PRINCIPADO DE ASTURIAS / SEPTIEMBRE 03. LOGSE / BIOLOGÍA / EXAMEN COMPLETO

Transcripción

1 Bloque 1 a) El esquema representa una célula eucariótica que está sintetizando y liberando una proteína. Identifique las estructuras indicadas por los números 1 a 7. b) Explique muy brevemente (no más de 25 palabras en cada caso) en qué consisten las siguientes actividades y, para cada una de ellas, indique una estructura u orgánulo eucariótico en donde pueden producirse: 1.- Fosforilación oxidativa; 2.- Traducción; 3.- Transporte activo; 4.- Exocitosis. c) El ADN de las bacterias tiene semejanzas con el de dos orgánulos de las células eucarióticas. Qué orgánulos son esos? En qué consiste la semejanza? Bloque 2 a) La figura representa esquemáticamente un fragmento de membrana plasmática. Indique las características moleculares de los elementos señalados 1 y 2. Indique otro componente de la membrana plasmática que no figure en el esquema b) En la figura se indican de forma esquemática diferentes sistemas por los que una molécula puede pasar a través de la membrana plasmática (A, B y C). Indique cómo se denominan estos sistemas y explique brevemente por qué uno de ellos necesita aporte de energía. c) Las células poseen numerosas membranas internas que constituyen una parte importante de sus orgánulos. La composición y propiedades de esas membranas no es la misma en todos los casos. Indique dos ejemplos de estas diferencias. Bloque 3

2 a) Las tres moléculas que aparecen en la figura son una base nitrogenada (uracilo), un aminoácido (leucina) y un hidrato de carbono (ribosa). Identifíquelos. b) Cuántos aminoácidos diferentes constituyen las proteínas en los seres vivos? Por qué elementos químicos están constituidos esos aminoácidos? Qué se entiende por aminoácidos esenciales? c) Qué significa el término desnaturalización referido a una proteína? Bloque 4 El siguiente segmento de RNAm codifica un segmento intersticial de un polipéptido (los diferentes codones aparecen subrayados): 5'... UUC GCC AAU GUA ACC AAA ACU CCU CGG...3' a) Determine la secuencia de las dos hebras del fragmento de DNA del que proviene este RNA y la correspondiente secuencia de aminoácidos que se origina en la traducción (indicando las polaridades en ambos casos). b) El código genético es degenerado. Qué se entiende por ese término? c) Indique dos diferencias entre procariotas y eucariotas, en los procesos relacionados con la expresión de la información genética (transcripción, procesamiento, traducción). Bloque 5

3 a) Dibuje un esquema simplificado del ciclo de división celular en eucariotas, en el que figuren las diferentes etapas de la mitosis (no es necesario que haga un esquema de cada fase) y los diferentes periodos de la interfase. b) Indique dos diferencias entre los procesos de división celular en animales y en plantas superiores. c) Se dispone de un cultivo de células que se encuentran en el ciclo de división celular de forma asincrónica. En ese cultivo, dentro de las células que se encuentran en mitosis, el 40% están en profase, el 30% en metafase, el 20% en telofase y el 10% restante en anafase. Se supone que la sustancia C afecta a la formación del huso mitótico, impidiendo que las células entren en anafase. Para comprobar esta hipótesis se añade la sustancia C al medio de cultivo en el que crecen esas células. A continuación, cada cierto tiempo, se determina el % de células que se encuentran en cada una de las fases de la mitosis. Los resultados se indican en la gráfica. Indique hasta qué punto estos resultados apoyan la hipótesis sobre el efecto de la sustancia C. Bloque 6 La figura representa un segmento de la fibra básica de cromatina. a) Identifique los tres elementos A, B y C. b) Cuántas moléculas de DNA tiene un cromosoma en metafase mitótica? Dibuje un esquema de un cromosoma en metafase mitótica en el que figuren al menos tres de sus componentes o características. c) Indique, mediante un esquema, qué se entiende por replicación semiconservativa del DNA.

