ARAGON (ZARAGOZA) / JUNIO 01. LOGSE / BIOLOGIA / EXAMEN COMPLETO

Transcripción

1 Tiempo disponible: 1 h. 30 m. Se valorará el uso de vocabulario y la notación científica. Los errores ortográficos, el desorden, la falta de limpieza en la presentación y la mala redacción, podrán suponer una disminución hasta de un punto en la calificación, salvo casos extremos. PUNTUACIÓN QUE SE OTORGARÁ A ESTE EJERCICIO: (véanse las distintas partes del examen) El alumno debe responder a una de las dos opciones propuestas, A o B. En cada pregunta se señala la puntuación máxima. OPCION A Cuestión 1.- Tema de desarrollo corto (3 puntos): Explique esquemáticamente los procesos de la mitosis y de la meiosis, y establezca las diferencias entre ambos. Cuestión 2.- (2 puntos). Acerca de la siguiente transformación: De qué proceso se trata?, En qué condiciones ocurre? Justifique la necesidad del mismo en esas condiciones e indique en qué compartimento celular se desarrolla. Qué interés industrial tiene?. Cuestión 3.- Dónde se localizan las siguientes funciones en una célula eucariota? (2 puntos) a) biosíntesis de proteínas b) glucolisis c) ciclo de Krebs d) Ciclo de Calvin e) transcripción f) transformación de energía luminosa en energía química g) cadena respiratoria h) digestión de materiales captados por endocitosis. Cuestión 4.- (1 punto). Qué características moleculares tienen los fosfolípidos que estén relacionadas con su función en la membrana? Cuestión 5.- ( 2 puntos). Un fragmento de DNA presenta la siguiente secuencia de bases: 3...AAGCAATGTGGGCGGAGACCACGT...5 Esta secuencia utilizada como molde, tras su expresión, corresponde a un fragmento de proteína con la siguiente secuencia de aminoácidos:...phe-val-thr-pro-ala-ser-gly-ala..

2 a) Cuál sería el fragmento correspondiente al RNA mensajero. b) Qué es un codon? por qué no podrían estar los aminoácidos codificados por dos bases?. c) Cuál será el codon de la prolina (pro)? y en el caso de la alanina (explique a qué se debe)?. d) Esta secuencia tiene una determinada pauta de lectura cómo se habrá establecido?. OPCION B Cuestión 1.- Tema de desarrollo corto (total 3 puntos) : Antígenos (0.5 puntos).- Anticuerpos (1.5 puntos).- Reacciones antígeno-anticuerpo (1 punto). Cuestión 2.- (2 puntos)- Explique qué función desempeñan en la fotosíntesis y en la respiración las siguientes moléculas: Oxígeno, CO 2, H 2 O, ATPasa (o ATP sintetasa). Cuestión 3.- (2 puntos)- Cuál es el papel de los centriolos?. Haga un esquema del corte transversal de un cilio a la altura del axonema o eje central. Cuestión 4.- (1 punto)- Cite diferencias que encontraría en la organización celular de una bacteria y la de una célula de cualquier organismo eucariota. Cuestión 5.- (2 puntos)- Lea atentamente esta noticia de un periódico y conteste a las preguntas planteadas: "Humanos y chimpancés se diferencian genéticamente muy poco" Los últimos estudios indican que un 99% de los genes de un chimpancé y un humano son idénticos. Cuando se estudia el resultado de la transcripción en células de cerebro, hígado u otros tejidos, se observa que mientras en los demás tejidos las diferencias observadas son mínimas, en el caso del tejido cerebral la transcripción presentaba un patrón muy diferente. Además de las diferencias en la transcripción de genes, será necesario comparar las estructuras de las proteínas resultantes. En opinión de los investigadores, es en los genes del cerebro donde las diferencias son más evidentes, y consideran muy importante ver si los cambios evolutivos se han producido en la zona del gen que define la secuencia de la proteína, o bien en la que define la regulación de su expresión. a) Qué es un gen? b) Nuestras células del cerebro y del hígado proceden por mitosis del zigoto. Serán genéticamente idénticas entre sí? Razone la respuesta. c) Qué moléculas buscarán para estudiar el resultado de la transcripción en los distintos tejidos? d) Considera posible que pequeñas diferencias en las secuencias de bases den lugar a proteínas muy diferentes? Razone la respuesta.

