. Atendiendo a su naturaleza química, los cofactores pueden ser: Iones metálicos (Fe2+, Mn2+, Mg2+, Zn2+, etc.) o moléculas sencillas. Moléculas orgánicas más o menos complejas. En este caso se llaman coenzimas. Cuando el coenzima está unido a la apoenzima por enlaces covalentes, se denomina grupo prostético. Por lo tanto, podemos decir que, cofactores son la parte no proteica de las holoenzimas, mientras que los coenzimas solamente serán aquellos cofactores que son moléculas orgánicas y que se unen de forma temporal al apoenzima. 4 .- ¿Cómo se define la velocidad de un proceso enzimático? ¿Qué efecto tiene sobre ella la cantidad de sustrato presente en el medio de reacción? Solución: La velocidad de una reacción enzimática se mide por el número de moléculas de sustrato transformadas por unidad de tiempo. Esta velocidad depende de varios factores, entre los que destacan la eficacia del enzima y la concentración de moléculas de enzima y de sustrato. Manteniendo constante la concentración del enzima en una reacción catalizada, se observa que la velocidad de la reacción aumenta a medida que incrementamos la concentración de sustrato. Este aumento de la velocidad va haciéndose progresivamente más lento, hasta que, finalmente, grandes incrementos en la concentración de sustrato no aumentan de manera significativa la velocidad de la reacción. En este punto, decimos que se ha alcanzado la velocidad máxima (Vmáx). En estas condiciones las moléculas enzimáticas están saturadas por el sustrato, y, por ello, no puede aumentarse la velocidad de transformación de este. 5 .- ¿Dónde actúan los enzimas alostéricos? Solución: Los enzimas alostéricos desempeñan un papel muy importante en la regulación de las reacciones metabólicas. Suelen actuar en puntos estratégicos de las rutas metabólicas, como son la primera reacción de una ruta metabólica o los puntos de ramificación de una ruta metabólica. Frecuentemente, el sustrato de la primera reacción de la ruta metabólica actúa como modulador positivo o activador alostérico; al unirse con el enzima alostérico, provoca la aparición de la conformación activa de la enzima. En las rutas metabólicas no ramificadas, el producto final actúa como modulador negativo o inhibidor alostérico, se une al enzima alostérico y provoca la aparición de la conformación inactiva. Si la ruta metabólica se ramifica, el inhibidor del primer enzima alostérico es el metabolito del punto de ramificación, mientras que los productos finales de las ramificaciones serán los inhibidores de los enzimas alostéricos que actúan en la primera reacción después de la ramificación. A este proceso se le denomina inhibición feed-back o retroinhibición. Este

proceso supone un ahorro energético para el organismo, ya que el exceso de producto final inhibe su propia síntesis en una etapa temprana de esta. Un ejemplo de retroinhibición alostérica lo constituye la síntesis de isoleucina, la cual se forma a partir de treonina mediante una secuencia de cinco etapas, la primera de las cuales está catalizada por el enzima treonina desaminasa. Cuando la concentración de isoleucina es elevada, esta se une al centro alostérico del enzima, provocando su inactivación. Cuando la concentración disminuye, el enzima recupera su actividad. 6 .- Define centro activo y complejo enzima-sustrato. Solución: El centro activo del enzima es el lugar donde se localizan los grupos funcionales de las cadenas laterales de los aminoácidos que realizan la acción catalítica. El centro activo se une al sustrato y al grupo prostético, contribuyendo, mediante la acción de los grupos funcionales activos, a la formación o a la rotura de los enlaces. Para ejercer su acción, la molécula enzimática se une, de forma específica, a la molécula de sustrato, formando el complejo enzima-sustrato. Los enzimas, como catalizadores que son, actúan disminuyendo la energía de activación. El mecanismo de actuación es el siguiente: Las moléculas enzimáticas (E) se unen de forma específica a las reaccionantes, que denominamos sustratos (S). En un primer paso, se forma un complejo enzima-sustrato (ES). Aquí, el enzima induce cambios en la molécula del sustrato (ruptura o redistribución de enlaces, cambios en los grupos funcionales, etc.) que hacen disminuir su energía de activación y conducen a la formación del producto final (P) y a la liberación del enzima (E), inalterado, que puede actuar de nuevo. 7 .- En los enzimas alostéricos, ¿es lo mismo el centro activo que el centro alostérico? Solución: Los enzimas alostéricos, a diferencia de lo que ocurre con los demás enzimas, poseen más de un centro de actividad: el centro activo y el centro alostérico o centro regulador; ambos centros son diferentes y realizan funciones distintas. El centro activo de un enzima alostérico es, al igual que en cualquier otro enzima, la zona de la superficie del enzima por donde este se une al sustrato. En este centro es donde se produce la acción catalítica. El centro alostérico o centro regulador es una zona del enzima alostérico, diferente del centro activo, por donde estos enzimas se unen de forma no covalente a unas moléculas denominadas moduladores o efectores. Estos moduladores o efectores, al unirse al centro alostérico, provocan un cambio en la conformación de este enzima alostérico, que adoptará una forma más o menos activa, dependiendo de cómo sea el modulador. Los moduladores pueden ser de dos tipos: moduladores positivos o activadores y moduladores negativos o inhibidores. Los moduladores positivos o activadores, al unirse al centro alostérico, provocan en el enzima alostérico el cambio de la conformación inactiva (T) a la activa (R), mientras que si es el modulador negativo o inhibidor el que se une al centro alostérico, ocurre al revés; es decir, el enzima alostérico pasa de la confomación activa a la inactiva. 8 .- Cita tres propiedades por las que podamos considerar a los enzimas como catalizadores. ¿Qué es el centro activo? Solución: Los enzimas son biocatalizadores que: Aceleran reacciones que sin su presencia no se desarrollarían o lo harían a velocidades incompatibles para la vida. Actúan a bajas concentraciones, ya que no se alteran en el transcurso de la reacción. Su acción es específica, ya que un determinado enzima tan solo cataliza un tipo de transformación (especificidad de acción) de un determinado tipo de sustrato (especificidad de sustrato). El centro activo del enzima es el lugar donde se localizan los grupos funcionales de las cadenas laterales de los aminoácidos que realizan la acción catalítica. El centro activo se une al sustrato y al grupo prostético, contribuyendo, mediante la acción de los grupos funcionales activos, a la formación o a la rotura de los enlaces. 9 .- Diferencias entre inhibición competitiva y no competitiva. Solución: Ambos tipos de inhibición son reversibles; es decir, el enzima no se inutiliza de forma indefinida, sino que deja de realizar su actividad de forma temporal. En la inhibición competitiva, el inhibidor es similar al sustrato; se puede unir al centro activo del enzima e impide que lo haga el sustrato. Por consiguiente, en este tipo de inhibición, inhibidor y sustrato compiten por unirse al centro activo del enzima, de ahí su nombre. Esta inhibición puede superarse aumentando la concentración de sustrato. En la inhibición no competitiva, el inhibidor no compite con el sustrato por el centro activo del enzima. En este tipo de inhibición, el inhibidor puede actuar de dos formas: Puede unirse con el enzima por una zona diferente de la del centro activo: al hacerlo modifica su conformación, y, con ello, dificulta que el enzima se pueda unir con el sustrato. Puede unirse con el complejo E-S una vez formado, y esto impide o dificulta la formación del producto. Este tipo de inhibición no se supera aumentando la concentración del sustrato.

10 .- Principales tipos de coenzimas. Solución: Atendiendo a los grupos químicos que transfieren, podemos dividir los coenzimas en tres grupos: Coenzimas que intervienen en reacciones de transferencia de grupos fosfato. Estos coenzimas son importantes por la gran cantidad de energía que acumulan en los enlaces que unen a las moléculas de fosfato. Esta energía se libera cuando estos enlaces se rompen. Por lo tanto, actúan transfiriendo energía de unos procesos a otros. Estos coenzimas son ribonucleótidos, entre los cuales destacan, principalmente, los adenosín fosfatos: adenosín monofosfato: AMP = Adenina-ribosa-P adenosín monofosfato: ADP = Adenina-ribosaP-P adenosín monofosfato: ATP = Adenina-ribosa-P-P-P Coenzimas que intervienen en las reacciones de óxidoreducción, transfiriendo hidrógenos (electrones) de unos sustratos a otros. Muchos de ellos son mono o dinucleótidos que en ocasiones tienen bases especiales. Aquí se incluyen: Piridín nucleótidos: Son dinucleótidos, formados por el ribonucleótido de la adenina y un nucleótido de la nicotinamida. Comprende: NAD (nicotinamidaadenina-dinucleótido) : Nicotinamida-ribosa-P-P-ribosa-adenina. NADP (nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato) Nicotinamida-ribosa-P-P-ribosa(P)-adenina Flavín nucleótidos: Son mono o dinucleótidos que contienen como base riboflavina. Aquí se incluyen: FMN (flavín mononucleótido): Riboflavina-P FAD (flavín adenina dinucleótido): Riboflavina-P-P-ribosa-adenina Coenzimas que intervienen en la transferencia de otros grupos químicos. Aquí se incluyen, entre otros: El coenzima A, que interviene en la transferencia de grupos acetil de unos sustratos a otros. Fosfato de piridoxal, que transfiere grupos amino. 11 .- Explica qué es un catalizador y por qué es necesaria su existencia para que las células desarrollen su actividad. Solución: Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química hasta hacerla instantánea o casi instantánea. Las células desarrollan su actividad por medio de una serie de reacciones químicas orgánicas. Si estas reacciones se produjeran sin catalizador, serían tan lentas que prácticamente no se llevarían a cabo. Los catalizadores aceleran las reacciones químicas al disminuir la energía de activación, necesaria para que las moléculas reaccionantes pasen al estado de transición que, posteriormente, dará lugar a la formación del producto. 12 .- ¿Qué características poseen los enzimas alostéricos? Solución: Las principales características que presentan los enzimas alostéricos son las siguientes: Están formados, generalmente, por más de una cadena polipeptídica (subunidad); por tanto, tienen estructura cuaternaria. Poseen varios centros reguladores denominados centros alostéricos. En ellos se pueden fijar moduladores, que pueden ser positivos o activadores y negativos o inhibidores. Estos enzimas presentan dos conformaciones diferentes estables e interconvertibles, una, activa, llamada forma R o relajada, que tiene gran afinidad por el sustrato, y la otra inactiva, llamada forma T o tensa, que tiene baja afinidad por el sustrato. El paso de una conformación a otra se produce al fijarse en el centro regulador un modulador. El paso de la forma T (inactiva) a la forma R (activa) se produce al fijarse al centro regulador un modulador positivo o activador alostérico. El paso de la forma R a la forma T se produce al fijarse al centro regulador un modulador negativo o inhibidor alostérico. Presentan efecto cooperativo entre las subunidades que las forman; es decir que la activación o inhibición de una de ellas produce el mismo efecto en todas las demás. La cinética de los enzimas alostéricos es diferente de la de los demás enzimas. En los enzimas alostéricos, la gráfica de la velocidad de la reacción en función de la concentración del sustrato es una curva sigmoidea, mientras que en el resto de las enzimas es hiperbólica.

PREGUNTAS RESUELTAS. LAS PROTEÍNAS PREGUNTAS RESUELTAS. LAS PROTEÍNAS

1 .- Define enlace peptídico. ¿Cómo se produce? Forma un dipéptido partiendo de la fórmula general de los aminoácidos. ¿Qué características tiene dicho enlace? 2 .- Explica brevemente los tipos característicos de la estructura terciaria de las proteínas.

