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BIOLOGÍA SEPTIEMBRE 2002 TIEMPO: 1 hora y 30 minutos. INSTRUCCIONES: La prueba se compone de dos opciones “A” y “B”, cada una de las cuales consta de 5 preguntas, que a su vez comprenden varias cuestiones. Sólo se podrá contestar una de las dos opciones, desarrollando íntegramente su contenido. En el caso de mezclar preguntas de ambas opciones la prueba será calificada con 0 puntos PUNTUACIÓN: La calificación máxima total será de 10 puntos, estando indicada en cada pregunta su puntuación parcial.
OPCIÓN A 1.
En cuanto a los tipos de células procarióticas y eucarióticas: a) Cite los componentes esenciales comunes (1 punto) Solución.
Todas las células están rodeadas de una membrana celular que las separa y comunica con el exterior, que controla los movimientos celulares y que mantiene el potencial eléctrico de la célula. Algunas células como las bacterias y las células vegetales poseen una pared celular que rodea a la membrana plasmática. Contienen un medio hidrosalino, el citoplasma, que forma la mayor parte del volumen celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares. ADN, el material hereditario de los genes y que contiene las instrucciones para el funcionamiento celular. Ambos poseen ribosomas. ARN, que expresa la información contenida en el ADN. Enzimas y otras proteínas que ponen en funcionamiento la maquinaria celular. Una gran variedad de otras biomoléculas. Ambos adoptan formas sorprendentes y diversas.
b) Cite sus diferencias (1 punto) Solución.
Propiedades
Procariota
Eucariotas
Grupos filogenéticos
Bacteria, Archaea
Eucariotas: algas, hongos, protozoos, plantas, animales.
Estructura y función del núcleo: Membrana nuclear Nucleolo
Ausente. Ausente.
Presente. Presente.
DNA
Molécula única, generalmente Lineal, formando los cromosomas, circular y covalentemente cerrada, y frecuentemente se acompleja con no acompañada con histonas (otros histonas. DNAs en plásmidos).
División
No mitosis.
Reproducción sexual
Proceso fragmentario, Proceso regular; meiosis, unidireccional; no meiosis; por lo reordenamiento de la dotación general, sólo se reordenan partes de cromosómica completa. la dotación genética.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
Mitosis; aparato mitótico con huso microtubular.
Frecuentes. Intrones en los genes
Raros.
Propiedades Estructura y organización del citoplasma:
Procariotas
Eucariotas
Membrana citoplasmática
Habitualmente carece de esteroles; Existen generalmente esteroles; pueden existir hopanoides. ausencia de hopanoides.
Membranas internas
Relativamente sencillas; limitadas a Compleja; retículo endoplasmático; grupos específicos. aparato de Golgi.
Ribosomas
70S
80S, salvo los ribosomas de las mitocondrias y los cloroplastos que son 70S
Orgánulos membranosos
Ausentes
Existen varios.
Sistema respiratorio
Pigmentos fotosintéticos
Paredes celulares
Endosporas Vesículas de gas Formas de motilidad:
Forma parte de la membrana citoplasmática; ausencia de mitocondrias En membranas internas o clorosomas; ausencia de cloroplastos Presentes (en la mayoría), compuestas de peptidoglicano (Bacteria), otros olisacáridos, proteína, glicoproteína (Archaea). Presentes (en algunas), muy termorresistentes. Presentes (en algunas).
En las mitocondrias.
En los cloroplastos. Están presentes en plantas, algas, hongos, generalmente polisacarídica; ausentes en animales, la mayoría protozoos. Ausentes. Ausentes.
Movimiento flagelar
Los flagelos se componen de un solo tipo de proteína cuya Flagelos o cilios; están formados disposición da lugar a una fibra que por microtúbulos; no rotan. se ancla a la pared celular y la membrana; los flagelos rotan.
Movimiento no flagelar
Motilidad por deslizamiento mediada por vesículas de gas.
Corriente citoplasmática y movimiento ameboide; motilidad por deslizamiento.
Presentes; los microtúbulos se encuentran en flagelos, cilios, Microtúbulos del citoesqueleto Ausentes. cuerpos basales, huso mitótico, centriolos. Pequeña por lo general, Habitualmente es más grande, Tamaño habitualmente 100 µm de diámetro
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
2.
