PSU
-BIOLOGÍA-
CONTENIDOS ACTUALIZADOS 2017
TOMO III
BIOLOGÍA MOLECULAR
Y HUMANA
Edición y revisión
Sebastián Román
Isaac Ibacache
Prefacio
Mediante la elaboración de este texto y la recopilación de información, el grupo docente busca entregar herramientas que faciliten la comprensión y aprendizaje de los estudiantes, con el fin de fomentar el desarrollo de un pensamiento lógico con respecto a las ciencias, permitiéndoles enfrentar sin vacilar el desafío de la PSU de biología. Todo esto, teniendo en consideración lo presente que se encuentran en nuestras vidas las ciencias biológicas, ya que, como seres vivos que somos, entenderla es entender procesos propios de nuestro organismo y entorno, lo que nos acerca a un conocimiento que muchas veces se ve lejano y ajeno. Si bien, este libro presenta los contenidos mínimos para enfrentar la prueba, una profundización de ellos permite que puedan ser ampliamente comprendidos, por esto es importante que como estudiantes se hagan preguntas y busquen sus respuestas, más allá de lo que está aquí escrito.
El plan de biología consta de tres tomos, dentro de los cuales, además de los contenidos, encontramos tanto ejercicios PSU como de desarrollo. Los primeros pretenden la familiarización con el formato y los segundos le permitirán al estudiante mejorar su memoria y capacidad de hilar ideas.
El presente tomo aborda los temas de biología molecular, evolución, sistema nervioso y sistema inmune. El tomo I trata los temas de biología celular, metabolismo, ciclo celular, división celular y tejidos. El tomo II abarca las temáticas de del sistema endocrino, genética y ecología.
Además, quisiéramos añadir los agradecimientos correspondientes, tanto a los diseñadores y docentes, como a los administrativos del preuniversitario Gauss por la contribución a la creación, revisión y distribución de este material.
Esperamos que aprovechen este texto y se enriquezcan con el conocimiento, no tenemos dudas de que con la ayuda de él podrán cumplir sus metas y enfrentarse de mejor manera a la vida universitaria.
Tabla de Contenidos
Capítulo 6: Genes, genoma, ingeniería genética
... 6
1. Naturaleza y estructura del ADN ...6
1.1. Naturaleza del ADN ...6
1.1.1. Experimento de Griffith ...6
1.1.2. Experimento de Hershey y Chase ...7
1.2. Ejercicios ...8
1.3. Estructura del ADN ...9
1.3.1. Modelo de Watson y Crick ...9
1.4. Ejercicios ... 10
2. Replicación del ADN ... 11
2.1. La replicación ... 11
2.2. Genotipo y fenotipo ... 12
2.3. Ejercicios ... 13
3. Expresión génica ... 13
3.1. Transcripción del ADN ... 14
3.1.1. Modificación post-transcripcional ... 14
3.2. Código genético ... 15
3.3. Ejercicios ... 16
4. Tipos de ARN ... 17
4.1. Traducción del ARN mensajero ... 18
4.2. Ejercicios ... 22
4.3. Regulación de la expresión génica ... 23
4.4. Experimentos que avalan los postulados sobre la expresión génica ... 23
4.4.1. Experimento de Hammerling ... 23
4.4.2. Experimento de Gurdon ... 24
5. Biotecnología ... 25
5.1.1. ADN recombinante ... 25
5.1.2. Organismos transgénicos ... 26
5.1.3. Proyecto Genoma Humano ... 26
5.2. Ejercicios ... 27
6. Cuadro sinóptico: Ácidos nucleicos ... 28
7. Ejercicios PSU ... 29
Capítulo 7: Evolución
... 33
1. Historia de las Teorías Evolutivas ... 33
2. Evidencias de la Evolución ... 33
3. Teorías evolutivas científicas... 36
3.1. Teoría de Jean B. Lamarck ... 36
3.2. Teoría de Darwin-Wallace ... 37
3.3. Teoría de Hugo de Vries ... 39
3.4. Ejercicios ... 39
3.5. Teoría Sintética de la Evolución ... 40
6. Especiación ... 44
7. Tipos de evolución ... 45
8. Ejercicios ... 47
9. Cuadro sinóptico: Evolución ... 48
10. Ejercicios PSU... 49
Capítulo 8: Sistema Nervioso
... 54
1. Conceptos básicos ... 54
2. Componentes principales del Sistema Nervioso ... 55
2.1. Ejercicios ... 56
3. Unidad funcional: La Neurona ... 56
3.1. Potencial de membrana ... 57
3.2. Propagación del potencial de acción ... 60
3.3. Sinapsis ... 60
3.3.1. Sinapsis química ... 61
3.3.2. Sinapsis eléctrica ... 63
3.4. Ejercicios ... 63
4. Organización del sistema nervioso ... 64
4.1. Estructuras protectoras del SNC ... 65
4.1.1. Cráneo ... 65
4.1.2. Columna vertebral ... 65
4.2. Componentes principales y sus funciones. ... 66
4.3. Ejercicios ... 67
4.4. Sistema nerviso Somático y Autónomo ... 68
5. Actividad muscular ... 69
5.1. Tipos de músculos ... 69
5.2. Contracción músculo estriado ... 70
6. Actividad Visual ... 72
6.1. Anatomía del Globo Ocular ... 72
6.2. Traducción y recepción del estímulo luminoso ... 73
6.3. Enfoque de la Visión ... 74
6.3.1. Alteraciones de la Visión ... 75
7. Otras actividades sensoriales ... 76
7.1. Audición ... 76
7.2. Gusto y olfato ... 77
7.3. Tacto ... 77
7.4. Ejercicios ... 77
8. Cuadro sinóptico: Sistema nervioso ... 78
9. Ejercicios PSU ... 79
Capítulo 9: Sistema Inmune
... 83
1. Agentes patógenos ... 84
1.1. Bacterias ... 84
1.1.1. Características Estructurales de las Bacterias ... 84
1.1.2. Pared celular de la Bacterias ... 85
1.1.3. Reproducción de bacterias ... 86
1.2.2. Ciclos de los virus bateriófagos ... 91
1.3. Ejercicios ... 92
2. Inmunidad ... 92
2.1. Glóbulos blancos ... 92
2.2. Tipos de inmunidad ... 93
2.2.1. Inmunidad innata ... 94
2.2.1.1. Barreras fisicoquímicas y biológicas ... 94
2.2.1.2. Factores solubles: ... 95
2.2.1.3. Células sanguíneas de la inmunidad innnata ... 96
2.2.1.4. Respuesta inflamatoria ... 96
2.2.2. Inmunidad adquirida o adaptativa ... 97
2.2.2.1. Componentes de la inmunidad adaptativa ... 97
2.3. Memoria inmunológica ... 100
3. Sistema inmune, medicina y vacunación ... 101
3.1. Transfusiones y transplantes ... 102
3.2. Vacunación ... 102
4. Ejercicios ... 103
5. Cuadro sinóptico: Sistema Inmune ... 104
6. Ejercicios PSU ... 105
Soluciones Ejercicios PSU
... 110
Capítulo 6: Genes, genoma, ingeniería genética
1. Naturaleza y estructura del ADN
Gregorio Mendel fue el primero que mediante sus experimentos planteó que las características heredables se transmitían independientes unas de otras. Esta fue la primera observación que sugería existían unidades discretas que contenían la información hereditaria de cierta característica, que posteriormente se denominarían genes. Luego, se determinó que esto era válido sólo para genes que se encontraban en diferentes cromosomas, ya que algunos genes se encontraban ligados, osea, estos no se transmitían de manera independiente. ¿Has observado que existen características en los humanos que se parecieran que se heredaran juntas? ¿Como por ejemplo los ojos claros, con piel blanca y cabello claro?