3 1. Solución: La mitosis es el proceso de división celular mediante el cual, a partir de una célula madre, aparecen dos células hijas con idéntica dotación cromosómica que su progenitora. La mitosis interviene en el crecimiento de los organismos pluricelulares y en la reproducción asexual de los organismos. El comienzo de la mitosis viene indicado por el condensmiento de los cromosomas, luego la envoltura nuclear desaparece y cada cromosoma sufre una serie de movimientos muy concretos que conllevan a la separación de las cromátidas hermanas al dividirse el contenido nuclear. Aparecen después dos envolturas nucleares y el citoplasma se divide generando dos células hijas. En la mitosis, se distingue una división del núcleo o cariocinesis, que va seguida de una división del citoplasma o citocinesis, en la que los orgánulos citoplasmáticos se reparten de la manera más equitativa posible. Ambos procesos, cariocinesis y citocinesis son separables, generalmente se producen en estrecha sucesión, de forma que la citocinesis se inicia hacia el final de la mitosis. Antes de iniciarse la mitosis tiene lugar un período denominado interfase, que es un tiempo de reposo, donde tiene lugar la duplicación del material hereditario. La mitosis se suele dividir en cuatro fases para su estudio, aunque se trata de un proceso continuo. Dichas fases son PROFASE, METAFASE, ANAFASE y TELOFASE. La meiosis es un proceso que consiste en dos divisiones celulares sucesivas que dan lugar a cuatro células haploides (n), denominadas gametos (óvulos o espermatozoides), a partir de una única célula diploide (2n). Por lo tanto, las células hijas poseen la mitad de cromosomas que la célula madre, son genéticamente diferentes entre sí y a la célula madre. Cuando los gametos se fusionan sus núcleos tras la fecundación, se recupera la dotación diploide en el zigoto. Las características de esta división son: 1. La meiosis tiene lugar en todos los ciclos biológicos en los que se da un proceso de reproducción sexual. 2. Consta de dos divisiones nucleares sucesivas con una sola duplicación previa del material genético. 3. El resultado de esta división es la aparición de cuatro núcleos haploides. 4. Durante el proceso meiótico tiene lugar un intercambio de material genético procedente de los dos gametos fusionados durante la fecundación. Antes de iniciarse la meiosis, durante la interfase, ha ocurrido la duplicación del ADN. Comienzan entonces las dos divisiones nucleares sucesivas:

4 1) Primera división meiótica: está dividida en cuatro fases: - Profase I: a su vez está dividida en cinco subfases. Leptoteno Zigoteno Paquiteno Diploteno Diacinesis - Metafase I - Anafase I - Telofase I Durante la profase I tiene lugar el fenómeno de recombinación genética, consecuencia del intercambio de segmentos entre cromosomas homólogos. 2) Segunda división meiótica: se trata de un procesos muy similar a la mitosis. Consta a su vez de cuatro fases: - Profase II - Metafase II - Anafase II - Telofase II Simultáneamente a la telofase II se produce la citocinesis. En la reproducción sexual intervienen dos individuos que combinan su información genética para formar un nuevo individuo que tendrá una mezcla de los caracteres de los progenitores. La consecuencia de este intercambio de información hereditaria que tiene lugar durante la meiosis da lugar al fenómeno de recombinación genética, que es responsable, junto con la mutación, de la variabilidad de los seres vivos. 2. Solución: La fermentación es un tipo de catabolismo parcial, que se caracteriza por ser un proceso de oxidación incompleta, típico de los organismos anaeróbicos. Se realiza, pues, sin la intervención del oxígeno. Durante la fermentación, la energía obtenida procede, igual que en la respiración aerobia, de las reacciones de oxido-reducción habidas durante el catabolismo de la glucosa (glucólisis), pero en la fermentación las coenzimas reducidas no ceden sus electrones a una cadena cuyo aceptor final es el oxígeno, sino que los ceden directamente a un compuesto orgánico que se reduce y es el producto característico de cada fermentación (láctica, alcohólica...). Las bacterias, que son organismos procariotas que están incluidos dentro del reino Monera, y las levaduras, dentro de los Hongos, juegan un papel importante en la industria alimentaria interviniendo en la fabricación de productos alimenticios, como por ejemplo, derivados lácteos (queso y yougur), artículos de panadería y muchas de las bebidas alcohólicas.