4 1. Solución: a) Las estructuras señaladas en el esquema que representa una célula eucariota son las siguientes: 1. Vesícula de secreción. 2. Retículo endoplásmico rugoso. 3. Cromatina. 4. Nucleólo. 5. Poro nuclear. 6. Retículo endoplásmico liso. 7. Aparato de Golgi. b) - La fosforilación oxidativa consiste en la producción de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico desde las coenzimas reducidas hasta el oxígeno molecular. - La traducción es una etapa en la que se traduce en proteínas la información genética transferida desde el ADN al ARNm durante la transcripción. Los aminoácidos dispersos en el citoplasma deben unirse en los ribosomas para formar los polipéptidos según una secuencia lineal, que no es otra que la ordenada por el ADN y transportada por el ARNm. - El transporte activo es un mecanismo que permite, mediante moléculas transportadoras, el paso de sustancias a través de las membranas celulares en contra de gradiente electroquímico, por lo que es un proceso que requiere aporte energético que procede de la desfosforilación del ATP. - La exocitosis consiste en la expulsión de sustancias desde el interior de la célula al exterior. Para ello, la vesícula de secreción (que contiene la proteína a expulsar) se fusiona con la membrana plasmática e inmediatamente se forma un orificio en la zona fusionada de las membranas y el contenido de la vesícula es expulsado. c) La teoría endosimbiótica, elaborada por L. Margulis, relaciona las bacterias con las mitocondrias y los cloroplastos. Según esta teoría, el origen de la célula eucariota fue a partir de una primitiva célula urcariota (célula huésped), que en un momento dado englobaría a organismos procariotas, estableciéndose entre ambos una relación endosimbiótica. Estas células procariotas englobadas serían el origen de mitocondrias (que procederían de bacterias aerobias) y cloroplastos (bacterias fotosintéticas). De hecho, las mitocondrias y los cloroplastos poseen un tamaño muy similar al de las bacterias, se reproducen por división, presentan su propio ADN bicatenario circular y ribosomas. El ADN es similar al genoma bacteriano y los ribosomas presentan el mismo coeficiente de sedimentación (70 S) que los ribosomas bacterianos.

5 2. Solución: a) La figura representa un fragmento de la membrana plasmática en el que se indica su composición y estructura. Los compuestos señalados con los números 1 y 2 son los siguientes: 1. Proteína integral o intrínseca. 2. Fosfolípido. Hay dos componentes de la membrana plasmática de células eucariotas que no aparecen representados en el esquema, éstos son los siguientes: 1. Cadenas de oligosacáridos. 2. Colesterol. b) El transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana es a favor o en contra de gradiente de carga o de concentración, distinguimos así entre dos tipos principales de transporte: transporte activo (C) y transporte pasivo (A y B). La difusión simple (proceso señalado con las letras A y B en el esquema) es un proceso de transporte pasivo que se realiza a favor de gradiente de carga o concentración y no requiere aporte de energía. Hay determinados solutos que atraviesan la membrana a través de la bicapa lipídica. Este es el caso de gases como el oxígeno y el N, sustancias liposolubles como diversos fármacos, disolventes, etc., y moléculas polares, pequeñas y sin carga, como la urea, etanol y el CO 2. La difusión simple de sustancias también se puede realizar a través de proteínas canal (B). La velocidad de este tipo de transporte es directamente proporcional a la concentración de soluto. El transporte activo (proceso representado en la figura con la letra C) es un mecanismo que permite, mediante moléculas transportadoras, el paso de sustancias a través de las membranas celulares en contra de gradiente electroquímico, por lo que es un proceso que requiere aporte energético que procede de la desfosforilación del ATP.