Con referencia al catabolismo: a) ¿Qué son las reacciones catabólicas? Cite un ejemplo (0,5 puntos). Solución. El catabolismo es un conjunto de reacciones de oxidación de macromoléculas reducidas que se convierten en otras más pequeñas y oxidadas. Estas transformaciones desprenden energía, que se recoge en intermediarios de energía como el ATP o en forma de transportadores de electrones. Un tipo de reacción catabólica es por ejemplo las fermentaciones. b) ¿Qué son las fermentaciones? Cite un ejemplo (0,5 puntos) Solución. Las fermentaciones son reacciones catabólicas en las que el aceptor final de electrones es una molécula orgánica, como el ácido láctico o el etanol. La oxidación en este tipo de metabolismo no es completa por lo que la energía desprendida es menos que cuando se realiza la oxidación completa (como sucede en la glicolisis). c)
Cite el nombre de las etapas que seguirá el ácido pirúvico en una célula eucariótica hasta quedar degradado a CO 2 y H 2 O , y nombre el compartimento celular donde tiene lugar (1 punto)
Solución. En las células eucariotas la respiración se realiza en la mitocondria. Se da en dos etapas:
Formación del Acetil-CoA. El ácido pirúvico penetra en la mitocondria y allí se produce una compleja reacción de oxidación y descarboxilación. Ciclo de Krebs: el Acetil Co A se condensa en una molécula de 4 carbonos, el oxalacetato, para formar citrato. El oxalacetato se regenera en una secuencia cíclica que es el ciclo de Krebs.
3.
Con respecto a la división meiótica: a) Explique qué es la meiosis cigótica y la meiosis gametogénica. Indique en cada caso en qué tipo de organismos se lleva a cabo (0,5 puntos) Solución. Meiosis cigótica: sucede después de la unión de los gametos una vez se ha formado el cigoto. Suele darse en organismos con ciclo de vida haplonte.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
Meiosis gamética: tiene lugar antes de la formación de los gametos, para producirlos. El cigoto 2n es el organismo que se desarrollara y antes de que se vuelva a unir otro gameto se produce una reducción cromosómica para mantener así el número cromosómico de la especie. Suele darse en los organismos diploides.
b) Explique la importancia biológica de la meiosis (1 punto) Solución. Significado biológico de la meiosis La gran mayoría de los seres vivos, y especialmente los organismos eucarióticos son capaces de utilizar algún mecanismo de reproducción sexual a lo largo de su ciclo vital. Aunque propiamente no podemos hablar de reproducción sexual en organismos como las bacterias, si podemos decir que mediante la conjugación hay transmisión de material hereditario de un organismo a otro. En la reproducción sexual no hay transmisión de material hereditario de un organismo a otro sino que a partir de material hereditario de dos organismos de la misma especie, se genera un nuevo ser vivo, un nuevo individuo de la misma especie. El proceso mediante el cual dos células provenientes de individuos distintos se unen para generar uno nuevo es lo que llamamos fecundación. Pensemos y reflexionemos sobre la fusión celular que es una de las dos bases de la reproducción sexual. Podríamos pensar que la forma más simple de fecundación sería que se fusionaran dos células cualesquiera pero esto acarrearía un problema muy grave, y es el del aumento ilimitado de material genético. Supongamos que cada individuo donara a sus hijos todo el material hereditario que posee, como el nuevo individuo proviene de la fusión de dos células tendría doble cantidad de ADN que sus respectivos padres, y sus hijos el doble que él y así sucesivamente. Este proceso sería incompatible con la vida y por tanto hemos de pensar que esas células que gentilmente donan los padres a los hijos han de ser especiales, han de tener justamente la mitad de material hereditario, para que así cuando se fusionen dos células con la mitad de ADN el nuevo individuo tenga igual cantidad que sus predecesores. La meiosis es el proceso mediante el cual se forman unas células que llamamos gametos y que cuya característica principal es que poseen la mitad de ADN que el resto de las células del individuo. Esta mitad de ADN no es aleatoria, sino que es justamente una dotación o juego cromosómico completo, es decir cada gameto contiene un juego completo de genes localizados en un juego cromosómico completo. Además este juego cromosómico completo, mediante la recombinación y la segregación aleatoria, resulta ser mezcla de los dos juegos que posee el individuo original. Es decir de cada pareja de homólogos se obtiene un cromosoma mezcla del paterno y materno produciéndose así un nuevo juego o dotación cromosómica haploide en el que se han originado unas nuevas combinaciones de genes. De esta forma de un individuo diploide que tiene 2 juegos cromosómicos (uno procedente de su padre y otro de su madre), se obtiene una célula haploide mezcla de ambos progenitores que al unirse con otra célula proveniente de otro individuo de sexo opuesto (fecundación) originará un nuevo individuo con dotación diploide. La reproducción sexual es la consecuencia de la meiosis y la fecundación, y es un proceso casi universal en los organismos superiores. En organismos inferiores los gametos masculinos y femeninos suelen ser muy parecidos e incluso iguales, sin embargo en los más evolucionados los gametos son
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
distintos, y además aunque igual en su mecanismo básico, la meiosis rinde 4 gametos por el lado masculino y tan sólo uno por el lado femenino. c) Dibuje una anafase II para una dotación cromosómica 2n = 6 (0,5 puntos) Solución. ANAFASE II MEIOTICA.
