Departament de Ciències Experimentals Curs 1011 1a AVALUACIÓ Data 171110 Generalitat de Catalunya Departament d’Educació Institut Guindàvols Examen – 2 CORRECCIÓ BIOLOGIA: Biologia molecular, Biologia cel∙lular, Metabolisme, Genètica i Biotecnologia Nom: Curs: 2n Batx. Qualificació 1. [3,75 punts] Les vaques lleteres donen cada dia una mitjana de entre 30 i 40 litres de llet, amb un elevat contingut de greix, glúcids i proteïnes. I tot això ho produeixen a partir de l'herba de la que s'alimenten. 1.1.(0,75 punts) La proteïna majoritària de la llet és la caseïna. Tot i que és fabricada a partir de les proteïnes de l'herba, la caseïna té una estructura primària diferent de la d'aquestes proteïnes. Expliqueu què és l'estructura primària i per què la de la caseïna és diferent a la de les proteïnes de l'herba. La estructura primària d’una proteïna és la seva seqüència d'aminoàcids.
L’estructura primària de la caseïna és diferent a la de les proteïnes ingerides perquè aquestes proteïnes de l'herba són digerides, és a dir, són transformades en els aminoàcids que les formen, i amb aquest aminoàcids i amb la informació genètica de les cèl∙lules, la vaca sintetitza la caseïna (i les altres proteïnes).
Digestió
La vaca sintetitza les seves proteïnes amb els aminoàcids de les proteïnes de l’herba però amb la informació genètica continguda al seu DNA.
1.2.(1 punt) A partir de la cel∙lulosa de l'herba, les vaques fabriquen una gran quantitat de greix.
a.
(0,4 punts)
En la taula indiqueu indiqueu el noms dels processos A, B, C, i D que participen en aquesta transformació.b.
(0,2 punts)
Assenyaleu també a quin compartiment de la cèl∙lula es produeixen els processos B i C.Proteïnes de l'herba aminoàcids
PROCESSOS A digestió, hidròlisi
B glucòlisi
C cicle de Krebs
D lipogènesi, síntesi de lípids, síntesi d’àcids grassos, síntesi de
lípids COMPARTIMENT CEL∙LULAR B
Citoplasma cel∙lular, citosol
CMatriu mitocondrial, mitocondri
c.(0,4 punts)
Totes les rutes metabòliques implicades corresponen al mateix tipus (fase) de metabolisme? quin es cada tipus i per què es caracteritzen? La A, B, C són rutes catabòliques, mentre que la D és una ruta anabòlica. En l’anabolisme a partir de biomolècules simples es sintetitzen biomolècules més complexes amb l’ajut de l’energia produïda en el catabolisme (ATP, NADH,...) o extreta de la llum (éssers vius fotòtrofs) o de certes reaccions químiques (éssers vius quimiòtrofs).En el catabolisme a partir de biomolècules més complexes i riques en energia, mitjançant successives oxidacions, s’obté energia (ATP) que s’utilitza en l’anabolisme, el moviment cel∙lular el transport actiu, etc... Si l’acceptor final d’electrons és l’oxigen es produeix gran quantitat d’energia i les molècules que s’obtenen finalment són CO2 i H2O (catabolisme aeròbic), si no es així parlem
de metabolisme anaeròbic.
1.3.(1 punt) Les vaques per elles mateixes no poden digerir la cel∙lulosa. Aconsegueixen ferho gràcies a la gran quantitat de bacteris que tenen al seu aparell digestiu.
a.
(0,5 punts)
Quin tipus de molècula és la cel∙lulosa? Quina és la seva estructura química? La cel∙lulosa és un polisacàrid format per bglucoses. Forma llargues cadenes que s’uneixen entre elles i s’anastomosen formant fibres gruixudes.b.
(0,25 punts)
Què creu que tenen els bacteris (que els hi falta a les vaques) per poder digerir la cel∙lulosa? Els bacteris tenen un enzim (la cel∙lulasa) capaç de digerir la cel∙lulosa. (Aquest enzim està present en bona part dels microorganismes que es troben al tracte intestinal d'alguns animals, com ara les vaques).c.
(0,25 punts)
Quin tipus de relació interespecífica s'estableix entre aquests bacteris i la vaca? Expliqueuho. La relació que s'estableix és una relació de simbiosi. Es tracta d'una relació interespecífica en la qual els organismes viuen en una relació íntima i es beneficiem mútuament. La vaca proporciona hàbitat i aliment als bacteris i aquests realitzen la digestió de la cel∙lulosa de la qual s'aprofita la vaca. També s’acceptaria una resposta referida al mutualisme.1.4.(1 punt) Les neurones i els eritròcits només poden utilitzar la glucosa com a substrat energètic. Si només disposen de proteïnes com poden obtenir energia? Feu un esquema de les vies metabòliques que expliquin aquest procés.