6 3. Solución: a) Las tres moléculas representadas en la figura son las siguientes: A. Hidrato de carbono: Ribosa. Es un monosacárido formado por cinco átomos de carbono o pentosa. B. Aminoácido: Leucina. C. Base nitrogenada: Uracilo. b) Los aminoácidos son los constituyentes o monómeros que forman las proteínas Los aminoácidos son compuestos orgánicos compuestos por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, que se caracterizan por poseer en su molécula un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH 2 ) y una cadena lateral o grupo R, todos ellos unidos covalentemente a un átomo de carbono denominado carbono α. Los aminoácidos se clasifican en cuatro familias atendiendo a las propiedades de sus cadenas laterales o grupos R, en particular a su polaridad. Ésta varía mucho, desde los grupos totalmente no polares o hidrofóbicos hasta los muy polares e hidrofílicos. b) Las proteínas (del griego proteios, primario) son las macromoléculas más abundantes de las células, están presentes en todas ellas y en todas las partes de las mismas. Son moléculas compuestas por carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O), hidrógeno (H) y en algunos casos, azufre (S). Están constituidas por subunidades monoméricas relativamente sencillas, los aminoácidos, cuya conjugación proporciona la clave para que existan miles de proteínas diferentes. Los aminoácidos están unidos entre sí covalentemente mediante enlaces peptídicos, constituyendo largas cadenas de elevado peso molecular. Existen 20 aminoácidos proteicos, que son los constituyentes de las proteínas en los seres vivos. Estos aminoácidos se clasifican en cuatro familias atendiendo a las propiedades de sus cadenas laterales, en particular a su polaridad. Ésta varía mucho, desde los grupos totalmente no polares o hidrofóbicos hasta los muy polares e hidrofílicos. De los veinte aminoácidos que forman parte de las proteínas, sólo algunos de ellos pueden ser sintetizados por los organismos heterótrofos a partir de compuestos más sencillos, los restantes deben ser ingeridos como tales en la dieta. Estos últimos son los que se conocen como aminoácidos esenciales, que en el caso de la especie humana son: fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptófano y valina. c) La manera de determinar la importancia que tiene la estructura específica de una proteína para su función biológica es alterar la estructura y determinar cuál es el efecto

7 de esta alteración en su función. Una alteración extrema es la total anulación de su estructura tridimensional, a este proceso se le denomina desnaturalización. La desnaturalización de proteínas se puede llevar a cabo por calor, cambios extremos de ph y por acción de disolventes orgánicos y detergentes. La desnaturalización de las proteínas va siempre asociada a la pérdida de actividad biológica de las mismas. Sin embargo, algunas proteínas pueden recuperar su estructura y, por tanto, su actividad biológica, en un proceso conocido como renaturalización, si son devueltas a condiciones en las que su conformación nativa es estable. De los procesos de desnaturalización y renaturalización de proteínas se obtienen conclusiones relevantes acerca de las mismas. En primer lugar, la secuencia de las proteínas determina su estructura tridimensional y, en segundo lugar, la estructura tridimensional determina la función biológica de las proteínas.

8 4. Solución: a) La transcripción es la primera fase de la síntesis proteica. El proceso consiste en la síntesis de un ARNm, tomando como molde una de las dos cadenas del ADN, y está catalizado por las ARN-polimerasas. Estas enzimas se desplazan a lo largo de la cadena de ADN leyéndola en sentido 3-5, mientras que el sentido de síntesis del ARN es 5-3. Para poder averiguar la secuencia del ADN a partir de la secuencia de ARNm transcrito de la figura hay que tener en cuenta: 1. La ley de complementaridad de bases. 2. El sentido de síntesis de las ARN polimerasas. 3. La timina es una base nitrogenada exclusiva del ADN y el uracilo del ARN. Por lo tanto, la secuencia del ADN a partir de la cual se ha transcrito la secuencia de ARNm de la figura será la siguiente: ADN 5 TTC GCC AAT GTA ACC AAA ACT CCT CGG 3 3 AAG CGG TTA CAT TGG TTT TGA GGA GCC 5 ARNm 5'... UUC GCC AAU GUA ACC AAA ACU CCU CGG...3' La traducción es la segunda fase del proceso de síntesis proteica. En esta etapa se traduce en proteínas la información genética transferida desde el ADN al ARNm durante la transcripción. Los aminoácidos dispersos en el citoplasma deben unirse para formar los polipéptidos según una secuencia lineal, que no es otra que la ordenada por el ADN y transportada por el ARNm. Para poder averiguar la secuencia de aminoácidos a partir de la secuencia de ARNm transcrito de la figura hay que tener en cuenta: - el código genético, - la translocación del ribosoma para la lectura del ARNm implica el desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm en sentido 5 3, - el grupo carboxilo del aminoácido iniciado se une al grupo amino del segundo aminoácido y, por tanto, el primer aminoácido presenta el grupo amino libre y el último el grupo carboxilo como terminal. Basándonos en estas condiciones, la secuencia de aminoácidos codificada a partir del ARNm es la siguiente: ARNm 5'... UUC GCC AAU GUA ACC AAA ACU CCU CGG...3' Secuencia de N t - Phe Ala Asn Val Thr Lys Thr - Pro Arg - C t aminoácidos b) El código genético establece la relación que existe entre la secuencia de nucleótidos de los genes y la secuencia de aminoácidos de las proteínas. El proceso que llevó al