4.
Un determinado segmento de ADN tiene la siguiente secuencia de nucleótidos en una de las cadenas: 3’-TTCCAGCAT-5’ a) ¿Cuál debe ser la secuencia de nucleótidos de la otra cadena?. Marque los extremos 3’ y 5’ (0,5 puntos). Solución. 5’ AAGGTCGTA 3’ b) Si la enzima ARN polimerasa lee este segmento de ADN, ¿cuál debe ser la secuencia de nucleótidos de la cadena de ARN mensajero?. Marque los extremos 3’ y 5’ (0,5 puntos) Solución. 5’ UUGGUGCUU 3’ c)
Defina los siguientes términos de mutaciones puntuales (génicas): mutación silenciosa, y mutación de cambio de sentido. Indique las consecuencias que tendrían estas mutaciones en la secuencia de aminoácidos codificada (1 punto)
Solución. Mutación silenciosa: la mutación altera la base situada en la tercera posición del codón pero no causa sustitución aminoacídica, aparecen tripletes que codifican para el mismo aminoácido: AAG(arg)→CGG(arg). La proteína mantiene su función. Mutación cambio de sentido: Aparece un nuevo triplete que codifica para un aminoácido de distinto tipo. La proteína pierde su función. 5.
Relacionado con las enfermedades infecciosas: a) Cite un ejemplo de agente patógeno perteneciente a cada uno de los siguientes grupos: bacterias, virus, protoctistas y hongos. Indique la enfermedad que produce cada uno de ellos (1 punto). Solución. Bacteria: Vibrio cholerae: Cólera Virus: Virus de inmunodeficiencia humana tipo 1(sida). Protoctista: Enterobius vermicularis, produce ulcera gastrointestinal. Hongos: Candida albicans, produce candidiasis, que es una infección vaginal.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
b) Defina el punto de toxina. Enumere los de Toxinas que conozca indicando sus diferencias y cite un ejemplo de enfermedad causada por un microorganismo productor de toxinas (1 punto) Solución. Tipos de toxinas: 1. Exotoxinas: son proteinas solubles que fabrica y segrega la bacteria por lo que aparecen en los extractos celulares o en los medios de cultivo bacteriano. Salvo en algunos casos, se destruyen fácilmente con el calor. Se reconocen tres tipos: • Enterotoxinas: estimulan anormalmente a las células de la mucosa gastrointestinal. Toxina colérica y las producidas por Escherichia coli. • Citotoxinas: matan enzimáticamente a las células del huésped. Toxina diftérica. • Neurotoxinas: bloquean la transmisión sináptica de los impulsos nerviosos. Toxinas botulínica y tetánica. 2.
Endotoxinas: se corresponden con los lipopolisacaridos de las membranas bacterianas Gram negativas. Todas son resistentes al calor. Su actuación cursa con diarreas, fiebre, shock y, en ocasiones, hemorragias internas.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
OPCIÓN B 1.
Relacionado con los lípidos: a) Explique es un lípido saponificable (0,5 puntos) Solución. Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre. Los lípidos que poseen en su composición ácidos grasos son lípidos saponificables. b) Explique la composición química de los fosfoglicéridos (fosfolípidos) (1 punto). Solución. Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido. Se caracterizan por presentar un ácido ortofosfórico en su zona polar. Son las moléculas más abundantes de la membrana citoplasmática.
c)
Cite la función biológica más importante de los fosfolípidos e indique su disposición en la célula (0,5 puntos)
Solución. Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de la membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana. Son también moléculas antipáticas (tienen una parte hidrófila y otra hidrófoba), lo que le permite realizar su función biológica mas importante, la capacidad de formar monocapas, micelas y sistemas de bicapas. 1. 2.