3 .- ¿Qué es un aminoácido? ¿Cuál es su estructura? ¿A qué se llama aminoácidos esenciales? 4 .- ¿En qué consiste la desnaturalización de una proteína? ¿Se puede producir su renaturalización? 5 .- Explica cómo desempeñan las proteínas la función del transporte. 6 .- Realiza una clasificación de los aminoácidos proteicos. Escribe algún ejemplo de cada uno de ellos. 7 .- ¿Sabrías explicar de qué manera se consiguen la formación y la estabilidad de proteínas fibrosas como el colágeno? 8 .- Explica de qué depende la gran variedad en el tipo de funciones que desempeñan las proteínas. 9 .- ¿Poseen todos los aminoácidos un carbono asimétrico? ¿Qué implica el hecho de que posean dicho carbono? 10 .- ¿Qué diferencias hay entre la -hélice y la lámina plegada de la estructura secundaria de las proteínas? 11 .- ¿Qué es un grupo prostético? Enumera los grupos de proteínas que contengan un grupo prostético, indicando de qué sustancia se trata. 12 .- Explica el carácter anfótero de los aminoácidos. 13 .- ¿De qué dependen las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas? 14 .- Realiza una clasificación de las proteínas simples atendiendo a su función.

SOLUCIONES:

1 .- Define enlace peptídico. ¿Cómo se produce? Forma un dipéptido partiendo de la fórmula general de los aminoácidos. ¿Qué características tiene dicho enlace? Solución: La unión de los aminoácidos para formar péptidos se lleva a cabo mediante enlaces peptídicos. El enlace peptídico consiste en la unión del grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino de otro con desprendimiento de una molécula de agua. Un dipéptido se forma por la unión de dos aminoácidos: El enlace peptídico tiene un carácter parcial de doble enlace, porque el carbono y el nitrógeno se sitúan en el mismo plano, sin permitir movimientos de rotación entre estos átomos. 2 .- Explica brevemente los tipos característicos de la estructura terciaria de las proteínas. Solución: Los tipos característicos de estructura terciaria son: Fibrosa. Está constituida por cadenas polipeptídicas ordenadas a lo largo de un eje. Son resistentes e insolubles en agua. Tienen, generalmente, función estructural, y se encuentran formando fibras, láminas largas, etc. Como ejemplos, podemos citar el colágeno y la queratina, que forman la base del tejido conjuntivo de los animales superiores. Globular. Las cadenas polipeptídicas se pliegan dando lugar a formas esféricas. Son solubles en agua, y la función que desempeñan en la célula es dinámica, como, por ejemplo, los enzimas, los anticuerpos, algunas hormonas y determinadas proteínas de transporte, como la hemoglobina. 3 .- ¿Qué es un aminoácido? ¿Cuál es su estructura? ¿A qué se llama aminoácidos esenciales? Solución: Los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas. Un aminoácido es una molécula orgánica que posee una función amino -NH2, una función ácido -COOH y una cadena lateral -R unidos a un carbono . Su fórmula general es: Los aminoácidos esenciales son aquellos que deben ser ingeridos en la dieta, porque no pueden ser sintetizados por organismos heterótrofos. En el caso de la especie humana son: fenilalanina, isoleucina, leucina,

lisina, metionina, treonina, triptófano y valina. 4 .- ¿En qué consiste la desnaturalización de una proteína? ¿Se puede producir su renaturalización? Solución: La conformación de una proteína está definida por las condiciones celulares; fundamentalmente, por el pH y la temperatura. Una proteína a la que se somete a valores de pH o temperatura fuera de unos intervalos de estabilidad limitados experimenta un cambio que consiste en la desaparición de su conformación. Este desplegamiento de la cadena sin alteración de la secuencia de aminoácidos se conoce con el nombre de desnaturalización. La proteína se puede renaturalizar si se regresa lentamente a las condiciones del estado nativo. 5 .- Explica cómo desempeñan las proteínas la función del transporte. Solución: Ciertas proteínas se unen a moléculas o iones específicos y se separan en otro lugar, lo que implica un transporte. Como ejemplos, podemos citar: La hemoglobina, que transporta O2 por la sangre. Las lipoproteínas, que transportan lípidos. Muchas proteínas de membrana, que trasladan de un lado a otro determinadas sustancias. 6 .- Realiza una clasificación de los aminoácidos proteicos. Escribe algún ejemplo de cada uno de ellos. Solución: Los aminoácidos se clasifican atendiendo a su cadena lateral o radical R en cuatro grupos: Aminoácidos con -R no polar, hidrófobo. El grupo -R es una cadena hidrocarbonada; como en el caso de la alanina, pueden presentar anillos aromáticos, como el triptófano, o bien un átomo de azufre, como la metionina. Aminoácidos con -R polar sin carga. Son más solubles en agua. De los siete aminoácidos que componen este grupo, tres presentan un -OH que les confiere polaridad, como la serina. La cisteína contiene un grupo sulfhidrilo muy reactivo que formará puentes disulfuro. Aminoácidos ácidos. Presentan un grupo carboxilo en el radical -R. Un ejemplo es el ácido glutámico. Aminoácidos básicos. Son moléculas que presentan un radical -R que a pH neutro se carga positivamente. Ejemplo: la lisina. 7 .- ¿Sabrías explicar de qué manera se consiguen la formación y la estabilidad de proteínas fibrosas como el colágeno? Solución: La formación de estas proteínas se consigue debido a la existencia de aminoácidos como la prolina, cuya presencia provoca la aparición de una curva cada vez que existan dos unidades seguidas de dicho aminoácido. Por lo tanto, la estructura secundaria de las proteínas no se produce por azar, sino que depende de la secuencia de aminoácidos. La estabilidad de esta proteína se consigue gracias a los puentes de hidrógeno intercatenarios que se establecen entre tres hebras de colágeno. 8 .- Explica de qué depende la gran variedad en el tipo de funciones que desempeñan las proteínas. Solución: La variedad de funciones que presentan las proteínas está acompañada de una gran especificidad. La especificidad es la propiedad más característica de las proteínas. Podemos hablar de una especificidad de especie; es decir, existen proteínas que son exclusivas de una especie determinada, y de especificidad de función, que consiste en que cada proteína realiza una función determinada que depende de su estructura. 9 .- ¿Poseen todos los aminoácidos un carbono asimétrico? ¿Qué implica el hecho de que posean dicho carbono? Solución: Todos los aminoácidos, excepto la glicocola, poseen un carbono asimétrico. El hecho de la existencia de un carbono asimétrico (unido a cuatro radicales diferentes) hace posible el que los aminoácidos presenten dos conformaciones distintas, D y L. Por convenio, los aminoácidos son de la serie D cuando presentan el grupo amino a la derecha, y son de la serie L si el grupo amino está a la izquierda. Los aminoácidos que constituyen las proteínas son de la serie L. 10 .- ¿Qué diferencias hay entre la -hélice y la lámina plegada de la estructura secundaria de las proteínas? Solución: La ordenación -hélice sería comparable a la hélice que describe un muelle. La hélice formada se estabiliza gracias a la formación de enlaces de hidrógeno entre espiras consecutivas. Las cadenas laterales de los aminoácidos quedan situadas hacia el exterior de la hélice. En cambio, la ordenación -laminar (u hoja plegada) sería comparable al fuelle de un acordeón. La cadena polipeptídica describe longitudinalmente un zigzag. De modo que tramos de cadenas paralelas o antiparalelas se enfrentan, estableciendo enlaces por puentes de hidrógeno entre ellas que estabilizan esta ordenación. Las cadenas laterales de los aminoácidos se encuentran situadas por encima y por debajo del plano en zigzag de la lámina plegada. 11 .- ¿Qué es un grupo prostético? Enumera los grupos de proteínas que contengan un grupo prostético, indicando

de qué sustancia se trata. Solución: El grupo prostético lo forman moléculas no proteicas que se unen a las proteínas formando las heteroproteínas o proteínas conjugadas. Dicho grupo prostético puede ser orgánico o inorgánico. Entre las heteroproteínas, tenemos: Glucoproteínas: el grupo prostético es un glúcido. Lipoproteínas: estas proteínas llevan asociados lípidos. Nucleoproteínas: llevan asociados ácidos nucleicos. Fosfoproteínas: contienen fosfatos. Cromoproteínas: el grupo prostético es una sustancia coloreada, que puede ser porfirínica (el grupo prostético es un anillo tetrapirrólico en cuyo interior se encuentra un catión metálico) o no porfirínica, como la hemocianina. 12 .- Explica el carácter anfótero de los aminoácidos. Solución: En el medio celular, a pH=7, los aminoácidos presentan ionización dipolar. Se denominan anfóteras aquellas sustancias que se pueden comportar como ácido o como base, dependiendo del pH de la disolución. El carácter anfótero de los aminoácidos permite la regulación del pH. En una disolución ácida (exceso de H+), el aminoácido se comporta como una base, el grupo amino está ionizado, y el carboxilo, no. En una disolución alcalina (exceso de OH-), el aminoácido se comporta como ácido, el carboxilo está ionizado, y el grupo amino, no. 13 .- ¿De qué dependen las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas? Solución: Las proteínas poseen una configuración espacial característica que les permite realizar sus funciones. A pesar de las, teóricamente, múltiples posibilidades de plegamiento de una proteína, la mayoría se pliegan adoptando una única estructura tridimensional. Esta responde a cuatro niveles posibles de plegamiento, cada uno de los cuales se construye a partir del nivel anterior. A medida que se van uniendo aminoácidos para formar proteínas en los polisomas, las cadenas polipeptídicas se van plegando hasta lograr la configuración más estable (estructura secundaria). La configuración espacial definitiva (estructura terciaria) que adoptan las diferentes regiones de las proteínas aparece como consecuencia de las interacciones entre distintos puntos de la proteína. Muchas de las proteínas de gran tamaño se forman por la asociación de varias cadenas polipeptídicas (estructura cuaternaria). Todos estos niveles de plegamiento dependen de la estructura primaria codificada por el ADN, es decir, el número, el tipo y la secuencia de sus aminoácidos. 14 .- Realiza una clasificación de las proteínas simples atendiendo a su función. Solución: Función estructural: Escleroproteínas como el colágeno, que forma parte de los tejidos conjuntivo, cartilaginoso y óseo; la elastina, que se encuentra en los pulmones y en las arterias permitiendo su deformación y recuperación posterior, y la queratina, que forma parte de uñas, pelos, cuernos, etc. Las histonas forman parte de la estructura de los cromosomas. Función de reserva: Albúminas, como la lactoalbúmina, la ovoalbúmina y la seroalbúmina, presentes en la leche, los huevos y la sangre, respectivamente. Función defensiva: Globulinas, como, por ejemplo, las inmunoglobulinas, que son proteínas de defensa contra las enfermedades.

PREGUNTAS RESUELTAS. LOS LÍPIDOS.

PREGUNTAS RESUELTAS. LOS LÍPIDOS

1 .- ¿Qué son los lípidos? 2 .- ¿Qué son las prostaglandinas? Señala alguna de las funciones que realizan. 3 .- Semejanzas y diferencias entre los triglicéridos y los fosfoglicéridos. 4 .- ¿Qué son y cómo están formados los terpenos? 5 .- Principales estructuras que forman los lípidos anfipáticos en el medio acuoso.