1.1. Naturaleza del ADN
1.1.1.Experimento de Griffith
Se sabía que existían cepas de neumococos virulentos que provocaban la muerte en ratones y cepas de neumococos no virulentos inocuos para ratones. Si las cepas virulentas previamente se las mataba con calor y posteriormente eran inyectadas estas NO eran capaces de provocar la muerte del ratón. Esto tenía sentido, ya que se pensaba que al matar las cepas, estas perdían su virulencia.
Sin embargo, durante mucho tiempo no se
sabía cuáles eran las moléculas
encargadas de transmitir la información hereditaria. Se pensaba que podría ser un ácido nucleico (ADN) o una proteína, ya que ambas moléculas formaban parte de los cromosomas, y se sabía que los cromosomas eran los portadores de la información genética. Además, en 1940 Delbruck y Luria descubrieron que los virus ingresaban a la célula alguna molécula que les permitía usar su maquinaria molecular, como los virus estaban constituidos de proteínas y ácidos nucleicos, este descubrimiento sugería también que alguna de estas dos moléculas era la responsable de transmitir la información genética.
1.1.2.Experimento de Hershey y Chase
Se conocía que los virus eran complejos macromoléculares que contenían ADN y proteínas en su estructura y que eran capaces de infectar a células bacterianas, estos virus son conocidos como bacteriófagos. El mecanismo de infección de un bacteriófago era la introducción de una molécula al interior de la bacteria, desconocida en ese momento. Esta molécula contenía la información necesaria para transformar a la bacteria en una máquina de virus, lo que finalmente desencadenaría la muerte de la misma.
Para determinar cuál de las dos moléculas, proteínas o ADN, era responsable de la trasmisión de la información hereditaria, en 1952, Alfred Hershey y Martha Chase realizaron el siguiente experimento. Incubaron bacteriófagos en presencia de fósforo radioactivo e independientemente se incubaron virus marcados con azufre radioactivo.
Se infectaron bacterias con ambos tipos de virus y se observó la marca radioactiva que permanecía en las bacterias infectadas. Se observó que las bacterias que habían sido infectadas con virus incubados con fósforo radiactivo mantenían su marca al interior de la bacteria. Sin embargo, las bacterias que habían sido infectadas con virus incubados en azufre radioactivo perdían la marcación. De este experimento se concluye que los ácidos nucleicos
son las macromoléculas
responsables de la transmisión de la información genética.
1.3. Estructura del ADN
1.3.1. Modelo de Watson y Crick
A pesar de la clara evidencia de que el ADN era la molécula que contenía la información genética, existían científicos escépticos que sólo se convencieron de este hecho una vez determinada la estructura del ADN, trabajo realizado por los científicos James Watson y Francis Crick, en 1950. Ellos propusieron, a partir de la gran cantidad de información existente en ese tiempo sobre el ADN, que ésta molécula se componía de dos hebras antiparalelas formadas por nucleótidos consecutivos, que variaban en sus bases nitrogenadas. Se sabía que en el ADN existía la misma cantidad de las bases nitrogenadas guanina y citosina y la misma cantidad de timina y adenina, y tomando en
cuenta los datos obtenidos por Rosalind
Franklin sobre la difracción de rayos X de la molécula de DNA, sugirieron que las bases nitrogenadas deberían aparearse complementariamente una pirimidina con una purina, específicamente guanina con citosina y adenina con timina. El apareamiento entre las bases mediante puentes de hidrógeno, mantiene a ambas hebras unidas.
Molécula formada por: Fosfato.
Base nitrogenada (A-T, con 2 puentes de H y C-G, con 3 puentes de H)
Azúcar desoxirribosa (pentosa); se diferencia de ribosa del ARN porque NO contiene un OH en el carbono 2.
La hebras se unen de forma antiparalela, o sea que la orientación de una de las hebras es 5’ a 3’ y la otra hebra es 3’ a 5’. Los números 3’ y 5’ se relacionan con los carbonos del azúcar que se
encuentran unidos al fósforo por el enlace fosfodiéster.
Las dos hebras se unen en forma helicoidal, con las bases nitrogenadas hacia el interior de la cadena. Entre cada vuelta un surco mayor y otro surco menor.
La estructura del ADN planteado por Watson y Crick sugirió inmediatamente un modelo de autoduplicación del DNA, en donde las hebras se separaban rompiendo los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias. Esto permitía que otras bases se pudieran unir a las hebras desapareadas y así lograr la replicación de ambas hebras. Este tipo de replicación se denomina semiconservativa ya que se produce una nueva molécula que posee una hebra antigua y otra nueva.
2. Replicación del ADN
Una vez dilucidado que el ADN era la molécula que contenía toda la información para la formación de un nuevo individuo se intentó determinar los mecanismos de replicación. Como lo sugería el modelo de
Watson y Crick, basado en la
complementariedad de bases, la replicación del ADN debía ser semiconservativa, ya que las dos hebras se separan rompiéndose los puentes de hidrógeno que existen entre las bases complementarias, permitiendo el
apareamiento de otros nucleótidos
complementarios, así, durante la
replicación se formarían dos moléculas de ADN idénticas donde ambas poseerían una hebra antigua y una nueva.
La replicación del ADN ocurre en la fase S del ciclo celular
2.1. La replicación
La replicación del ADN es un proceso con una alta fidelidad que permite la continuidad de las especies, ya que si variara demasiado aparecerían muchas alteraciones en los organismos, pero también debe permitir errores que expliquen la evolución y las diferentes copias de un mismo gen.
La replicación comienza cuando las hebras del ADN se separan por la acción de la enzima helicasa, que rompe las interacciones puente de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. Una
enzima topoisomerasa llamada girasa desenrolla el ADN mientras avanza la replicación. En
este punto se forma lo que se denomina una burbuja o bucle de replicación. Pueden existir
varias burbujas de replicación al mismo tiempo. Para mantener las hebras separadas se unen a la cadena simple de ADN las proteínas estabilizadoras de la cadena sencilla.