2. [3,75 punts] Un investigador vol obtenir mutants d’
Escherichia coli
. Per aconseguirho, sotmet diverses colònies bacterianes a tractament amb raigs X (un agent mutagen, és a dir, que provoca mutacions). Després de molts assaigs, obté algunes colònies mutants que no creixen en un medi de cultiu anomenat «mínim» (conté glucosa i sals minerals), sinó que necessiten algunes substàncies suplementàries (cal afegir al medi aminoàcids o bé bases nitrogenades). Alguns dels resultats obtinguts s’indiquen en la taula següent :SÍ vol dir que hi ha creixement bacterià, i NO que no n’hi ha.
Creixement en un medi mínim
Creixement en un medi
suplementat amb
aminoàcids
Creixement en un medi suplementat amb bases nitrogenades
Colònia 1 (control)
SÍ SI SI
Colònia 2 NO SI NO
Colònia 3 NO NO SI
2.1.(1 punt)
a.
(0,5 punts)
Què són les mutacions? Les mutacions són canvis en la seqüència de nucleòtids del DNA. Moltes d'aquestes mutacions podrien provocar que la proteïna que s'expressa a partir del gen que ha patit la mutació fos no funcional. Existeixen mutacions gèniques, si afecten a un sol gen; cromosòmiques si afecten a un cromosoma o part d’un cromosoma, per tant a un conjunt de gens; i genòmiques si afecten a tota la dotació de cromosomes d’un ésser viu.b.
(0,5 punts)
On es manifestarà de manera més immediata l’efecte d’una mutació, en un bacteri o en una cèl∙lula humana? Per què? L'efecte de les mutacions es manifestarà abans en un bacteri, ja que només disposa d'una sola còpia de cadagen; una cèl∙lula humana, disposem de dues còpies de cada gen, localitzades a cromosomes homòlegs. Una mutació pot afectar una de les còpies i l'altra pot seguir codificant la proteïna noalterada. Això és així en cèl∙lules diploides: les cèl∙lules germinals són haploides i disposen d'una sola còpia de cada gen.
2.2.(0,5 punts) Formuleu una hipòtesi que pugui explicar que els bacteris de les colònies mutants 2 i 3 no creixin en un medi mínim i sí en un medi suplementat amb aminoàcids i bases nitrogenades, respectivament. Qualsevol agent mutagen (com ara els raigs X) pot provocar mutacions al DNA dels bacteris. Si la mutació altera la seqüència de nucleòtids d'un gen, la proteïna que se'n deriva per trascripció i posterior traducció als ribosomes podrà ser defectuosa, i podria no realitzar correctament la seva funció biològica. Podem suposar, doncs, que als bacteris de la colònia 2 s'ha vist alterat un o més gens que codifiquen enzims bàsics per a les vies metabòliques de formació d'aminoàcids. Per això aquests bacteris no creixen si no els hi subministrem aquests aminoàcids al cultiu. A la colònia 3, per les mateixes raons, s'hauran alterat gens que codifiquen enzims de les vies de síntesis de bases nitrogenades.
2.3.(1,75 punts) La figura següent representa un procés cel∙lular fonamental.
a.
(0,75 punts)
Indiqueu el nom del procés representat i escriviu en els requadres A, B, C i D el nom dels components assenyalats. Quina és la funció de la molècula B de la figura? Nom del procès Es tracta del procés de la traducció o síntesi de proteïnes Funció de la molècula B És tracta d’ARN de transferència i la seva funció és transportar un aminoàcid concret, el “nom” del qual està “escrit” en el triplet (anticodó) que s’unirà al ARN missatger complementari (codó).b.
(0,15 x 2 + 0.1 x 2= 0,5 punts)
Observeu la figura següent. Utilitzant la taula del codi genètic i el principi de la complementarietat de bases, empleneu els requadres de la figura.c.
(0,5 punts)
Raoneu les conseqüències d’un canvi d’A per U en la posició subratllada de la seqüència 5’GCACUGUUCUGGCAGAGA3’. El codó AGA, que codifica l’aminoàcid Arg, canviaria a UGA, que és un codó d’aturada: el ribosoma no hi aportaria cap aminoàcid en aquesta posició i l’mRNA deixaria de ser “llegit” a partir d’aquesta posició. Per tant, s’hauria obtingut una proteïna incompleta, que només tindria els aminoàcids fins aquesta posició, amb la qual cosa el més probable és que seria defectuosa per a fer la seva funció.La causa seria una mutació en el DNA en aquesta posició.