6 .- ¿Qué relación existe entre la dieta y el nivel de colesterol en sangre? 7 .- Diferencia entre lípidos saponificables e insaponificables. Señalar si son o no saponificables los lípidos que se citan a continuación: aceite de oliva, colesterol, progesterona, vitamina A, lanolina, lecitina, esfingomielina, tripalmitina, fosfatidilcolamina, gangliósido, testosterona. 8 .- ¿A qué se denomina ácidos grasos esenciales? 9 .- Explica cómo es la estructura molecular de los glucolípidos. 10 .- ¿Qué son los esteroles? Principales tipos y su importancia. 11 .- ¿Qué significado tiene que una molécula sea anfipática? 12 .- Principales tipos de lipoproteínas. 13 .- Diferencias entre los ácidos grasos saturados y los insaturados. Cita dos ejemplos de cada caso. 14 .- Estamos en el laboratorio intentando obtener jabón. Para ello disponemos de dos vasos de precipitados en los que tenemos dos grasas. En el vaso 1 hay una grasa sólida, y en el vaso 2 hay una grasa líquida. Se ha olvidado poner la etiqueta en cada vaso con el nombre de la grasa que contiene; solamente sabemos que dichas grasas son triestearina y trioleína. a) Explica cómo se puede deducir cuál es la grasa que hay en cada vaso de precipitado. b) ¿Cómo se llama la reacción de formación de jabón que estamos intentando hacer? c) Escribe la reacción de formación del jabón en el caso de que utilizásemos la trioleína. 15 .- Menciona las principales hormonas esteroides. 16 .- Representa mediante un esquema la molécula de un fosfoglicérido y señala en ella su carácter anfipático. 17 .- ¿Qué son las lipoproteínas y qué función tienen? 18 .- Enumera las principales funciones de los lípidos, indicando cuáles las realizan. 19 .- ¿Los ácidos grasos son moléculas bipolares? 20 .- Señala cuáles son los constituyentes que forman los fosfolípidos. 21 .- ¿Qué tienen en común los esteroides? 22 .- Características de las bicapas que forman los lípidos anfipáticos. 23 .- ¿Cómo captan las células el colesterol y qué enfermedades se pueden originar si disminuye esta captación? 24 .- ¿Qué propiedades tienen todos los lípidos? 25 .- ¿Qué son los ácidos grasos? 26 .- Sabiendo que el símbolo del ácido palmítico es (16 : 0), escribe la reacción de esterificación que da lugar a la tripalmitina. ¿Qué tipo de grasa será la tripalmitina? 27 .- Haz una clasificación de terpenos indicando los representantes más significativos de cada grupo. 28 .- ¿Qué son los liposomas y para qué se pueden utilizar?

29 .- ¿A que se llama colesterol bueno y colesterol malo ?

SOLUCIONES:

1 .- ¿Qué son los lípidos? Solución: Los lípidos son un grupo de moléculas orgánicas que forman parte de los seres vivos (biomoléculas). Todos ellos están formados por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, si bien el oxígeno se encuentra en menor proporción que los otros dos; algunos lípidos, como, por ejemplo, los fosfolípidos, además, contienen nitrógeno y fósforo. Constituyen un grupo muy heterogéneo en cuanto a su composición química o su estructura molecular. Ahora bien, todos ellos están formados básicamente por largas cadenas hidrocarbonadas a las que se unen otros componentes variables tales como: alcoholes, fosfórico, aminoalcoholes, monosacáridos, etc. La presencia de estas largas cadenas hidrocarbonadas son las responsables de las características químicas que estas sustancias poseen en común y por las que se las ha reunido en un mismo grupo. 2 .- ¿Qué son las prostaglandinas? Señala alguna de las funciones que realizan. Solución: Las prostaglandinas son unas sustancias de naturaleza lipídica, que se forman a partir de ácidos grasos poliinsaturados de 20 carbonos, entre los que destaca el ácido araquidónico, que forma parte de los fosfolípidos de las membranas celulares. En estos ácidos, 5 de los carbonos (los comprendidos del 8 al 12) se ciclan y forman un anillo. Las prostaglandinas fueron identificadas por primera vez en 1930, por Von Euler, en secreciones de la próstata. Al principio, se pensó que eran exclusivas de estas secreciones, y, por eso, se las denominó prostaglandinas; hoy se sabe que son producidas por la mayoría de los tejidos. En la actualidad se conocen más de 200 prostaglandinas diferentes. Entre las funciones que realizan, cabe destacar las siguientes: Estimulan la respuesta inflamatoria de los tejidos, produciendo vasodilatación de los capilares, lo que provoca rubor, fiebre, inflamación y dolor. Asimismo, estimulan la contracción de los músculos lisos (útero). Estimulan la secreción de mucus por parte de las paredes del estómago y del intestino y regulan la producción de HCl. Los tromboxanos, que son un tipo de prostaglandinas, intervienen en la formación de coágulos estimulando la agregación de las plaquetas. Inducen el sueño. 3 .- Semejanzas y diferencias entre los triglicéridos y los fosfoglicéridos. Solución: Semejanzas: Ambos tipos de compuestos contienen ácidos grasos en sus moléculas; por lo tanto, pueden dar la reacción de saponificación. Por consiguiente, son lípidos saponificables. En los dos tipos de compuestos hay glicerina; de ahí el nombre que tienen estos compuestos. Diferencias: En los triglicéridos hay tres moléculas de ácidos grasos que se esterifican con los tres grupos alcohólicos de la glicerina. Estos ácidos grasos pueden ser iguales o diferentes, saturados o insaturados o de ambos tipos a la vez. En los fosfoglicéridos solamente hay dos moléculas de ácidos grasos, uno saturado y otro insaturado, que se esterifican con los dos primeros grupos alcohólicos de la glicerina. Los fosfoglicéridos contienen, además, una molécula de ácido ortofosfórico y una molécula de un aminoalcohol en su composición, mientras que los triglicéridos, no. Los triglicéridos son apolares, mientras que los fosfoglicéridos son bipolares. Los triglicéridos tienen, principalmente, función de reserva energética, y también son aislantes y protectores, mientras que los fosfoglicéridos son estructurales; forman parte de las membranas celulares. 4 .- ¿Qué son y cómo están formados los terpenos? Solución: Los terpenos son un grupo de lípidos insaponificables; por consiguiente, carecen de ácidos grasos en su composición. Se encuentran en los vegetales. Están formados por la unión de dos o más isoprenos (2-metil-1,3 butadieno); por ello, a estos lípidos también se les denomina lípidos isoprenoides. Por lo general, la unión de los monómeros de isopreno para formar los isoprenos suele ser cabeza de una con cola de otra, aunque a veces es cola con cola. Algunos terpenos tienen estructura lineal, como, por ejemplo, el geraniol; otros tienen estructura cíclica, como el limoneno; otros, como el -caroteno, tienen estructura lineal y cíclica.

5 .- Principales estructuras que forman los lípidos anfipáticos en el medio acuoso. Solución: Las principales estructuras a que dan lugar los lípidos anfipáticos cuando se encuentran en un medio acuoso son las siguientes: Monocapas: Son formaciones que se originan cuando estos lípidos se sitúan en la superficie del agua. Debido a su carácter anfipático, las cabezas hidrófilas se dirigen hacia el agua, mientras que las colas hidrófobas se dirigen hacia el aire y de esa forma se alejan del agua. Micelas: son formaciones esféricas, elipsoidales o cilíndricas que se originan en el seno del agua. En estas formaciones, las colas hidrófobas de los lípidos anfipáticos se unen espontáneamente y se sitúan hacia el interior, alejándose del agua, mientras que las cabezas hidrófilas se sitúan hacia el exterior. Bicapas: Son formaciones que se originan en el seno del agua. En estas estructuras, las moléculas de los lípidos anfipáticos se enfrentan entre sí por sus colas hidrófobas; de esa manera, estas zonas se sitúan en el interior de la estructura, alejadas del agua, mientras que las cabezas hidrófilas se sitúan a ambos lados de la bicapa, en contacto con el agua. Estas estructuras las forman, principalmente, los fosfolípidos y los glucolípidos. 6 .- ¿Qué relación existe entre la dieta y el nivel de colesterol en sangre? Solución: El colesterol es esencial para el desarrollo y el crecimiento de los organismos; interviene en la formación de las membranas celulares, y, además, a partir de él se obtienen otros esteroides importantes, tales como: hormonas, vitamina D3, etc. El colesterol puede ser sintetizado en el hígado y también puede ser ingerido formando parte de la dieta. El consumo de dietas ricas en grasas que tengan un elevado contenido en ácidos grasos saturados aumenta el nivel de colesterol en sangre, ya que favorece la formación de lipoproteínas de densidad baja (LDL). Si embargo, las dietas ricas en grasas con un elevado contenido en ácidos grasos monoinsaturados, y sobre todo poliinsaturados, disminuyen el nivel de colesterol en sangre, ya que favorecen la formación de lipoproteínas de alta densidad (HDL). 7 .- Diferencia entre lípidos saponificables e insaponificables. Señalar si son o no saponificables los lípidos que se citan a continuación: aceite de oliva, colesterol, progesterona, vitamina A, lanolina, lecitina, esfingomielina, tripalmitina, fosfatidilcolamina, gangliósido, testosterona. Solución: Las principales diferencias son: Los lípidos saponificables contienen uno varios ácidos grasos en la molécula; los lípidos insaponificables no contienen ácidos grasos. Los lípidos saponificables son ésteres de ácidos grasos y un alcohol; los lípidos insaponificables no son ésteres. Los lípidos saponificables dan la reacción de saponificación, es decir, si se les trata en caliente con una base (NaOH o KOH), se hidrolizan dando jabones, que son las sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos. Los lípidos insaponificables no dan la reacción de saponificación. Son lípidos saponificables los siguientes: aceite de oliva, lanolina, lecitina, esfingomielina, tripalmitina, fosfatidilcolamina y gangliósido. Son lípidos insaponificables los siguientes: colesterol, progesterona, vitamina A y testosterona. 8 .- ¿A qué se denomina ácidos grasos esenciales? Solución: Se llaman ácidos grasos esenciales aquellos ácidos grasos que son necesarios para el organismo y no pueden ser sintetizados por él mismo; por consiguiente deben ser ingeridos en la dieta. Los ácidos grasos esenciales varían de unas especies a otras. En la especie humana, los ácidos grasos esenciales son tres ácidos grasos poliinsaturados: El ácido linoleico (18 : 2 9,12). El ácido linolénico (18 : 39,12,15). El ácido araquidónico (20 : 45,8,11,14). Los dos primeros, presentes en distintos aceites vegetales, mientras que el tercero se encuentra en grasas animales. Anteriormente, estos ácidos se les denominaba vitamina F, ya que, al igual que las vitaminas, son imprescindibles para el correcto funcionamiento del organismo. Algunos de estos ácidos grasos son los precursores de las prostaglandinas. 9 .- Explica cómo es la estructura molecular de los glucolípidos. Solución: Los glucolípidos son lípidos que contienen glúcidos en la molécula. Están formados por una molécula de ácido graso, una molécula de esfingosina y una molécula de un glúcido, que puede ser un monosacárido (galactosa o glucosa), un oligosacárido o un polisacárido. El ácido graso se une mediante enlace amida con el grupo amino de la esfingosina (ceramida), y el glúcido se une mediante un enlace O-glicosídico con el carbono terminal de la esfingosina. Según cuál sea el glúcido se diferencian dos tipos de glucolípidos: Cerebrósidos: cuando el glúcido es un monosacárido (galactosa o glucosa). Gangliósidos: cuando el glúcido es un oligosacárido o un polisacárido. 10 .- ¿Qué son los esteroles? Principales tipos y su importancia. Solución: Los esteroles son, posiblemente, uno de los grupos más importantes de los esteroides. Tienen un grupo -OH en el carbono 3 y una cadena alifática ramificada de 8 carbonos en el carbono 17. Los principales esteroides son: Ergosterol. Se encuentra en hongos,