La enzima ADN polimerasa III se une al ADN y comienza la elongación de la cadena nueva en
sentido 5’a 3’ (cadena continua), mientras que la otra cadena de ADN (cadena retrasada) se
replica mediante múltiples orígenes generando fragmentos de ADN, llamados fragmentos de
Okasaki. Esto se debe a que la ADN polimerasa solo sintetiza ADN en dirección 5’ a 3’, por lo
que debe replicar el ADN “devolviéndose”.
2.2. Genotipo y fenotipo
Definimos genotipo como el conjunto de genes que contiene un organismo determinado. Definimos fenotipo como las características que se expresan en los organismos. El fenotipo está determinado por la expresión de ciertos genes que se traducen en la síntesis de ciertas proteínas. Por ejemplo, el color de ojos está determinado por la cantidad de la proteína melanina que se encuentre en el iris. Adicionalmente, una persona puede tener el fenotipo de alguna enfermedad, por ejemplo el fenotipo de las personas enfermas de diabetes es la expresión baja o nula de la proteína insulina, por lo que concluimos que el fenotipo está determinado por la expresión o ausencia de determinada(s) proteína(s).
Es importante señalar que cada gen no siempre determina una sola característica fenotípica, a veces un conjunto de genes es el que actúa para determinar un fenotipo en particular, como por ejemplo el color de la piel. Además, se debe considerar que el medio ambiente igualmente puede afectar la expresión genética. De esta observación deriva la siguiente expresión:
2.3. Ejercicios
3. Expresión génica
La función del ADN es almacenar la información genética, es decir, la información necesaria para sintetizar una proteína. En el ADN hay secuencias específicas, llamadas genes, que llevan la información codificada para sintetizar una proteína. Sin embargo, como ya sabemos, el ADN está constituido por nucleótidos, mientras que las proteínas están formadas por aminoácidos. Por lo tanto, para llevar la información desde ADN hasta proteínas se necesitan de dos procesos
3.1. Transcripción del ADN
La transcripción es el proceso por el cual una de las hebras de ADN sirve de molde para sintetizar ARN complementario, este puede ser ARN mensajero (ARNm), ARN ribosomal (ARNr), ARN de transferencia (ARNt), ARN de interferencia (ARNi), entre otros. Este proceso
es catalizado por la enzima ARN polimerasa en dirección 5’→ 3’ (al igual que la ADN
polimerasa). Podemos distinguir 3 tipos de ARN polimerasa: la ARN polimerasa I, que será utilizada para la síntesis de ARNr; la ARN polimerasa II, que sintetizará ARNm y la ARN polimerasa III, encargada de la síntesis de ARNt.
El ARNm deberá salir del núcleo y llegar al citoplasma, donde será leído por los ribosomas. Estos conforman la maquinaría celular que tiene la capacidad de reconorcer la información codificada que proviene desde los genes y traducirla a proteínas.
Para que el ARNm pueda salir del núcleo y ser traducido, es necesario que sufra un proceso de maduración al interior de este compartimento celular.
3.1.1.Modificación post-transcripcional
Los transcritos primarios deben sufrir una serie de modificaciones que permiten la formación de ARNm maduro, molécula que migrará del núcleo y será reconocido por los ribosomas. Estas modificaciones son:
Adición de la caperuza (CAP): Se añade en el extremo
Poliadenilación: Hacia la zona más cercana al 3’ de la molécula de ARN se encuentra una secuencia de nucleótidos (AAUAAA) la cual permite reclutar maquinaria molecular que generará un corte en un sitio ubicado 10 a 35 nucleótidos de distancia (río abajo) y posteriormente gracias a la ARN poliA polimerasa se añadirán de 10 a 250 nucleótidos de adenina aproximadamente, los cuales le conferirán estabilidad a la molécula.
Corte y empalme de exones (Splicing alternativo): El trascrito primario puede poseer segmentos de nucleótidos que no serán utilizados para la formación de las proteínas, estos segmentos se llaman intrones (quedan dentro del núcleo), en cambio los segmentos que sí codifican
para aminoácidos son llamados exones
(estos salen del núcleo). Durante la maduración del ARN estos segmentos son cortados y vueltos a unir, la cantidad de intrones es variable, por lo que la combinatoria nos permite genear distintos ARNm de diferente largo que permitirán la expresión de diferentes proteínas en diferentes momentos o células.
3.2. Código genético
El código genético consta de la lectura de tripletes (3
nucleótidos) denominados codones, que según sea la
combinación de sus bases nitrogenadas, determinará que aminoácidos deberá formar parte de la proteína. En la figura de la derecha, se muestra el código genético, en donde se observa que varios codones pueden determinar el mismo aminoácido. Por ejemplo el codón UUU y UUC, ambos se traducen en el aminoácido fenilalalina. Por esta característica del código genético se dice que es redundante o degenerado. Además, este código es válido tanto para un humano como para una bacteria,
por lo que se dice que es un código universal, esto es
Ejemplo
Cierta secuencia de ADN o gen codifica para la proteína insulina que controla los niveles de azúcar en la sangre, en donde su:
Hebra codificante es: 5’ ATG TAT TAT TTT ATC GCT GGT CCC 3’
Hebra templado es: 3’ TAC ATA ATA AAA TAG CGA CCA GGG 5’
El ARN mensajero que se formará será:
5’ AUG UAU UAU UUU AUC GCU GGA CCC 3’
La traducción proteica según el código genético será:
Metionina - Tirosina – Tirosina – Fenilalanina – Isoleucina – Alanina – Glicina – Prolina.
4. Tipos de ARN
Dentro de la célula podemos encontrar diversos tipos de ARN, cada uno con una función y disposición espacial diferente. Estudiaremos en este caso los tres tipos involucrados directamente en el proceso de traducción, estos son:
ARN mensajero o ARNm. ARN de transferencia o ARNt. ARN ribosomal o ARNr.
Dogma Central de la Biología Molecular: Ya resuelta la discusión sobre la verdadera molécula de la herencia, siendo el ADN el acreedor de esta importante cualidad, la biología molecular posee como base el proceso por el cual los genes contenidos en la molécula de ADN, que son secuencias de nucleótidos donde está codificada la información para la expresión de proteínas, darán origen a un fenotipo diseminado. En resumen, este proceso consiste en:
4.1. Traducción del ARN mensajero
Transportado el ARNm al citoplasma a través de los poros del núcleo celular, este se encuentra preparado para participar del proceso de traducción, en el cual participan:
ARNm, como el mensaje que debemos traducir.
ARNt, como el portador de los aminoácidos que deben enlazar. Ribosoma, como la maquinaria en la que se desarrolla el proceso.