Modelo de Bicapa. Micelas.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
2.
Con relación a la fotosíntesis: a) Defina fotosíntesis oxigénica y fotosíntesis anoxigénica (0,5 puntos) Solución. Fotosíntesis oxigénica: La generación de ATP y poder reductor se lleva a cabo en dos centros de reacción fotoquímica diferentes llamados fotosistema I (PSI) y fotosistema II (PSII), los cuales contienen clorofila y se localizan en las membranas de los tilacoides. Estos dos fotosistemas actúan de una manera conjunta en cianobacterias, algas y plantas. i) Cuando la luz es absorbida por las moléculas de clorofila existentes en el PSI, éstas moléculas de clorofila se fotoactivan lo que les permite oxidarse. Los electrones eliminados de las moléculas de clorofila del PSI son aceptados por el NADP reduciéndose a NADPH2. Todo esto deja a las moléculas de clorofila del PSI temporalmente deficientes en electrones lo que les confiere una carga positiva. ii) De la misma manera, la luz absorbida por las moléculas de clorofila existentes en el PSII provoca que un electrón sea eliminado de cada molécula. Estos electrones pasan a través de un sistema transportador de electrones hasta que llegan al PSI donde son aceptados por las moléculas de clorofila deficientes en electrones que se reducen. Este sistema transportador de electrones es parecido al descrito en la fosforilación oxidativa, utilizándose la energía liberada para la síntesis de ATP. La diferencia radica en que el donador primario de electrones es la clorofila del PSII y el aceptor terminal de electrones es la clorofila del PSI (NADH2 y O2 respectivamente en la fosforilación oxidativa). iii) En este punto la clorofila del PSII es deficiente en electrones. Sin embargo, esta clorofila es un fuerte agente oxidante que obtiene los electrones necesarios para reducirse de las moléculas de H2O. Esta oxidación del H2O genera oxígeno gaseoso. Las cianobacterias, algas y plantas son organismos que generan oxígeno mediante la fotosíntesis oxigénica, siendo los responsables de la producción mayoritaria del oxígeno que existe en la atmósfera terrestre. La atmósfera de la primitiva Tierra no contenía oxígeno hasta que se desarrollaron las cianobacterias hace entre 1000 y 3000 millones de años. El desarrollo de los organismos aerobios sólo fué posible después de que se acumularan en la atmósfera apreciables cantidades de O2 (generado mediante la fotosíntesis oxigénica de las cianobacterias). Fotosíntesis anoxigénica: Los fotótrofos anoxigénicos convierten la energía de la luz en energía química necesaria para el crecimiento; sin embargo, y al contrario que las plantas, algas y cianobacterias en este proceso de transformación de la energía no se produce oxígeno y por ello se le llama fotosíntesis anoxigénica. Otra diferencia es que los fototrofos anoxigénicos contienen un tipo de clorofila, bacterioclorofila, diferente a la clorofila de las plantas. Estas bacterias contienen además carotenoides, pigmentos encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior transmisión a la bacterioclorofila. El color de estos pigmentos son los que le dan el nombre a estas bacterias: bacterias rojas y bacterias verdes. En las cianobacterias estos pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, de ahí su nombre: bacterias azules (cianobacterias). En las bacterias rojas y bacterias verdes sólo existe un fotosistema, de tal manera que la energía absorbida de la luz se utiliza para transportar un electrón desde la clorofila a la cadena de transporte de electrones que finalmente cede el electrón a la misma clorofila. En esta cadena de transporte de electrones se genera la energía necesaria para sintetizar ATP. Sin embargo, el transporte de electrones es cíclico (el donador primario de electrones y el aceptor terminal de electrones es la misma clorofila) no existiendo por lo tanto reducción de NADP a NADPH. Esta reducción se lleva a cabo mediante transporte inverso de electrones gracias a los electrones donados por el hidrógeno gaseoso (H2) o el sulfuro de hidrógeno (H2S). En cualquier caso nunca se produce O2.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
b) Defina fotofosforilación cíclica y fotofosforilación no cíclica (acíclica) en los vegetales (0,5 puntos) Solución. Existen dos tipos de fotosistemas, el fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm) y se conoce como P700. El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680. Los dos fotosistemas pueden actuar conjuntamente - proceso conocido como esquema en Z, para producir la fotofosforilación (obtención de ATP) o hacerlo solamente el fotosistema I; se diferencia entonces entre fosforilación no cíclica o acíclica cuando actúan los dos, y fotofosforilación cíclica, cuando actúa el fotosistema I únicamente. En la fotofosforilación acíclica se obtiene ATP y se reduce el NADP+ a NADPH, mientras que en la fotofosforilación cíclica únicamente se obtiene ATP y no se libera oxígeno.