bacterias, algas y plantas superiores. Es un precursor de la vitamina D2; es decir, actúa como provitamina D2. A nivel de la piel, por irradiación de los rayos ultravioleta del sol, el ergosterol ingerido se transforma en vitamina D2 y de ahí los beneficios que tiene para los huesos tomar el sol con moderación. Lanosterol. Se encuentra formando parte de la grasa de la lana y es uno de los precursores del colesterol. Colesterol: Es el esterol más abundante en los animales. Se encuentra tanto libre como combinado. Está formando parte de las membranas de las células animales, a las que da fluidez, y también se encuentra en la sangre, unido a las proteínas. Se sintetiza en el hígado, y es el precursor de otros muchos esteroides (ácidos biliares, hormonas, vitamina D3, etc.) necesarios para el crecimiento y el desarrollo de muchos organismos superiores. El exceso de colesterol en el torrente sanguíneo provoca que se deposite, en forma de placas, en la pared de las arterias. Estas placas, denominadas placas de ateroma, provocan un endurecimiento de la pared arterial y una reducción de la luz arterial. Fitosteroles. Son esteroides que están presentes en las plantas. 11 .- ¿Qué significado tiene que una molécula sea anfipática? Solución: Las moléculas anfipáticas son moléculas bipolares; es decir, son moléculas en las que se diferencian dos regiones que se comportan de forma distinta frente al agua: Una región hidrófoba, que repele al agua. Esta región es apolar, y, por consiguiente, insoluble en agua. Una región hidrófila, que tiene afinidad por el agua. Es polar, y, por lo tanto, será soluble en agua. El carácter anfipático se observa en muchos lípidos, en sus moléculas se diferencian regiones hidrófobas apolares que están representadas por cadenas hidrocarbonadas más o menos largas, junto a otras zonas hidrófilas polares, representadas por grupos carboxilo (-COOH), alcoholes, grupos fosfatos, etc. Este carácter anfipático es la causa de que las moléculas que lo poseen, en el medio acuoso y de forma espontánea, se dispongan formando agrupaciones especiales. Son moléculas anfipáticas los ácidos grasos y la mayoría de los denominados lípidos de membrana, que forman la base estructural de las membranas celulares. 12 .- Principales tipos de lipoproteínas. Solución: Las lipoproteínas plasmáticas se clasifican en función de su densidad, que será tanto mayor cuanto menor sea el contenido de lípidos que tengan estos complejos macromoleculares. Las más importantes son: Quilomicrones: Transportan las grasas desde la mucosa intestinal hasta el tejido adiposo y el hígado para almacenarse. VLDL (lipoproteínas de densidad muy baja): Transportan los triglicéridos sintetizados en el hígado a partir de los azúcares hasta el lugar de almacenamiento en el tejido adiposo. LDL (lipoproteínas de densidad baja): Transportan el colesterol y los fosfolípidos a los tejidos para la síntesis de membranas celulares. HDL (lipoproteínas de densidad alta): Transportan el colesterol desde el plasma hasta el hígado. 13 .- Diferencias entre los ácidos grasos saturados y los insaturados. Cita dos ejemplos de cada caso. Solución: Las principales diferencias entre los ácidos grasos saturados y los insaturados son las siguientes: Los ácidos grasos saturados solo presentan enlaces simples entre los carbonos de la cadena hidrocarbonada, mientras que en los ácidos grasos insaturados entre los carbonos que forman dicha cadena existen uno o más enlaces dobles. Si tienen uno, se denominan monoinsaturados; si hay más de uno, se llaman poliinsaturados. La molécula de los ácidos grasos saturados es recta, y entre las cadenas hidrocarbonadas de estas moléculas se establecen numerosos enlaces de Van der Waals, cuyo número aumenta con la longitud de la cadena. En los ácidos grasos insaturados, debido a la presencia de los dobles enlaces, que son rígidos, la molécula presenta inclinación; esto dificulta la formación de los enlaces de Van der Waals. Los ácidos grasos saturados tienen una temperatura de fusión más elevada que los insaturados. Esto se debe a la inclinación que presenta la molécula con un doble (o más) enlace, que dificulta los enlaces de Van der Waals intermoleculares. Como consecuencia de ello, los ácidos grasos saturados a temperatura ambiente son sólidos, mientras que los insaturados son líquidos. Por la misma razón, los ácidos grasos saturados forman parte de grasas que a temperatura ambiente son sólidas (sebos), mientras que los insaturados forman parte de grasas que a temperatura ambiente son líquidas (aceites). 14 .- Estamos en el laboratorio intentando obtener jabón. Para ello disponemos de dos vasos de precipitados en los que tenemos dos grasas. En el vaso 1 hay una grasa sólida, y en el vaso 2 hay una grasa líquida. Se ha olvidado poner la etiqueta en cada vaso con el nombre de la grasa que contiene; solamente sabemos que dichas grasas son triestearina y trioleína.

a) Explica cómo se puede deducir cuál es la grasa que hay en cada vaso de precipitado. b) ¿Cómo se llama la reacción de formación de jabón que estamos intentando hacer? c) Escribe la reacción de formación del jabón en el caso de que utilizásemos la trioleína. Solución: a) La triestearina es una grasa que está formada por tres moléculas de ácido esteárico, que es un ácido saturado; por consiguiente, esta grasa, a temperatura ambiente, es sólida. La trioleína, por el contrario, a temperatura ambiente es una grasa líquida, ya que está formada por tres moléculas de ácido oleico, que es un ácido graso insaturado. Por consiguiente, la grasa que hay en el vaso de precipitado número 1, que es sólida, será la triestearina, mientras que la grasa del vaso 2, que es líquida, será la trioleína. b) La reacción de formación de los jabones se denomina reacción de saponificación. Consiste en tratar a una grasa en caliente con una base. Como consecuencia, dicha grasa se hidroliza dando glicerina y las sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos que formaban dicha grasa. Estas sales constituyen los jabones. 15 .- Menciona las principales hormonas esteroides. Solución: Hay muchas hormonas que son esteroides; es decir, derivan del núcleo químico estearano. Estas hormonas se forman a partir del colesterol. Las hormonas esteroides se pueden dividir en tres grupos: Hormonas adrenocorticales: Son sintetizadas por la corteza de las cápsulas suprarrenales. Dentro de este grupo tenemos: Aldosterona. Regula el metabolismo hídrico y salino del organismo, estimula la reabsorción de agua, Na+, Cl-, bicarbonato, etc., y la eliminación de K+ por los túbulos renales. Cortisol. Regula el metabolismo de los glúcidos. Hormonas sexuales: Son producidas por los órganos sexuales -ovarios y testículos-; entre ellas tenemos: Andrógenos u hormonas masculinas, entre las cuales destaca la testosterona. Regulan el funcionamiento de los órganos masculinos y la aparición de los caracteres sexuales secundarios en el varón. Estrógenos u hormonas femeninas, entre las que destaca el estradiol. Regula el funcionamiento de los órganos femeninos y la aparición de los caracteres sexuales secundarios en la mujer. Hormonas que están presentes en algunos invertebrados. Entre ellas la más importante es la ecdisona, que se encarga de regular la muda de los artrópodos. 16 .- Representa mediante un esquema la molécula de un fosfoglicérido y señala en ella su carácter anfipático. Solución: Los fosfoglicéridos son un grupo de fosfolípidos; por lo tanto; pertenecen a los denominados lípidos de membrana. Los fosfoglicéridos están formados por dos moléculas de ácido graso (uno saturado y otro insaturado), una molécula de glicerina, una molécula de ácido ortofosfórico y un compuesto polar, que suele ser un aminoalcohol. Los dos ácidos grasos se esterifican con los dos primeros grupos alcohólicos de la glicerina, mientras que el tercero lo hace con el fosfórico, el cual, a su vez, se esterifica con el compuesto polar (aminoalcohol). Los fosfoglicéridos son moléculas anfipáticas. En ellas se diferencia: Una cabeza hidrófila polar, soluble en agua, que está representada por el compuesto polar (aminoalcohol), el grupo fosfato y la glicerina. Dos colas hidrófobas apolares e insolubles en agua, que se corresponden con los ácidos grasos que forman la molécula. 17 .- ¿Qué son las lipoproteínas y qué función tienen? Solución: Las lipoproteínas son macromoléculas formadas por la unión mediante enlaces no covalentes de lípidos y proteínas. La mayoría de estas macromoléculas tienen como función transportar los lípidos desde el intestino delgado hasta el hígado, y de este a los demás tejidos y depósitos grasos. Los lípidos que forman las lipoproteínas son principalmente: triglicéridos, fosfolípidos y colesterol. Las proteínas que forman estos complejos son específicas, y tienen dos funciones: Se sitúan en el exterior y forman una capa hidrófila que rodea las zonas hidrófobas de los lípidos. De esta forma, constituyen partículas solubles, facilitando así el transporte de los lípidos por el medio interno, que es un medio acuoso. Tienen señales para las células destinatarias (células diana) de los lípidos, las cuales poseen receptores en su membrana que identifican las lipoproteínas y las incorporan por endocitosis. 18 .- Enumera las principales funciones de los lípidos, indicando cuáles las realizan. Solución: Las principales funciones que desempeñan los lípidos son las siguientes: Función energética. Algunos lípidos, como las grasas, son utilizados por los seres vivos como combustible para obtener energía mediante su oxidación, el valor energético es de 9,4 Kcal/g. Función de reserva. Algunos lípidos como las grasas se pueden almacenar como