La traducción ocurre en tres pasos:
2. Elongación: Como ilustra la figura anterior, el ribosoma posee tres sitios o espacios
para ARNt, el sitio E (Exit = Salida), el sitio P (Peptídico) y el sitio A
(Aminoacídico). Tras formado el complejo de iniciación, el ARNt con aminoácido Metionina se encuentra en el sitio P. Durante la elongación los nuevos ARNt llegarán al sitio A. Cuando dos aminoácidos se encuentran en el ribosoma en dichas posiciones,
se produce la formación de un enlace peptídico entre ellos, formando péptidos cada
vez más largos. Luego el ARNt que contiene al nuevo péptido se traslada al sitio P, y al ARNt anterior se traslada al sitio E para ser expulsado. Así, el nuevo péptido tendrá una secuencia de aminoácidos relacionada a los codones del ARNm traducidos. El ARNm
se lee de 5’ a3’.
Ejemplo: Se tiene el siguiente ARNm en el citoplasma de una célula eucarionte:
5’ – UCCAUGUUUCCCAAAUAGCCA –3’
Mencione:
A) El codón de inicio:
______________________________________________________________________________
________________________________________________________________
B) Los codones que forman el ARNm:
______________________________________________________________________________
________________________________________________________________
C) El codón de término:
______________________________________________________________________________
________________________________________________________________
D) Los anticodones de ARNt que se unirán:
______________________________________________________________________________
________________________________________________________________
E) Utilizando el código genético, escriba el péptido resultante:
______________________________________________________________________________
Solución:
Primero que todo, debemos ubicarnos desde el carbono 5’ al 3’ (en este caso de izquierda a
derecha).
a) Codón de inicio: Hay que buscar en nuestra secuencia de ARNm la secuencia AUG, que constituye el codón de inicio en todo proceso de traducción.
5’ – UCCAUGUUUCCCAAAUAGCCA –3’
(codón de inicio)
b) Codones que forman el ARNm: Después de identificado el codón de inicio, dividimos el ARNm en grupos de tres, o tripletes, esto es:
5’ – UCC-AUG-UUU-CCC-AAA-UAG-CCA –3’
c) Codón de término: Ahora tenemos que saber hasta dónde vamos a traducir, para esto hay que buscar algún codón UAA, UAG o UGA.
5’ – UCC-AUG-UUU-CCC-AAA-UAG-CCA –3’
d) Los anticodones de ARNt: Como ya sabemos que parte de nuestro ARNm vamos a traducir, podemos buscar los anticodones que se unirán durante la traducción.
5’ – UCC-AUG-UUU-CCC-AAA-UAG-CCA –3’
3’ – ----UAC-AAA-GGG-UUU--- –5’
*Recordemos que los codones de término no unen ningún anticodón.
Habiendo leído esta información, podemos concluir que el nuevo péptido formado será: Met-Fen-Pro-Lys.
Nota: Muchas enfermedades como el cáncer se deben a mutaciones que ocurren en el ADN, y que alteran por lo tanto la expresión de proteínas. En el ejemplo que acabamos de mostrar logramos traducir el mensaje escrito en términos de ARN a aminoácidos. ¿Son todas las mutaciones capaces de alterar directamente la síntesis de proteína, o existirán algunas inofensivas? Piensa en que cambio puedes realizar en un ARNm sin alterar la secuencia de aminoácidos.
4.3. Regulación de la expresión génica
Todos los seres vivos poseen un determinado genotipo, es decir, un conjunto de genes que pueden codificar para ciertas características. Como ya vimos anteriormente, los genes se encuentran en el ADN, y se expresan a proteínas (¿Siempre es así?) siguiendo el dogma central de la biología molecular. Sin embargo, no todos los genes se expresan al mismo tiempo en todas células. La expresión de proteínas determina el fenotipo de un individuo, y depende también de su relación con el ambiente.
Un gen encendido es aquel que se está expresando en una determinada célula, es decir, se transcribe, en tanto, un gen apagado es aquel que no se expresa. Tanto como para generar los distintos tipos celulares como para expresar distintas características existen distintas combinaciones de genes encendidos y apagados en las células. La maquinaria selectiva de genes se encuentra en el ADN, a través de marcas que se realizan para iniciar la transcripción (epigenética), en otras etapas del dogma no hay selectividad.
Así, una célula de hígado (hepatocito) tiene toda la información genética para formar un
organismo completo, pero tiene encendidos cierto tipo de genes que le entregan su estructura y función, que la hacen distinta a una célula de piel, de músculo, de cerebro, etc. Esta particularidad de cada célula se define como fenotipo celular.
El fenotipo es a su vez afectado por la relación del organismo con el medio. Así es como es posible observar pequeñas diferencias en organismos con material genético muy similar, como las razas de perros. Así, el fenotipo posee una plasticidad, es decir, una capacidad de responder a los cambios de ambiente, tanto en el corto como en el largo plazo.
4.4. Experimentos que avalan los postulados sobre la expresión génica
4.4.1. Experimento de Hammerling
Este científico probó la expresión génica en vegetales, en especies de alga verde del
género Acetabularia. Las especies
mediterránea y crenulata poseen un
material genético muy similar, pero poseen una diferencia notoria: la forma de sus sombreros. Hammerling comprobó primero que, al remover los sombreros, estos volvían a crecer. Luego cortó ambos sombreros e intercambió los núcleos entre las especies.
Así, mediterránea generó un sombrero de
4.4.2.Experimento de Gurdon
Gurdon tomo huevos de una rana
wild-type (manchada) y los trató con radiación UV para destruir su núcleo. Luego, tomó células indiferenciadas de intestino de otra rana (albina) en desarrollo y les extrajo el núcleo, depositándolo dentro de un cigoto de
rana Wild-type. El desarrollo
continuó hasta dar origen a una rana albina, lo que demuestra también que la expresión génica depende del núcleo que contenga la célula.
Un cigoto de un ser vivo es totipotencial, es decir, puede generar todos los tipos celulares. Conforme se produce el desarrollo, las células se van diferenciando y expresando, por lo tanto, distintos genes. Así también, es posible clasificar las células que se van originando de acuerdo a su potencialidad:
Totipotencial: Célula capaz de generar un embrión completo, incluidos anexos embrionarios (esto es el embrión mismo junto a estructuras como el saco vitelino, alantoides y otros que no formarán directamente alguna estructura corporal del organismo).
Pluripotencial: Célula capaz de generar otras células de cualquier capa germinal. Recordemos que el embrión hacia la tercera semana de desarrollo (en el ser humano) está divido en tres capas: endodermo, ectodermo y mesodermo; las que darán origen a todos los órganos y estructuras del ser vivo.