5 El proceso metabólico que se produce en la elaboración del pan y del alcohol es una fermentación alcohólica. Es realizada por levaduras y ciertas bacterias gracias a la presencia del enzima alcohol deshidrogenasa. Se produce a partir de moléculas de glucosa (presentes en la masa o en la fruta), que sufren una glucólisis cuyo producto final es el ácido pirúvico. Este ácido pirúvico en condiciones anaeróbicas se descarboxila para transformarse en acetaldehído, el cual se reduce a alcohol etílico por acción del NADH 2 conviertiéndose sí en el aceptor final de los electrones del NADH obtenido en la glucólisis. La fermentación alcohólica se lleva a cabo en el citoplasma de los microorganismos. 3. Solución: a) La biosíntesis de proteínas se lleva a cabo en los ribosomas, en los que se encuentran libres en el citoplasma, y en los que están asociados a la membrana del retículo endoplásmico rugoso. b) La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas tiene lugar en el hialoplasma celular puesto que se trata de un proceso catabólico anaeróbico. c) El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se encuentran todas las enzimas necesarias para su funcionamiento. d) El ciclo de Calvin constituye la fase oscura de la fotosíntesis y tiene lugar en el estroma del cloroplasto. e) La transcripción o síntesis de ARN tiene lugar en el núcleo de las células eucariotas. Consiste en la formación de una molécula de ARN tomando como molde una de las dos hebras del ADN nuclear. f) La transformación de la energía luminosa en energía química es un proceso esencial que tiene lugar en fase luminosa de la fotosíntesis. En general, las reacciones luminosas se desarrollan de la siguiente manera: - Absorción o captación de la luz solar: es llevada a cabo por los pigmentos fotosintéticos. Éstos son las clorofilas y los carotenoides, que junto a proteínas específicas se encuentran agrupados formando los llamados fotosistemas, que aparecen ubicados en las membranas tilacoidales de los cloroplastos. - Transporte o flujo electrónico fotosintético: Al chocar los fotones con el fotosistema son arrancados electrones de la molécula. Estos electrones arrancados del centro de reacción cargados con la energía del fotón, son transportados por un conjunto de proteínas transportadoras, situadas en la membrana tilacoidal, hasta la coenzima NADP +, que se reduce a NADPH. - Fotofosforilación: es la formación de ATP debida a la luz. Según la hipótesis quimiosmótica de Mitchell, la energía liberada en le transporte de electrones se utiliza para bombear protones, en contra de un gradiente, desde el estroma la espacio intratilacoidal. Estos protones regresan al estroma a favor de gradiente a través del complejo enzimático