sustancia de reserva energética, acumulándose en tejidos y órganos especializados. En los animales se acumulan en los adipocitos del tejido adiposo, mientras que en los vegetales se acumulan en frutos y semillas. Función aislante y protectora. Las ceras, gracias al carácter hidrófobo que tienen, forman cubiertas que impermeabilizan y protegen a distintas partes del organismo, tales como: pelos, plumas, hojas, frutos, exoesqueleto, etc. Igualmente, las grasas que se acumulan en el tejido adiposo subepidérmico (panículo adiposo) proporciona aislamiento térmico al individuo, debido a que son malos conductores del calor. Función estructural. Algunos lípidos forman la base estructural de las membranas celulares. A estos lípidos se les denomina lípidos de membrana. Dentro de ellos, tenemos: Fosfolípidos: son los que más abundan en las membranas, y se dividen en dos grupos: fosfoglicéridos y esfingolípidos. Glucolípidos: comprende los cerebrósidos y gangliósidos. Colesterol. Función reguladora. Existen lípidos que actúan en procesos bioquímicos importantes que ocurren en los seres vivos; este es el caso de las hormonas esteroides, hormonas sexuales, vitaminas como A, E, K y D, carotenos y xantofilas, prostaglandinas, etc. 19 .- ¿Los ácidos grasos son moléculas bipolares? Solución: Los ácidos grasos son moléculas bipolares o anfipáticas; es decir, en ellos se distinguen dos regiones que se comportan de manera diferente frente al agua: Una región apolar, insoluble en agua, representada por la cadena hidrocarbonada, que forma una cola hidrófoba. Esta región repele al agua y puede unirse mediante enlaces de Van der Waals con otras cadenas similares. Una región polar, soluble en agua, representada por el grupo carboxílico, que forma una cabeza hidrófila. Este grupo carboxílico está ionizado e interacciona mediante enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Esta polaridad es la responsable de que las moléculas de los ácidos grasos, cuando se encuentran en un medio acuoso, se dispongan orientadas con las cabezas -hidrófilas- dirigidas hacia el agua y las colas -hidrófobas- alejadas de ella. Esto da lugar a que formen monocapas cuando están en la superficie, o bicapas y micelas si se encuentran en el seno del agua. 20 .- Señala cuáles son los constituyentes que forman los fosfolípidos. Solución: Los fosfolípidos son moléculas complejas. Cada una de ellas está formada por los siguientes componentes: Una o dos moléculas de ácidos grasos. En los esfingolípidos solo hay una molécula de ácido graso, mientras que en los fosfoglicéridos hay dos: una de ellas es un ácido graso insaturado, y la otra, es saturado. Un alcohol que puede ser la glicerina o la esfingosina (es un aminoalcohol insaturado de 18 carbonos; tiene 2 grupos alcohólicos). Si es la glicerina, los fosfolípidos se llaman fosfoglicéridos; si es la esfingosina, se llaman esfingolípidos. Una molécula de ácido ortofosfórico. Un aminoalcohol entre el que se pueden encontrar etanolamina (colamina), colina, serina, etc. 21 .- ¿Qué tienen en común los esteroides? Solución: Los esteroides, al igual que los terpenos, son lípidos insaponificables; por lo tanto, carecen de ácidos grasos en su composición. Todos los esteroides derivan de un hidrocarburo tetracíclico que es el esterano o ciclopentano-perhidro-fenantreno, cuya estructura está formada por tres anillos de ciclohexano unidos de forma no lineal a un ciclopentano; por lo tanto todos los esteroides tienen en común el núcleo químico esterano. Los distintos esteroides se originan a partir de este núcleo químico (esterano), por la aparición de dobles enlaces en distintas posiciones y de otros grupos sustituyentes, tales como grupos -OH, cadenas carbonadas, etc. 22 .- Características de las bicapas que forman los lípidos anfipáticos. Solución: Las bicapas lipídicas constituyen la base estructural del modelo actual de las membranas celulares. Estas bicapas lipídicas que forman principalmente los glucolípidos y los fosfolípidos, presentan las siguientes características: Son estructuras estables. Se originan de forma espontánea sin la necesidad de aporte energético. Estas bicapas tienden a ser extensas y a cerrarse en sí mismas en vesículas, lo que supone la formación de un compartimiento interior. Se reparan por sí solas, reponiendo su estructura. Tienen un comportamiento fluido; es decir, las moléculas lipídicas que las forman se pueden mover fácilmente dentro de la bicapa. Algunos de los movimientos que pueden presentar son: difusión lateral, flexión, rotación y, más raramente, flip-flop. 23 .- ¿Cómo captan las células el colesterol y qué enfermedades se pueden originar si disminuye esta captación?

Solución: Las células de los tejidos obtienen el colesterol del plasma sanguíneo mediante un proceso de endocitosis mediada por receptor. Mediante este proceso, las LDL se unen a receptores específicos de las membranas de las células diana y, posteriormente, el complejo LDL-receptor se incorpora dentro de las células por endocitosis. Si por cualquier motivo disminuye el número de receptores en las células, disminuirá la captación de LDL y, por consiguiente, aumentará el nivel de colesterol en la sangre. A este aumento se le denomina hipercolesterolemia. La disminución de receptores de LDL en las membranas celulares es, en algunos casos de origen genético. Esto explica por qué hay individuos que tienen predisposición a padecer hipercolesterolemia. Cuando el nivel de LDL en sangre es elevado, el colesterol se deposita en la cara interna de las arterias, formándose placas, denominadas ateromas, estas placas crecen y endurecen las paredes arteriales y reducen la luz arterial, pudiendo llegar a obstruirlas. A esta enfermedad vascular se la denomina arterioesclerosis; si la arteria afectada es una arteria coronaria, puede provocar infarto de miocardio; si es una arteria cerebral, puede producir trombosis. 24 .- ¿Qué propiedades tienen todos los lípidos? Solución: Dentro del grupo de los lípidos se engloban una gran variedad de sustancias, que, aunque son diferentes estructuralmente, todas ellas tienen en común una serie de propiedades, entre las que destacan las siguientes: Son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos tales como: éter, cloroformo, acetona, alcohol, etc. Esto es debido a que poseen largas cadenas hidrocarbonadas que son apolares y, por consiguiente, son hidrófobas; no tienen afinidad por el agua por lo que no son solubles en ella. Tienen baja densidad y son untuosos al tacto. Son compuestos orgánicos muy reducidos, debido a las largas cadenas hidrocarbonadas que forman parte de ellos, por lo que son muy energéticos. Esta energía se puede extraer mediante procesos de oxidación. 25 .- ¿Qué son los ácidos grasos? Solución: Los ácidos grasos son ácidos orgánicos monocarboxílicos. En todos ellos se diferencian una cadena hidrocarbonada más o menos larga y un grupo carboxílico terminal que es el grupo ácido (-COOH). Por lo general, tienen un número par de átomos de carbono que suele oscilar entre 12 y 24, aunque los más abundantes tienen de 16 o 18 átomos de carbono. La fórmula general de un ácido graso es: RCOOH, donde R es la cadena hidrocarbonada que variará de unos a otros. Los ácidos grasos no suelen encontrarse libres, sino que están formando parte de otros lípidos y se pueden obtener a partir de ellos por hidrólisis. Se conocen unos 100. Los características de los ácidos grasos se representan con una notación de dos números separados por dos puntos. El primer número indica los carbonos de la cadena y el segundo, el número de insaturaciones; las posiciones de éstas se marcan como exponentes de este segundo número. P. ej.: en el ácido oleico el símbolo será 18: 19; es un ácido con 18 carbonos que tiene un doble enlace en el carbono 9. 26 .- Sabiendo que el símbolo del ácido palmítico es (16 : 0), escribe la reacción de esterificación que da lugar a la tripalmitina. ¿Qué tipo de grasa será la tripalmitina? Solución: La tripalmitina es un triglicérido o grasa neutra. Se forma por la esterificación de los tres grupos alcohólicos del glicerol con tres moléculas de ácido palmítico. En el proceso se liberan tres moléculas de agua; una por cada enlace éster que se origina. La tripalmitina es una grasa simple porque los tres ácidos grasos que la forman son iguales. A temperatura ambiente es sólida debido a que los tres ácidos grasos son saturados. 27 .- Haz una clasificación de terpenos indicando los representantes más significativos de cada grupo. Solución: Dentro de los terpenos, se diferencian varios grupos atendiendo al número de unidades de isopreno que los forman. Los más importantes son los siguientes: Monoterpenos: Están formados por dos unidades de isopreno. En este grupo se incluyen muchos aceites esenciales de los vegetales, que son sustancias volátiles responsables del aroma y del sabor de las plantas. Algunos de estos compuestos son: mentol, alcanfor, geraniol, limoneno, etc. Sesquiterpenos: Están formados por tres unidades de isopreno. El farnesol es un compuesto de este tipo. Diterpenos: Están formados por cuatro unidades de isopreno. A este grupo pertenece el fitol, que es un alcohol que forma parte de la clorofila; también se incluyen aquí las vitaminas A, K y E. Triterpenos: Están formados por seis unidades de isopreno. En este grupo se incluye el escualeno, que es el precursor de los esteroides. Tetraterpenos: Están formados por ocho unidades de isopreno. A este grupo pertenecen los carotenoides, que son pigmentos vegetales responsables del color de muchas de las partes del vegetal. Intervienen en la fotosíntesis, captando energía de longitud de onda diferente de la que capta la clorofila. Los más importantes son el licopeno (color rojo),

la xantofila (color amarillo) y el -caroteno (anaranjado). Este último, además, es el precursor de la vitamina A. Politerpenos: Están formados por la unión de muchos isoprenos. A este grupo pertenece el caucho. 28 .- ¿Qué son los liposomas y para qué se pueden utilizar? Solución: Los liposomas son pequeñas vesículas que se pueden originar en el seno del agua a partir de fosfolípidos tales como la fosfatidilcolina (lecitina). Estas vesículas están formadas por una bicapa continua, lo que impide el contacto entre el agua y las colas hidrófobas. Los liposomas se obtienen si se somete a ultrasonido una suspensión de lípidos. En el interior de estas pequeñas vesículas hay agua, y pueden introducirse diversas moléculas o iones contenidos en la suspensión, tales como productos cosméticos, medicamentos, ADN, etc. Los liposomas, gracias a la capacidad que tienen las bicapas lipídicas de fusionarse con otras membranas, se pueden utilizar, entre otras cosas, para introducir medicamentos. También se utilizan en biotecnología, por ejemplo, para introducir ADN extraño en el interior de una célula. 29 .- ¿A que se llama colesterol bueno y colesterol malo ? Solución: El colesterol se transporta por la sangre unido a algunas proteínas plasmáticas formando lipoproteínas. Uno de estos tipos de lipoproteínas son las LDL también llamadas lipoproteínas de densidad baja. De esta manera, el colesterol es transportado a los tejidos para que las células lo utilicen para sintetizar las membranas celulares o para otras necesidades. Si el nivel de LDL en el plasma es elevado, el colesterol se deposita en las paredes internas de las arterias, pudiendo dar lugar a enfermedades cardiovasculares graves. Por este motivo, a estas lipoproteínas de densidad baja (LDL) se las denomina popularmente con el nombre de colesterol malo. Hay otro tipo de lipoproteínas, llamadas HDL o lipoproteínas de densidad alta, que se encargan de captar el colesterol de la sangre y de llevarlo hasta el hígado, desde donde se puede eliminar a través de la bilis. Un nivel alto de estas lipoproteínas reduce el riesgo de enfermedades vasculares. Por este motivo, a estas lipoproteínas de densidad alta (HDL) se las denomina popularmente con el nombre de colesterol bueno.

PREGUNTAS RESUELTAS. LOS AZUCARES PREGUNTAS RESUELTAS. LOS AZÚCARES

1.- ¿Cómo se forman compuestos tales como la desoxirribosa, el ácido glucurónico y la glucosamina? 2.- ¿Cuántos estereoisómeros tiene la D-glucosa? Escribe la fórmula de uno que sea epímero con ella en el carbono 4 ¿De qué compuesto se trata? Escribe la fórmula de la L-glucosa ¿Qué tipo de isómero es respecto ala D-glucosa? 3.- ¿En qué se diferencia un enlace monocarbonílico de uno dicarbonílico? 4.- ¿Qué es la sacarosa? ¿Tiene poder reductor? ¿Por qué? ¿Cómo se llama y de qué tipo es el enlace que forma la sacarosa? 5.- ¿Qué indica que una molécula posee un carbono asimétrico? Escribe un ejemplo. 6.- ¿Qué relación existe entre carbono carbonílico, carbono anomérico y -OH hemiacetálico? 7.- ¿Qué semejanzas y diferencias existen entre epímeros y enantiómeros? Pon ejemplos. 8.- ¿Qué son isómeros geométricos o estereoisómeros? ¿Qué moléculas presentan dicha isomería? 9.- ¿Qué son las glucoproteínas? ¿Cuál es su composición? Señala su importancia biológica. 10.- ¿Qué tipos de uniones pueden darse entre dos monosacáridos para formar un disacárido? 11.- Características de los monosacáridos ¿Tienen todos los monosacáridos los mismos grupos funcionales?