c)
Indique el nombre de la ruta metabólica en la que ocurre la fijación del carbono y el compartimento celular en el que se lleva a cabo (0,5 puntos).
Solución. La ruta de fijación del carbono es la una parte de la fase oscura de la fotosíntesis que se lleva a cabo en el estroma de los cloroplastos.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
d) Indique la reacción global de la ruta a la que se ha referido en el apartado anterior (0,5 puntos) Solución.
Ribulosa -1,5difosfato
CO2
Glucosa
3.
Respecto al proceso de división celular en animales y en vegetales superiores: a) Haga un esquema gráfico de una anafase mitótica en una célula animal y en una célula vegetal para una dotación cromosómica de 2n = 6 (1 punto). Solución.
ANAFASE MITOTICA ANIMAL.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
ANAFASE MITOTICA VEGETAL
b) Explique en qué difiere la citocinesis típica de una célula animal y la de una célula vegetal (1 punto) Solución. En las células vegetales se insinúa un surco en la pasada placa ecuatorial, y a su altura se van situando vesículas del aparato de Golgi. Estas vesículas, que contiene el material de las paredes celulares, acaban fusionándose entre si y con el surco de la membrana plasmática para formar un tabique incompleto llamado fragmoplasto. Además se mantiene la existencia de poros perforados entre las dos nuevas células que se llaman plasmodesmos y que aseguran la comunicación entre las dos células hijas. En las células animales se forma un surco en la membrana plasmática que acaba por romperse al escindirse la célula en dos células hijas. La diferencia fundamental estriba en la separación total de las células hijas animales. 4.
Con relación al proceso de replicación del ADN: a) Nombre las proteínas y las enzimas que intervienen en la etapa de desenrollamiento y apertura de la doble hélice y explique sus funciones (1,5 puntos) Solución. Desenrrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto ORI. En el punto de origen u ORI, que es un lugar del cromosoma con gran contenido de A y T, la doble hélice se abre, mediante la DNA helicasa y las proteínas desestabilizadoras de la hélice o proteínas de unión a DNA de una sola cadena que vuelven recta la cromatina y la mantienen abierta.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.
b) Explique dos diferencias en el proceso de replicación del ADN en organismos procarióticos y eucarióticos (0,5 puntos). Solución. Una de las diferencias es que en eucariontes la replicación se inicia a la vez en cientos de puntos del cromosoma, puesto que, si no fuese así, la replicación tardaría mucho tiempo en llevarse a cabo. Las polimerasas, son más complejas, y además, la polimerasa de la hebra continua es diferente a la de la hebra discontinua. De la hebra continua se encarga la polimerasa Delta y de la discontinua, la Alfa. Las helicasa difieren en estructura, las primasas se encuentran adosadas a la ADN-pool Alfa. 5.
Referido a la respuesta inmune, explique brevemente los siguientes conceptos: a) respuesta inmune (0,5 puntos). Solución. La respuesta inmune es el conjunto de reacciones que se desencadenan en los organismos por la entrada en el de sustancias extrañas. Así comienza la formación de células (respuesta celular) o anticuerpos (respuesta humoral). b) Inmunidad humoral (0,75 puntos). Solución. La respuesta humoral, basada en la síntesis de anticuerpos por los linfocitos B. En el plasma sanguíneo, se encuentran un tipo particular de globulinas que tienen la capacidad de de reaccionar específicamente con las partículas extrañas (antígenos), anulando su posible efecto patógeno. Se las denomina genéricamente inmunoglobulinas o anticuerpos. c) Inmunidad celular (0,75 puntos). Solución. La respuesta celular es mediada por linfocitos T, que destruyen los microorganismos portadores de dicho antígeno, y las células propias si están infectadas por ellos.
Autora: Maria Perez-Serrano Serrano Lcda.: Biología. U.C.M.