9 desciframiento del código parte de la hipótesis de la colinearidad enunciada por Beadle y Tatum en 1948 según la cual un gen codifica la formación de un enzima, es decir, de una cadena polipeptídica. El código genético es degenerado, es decir, al estar compuesto por 64 codones, varios tripletes codifican para un mismo aminoácido. Casi todos ellos tienen en común los dos primeros nucleótidos, ofreciendo la variabilidad en el tercero. c) Dos diferencias existentes entre procariotas y eucariotas en el proceso de expresión de la información genética (transcripción, procesamiento del transcrito y traducción) son las siguientes: - La transcripción y la traducción son procesos simultáneos en procariotas y tienen lugar en el citoplasma celular. En eucariotas, estos procesos están separados en el espacio y en el tiempo, la transcripción tiene lugar en el núcleo y la traducción en el citoplasma. - En procariotas el ARNm trancrito no es procesado, es directamente traducido. En las células eucariotas éste sufre un proceso de maduración postranscripcional antes de ser traducido en proteínas.

10 5. Solución: a) Una propiedad de las células que están en crecimiento, tanto procariotas como eucariotas, es la capacidad de duplicar su ADN genómico y pasar copias idénticas de esta información a las células hijas. Este fenómeno se denomina ciclo celular, comprende el período de tiempo desde que se forma una células hasta que se divide y está constituido por dos etapas o estados claramente diferentes: - El estado de división celular o mitosis y separación de las células hijas. La mitosis está dividida en cuatro fases: Profase, Metafase, Anafase y Telofase. - El estado de no división o interfase o periodo de crecimiento celular. En este estado la célula realiza sus funciones habituales y, si está destinada a la división celular, la duplicación o replicación del ADN. b) Las dos principales diferencias entre los procesos de división celular de los animales y de las plantas superiores son: - Las células vegetales carecen de centríolos y forman el huso acromático a partir de componentes almacenados en las vesículas formadas por el Golgi. En animales el huso acromático es sintetizado a partir de los centríolos que constituyen el centrosoma. - La citocinesis ocurre de modo diferente en células animales y vegetales: o En las células animales se produce un estrangulamiento que divide en dos a la célula madre. A la altura de la placa ecuatorial aparece un anillo contráctil formado por filamentos de actina y miosina. Este anillo se va estrechando y forma un surco de segmentación que cada vez se hace más estrecho hasta que se produce el estrangulamiento total y la separación de las dos células hijas. o En las células vegetales no existe estrangulamiento del citoplasma. A la altura de la placa ecuatorial se forma un tabique de separación entre las dos células hijas denominado fragmoplasto. Se forma por fusión de las vesículas del aparato de Golgi, que contienen los componentes de la pared celular, y los restos de los microtúbulos que formaban el huso acromático. El fragmoplasto no se cierra completamente, sino que se encuentra perforado por numerosos puentes citoplasmáticos o plasmodesmos que aseguran la comunicación entre las dos células hijas.

11 c) Los resultados que indican la gráfica apoyan por completo la hipótesis sobre el efecto de la sustancia C en la formación del huso mitótico. Efectivamente, las células que se encuentran en profase no se ven afectadas por la adición de la sustancia, puesto que duratnte esta etapa no tiene lugar la formación del huso acromática, la cromatina se condensa y forma los cromosomas. Del mismo modo, las células que se encuentran en metafase tampoco se ven afectadas por dicha sustancia puesto que la disposición de los cromosomas en el plano ecuatorial celular es independiente de la síntesis del huso acromático, aunque es en esta fase cuando tiene lugar su formación. Por último, las células en anafase y telofase sí se ven afectadas al añadir la sustancia al medio puesto que para su desarrollo es esencial la presencia del huso acromático; el movimiento de separación o reparto de las cromátidas hacia los dos polos celulares es anulado por la sustancia al impedir ésta la formación del huso que se encarga de su desplazamiento.