¿Cuáles son? 12.- Clasifica los glúcidos en función del número de monosacáridos que presenten en su molécula. 13.- Define oligosacáridos. ¿Cuál es su importancia biológica? 14.- Escribe la fórmula de una aldopentosa y de una cetopentosa, señalando su importancia biológica. 15.- Escribe las fórmulas de las principales hexosas, señalando su importancia biológica. 16.- Formula la celobiosa ( -D-glucopiranosil 1 4 -D-glucopiranosa) e indica si tiene carácter reductor o no, razonándolo. 17.- Realiza una clasificación de polisacáridos atendiendo a su función citando los ejemplos más importantes y los seres o estructuras de los que forman parte. 18.- Señala las diferencias existentes entre homopolisacáridos y heteropolisacáridos. Clasifica los siguientes polisacáridos según su estructura y su función.: Celulosa. Glucógeno, Pectina. Almidón. Hemicelulosa. Ácido hialurónico. 19.- Señala las diferencias que existen entre el almidón y el glucógeno.

SOLUCIONES:

1.- ¿Cómo se forman compuestos tales como la desoxirribosa, el ácido glucurónico y la glucosamina? Solución: Se forman por los cambios químicos que sufren los monosacáridos. En el caso de la desoxirribosa, se forma por reducción, es decir, por la pérdida de un grupo hidroxilo en alguno de sus carbonos. El ácido glucurónico se forma por oxidación, es decir, por la formación de un grupo carboxilo en el carbono terminal. La glucosamina es un aminoazúcar que se forma por sustitución. 2.- ¿Cuántos estereoisómeros tiene la D-glucosa? Escribe la fórmula de uno que sea epímero con ella en el carbono 4 ¿De qué compuesto se trata? Escribe la fórmula de la L-glucosa ¿Qué tipo de isómero es respecto ala D-glucosa? Solución: El número de esteroisómeros de un compuesto depende del número de carbonos asimétricos que tenga, siendo igual a: Número de estereoisómeros = 2n Siendo n el número de C asimétricos del compuesto. En este caso, la glucosa tiene 4 carbonos asimétricos; entonces, el número de isómeros será de 24=16. La Dglucosa presenta dos clases de isómeros geométricos o estereoisómeros: epímeros y enantiómeros. Los que difieren en la posición de un -OH son epímeros. Así, por ejemplo, la galactosa es epímero de la glucosa, pues solo se diferencia en la posición del -OH del carbono 4: Aquellos compuestos cuyas moléculas presentan imágenes especulares son enantiómeros como sucede con la L-glucosa que es un compuesto enantiómero de la D-glucosa: 3.- ¿En qué se diferencia un enlace monocarbonílico de uno dicarbonílico? Solución: El enlace monocarbonílico es aquel en el que intervienen un C anomérico del primer monosacárido y un C no anomérico cualquiera del otro monosacárido. Como el C anomérico del segundo monosacárido queda libre, se mantiene el poder reductor. El enlace dicarbonílico tiene lugar entre los carbonos anoméricos de ambos monosacáridos. En este caso, se pierde el poder reductor. 4.- ¿Qué es la sacarosa? ¿Tiene poder reductor? ¿Por qué? ¿Cómo se llama y de qué tipo es el enlace que forma la sacarosa? Solución: La sacarosa es un disacárido producto de la fotosíntesis, que está presente en la savia elaborada. Es el componente del azúcar común. Se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera. Está formada por -D-glucosa y -D-fructosa unidas por un enlace O-glucosídico entre los carbonos 1 y 2, respectivamente. Este tipo de enlace es dicarbonílico, es decir, se unen los carbonos anoméricos de las dos osas,

por lo que pierde el poder reductor. 5.- ¿Qué indica que una molécula posee un carbono asimétrico? Escribe un ejemplo. Solución: Un carbono asimétrico es aquel que se encuentra unido a cuatro radicales diferentes. P. ej. El gliceraldehído cuyo segundo carbono presenta cuatro sustituyentes distintos. Pueden representarse en un tetraedro, de modo que en un vértice aparece el grupo aldehído (-CHO), en otro el -OH, en otro -CH2OH, y en el último, un -H. 6.- ¿Qué relación existe entre carbono carbonílico, carbono anomérico y -OH hemiacetálico? Solución: El carbono carbonílico es el que lleva el grupo funcional; en las aldosas es el aldehído que va colocado en el C1, y en las cetosas, la cetona en el C2. Cuando pasamos de la fórmula lineal a la de Haworth, este mismo carbono recibe el nombre de anomérico, y según la posición en la que vaya el -OH será el anómero. El -OH hemiacetálico es el que interviene en la formación del enlace hemiacetal para ciclar la fórmula lineal y que, una vez ciclado el compuesto, nos encontraremos su O dentro del ciclo, y unido al C1 en el caso de las aldosas y al C2 en el caso de las cetosas. 7.- ¿Qué semejanzas y diferencias existen entre epímeros y enantiómeros? Pon ejemplos. Solución: Son dos clases de isómeros geométricos, pero mientras que los epímeros son compuestos que se diferencian en la posición de un solo -OH, los enantiómeros son aquellos cuyas moléculas presentan imágenes especulares (varía la posición de todos los -OH). 8.- ¿Qué son isómeros geométricos o estereoisómeros? ¿Qué moléculas presentan dicha isomería? Solución: La isomería geométrica se debe a las diferencias en las moléculas por la disposición de los enlaces en el espacio. Los isómeros geométricos o estereoisómeros los presentan aquellas moléculas que tienen uno o varios carbonos asimétricos. Cuando los monosacáridos tienen más de un carbono asimétrico, por convenio, se denomina isómero D al que presenta el último carbono asimétrico con el -OH a la derecha, y L al que lo presenta a la izquierda. 9.- ¿Qué son las glucoproteínas? ¿Cuál es su composición? Señala su importancia biológica. Solución: Son compuestos mixtos en los que se encuentran unidas una fracción glucídica y una fracción no glucídica que, en este caso, se trata de proteínas en proporción mayor a la del glúcido. Algunas son hormonas; otras se encuentran circulando por el plasma sanguíneo como la proteína anticongelante que se encuentra en especies de climas fríos y que contiene disacáridos derivados de la galactosa. Las más estudiadas son las que forman parte de la superficie externa de la membrana celular. Tienen carácter antigénico. 10.- ¿Qué tipos de uniones pueden darse entre dos monosacáridos para formar un disacárido? Solución: La unión que se produce puede ser de dos tipos: Mediante un enlace monocarbonílico, en el que intervienen un C anomérico del primer monosacárido y un C no anomérico cualquiera del otro monosacárido. Como el C anomérico del segundo monosacárido queda libre, se mantiene el poder reductor. Mediante un enlace dicarbonílico, el cual tiene lugar entre los carbonos anoméricos de ambos monosacáridos. En este caso, se pierde el poder reductor. 11.- Características de los monosacáridos ¿Tienen todos los monosacáridos los mismos grupos funcionales? ¿Cuáles son? Solución: Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos, no hidrolizables. Tienen sabor dulce, color blanco, solubles en agua y poseen poder reductor. Su capacidad reductora se debe a la presencia del grupo carbonilo, que es capaz de oxidarse dando un grupo ácido (-COOH). Los monosacáridos son polialcoholes con un grupo carbonilo. Pero no todos tienen el mismo grupo carbonilo. Cuando el grupo carbonilo es un aldehído, recibe el nombre de aldosa; cuando el grupo carbonilo es una cetona, recibirá el nombre de cetosa. 12.- Clasifica los glúcidos en función del número de monosacáridos que presenten en su molécula. Solución: En primer lugar, las osas o monosacáridos son las unidades fundamentales de los glúcidos no hidrolizables. Los disacáridos se forman por la unión de dos osas con desprendimiento de una molécula de agua. Oligosacáridos formados por la unión de menos de 10 osas o monosacáridos con desprendimiento de n-1 moléculas de agua. Polisacáridos son polímeros de monosacáridos formados por la unión de gran número de osas con desprendimiento de n-1 moléculas de agua. 13.- Define oligosacáridos. ¿Cuál es su importancia biológica? Solución: Son cadenas cortas de monosacáridos (3 a 10) unidos mediante enlaces O-glucosídicos. Apenas se encuentran en forma libre, excepto algunos ejemplos,

como los fructosanos, formados por un resto de glucosa y varias unidades de fructosa, que se encuentran en las plantas como sustancia de reserva. Determinadas cadenas de oligosacáridos se pueden unir a proteínas de la membrana, formando glicoproteínas, muy variadas estructuralmente, que están relacionados con fenómenos de reconocimiento molecular y celular. 14 .- Escribe la fórmula de una aldopentosa y de una cetopentosa, señalando su importancia biológica. Solución: La ribosa es un componente de los nucleótidos y de los ácidos nucleicos. La ribulosa interviene en el ciclo de fijación del CO2 que realizan las plantas para sintetizar glucosa. 15.- Escribe las fórmulas de las principales hexosas, señalando su importancia biológica. Solución: Son combustibles metabólicos abundantes en las células. La glucosa es el azúcar de la uva; se encuentra en las frutas, en la miel y en la sangre. La fructosa acompaña a la glucosa en la mayor parte de las frutas. La galactosa es el azúcar de la leche. 16.- Formula la celobiosa ( -D-glucopiranosil 1 4 -D-glucopiranosa) e indica si tiene carácter reductor o no, razonándolo. Solución: La celobiosa conserva el poder reductor porque se forma un enlace monocarbonílico, es decir, se une el carbono anomérico de la primera glucosa con el carbono 4 alcohólico de la segunda glucosa, quedando el carbono anomérico de dicha glucosa libre. 17.- Realiza una clasificación de polisacáridos atendiendo a su función citando los ejemplos más importantes y los seres o estructuras de los que forman parte. Solución: Atendiendo a la función que desempeñan, los polisacáridos se clasifican en: Polisacáridos de reserva: actúan como reserva nutritiva, pudiendo ser degradados para la obtención de energía. Los monosacáridos son almacenados en forma de polisacáridos para evitar el aumento que se produciría de la presión osmótica, si se almacenara directamente la glucosa. Ejemplos: Almidón, presente en las células vegetales. Glucógeno, que se encuentra en el hígado y en el tejido muscular. Polisacáridos estructurales: se encuentran formando parte de estructuras tales como las paredes celulares de los vegetales, el exoesqueleto de artrópodos, cubiertas, etc. Ejemplos: Celulosa, que forma las paredes de las células vegetales. Quitina, que forma el exoesqueleto de muchos invertebrados. Hemicelulosa y pectina, que forman las paredes de las células vegetales. Agar-agar, se extrae de las algas rojas. Goma arábiga, con función defensiva en las plantas. Mucopolisacáridos, presentes en los tejidos conectivos. 18.- Señala las diferencias existentes entre homopolisacáridos y heteropolisacáridos. Clasifica los siguientes polisacáridos según su estructura y su función.: Celulosa. Glucógeno, Pectina. Almidón. Hemicelulosa. Ácido hialurónico. Solución: Los homopolisacáridos son polímeros constituidos por un solo tipo de monosacáridos. Los heteropolisacáridos son polímeros constituidos por dos o más monosacáridos distintos, o bien forman parte de ellos derivados de los monosacáridos. 19.- Señala las diferencias que existen entre el almidón y el glucógeno. Solución: El almidón es un homopolisacárido de reserva que se encuentra en las células vegetales, mientras que el glucógeno es también un homopolisacárido de reserva presente en las células animales. El almidón es un polímero de D-glucosa que presenta dos formas estructurales distintas: la amilosa, en la que las moléculas de glucosa se unen mediante enlaces (1 4); la amilopectina, formada por cadenas ramificadas con enlaces (1 4) y (1 6). El glucógeno tiene una estructura molecular semejante a la amilopectina, pero más ramificada y compacta. La cadena base está formada por glucosa unida mediante enlaces (1 4), y las ramificaciones llevan enlaces (1 6).

PREGUNTAS RESUELTAS. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS. AGUA Y SALES MINERALES. PREGUNTAS RESUELTAS. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS. AGUA Y SALES MINERALES.