2.4.(0,5 punts) Digueu dos elements químics que formaran part de les sals minerals del medi mínim. Justifiqueuho tenint en compte la composició química de les proteïnes, del àcids nuclèics i de l’ATP. Els elements químics de les sals minerals hauran de ser aquells que formen part de les biomolècules. Carboni, hidrogen i oxigen ja formen part de la glucosa subministrada en el medi, però faltarien encara nitrogen, fòsfor i sofre com a bioelements majoritaris que formen part de biomolècules imprescindibles com ara àcids nuclèics (N, P) i proteïnes (N, S) i ATP. Podrien subministrarse en forma de sals d'amoni, fosfats i sulfats, tot i que no cal que s'hi especifiqui.
D'altra banda el bacteri també necessitarà altres bioelements secundaris que puguin realitzar altres funcions que, tot i ser quantitativament menys importants, són igualment bàsics, com és el cas dels cofactors enzimàtics (Mg, i d'altres metalls). No cal, no obstant, que l'alumne ho faci constar.
3. [2,5 punts] En l’aplicació de l’enginyeria genètica en la teràpia de malalties humanes s’utilitzen les anomenades vacunes recombinants. El següent esquema explica com obtenir aquestes vacunes:
3.1. (1 punt)
a.
(0,5 punts)
Perquè afirmem que és tracta d’una tècnica d’enginyeria genètica? Ja que utilitzem un ésser viu per a produïr el producte que a nosaltres ens interesa i ho fem manipulant el seu ADN, concretament introuïnt un ADN víric en una cèl∙lula de llevat amb l’ajut d’un plàsmid.b.
(0,5 punts)
És tracta també de biotecnologia? Posa exemples de processos biotecnològics. Si ja que definim biotecnologia com la manipulació dels organismes amb l’objectiu d’obtenir productes útils. Exemples que es duen a terme des de fa segles: fabricació de iogurt, vi, formatge, pà, entrecreuament de varietats animals i vegetals,...3.2. (0,5 punts) Explica com es pot obtenir l’ADN recombinant A, és a dir com es “tallen” i “s’enganxen” aquests ADNs. L’ADN es talla amb els anomenats enzims de restricció que tallen l’ADN per seqüències conegudes i ho fan en un punt determinat situat en unes seqüències d’entre 4 i 10 parells de bases que presenten simetria segons la complementarietat de bases.
Eco RI és un enzim de restricció trobada al bacteri
Escherichia coli
que se utilitza en enginyeria genètica per “ tallar” l’ADN. Aquest enzim “talla” l’ADN en unes seqüències concretes anomenades palindròmiques: CTTAAG. No tallen la seqüència per la meitat i per tant deixen un oligonucleòtid curt a cada banda del tall. Aquest són els segments cohesions que serviran per unir de nou aquest ADN a un altre mitjançant un altre enzim la DNAligasa.CTTAA G G AATTC
3.3. (0,5 punts) Quina funció fa el plàsmid? Indica un altra forma de fer la mateixa funció. El plàsmid fa la funció de vector, és a dir ajuda a introduir l’ADN recombinant en la cèl∙lula que desitgem, en aquest cas cèl∙lules de llevat.
Un altre exemple seria utilitzar virus, en els que prèviament s’ha introduït l’ADN o ARN (si són retrovirus) que ens interessa. Utilitzarem el mecanisme d’invasió de la cèl∙lula hoste per part del virus per introduir l’ADN recombinant desitjat en la cèl∙lula. 3.4. (0,5 punts) El DNA eucariòtic presenta introns i exons, mentre que en el DNA
bacterià no hi ha introns. Si es vol introduir un gen eucariòtic en un bacteri, quina tècnica s’utilitza per evitar la introducció d’introns o fragments sense informació genètica en el DNA bacterià? En primer lloc, a partir del segment de DNA que interessa, s’ha d’obtenir RNAm madur, és a dir, sense introns. Mitjançant l’enzim transcriptasa inversa o retrotranscriptasa es produeix DNA a partir de l’RNA mmadur. Posteriorment, el DNA obtingut s’ha de duplicar perquè es formi DNA de doble hèlix mitjançant la DNApolimerasa i, finalment, s’ha d’introduir en un vector perquè el transporti a l’interior del bacteri.