Plásmido de expresión en bacterias
Gen de la insulina humana
Gen de la insulina humana inserto en el plásmido bacteriano
Escherichia coli
Bacteria E. coli
recombinante
Multiplicación de las
bacterias humana Insulina
Producción de insulina en gran cantidad
Extracción y purificación
5. Biotecnología
El avance en los conocimientos de la biología molecular ha permitido a los científicos avanzar a su vez en la generación de mejores medicamentos, en la comprensión de enfermedades como el cáncer, la producción de combustibles alternativos, entre otros. El ADN posee un increíble potencial pues contiene toda la información necesaria de un ser vivo. Este potencial, sumado al crecimiento tecnológico de hoy, se ha traducido en el surgimiento de una rama de la ingeniería, llamada ingeniería genética, la cual consiste, básicamente en la manipulación de los genes y en la transferencia de éstos entre un organismo y otro. Así es como la utilización de material biológico para generar productos de alto valor tecnológico se conoce como biotecnología.
Existen muchas herramientas que utiliza la biotecnología para solucionar problemas que como sociedad nos incumben. A continuación detallaremos algunas de ellas:
5.1.1.ADN recombinante
Es una de las principales herramientas de la biotecnología. Los científicos han imitado mecanismos naturales que permiten utilizar la misma maquinaria natural para generar una proteína específica, como ocurre por ejemplo con la insulina recombinante.
Las bacterias poseen ADN en dos estructuras, un gran cromosoma circular, cerrado y desnudo (sin histonas) y pequeños fragmentos de
ADN circular denominados
plásmidos, que también pueden expresarse. Además, bacterias como la E. coli (flora intestinal) poseen
una serie de enzimas de
restricción, proteínas que destruyen ADN de virus u otros invasores y
permiten identificar o hacer
desaparecer segmentos del material
genético. Otra importante
herramienta es la hibridación de
5.1.2.Organismos transgénicos
Se denomina de esta forma a organismos genéticamente modificados, a los que se les agrega un gen de otro organismo emparentado o de parentesco lejano, para que exprese características nuevas. El gen insertado se denomina transgen. En las plantas, tema que ha causado una serie de discusiones en los medios, el proceso se realiza alterando el genoma de una bacteria patógena para las plantas (que producen ciertos tumores por ejemplo), produciendo una bacteria con el gen de interés y sin características mortales. Así, las plantas incorporan estos nuevos genes, que pueden prestar utilidad para: generar mecanismos de defensa contra insectos depredadores (toxinas); aumentar la productividad de los cultivos; generar productos con mayor valor nutricional; mejor aspecto y sabor; producir sustancias químicas de utilidad.
5.1.3.Proyecto Genoma Humano
Cada especie de ser vivo posee en particular un genoma. Si bien cada uno posee una combinación única de características que lo hacen distinto a cualquier otro ser humano en el planeta, hay que definir algunos conceptos para que hablar de genoma tenga sentido:
Gen: Segmento del ADN que expresa para una determinada característica. Ej: Color de ojos, proteínas de membrana, color de piel. Cada característica pueda estar determinada por uno o más genes.
Alelo: Versión específica de un gen, que en combinación con su par de la otra hebra expresan una determinada característica. Ej: Ojos azules, piel morena, distintas proteínas de membrana.
Haciendo esta distinción, podemos entrar a describir cómo se organiza el genoma de un organismo. Durante la mitosis, específicamente en la metafase, encontramos que el ADN se dispone en cromosomas, 46 en el ser humano (22 pares somáticos y un par sexual). Cada gen posee un lugar específico en el cromosoma denominado locus. Por ejemplo: el gen del grupo sanguíneo del ser humano está en un sitio específico del cromosoma 9. Además, cada cromosoma posee su par homólogo, que tiene los mismos genes pero puede tener distintos alelos para este gen. Así, la expresión queda determinada no sólo por los genes en sí, sino por el alelo que posean de cada gen (esto se detalla más al estudiar la genética clásica o mendeliana).
Además, en el área de la salud, el proyecto ha generado conocimientos en el área de diagnósticos génicos (conociendo el genotipo de una persona es posible identificar los genes de algunas enfermedades) y terapias génicas (remplazar genes defectuosos de forma permanente, aún en estudio).
Fuera del ámbito científico, el conocimiento del ADN ha permitido importantes avances en criminalística, determinación de paternidad y se está discutiendo seriamente si las instituciones prestadoras de servicios de salud tendrían derecho a conocer la predisposición a enfermedades de quienes postulan a sus servicios o a un trabajo (en caso de la cantidad de licencias que podría pedir un trabajador, por ejemplo).
7. Ejercicios PSU
1. Para que una hebra de DNA se quiebre en 2 moléculas, como lo muestra la siguiente figura.
¿Qué tipo(s) enlace(s) tiene(n) que romperse?
I. Enlace fosfodiéster.
II. Enlace peptídico
III. Enlace puentes de hidrógeno.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) Sólo I y III.
E) I, II, III.
2. ¿Cuál de las siguientes aseveraciones es FALSA?
A) El ADN es la molécula que contiene la información hereditaria.
B) Antiguamente, las proteínas eran las moléculas que contenían la información hereditaria.
C) El ADN es una molécula que no se encuentra exclusivamente en el núcleo celular.
D) Las proteínas se encuentran presente en los cromosomas y los virus.
E) El ADN es una doble hélice antiparalela.
3. ¿Cuál de esta(s) aseveración(es) es(son) VERDADERA con respecto a la estructura de ADN?
I. El azúcar que compone su estructura es una pentosa.
II. El fosfato está unido con la azúcar mediante un enlace fosfodiéster en carbono 2 y 3.
III. Todas las bases nitrogenadas de la molécula de ADN se encuentran en la misma
proporción.
IV. La base nitrogenada timina se une a la adenina con dos puentes de hidrógeno.
A) Sólo I y II
B) Sólo I y III
C) Sólo II y III
D) Sólo I y IV
E) Sólo III y IV
4. ¿Cuál es el monómero de la molécula de ADN?
A) Cromosoma.
B) Gen
C) Nucleótido.
D) Base nitrogenada.
5. Sobre el azúcar desoxirribosa que encontramos en la estructura de ADN es posible decir que:
I. Se diferencia con la ribosa del ARN en que contiene un grupo OH en el carbono 2.
II. Es una pentosa.
III.En el carbono 3 y 5 se une a un grupo fosfato.
IV.En el carbono 1 se une a una base nitrogenada.
A) Sólo I, II.
B) Sólo III, IV
C) Sólo I, II, IV
D) Sólo II, III, IV.
E) I, II, III, IV.
6. La replicación del ADN es semiconservativa porque:
A) Se conservan la mitad de las bases nitrogenadas.
B) Se obtiene una molécula de ADN con dos hebras nuevas, y la otra molécula de ADN con
dos hebras antiguas.
C) Se obtiene dos molécula de ADN, donde cada una tiene una hebra nueva y otra antigua.
D) Porque se conservan ambas las cadenas con dirección 5’ 3’.
E) Ninguna de las anteriores.