12 6. Solución: a) Los elementos A, B y C representadas en la figura que representa un segmento de la fibra básica de cromatina son: - A: Octámero de histonas o núcleo del nucleosoma. - B: Histona H1. - C: filamento de ADN duplohelicoidad. La figura representa varios nucleosomas. Éstos tienen un diámetro de 10 nm y constan de un núcleo y de un filamento de ADN que lo rodea; cada núcleo está formado por un octámero de proteínas histonas (dos moléculas de H 2A, dos moléculas de H 2B, dos moléculas de H 3 y otras dos de H 4 ). La histona H 1 no forma parte del nucleosoma, sino que se une a los segmentos de ADN que los relacionan. La doble hélice helicoidal da al menos dos vueltas alrededor de cada nucleosoma. b) El núcleo mitótico o núcleo en división se caracteriza porque se hace patente la individualización del material hereditario y la cromatina se condensa formando los cromosomas. Los cromosomas son estructuras cilíndricas que se encuentran en número y morfología idéntica en todas las células de los individuos de una misma especie. Alcanzan el máximo de condensación en metafase y anafase siendo entonces cuando mejor se visualizan. A nivel molecular, las dos cromátidas que constituyen el cromosoma representan dos moléculas ADN idénticas ya que provienen de la duplicación del ADN en el periodo de interfase. La estructura del cromosoma metafásico presenta unas partes o elementos característicos. En el esquema representado los distintos elementos indicados son: 1. Constricción primaria o centrómero: Es un estrangulamiento que divide al cromosoma en dos brazos del mismo o diferente tamaño. Contiene heterocromatina constitutiva, es decir, cromatina compactada y genéticamente inactiva en todas las

13 células. El centrómero contiene al cinetocoro, de naturaleza proteica, que constituye la porción del cromosoma en la que se enganchan los microtúbulos del huso acromático que intervienen en la separación de las cromátidas hermanas durante la anafase de la meiosis y mitosis. La función del centrómero es mantener unidas a las dos cromátidas hermanas. 2. Brazos: La posición del centrómero permite considerar que el cromosoma está dividido en estas dos partes o brazos, de igual o diferente longitud, que no representan unidad funcional sino morfológica. 3. Cromátidas: Cada elemento en que el centrómero divide al cromosoma longitudinalmente. Cada cromátida posee sólo una molécula de ADN, constituyendo la manifestación morfológica de que el material genético se encuentra duplicado. 4. Constricciones secundarias: También denominas organizadores nucleolares. Son zonas estrechas en los brazos que están relacionadas con la formación del nucléolo al final de la mitosis. 5.Telómeros: son los extremos de los brazos del cromosoma a modo de casquete. Desempeñan importantes funciones, destacando la de impedir que se pierda información en los extremos en cada ciclo de replicación. Además, evitan que los extremos de cromosomas diferentes se unan entre sí y facilitan la interacción entre los extremos y la envoltura nuclear. 6. Bandas: Son segmentos de cromatina que se colorean con diferente intensidad y que permiten una identificación inequívoca de los cromosomas mediante el método denominado patrón de bandas. Además, nos permiten localizar a los cromosomas homólogos. c) La replicación es un proceso de duplicación del ADN que tiene lugar durante el período de síntesis del ciclo celular o fase S de la interfase, y se caracteriza porque a partir de una molécula de ADN, se forman dos iguales a ella e idénticas entre sí. Aunque se han propuesto varias hipótesis para explicar el mecanismo de este proceso, es, sin embargo, la hipótesis semiconservativa propuesta por Watson y Crick y demostrada experimentalmente por Meselson y Stahl en 1957 la de mayor aceptación actualmente. La replicación es semiconservativa porque las dos cadenas de nucleótidos que forman la doble hélice de ADN se conservan y sirven de molde para la síntesis de dos hebras complementarias. Por tanto, la replicación da como resultado dos moléculas de ADN, en las que cada una de ellas se conserva una cadena antigua, y la otra es nueva.

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