1 .- ¿Qué propiedades presenta el átomo de carbono que le permiten ser el elemento químico básico en la constitución de las moléculas de los seres vivos? 2 .- ¿Qué son las biomoléculas o principios inmediatos?; ¿qué tipos conoces? 3 .- ¿Cuáles son los principales tampones que actúan en los seres vivos? 4 .- ¿Qué es la ósmosis? Define los conceptos de membrana semipermeable y de disolución hipoosmótica, hiperosmótica e isoosmótica. 5 .- Estudia los siguientes diagramas e indica las principales diferencias entre la composición de la corteza terrestre y el cuerpo humano. 6 .- ¿Qué es una macromolécula? Realiza una tabla de las principales macromoléculas presentes en los seres vivos, indicando los monómeros que las originan. 7 .- ¿Qué es una reacción de hidrólisis?; ¿de qué forma puede actuar el agua como reactivo químico? 8 .- ¿Qué es la escala de pH? Si el pH de una disolución aumenta un punto, ¿cómo varía la concentración de H+? 9 .- ¿Qué consecuencias tendría para un organismo la pérdida del equilibrio iónico? 10 .- Indica la función y el grupo al que pertenecen los siguientes bioelementos:Fe, C, Ca, Na y P. 11 .- ¿Qué son las interacciones hidrofóbicas? ¿Cuál es su importancia biológica? 12 .- ¿Con cuántas moléculas vecinas puede enlazar una molécula de agua? Justifica la respuesta. 13 .- ¿Qué es una disolución amortiguadora o tampón?; ¿cómo actúa? 14 .- ¿En qué formas pueden encontrarse las sales minerales en los seres vivos? ¿Qué funciones realizan en cada caso? 15 .- ¿Qué son los bioelementos?, ¿cómo se clasifican? 16 .- ¿Por qué decimos que el agua es un dipolo? ¿Cuáles son las consecuencias de su estructura dipolar? 17 .- Indica si las disoluciones son ácidas, básicas o neutras; la concentración de OH-, y el valor del pH de cada disolución. 18 .- ¿Qué es un oligoelemento? Señala tres ejemplos y explica su función. 19 .- Además de los enlaces covalentes que mantienen unidos los átomos de las moléculas orgánicas, ¿qué otros tipos de interacciones moleculares se establecen entre ellas? 20 .- ¿Por qué se dice que el agua es el disolvente universal?

SOLUCIONES:

1 .- ¿Qué propiedades presenta el átomo de carbono que le permiten ser el elemento químico básico en la constitución de las moléculas de los seres vivos? Solución: Las características del átomo de carbono son: - Forma con facilidad enlaces covalentes fuertes y estables, lo que confiere gran estabilidad a las moléculas de los seres

vivos. - Los átomos de carbono se pueden unir entre sí formando largas cadenas, moléculas ramificadas, e, incluso, cíclicas, lo que permite construir moléculas variadas y complejas. - El carbono presenta cuatro orbitales enlazantes dispuestos en forma de tetraedro a los que pueden unirse hasta cuatro átomos o grupos funcionales diferentes. Esto permite la formación de gran cantidad de moléculas tridimensionales con propiedades diferentes. Los átomos de carbono forman dobles y triples enlaces entre sí y con el oxígeno y el nitrógeno, produciéndose un aumento de las variantes moleculares. - Las características del átomo de carbono permiten la formación de una inmensa variedad de moléculas con estructuras y propiedades distintas. La gran variabilidad y complejidad que muestran los seres vivos es consecuencia de este hecho. 2 .- ¿Qué son las biomoléculas o principios inmediatos?; ¿qué tipos conoces? Solución: Las biomoléculas son las moléculas que constituyen a los seres vivos. Anteriormente se las llamaba principios inmediatos, ya que son compuestos o grupos de compuestos que se obtienen a partir de una muestra biológica por métodos exclusivamente físicos, tales como centrifugación, diálisis, filtración... Se distinguen dos tipos de biomoléculas: Inorgánicas. No son exclusivas de los seres vivos, y son el agua y las sales minerales. Orgánicas. Son exclusivas de los seres vivos. Son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. 3 .- ¿Cuáles son los principales tampones que actúan en los seres vivos? Solución: Entre los principales tampones que actúan en los seres vivos, podemos citar dos: - El tampón fosfato, que actúa en el medio intracelular y tiene una zona de capacidad de tamponamiento alrededor de valores de pH de 6,86. Su actividad es debida al equilibrio entre el fosfato monobásico y el fosfato dibásico. - Tampón bicarbonato: actúa en los líquidos extracelulares como la sangre. Su actividad se presenta en torno a valores de pH de 7,4. Su funcionamiento se basa en el equilibrio existente entre el ion bicarbonato y el ácido carbónico, que, a su vez, puede disociarse en CO2 y H2O. 4 .- ¿Qué es la ósmosis? Define los conceptos de membrana semipermeable y de disolución hipoosmótica, hiperosmótica e isoosmótica. Solución: La ósmosis es un fenómeno mediante el cual dos disoluciones de distinta concentración y que se encuentran separadas por una membrana semipermeable tienden a igualar sus concentraciones por el paso de agua desde la solución más diluida hacia la más concentrada. Membrana semipermeable: es aquella que permite el paso del agua, pero no el de las sustancias disueltas en ella (solutos). Disoluciones isoosmóticas: son dos disoluciones que presentan la misma concentración. Disolución hipoosmótica e hiperosmótica. Una disolución hipoosmótica es aquella que presenta menor concentración frente a otra llamada hiperosmótica. 5 .- Estudia los siguientes diagramas e indica las principales diferencias entre la composición de la corteza terrestre y el cuerpo humano. Solución: En los diagramas se observa que la composición de la corteza terrestre presenta grandes diferencias con la de un ser vivo como es el hombre. - Los elementos más abundantes de la corteza son O, Si, Al y Fe, mientras que el 99% de la masa del cuerpo humano está formada por C, H, O y N. Únicamente el oxígeno es un elemento mayoritario en ambas muestras. - Es importante señalar el hecho de que el carbono, que es la base de las moléculas de los seres vivos, es un elemento muy minoritario en la corteza terrestre, mientras que un elemento con características semejantes a él, como es el silicio, es uno de los compuestos más abundantes. - El Al y el Fe son elementos muy abundantes en la corteza terrestre (7,9% y 4,5%, respectivamente), pero aparecen en la composición de los seres vivos como elementos traza. La comparación entre la composición de la corteza terrestre, el lugar donde se desarrolla la vida, y la del hombre nos lleva a pensar que la evolución química seleccionó aquellos elementos químicos que presentan unas características idóneas para constituir las moléculas de los seres vivos. Aquellos elementos capaces de dar lugar a una gran variedad de moléculas estables y complejas. 6 .- ¿Qué es una macromolécula? Realiza una tabla de las principales macromoléculas presentes en los seres vivos, indicando los monómeros que las originan. Solución: Las macromoléculas son polímeros formados en reacciones de polimerización por la unión de moléculas más sencillas, llamadas monómeros o eslabones estructurales. Las macromoléculas, a su vez, pueden despolimerizarse, obteniéndose los correspondientes monómeros. 7 .- ¿Qué es una reacción de hidrólisis?; ¿de qué forma puede actuar el agua como reactivo químico? Solución: La

hidrólisis es una reacción química que consiste en la ruptura de enlaces moleculares mediante la incorporación de una molécula de agua. En la hidrólisis, el agua actúa de forma disociada, proporcionando a la reacción los iones H+ y OH- necesarios. El agua actúa como reactivo químico de dos formas: - Como agua disociada, proporcionando los H+ y OH- necesarios para las reacciones de hidrólisis. - En reacciones de óxido-reducción, facilitando O2 y H2 , como ocurre, por ejemplo, en la fotosíntesis, que utiliza el H2O como último dador de electrones y desprende oxígeno. 8 .- ¿Qué es la escala de pH? Si el pH de una disolución aumenta un punto, ¿cómo varía la concentración de H+? Solución: El agua se comporta como un electrólito débil en el que una pequeña cantidad de moléculas se encuentran disociadas según la ecuación: H2O ? H+ + OH- A 25 ?C el equilibrio que se establece es el siguiente: [H+] · [OH- ] = 1,0 · 10-14 que es una constante llamada producto iónico del agua. De este valor se deduce que: [H+] = [OH- ] = 1,0 · 10-7 Cuando el agua contiene sustancias disueltas, el equilibrio varía, de tal modo que si la [H+] aumenta, la [OH-] disminuye, y viceversa. Así, una disolución donde la [H+] = 10-7 es una disolución neutra; si la [H+] > 10-7, es ácida, y si [H+] < 10-7, es alcalina o básica. Para simplificar el cálculo, se ha definido la escala de pH, que expresa la [H+] utilizando logaritmos. El pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de H+: pH = -log [H+] Si el pH = 7, la disolución es neutra; un valor de pH < 7 indica una disolución ácida, y un pH > 7, básica. Como la escala de pH es logarítmica, el aumento de un punto en su valor supone una disminución de diez veces en la concentración de H+. 9 .- ¿Qué consecuencias tendría para un organismo la pérdida del equilibrio iónico? Solución: El mantenimiento del equilibrio iónico es fundamental para el correcto funcionamiento de los seres vivos. La pérdida de este equilibrio puede conducir a graves alteraciones, como son: - La generación de fenómenos osmóticos en las células que pueden conducir a la muerte celular. - La eliminación de la acción antagónica que realizan algunos cationes para regular la actividad de órganos como el corazón. En general, este antagonismo se ejerce entre un catión monovalente que realiza una acción que es contrarrestada por uno divalente. - La pérdida de solubilidad de algunas proteínas, ya que las sales minerales modifican las propiedades disolventes del agua. - Se verían afectadas otras acciones específicas controladas por las sales minerales, como la actividad de muchas enzimas, la transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular, etc. 10 .- Indica la función y el grupo al que pertenecen los siguientes bioelementos:Fe, C, Ca, Na y P. Solución: Hierro (Fe). Se incluye en los oligoelementos. Es un componente de los grupos hemo de las moléculas que transportan o almacenan oxígeno (hemoglobina y mioglobina). Además, es un cofactor de enzimas mitocondriales transportadoras de electrones. Carbono (C). Es un bioelemento primario. Es el constituyente básico de las moléculas de los seres vivos. Calcio (Ca). Pertenece a los bioelementos secundarios. En forma iónica, participa en la contracción muscular, en la coagulación sanguínea y en la transmisión del impulso nervioso. Como CaCO3, forma estructuras esqueléticas. Sodio (Na). Bioelemento secundario. Participa en la creación de los gradientes de membrana, imprescindibles para la transmisión del impulso nervioso. Mantiene el equilibrio osmótico y neutraliza las cargas de las macromoléculas. Fósforo (P). Es un bioelemento primario. Está presente en muchas moléculas biológicas como los fosfolípidos, los ácidos nucleicos o el ATP (donde forma enlaces ricos en energía). En forma de fosfatos, aparece en esqueletos y dientes, y tiene acción tamponadora. 11 .- ¿Qué son las interacciones hidrofóbicas? ¿Cuál es su importancia biológica? Solución: Las interacciones hidrofóbicas se producen entre grupos apolares o hidrófobos que tienden a agruparse entre sí para evitar el contacto con el agua. Tienen gran importancia biológica, ya que son las responsables de la formación de las membranas biológicas y del plegamiento de muchas proteínas. Las membranas biológicas están constituidas por moléculas anfipáticas (fosfolípidos). Estas forman bicapas, situando sus grupos polares en contacto con el agua y las cadenas hidrófobas enfrentadas entre sí para evitar el contacto con el agua. Son también las responsables del plegamiento de muchas proteínas, macromoléculas formadas por la unión de aminoácidos. Algunos aminoácidos presentan grupos hidrófobos que repelen el agua e interaccionan con otros similares, provocando el plegamiento específico de la proteína. 12 .- ¿Con cuántas moléculas vecinas puede enlazar una molécula de agua? Justifica la respuesta. Solución: El carácter dipolar de la molécula de agua permite que, potencialmente, pueda establecer enlaces de hidrógeno con