7. En una molécula de ADN encontramos:
I. La misma cantidad de purinas y pirimidinas.
II. La misma cantidad de la adenina y timina.
III. La misma cantidad de adenina y uracilo.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I, II
E) Sólo II, III
8. Como producto inmediato de la transcripción del ADN encontramos:
I. ARN inmaduro.
II. ARN maduro.
III. ARN sólo con intrones.
IV. ARN sólo con exones.
A) Sólo I
B) Sólo III
C) Sólo IV
D) Sólo I y III
9. ¿Cuál de estos factores no es requerido durante la transcripción?
A) Complementariedad de bases
B) ADN
C) ADNpolimerasa
D) ARNpolimerasa
E) Ribonucleotidos
10. El ARN mensajero que sale del núcleo se caracteriza por:
I. Poseer intrones y exones.
II. Haber pasado por un procesamiento post-transcripcional.
III. Poseer sólo exones.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E) Sólo II y III
11. La ARNpolimerasa:
A) Participa en la replicación del ADN.
B) Sintetiza el ARN desde la dirección 3’ 5’.
C) Sintetiza la hebra complementaria de ADN molde.
D) Sintetiza el ARN sin exones que saldrá del núcleo.
E) Se une al ribosoma y participa en la síntesis de proteínas.
12. Se dice que el código genético es redundante o degenerado porque:
A) Un aminoácido puede ser codificado por un solo codón.
B) Un aminoácido puede ser codificado por más de un codón.
C) Un codón codifica para más de un aminoácido.
D) Un par de bases codifica para dos o más aminoácidos.
E) Un aminoácido puede ser codificado por uno o más pares de bases.
13. Con respecto a la universalidad del código genético se puede afirmar que:
I. Si inserto un gen de humano en una bacteria debería expresarse la misma proteína.
II. Una proteína que cumple la función de transportar iones en bacterias tendrá la misma
secuencia aminoacídica que una proteína de transporte de iones en humano.
III. En todos los organismos el codón AUG codifica para una metionina.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
14. ¿Cuál será la secuencia de la hebra de ADN que se utilizó como molde para la síntesis de
ARN 5’ AUG UUU CCC AAA 3’?
A) 5’ ATG TTT CCC AAA 3’
B) 3’ ATG TTT CCC AAA 5’
C) 5’ TAC AAA GGG TTT 3’
D) 3’ TAC AAA GGG TTT 5’
E) 3’ UAC AAA GGG UUU 5’
15. Si en el código genético, cada base nitrogenada codificara para un solo aminoácido, entonces:
I. Existirían proteínas con 5 tipos de aminoácidos diferentes.
II.Existirían proteínas con 4 tipos de aminoácidos diferentes.
III.Existirían proteínas con 20 tipos de aminoácidos diferentes.
IV. No se formarían los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III y IV
D) Sólo II y IV
E) Sólo I y IV
16. ¿En cuál de las siguientes etapas del ciclo celular es posible llevar a cabo la replicación del
ADN?
A) G1
B) S
C) G2
D) Mitosis
E) Meiosis
17. Un organismo transgénico es
A) Un clon
B) Un organismo mutado
C) Un organismo al cual se le inserta un gen de otro
D) Un organismo que dona un gen a otro
E) Ninguna de las anteriores
18. El concepto: “Segmento del ADN que expresa para una determinada característica”
corresponde a
A) Gen
B) Alelo
C) Codón
D) Anticodón
Capítulo 7: Evolución
La discusión sobre si el hombre ha evolucionado o no desde los primates se aleja comúnmente del ámbito científico, siendo tratada por la antropología, la filosofía y sobre todo la teología. Las teorías evolutivas no buscan objetivos más allá de la ciencia misma, intentan a grandes rasgos comprender de dónde venimos en términos biológicos, sin intervenir con religión, filosofía u otras disciplinas.
1. Historia de las Teorías Evolutivas
Para comprender cómo llegamos a una compleja teoría de la evolución, analicemos primero el concepto mismo.
Evolución: Resultado que expresa en las poblaciones (conjunto de organismos de una misma especie, mismo período de tiempo y ubicación geográfica) el cambio en su fenotipo originado por el cambio en su genotipo a lo largo de generaciones mediante algún mecanismo.
Desde este punto de vista, muchos científicos anteriores a las publicaciones de Charles Darwin habían notado el hecho de que existían adaptaciones a lo largo del tiempo que se relacionaban con organismo y ambiente, distinto a lo propuesto por las ideologías de la época, que suponía que el mundo y las especies fueron creados tal cual hoy viven.
En este contexto se genera una discusión entre la evolución y el fixismo, pues la creencia popular de la época se basaba en una estricta idea religiosa de que la tierra había existido tal como fue creada desde hace algunos milenios, y que los organismos había sido creados por una fuerza superior sin mayores cambios respectivos. Con descubrimientos como la estimación geológica de la edad de la Tierra (unos 4.600 millones de años) e ideas como la evolución se va abriendo una espacio de discusión y posterior aceptación científica por parte de las ideas fixistas.
2. Evidencias de la Evolución
En la naturaleza es posible ubicar una serie de evidencias que muestran que las criaturas han pasado por un proceso de cambios a lo largo del tiempo.
2. Anatomía Comparada: Analizar la estructura y función de los órganos es otro factor que evidencia la presencia de cambios de acuerdo al ambiente y parentesco entre las especies. Este análisis permite reconocer:
Estructuras Homólogas: Órganos que conversan el mismo patrón estructural pero no necesariamente poseen la misma función. Ejemplo de esto son las aletas de los cetáceos, brazos de homínidos y alas de murciélagos.
Estructuras Vestigiales:
Son órganos o reacciones derivadas del proceso evolutivo y que durante el cual han perdido una función importante. Ejemplo de esto son: en el hombre el apéndice vermiforme, el reflejo de piel de gallina (vestigio del reflejo de elevación de vello
corporal en mamíferos) y los terceros molares (“muelas
del juicio”).
3. Embriología:
4. Sistemática y Taxonomía: Son ramas de la biología que estudian diversidad y relaciones de entre los seres vivos, organizándolos en distintos grupos o taxos, dándoles
una clasificación precisa. El naturalista Karl von Linneo (1707 – 1788) sentó las bases
de este modelo de clasificación, siendo Charles Darwin en su texto Origen de las Especies quien proveería una gran cantidad de información y nuevas categorías para esta rama de la ciencia. Con el paso de los años y en presencia de la Biología Molecular fue posible generar un amplio rango de clasificación, desde Dominio hasta Sub-Especie. El estudio de los organismos con este objetivo entrega grandes evidencias sobre el parentesco entre especies.
Ejemplo: Para el ser humano, su clasificación es:
Dominio : Eucariota.
Reino : Animal.
Filum : Cordados.
Clase : Mamíferos.
Orden : Primates.
Familia : Hominidos.
Género : Homo.
Especie : Homo Sapiens.