6 denominado ATP-asa, ubicado en la membrana tilacoidal, que utilizará la energía liberada en el transporte para fosforilar el ADP y transformarlo en ATP. g) La digestión de materiales captados por endocitosis se realiza en el interior de los lisosomas donde se alojan enzimas hidrolíticos o digestivos. Primero se fagocita la sustancia por endocitosis con la formación de una vesícula fagocitaria o fagosoma. Los lisosomas primarios originados por el aparato de Golgi o el retículo endoplásmico liso se unen al fagosoma con la consiguiente formación de un lisosoma secundario denominado heterofagosoma o vacuola heterofágica. Los lisosomas primarios vierten su contenido enzimático teniendo lugar así la degradación de la sustancia incorporada. 4. Solución: Los fosfoglicéridos o fosfolípidos son lípidos saponificables y son los principales componentes de las membranas biológicas. Químicamente están compuestos por una molécula de glicerina que se encuentra unida mediante enlaces éster a dos ácidos grasos a través de los carbonos 1 y 2, y mediante un enlace fosfodiéster a un grupo fosfato por el carbono 3. Además, el grupo fosfato forma otro enlace éster con una molécula polar que puede ser un aminoacohol o un polialcohol. Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, es decir, poseen una zona polar hidrofílica constituida por el grupo fosfato y los diferentes sustituyentes polares que se encuentran unidos a él, y otra zona apolar hidrofóbica formada por los ácidos grasos esterificados a la glicerina. Cuando los fosfolípidos se encuentran en un medio acuoso, debido a su carácter anfipático, se asocian formando unas estructuras denominadas micelas y bicapas. En ellas, los fosfolípidos se disponen orientando su parte o zona polar hacia las moléculas de agua estableciendo puentes de hidrógeno, y alejando del agua las zonas apolares, interaccionando unas con otras mediante fuerzas de Van der Waals y ocultándolas dentro de la estructura. La naturaleza anfipática los de los fosfolípidos les proporciona un papel fundamental en la formación de las membranas biológicas, tanto de las células procariotas como de las eucariotas. La membrana celular está constituida por una bicapa lípidica en la que se encuentran embebidas proteínas. En las bicapas, las cadenas hidrofóbicas se orientan hacia el interior, mientras que las cabezas polares están en contacto con el medio acuoso existente a ambos lados de la membrana. Son estructuras que separan dos medios acuosos.

7 5. 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 ARNm procedente del ADN 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 exclusiva del ADN y el uracilo del ARN. Por lo tanto, la secuencia del ARNm transcrita a partir de la secuencia de ADN de la figura será la siguiente: ADN 3...AAGCAATGTGGGCGGAGACCACGT...5 ARNm 5 UUCGUUACACCCGCCUCUGGUGCA 3 b) Sabemos que un gen es un segmento de ADN con la información necesaria para la síntesis de una cadena polipeptídica y que la secuencia de nucleótidos de ese gen es específica para cada cadena polipeptídica. La clave genética establece la relación que hay entre la secuencia de nucleótidos de los genes y la secuencia de aminoácidos de las proteínas, es decir, la relación existente entre la estructura primaria de ambos tipos de biomoléculas. Un codón es cada grupo de tres nucleótidos del ARN mensajero que codifica para una aminoácido y, durante, la traducción, se corresponde con un anticodón del ARN transferente poseedor de tres nucleótidos cuyas bases nitrogenadas son complementarias del codón. El codón también se denomina triplete. Para descifrar el código genético se utilizó como hipótesis de trabajo que un codón codificaba un aminoácido, ya que el número de secuencias posibles formadas por tres nucleótidos es 4 3 = 64, número más que suficiente para codificar los 20 aminoácidos proteicos. Si los codones se formasen con dos letras, el número de secuencias posibles sería 4 2 = 16 y, por tanto, no sería un número suficiente para codificar los 20 aminoácidos. c) 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.

8 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, ARNm 5 UUC GUU ACA CCC GCC UCU GGU GCA 3 Secuencia de aminoácidos Phe - Val - Thr - Pro - Ala- Ser - Gly - Ala - El codón de la prolina es CCC. - La alanina presenta dos codones: GCC y GCA, porque el código genético es degenerado. El código genético es degenerado porque, al estar compuesto por 64 codones y existir sólo 20 aminoácidos constituyentes de las proteínas, varios tripletes o codones codifican para un mismo aminoácido. Casi todos ellos tienen en común los dos primeros nucleótidos, ofreciendo la variabilidad en el tercero.