otras cuatro moléculas de agua. Cada uno de los hidrógenos de una molécula puede establecer interacciones con las cargas parciales negativas de los oxígenos de otras dos moléculas, mientras que las dos cargas negativas del átomo de oxígeno pueden enlazar con las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras dos. En el agua líquida, los puentes de hidrógeno se forman y se destruyen continuamente, estableciendo cada molécula de agua un promedio de 3,4 enlaces con sus vecinas. En el hielo, cada molécula forma el número máximo de enlaces (cuatro) originando una estructura reticular regular. 13 .- ¿Qué es una disolución amortiguadora o tampón?; ¿cómo actúa? Solución: Los sistemas amortiguadores, tampón o buffer son soluciones acuosas de ácidos débiles que neutralizan las variaciones de pH de un medio aunque se añadan cantidades apreciables de un ácido o de una base. Los sistemas amortiguadores se basan en las propiedades de los ácidos débiles, que son aquellos que no se disocian totalmente en disoluciones acuosas, y que, a determinados valores de pH, actúan como ácidos o como bases, es decir, ceden protones al medio o los aceptan. Cuando en el medio existe un exceso de H+, el tampón actúa como base y los acepta, y, cuando se produce un exceso de OH- actúa como un ácido, liberando protones que los neutralizan. La capacidad de amortiguación del tampón se produce en torno a un valor de pH próximo al pK del ácido. El pK es la constante de ionización, y se corresponde con un valor de pH en el que existe la misma cantidad de ácido en estado disociado y sin disociar. Cada ácido débil tiene un pK característico, y, por tanto, actúan como amortiguadores a diferentes valores de pH. 14 .- ¿En qué formas pueden encontrarse las sales minerales en los seres vivos? ¿Qué funciones realizan en cada caso? Solución: Las sales minerales se encuentran en los seres vivos en dos formas: - Forma sólida o precipitada. Actúan originando formas esqueléticas y de sostén. Por ejemplo, el CaCO3 participa en la formación de los esqueletos de moluscos, crustáceos, corales y vertebrados. El fosfato cálcico endurece los huesos de los vertebrados. La sílice forma el caparazón de algunos microorganismos como las diatomeas e impregna tallos de algunas plantas como las gramíneas. - En disolución se encuentran en forma iónica, siendo los principales iones: Entre las funciones de las sales en disolución destacan: - Actúan como sistemas tampón controlando las variaciones del pH. - Mantienen el equilibrio osmótico. - Modifican las propiedades disolventes del agua. Contribuyen a estabilizar los coloides. - Presentan acciones específicas participando en un gran número de procesos fisiológicos, como la activación de enzimas, la transmisión del impulso, la contracción muscular, la creación de potenciales de membrana, la coagulación sanguínea, etc. 15 .- ¿Qué son los bioelementos?, ¿cómo se clasifican? Solución: Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen las moléculas de los seres vivos. De todos los elementos conocidos, se han identificado como bioelementos unos setenta, aunque solo son comunes a todos los seres vivos alrededor de veinticinco. Los bioelementos se clasifican en tres grupos: - Bioelementos primarios. Constituyen las moléculas de los seres vivos y representan el 99% de la masa de las células. Son el C, el H, el O y el N y, en menor proporción, el S y el P. Bioelementos secundarios. Aparecen generalmente en forma iónica, y son el Na+, el Ca2+, el K+, el Mg2+ y el Cl-. Se encuentran presentes en el medio celular en pequeñas cantidades, incluso en proporciones por debajo del 0,1%. - Oligoelementos. Son aquellos elementos químicos que están presentes en los seres vivos de forma vestigial (por debajo del 0,1%), pero cuya presencia es fundamental para permitir su buen funcionamiento. Su ausencia suele provocar enfermedades carenciales, aunque si superan una cierta concentración producen intoxicaciones. Se conocen alrededor de sesenta oligoelementos, entre los que se encuentran el Fe, el Cu, el Zn, el Mn, el Co, el I... 16 .- ¿Por qué decimos que el agua es un dipolo? ¿Cuáles son las consecuencias de su estructura dipolar? Solución: El agua es una molécula formada por la unión de un átomo de oxígeno con dos átomos de hidrógeno. Su naturaleza dipolar se debe a que el átomo de oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno. Este hecho provoca que los electrones compartidos en los enlaces se sitúen más cerca del oxígeno que de los hidrógenos, generándose dos cargas parciales negativas en la zona del oxígeno y una carga parcial positiva en cada uno de los hidrógenos. Aunque la molécula de agua presenta una carga neta neutra, es una molécula dipolar. Debido a la separación de cargas, las moléculas de agua pueden atraerse entre sí por fuerzas electrostáticas entre las cargas parciales negativas situadas sobre el oxígeno de una molécula y las cargas parciales positivas situadas sobre los

hidrógenos de otras. Este tipo de atracción electrostática se llama enlace por puentes de hidrógeno. Cada molécula de agua puede formar, teóricamente, enlaces de hidrógeno con cuatro moléculas vecinas. Estos enlaces se forman y se destruyen continuamente, lo que hace que el agua a temperatura ambiente sea un líquido que presenta una elevada cohesión interna, baja viscosidad y elevada reactividad química. Se dispone de tres disoluciones que presentan las siguientes concentraciones de H+: 2: [H+] = 1,0 · 10-2 - Disolución 3: [H+] = 1,0 · 10-9

- Disolución 1:

[H+] = 1,0 · 10-7 - Disolución

17 .- Indica si las disoluciones son ácidas, básicas o neutras; la concentración de OH-, y el valor del pH de cada disolución. Solución: Disolución 1: Neutra. [OH- ] = 1,0 · 10-7 pH = 7. Disolución 2: Ácida. [OH- ] = 1,0 · 10-12 pH = 2. Disolución 3: Básica. [OH- ] = 1,0 · 10-5 pH = 9 18 .- ¿Qué es un oligoelemento? Señala tres ejemplos y explica su función. Solución: Los oligoelementos son aquellos elementos químicos que están presentes en los seres vivos de forma vestigial (por debajo del 0,1%), pero su presencia es fundamental para permitir su buen funcionamiento. Su ausencia suele provocar enfermedades carenciales, aunque si superan una cierta concentración producen intoxicaciones. Se conocen alrededor de sesenta oligoelementos, entre los que se encuentran el Fe, el Mn, el Co. - Hierro (Fe). Es un componente de los grupos hemo de las moléculas transportadoras de oxígeno (mioglobina y hemoglobina). Además, es un cofactor de enzimas mitocondriales transportadoras de electrones. - Manganeso (Mn). Actúa como catalizador en muchas reacciones químicas. Participa en la fotólisis del agua durante la fotosíntesis. - Cobalto (Co). Forma parte de la vitamina B12, que es necesaria para la síntesis de la hemoglobina. 19 .- Además de los enlaces covalentes que mantienen unidos los átomos de las moléculas orgánicas, ¿qué otros tipos de interacciones moleculares se establecen entre ellas? Solución: En las moléculas orgánicas se produce otro tipo de enlaces no covalentes que mantienen la estructura de ciertas moléculas complejas o que asocian unas moléculas a otras. Estas interacciones son las siguientes: - Enlaces o puentes de hidrógeno. Se forman entre un átomo de hidrógeno que está unido covalentemente a un átomo electronegativo y otro átomo electronegativo. En este caso, el hidrógeno es atraído por dos átomos diferentes. Estabilizan la estructura tridimensional de las proteínas y de los ácidos nucleicos. - Interacciones electrostáticas. Se produce cuando un grupo funcional que presenta carga iónica (+) o (-) es atraído por otro de carga opuesta. También se llaman enlaces iónicos. Interacciones hidrofóbicas. Se producen entre grupos apolares o hidrófobos que tienden a agruparse entre sí para evitar el contacto con el agua. Son las responsables de la formación de las membranas biológicas y del plegamiento de muchas proteínas. - Fuerzas de Van der Waals: son interacciones muy débiles e inespecíficas que se producen entre dos átomos que se encuentran a una distancia superior a un valor mínimo, por debajo del cual se produce repulsión entre sus nubes de electrones. Debido a su debilidad, son importantes cuando se suman muchas de estas interacciones entre dos moléculas. Participan en las uniones enzima-sustrato y antígenoanticuerpo. 20 .- ¿Por qué se dice que el agua es el disolvente universal? Solución: El agua es el disolvente universal porque es capaz de disolver más sustancias que cualquier otro líquido conocido. Esto es posible gracias a la polaridad de la molécula de agua, que permite establecer interacciones electrostáticas entre sus cargas positivas y negativas con cualquier compuesto iónico y con moléculas que presentan grupos polares. Los compuestos que se disuelven en el agua son: - Compuestos iónicos como las sales minerales. Se disuelven gracias a la atracciones electrostáticas que se establecen entre los dipolos del agua y los iones de la sal. - Moléculas polares (con grupos carbonilos, hidroxilos, carboxilo...). Se disuelven con facilidad estableciendo puentes de hidrógeno entre el agua y los grupos funcionales de las moléculas. - Moléculas anfipáticas (con grupos polares y grupos no polares). Se dispersan en el agua formando micelas, quedando los grupos polares en contacto con el agua, y los apolares, hacia el interior de la micela. El tampón bicarbonato controla las variaciones de pH de la sangre. Explica cómo actúa ante un aumento en la concentración de H+ y ante una disminución de dicha concentración. El tampón bicarbonato presenta su actividad en torno a valores de pH de 7,4. Su funcionamiento se basa en el equilibrio existente entre el ion bicarbonato y el ácido carbónico, que, a su vez, puede disociarse en CO2 y H2O. - Cuando se produce un aumento en la concentración de H+ en la sangre, es decir, se produce acidificación, el equilibrio del tampón bicarbonato se desplaza hacia la derecha aumentando la cantidad de ácido carbónico (H2CO3). Este se

disocia en CO2 y H2O, eliminándose el exceso de CO2 al exterior. - Si se produce una disminución de la concentración de H+, el medio se alcaliniza, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual debe incorporarse CO2 del exterior que al combinarse con el H2O repara las pérdidas de H2CO3. La concentración salina del protoplasma de los glóbulos rojos es, aproximadamente, de 0,3 M. ¿Qué sucedería si introdujéramos glóbulos rojos en agua destilada?, ¿y si los introdujéramos en una disolución cuya concentración fuera 0,7 M? Las membranas de los glóbulos rojos, al igual que todas las membranas biológicas, se comportan como membranas semipermeables. Por tanto, al introducir glóbulos rojos en disoluciones de diferente concentración, sufrirán fenómenos osmóticos. En el caso del agua destilada, los glóbulos rojos se encuentran en una disolución hipoosmótica respecto a la concentración de su citoplasma. La consecuencia será la entrada de agua a la célula para intentar equilibrar las concentraciones. Esta entrada de agua provocará que la célula estalle. - En una disolución 0,9 M la célula se encuentra en un medio hiperosmótico, por lo que el agua tiende a salir al medio extracelular. La célula se arrugará (retracción), pudiendo llegar a producirse la muerte celular.