5. Bioquímica: Como ya hemos mencionado previamente, el estudio de las moléculas implicadas en los procesos biológicos ha permitido encontrar increíbles similitudes en composición, función y bases bioquímicas de los organismos. Además, el estudio del ADN permite establecer porcentualmente un parentesco o similitud genética entre especies.
3. Teorías evolutivas científicas
Dentro de las primeras teorías nos encontramos con:
3.1. Teoría de Jean B. Lamarck
Este personaje en su obra “Philosophie Zoologique” (Filosofía Zoológica, 1809) propuso la
primera teoría científica de la evolución: El Lamarckismo. Según él, las variaciones del
ambiente producen en los organismos la necesidad de cambiar sus propias estructuras con el
Las características entonces adquiridas se transmiten de generación en generación, tal que, si esta persiste, la descendencia irá acentuando el cambio hasta lograr una modificación orgánica definitiva (principio de la herencia de los caracteres adquiridos), que mediante un lento y gradual proceso de cambio, permite la aparición de una nueva especie. Para apoyar esta teoría, Lamarck expuso el ejemplo de las jirafas y su largo cuello que permite alimentarse de hojas de árboles de mayor dimensión.
Ejemplo de las jirafas de Lamarck
3.2. Teoría de Darwin-Wallace
Casi 50 años después de publicadas las ideas de Lamarck, en 1859 el naturalista inglés Charles
Darwin publica su magistral obra “Sobre el origen de las especies por medio de la selección natural o la preservación de las variedades mejor adaptadas en la lucha por la vida”. Al mismo
tiempo, el científico A.R. Wallace publica sus trabajos, descubriendo los mismos mecanismos de evolución.
La teoría de Darwin-Wallace se puede resumir en dos hipótesis:
Todas las especies (vivientes o extintas) descienden sin interrupción desde una o varias formas ancestrales de vida.
Los hechos que avalan esta teoría son los siguientes:
Las poblaciones en la naturaleza se reproducen a una tasa mayor de la que el ambiente soporta.
Los individuos de una población presentan variabilidad en sus características. Los individuos de una población compiten por los recursos escasos disponibles.
Sobreviven los individuos más aptos, traspasando “algo” a la siguiente generación para conservar dicha adaptación.
Las bases de la inspiración de Darwin para plantear su revolucionaria teoría son:
Durante su viaje por las costas de Sudamérica (incluido Chile) en la fragata Beagle
(1831-1836) a cargo del capitán Fitz Roy recolectó una gran cantidad de especies
vegetales y observó increíbles fenómenos de especiación en el archipiélago de Las Galápagos.
Hipótesis de Charles Lyell (geólogo), quién propuso una continua evolución en la
Tierra tal como ocurrió en eras geológicas pasadas.
Lectura de las publicaciones del economista John Malthus, quien sostuvo que la
población crecía a una tasa exponencial y los recursos de forma aritmética, siendo el ritmo de crecimiento evidentemente mayor para la población, haciendo necesaria la ocurrencia de crisis y hambrunas.
3.3. Teoría de Hugo de Vries
En 1901, el científico propuso una nueva explicación del proceso evolutivo, basada en un concepto de mutación. En aquel entonces, De Vries llamó mutación a la variación repentina de un rasgo de un individuo, asignándole una importancia fundamental como agente evolutivo. El proceso evolutivo ocurre gracias a la aparición de una serie de cambios repentinos en el germinoplasma y es la selección natural la que determina cuales de estas mutaciones son adaptativas o no. De modo que el proceso de cambio evolutivo ya no es gradual sino repentino tal que una especie ancestral puede dar origen abruptamente a una nueva especie, lo que permite
explicar, entre otras cosas, el porqué de lo “discontinuo” del registro fósil (teoría saltacionista).
A principio del siglo XX, en presencia de un pobre registro fósil, la teoría mutacionista tomo alto peso. Sin embargo, con la aparición de antecedentes biológicos moleculares, sería la teoría
sintética la que tomara mayor peso, descartando estos cambios “repentinos” en los individuos y
buscando explicar este “algo” que nombraba Darwin que pasaba de generación en generación.
3.5. Teoría Sintética de la Evolución
Si bien la teoría de Darwin-Wallace acertó en importantes hechos de la evolución, quedaba en el
aire la explicación fundamental de dichos sucesos, lo que Darwin llamó un “algo” que se
transmitía de generación en generación. Con los avances de la biología molecular, bioquímica y genética poblacional nace la Teoría Sintética de la Evolución, que toma los hechos de Darwin y les entrega un fundamento genético. Para comprender esta teoría se deben definir los siguientes conceptos:
Población: Conjunto de individuos de una misma especie que comparten un lugar y tiempo específico. Al conjunto total de genes de esta población se le denomina pool génico o reservorio génico.
Frecuencia alélica: Es la frecuencia con que se encuentra en una población el alelo de un gen en específico.
Mutación: Cambios espontáneos y azarosos en la secuencias de nucleótidos del ADN individual que alteran el pool génico.
Migraciones: Llegada (inmigración) y salida (emigración) de individuos de una población.
Reordenamiento de genes: Durante la meiosis (reproducción sexual) se lleva a cabo un
reordenamiento de genes (crossing over y permutación cromosómica), el cual aumenta
la cantidad de combinaciones posibles entre alelos de los genes.
Entre los eventos antes mencionados se genera un flujo de genes en la población, los cuales por la reproducción son transmitidos a la descendencia, por lo cual, se cumple lo propuesto por Darwin pues la evolución se observa en las poblaciones y no en los individuos (como proponía Lamarck).
La teoría sintética concluye entonces que la evolución se debe principalmente a:
Variabilidad genética heredable en la población (mutaciones, migraciones, meiosis).
Selección Natural: éxito reproductivo diferencial de las distintas variantes genéticas que actúa sobre el fenotipo de los individuos.
Deriva genética aleatoria: Cambios azarosos en las frecuencias alélicas de la población. No producen específicamente adaptación.
4. Bases genéticas de la evolución
Entonces, se concluye que el factor que faltaba considerar en las hipótesis de Darwin era la existencia de los genes alojados en el ADN celular. Estos genes poseen una determinada variabilidad y determinan finalmente el fenotipo de los individuos, el cual en su relación con el ambiente está sujeto a la selección natural que provoca un éxito reproductivo diferencial, donde prevalecen en la población aquellos genes (genotipo) que implican un fenotipo mejor adaptado, pues, en general, estos individuos sortean mejor la competencia por sobrevivir que mencionaba el naturalista inglés.
Pero la herencia es un tema de investigación desarrollado aparte por el monje Gregor Mendel. La genética mendeliana nos indica cómo pueden combinarse los alelos para un gen, y como hemos estudiado anteriormente, la forma más simple de combinación corresponde al monohibridismo con dominancia completa. En este caso, nuestra población mendeliana combinará idealmente los genes dando origen a individuos homocigotos dominantes (AA), heterocigotos (Aa) y homocigotos recesivos (aa), para los alelos de un gen específico (A = dominante y a = recesivo).
El estudio de una población mendeliana nos ayuda a comprender cómo actúa la evolución, puesto que en las poblaciones biológicas no siempre está presente un equilibrio génico que derive de una combinación azarosa de los alelos para un gen.
Equilibrio de Hardy-Weinberg: Se dice que una población mendeliana se encuentra en equilibrio de Hardy-Weinberg (población ideal) cuando se cumple que las probabilidades fenotípicas para un gen son sucesos complementarios. Esta población no sufrirá evolución en el período de tiempo en que esto se cumpla.
Para que esto se cumpla, en la población es necesario:
Gran tamaño poblacional, para tener un efecto despreciable de la deriva genética. Apareamiento aleatorio (panmixia).
Sin migraciones. Sin mutaciones. Sin selección natural.
Podemos fácilmente decir que estas condiciones no se cumplen prácticamente en ninguna población, pero nos ayudan a interpretar el efecto de cada uno de los causantes de una evolución, los que en particular no se relacionan con la adaptación directamente, pero sí al largo plazo y bajo la acción de selección natural determinan el futuro de una población.
5. Selección Natural
La selección natural es el fundamento evolutivo que relaciona los fenotipos presentes con el ambiente en que se desarrollan. De no existir, los cambios en una población se deberían simplemente al azar y existirían una enorme variedad de fenotipos. Ésta opera de tres maneras diferentes:
Selección Estabilizadora: Se ven favorecidos los individuos que presentan un fenotipo estándar o promedio en la población. Este es el tipo de selección que se da en la mayoría de las poblaciones a lo largo de la historia biológica, por lo cual la velocidad de evolución es relativamente lenta.
Selección Direccional: Es aquella que selecciona a un fenotipo extremo de la población. En el largo plazo, esta provocará una tendencia evolutiva en la población generando evolución.
Selección Disruptiva o Diversificadora: Selecciona ambos fenotipos extremos de la población, generando en el largo plazo una disrupción en la curva de fenotipos. Es poco frecuente en las poblaciones biológicas.
Adicionalmente, en cada población opera la selección sexual, la cual incluye la selección
El resultado final de las selección natural corresponde a la adaptación, proceso en el cual uno o más rasgos fenotípicos cuya frecuencia alélica en la población es el resultado del incremento del éxito reproductivo relativo a versiones alternativas del rasgo. La adaptación no es resultado de la necesidad provocada por una presión selectiva (como suponía Lamarck), sino que preceden a estos cambios y se hacen notorios en presencia de dicha condición.
6. Especiación
Es el surgimiento de nuevas especies a partir de otras prexistentes, producto de los mecanismos evolutivos antes estudiados. El principal hecho que determina la existencia de especiación efectiva es el aislamiento reproductivo. Este es el conjunto de características morfológicas, comportamientos y procesos fisiológicos que impiden que los miembros de dos especies diferentes generen descendencia fértil. Para que surja una nueve especie debe ocurrir que ya no pueda reproducirse con la especie precedente (especiación biológica).
Las diferentes barreras biológicas que permiten este proceso se pueden clasificar en:
o Aislamiento precigótico: Impiden la formación del cigoto. Por ejemplo:
Temporal (tiempo de apareamiento distintos), Ecológico (diferente hábitat), Etológico (diferente comportamiento de cortejo), Mecánico (órganos reproductivos incompatibles), Gamético (los gametos no son capaces de fusionarse).
o Post cigótico: Impiden que el individuo nacido se pueda reproducir. Por
ejemplo: Inviabilidad de los híbridos, estirilidad de los híbridos.
La especiación puede clasificarse en:
Alopátrida: Es aquella que ocurre cuando se constituye una nueva población a partir de una población prexistente que fue separada
geográficamente siendo cada
grupo sometido a distintas
presiones de selección que generan aislamiento reproductivo. Ejemplo de ello son los pinzones de Darwin de las Islas Galápagos.
Simpátrida: Especiación generada en un mismo lugar geográfico.
Ejemplo clásico es la
alopoliploidía, un mecanismo de especiación en común en las plantas, en la cual individuos poliploides (3n o 4n) tras la
meiosis generan nuevamente
7. Tipos de evolución
Los efectos de los genes constituyen los sucesos que provocan la microevolución de los
organismos, los cuales a través de la especiación se expresan en grandes organismos constituyendo así la macroevolución. Esta última se puede caracterizar como:
Convergente: Genera características similares. Poblaciones sujetas a presiones selectivas similares evolucionan generando estas estructuras análogas.
Divergente: Ocurre cuando una población genera características disímiles cuando provienen de un ancestro común. Esto genera las ya revisadas estructuras homólogas y las diferencias entre distintas especies de un género (como el oso polar,
Ursus maritimus, y el oso pardo, Ursus erector).
Anagénesis: Cambio gradual a nivel del tiempo geológico, observando pasajes de una especie a otra con los respectivos eslabones intermedios.
Radiación Adaptativa: Corresponde a una diversificación repentina que posibilita la invasión de una nueva zona adaptativa. Ejemplo de ello es lo que ocurrió con la adaptación de los seres vivos a la vida terrestre (huevo amniota en los reptiles).
Extinción o Cuello de Botella:
Determinadas condiciones pueden
10. Ejercicios PSU
1. Son estructuras homólogas:
I. Alas de Aves y Aletas de Peces.
II. Alas de Aves y Aletas de Cetáceos.
III. Piernas humanas y Patas de caballo.
A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo III.
D) I y II.
E) II y III.
2. La selección natural se puede definir correctamente como:
A) La competencia de individuos por el alimento.
B) La supervivencia del más fuerte.
C) La sobrevivencia de individuos con caracteres aptos para el ambiente en un momento
dado.
D) La ausencia de recursos que implica una selección de quienes puedan alimentarse.
E) La prevalencia reproductiva de los organismos con características aptas.
3. Son evidencias importantes sobre la evolución:
A) La evidencia acumulada por estudio de registro fósil.
B) La similitud embriológica entre distintas especies.
C) La presencia de recursos escasos.
D) A y B son correctas.
E) A y C son correctas.
4. Según Lamarck, la existencia de dientes planos en los herbívoros se debe a:
I. Las mutaciones producidas en los ancestros de dichos seres vivos.
II. El objetivo de mejorar la alimentación comenzó a aplanar los dientes.
III. La selección de individuos con alimentación más eficiente.
A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo III.
D) I y II.
5. La presencia de órganos vestigiales apoya la existencia de una evolución puesto que:
A) Demuestra parentesco entre dos o más especies.
B) Demuestra que con las necesidades del ambiente se traspasan las características
favorables.
C) Muestra la respuesta del organismo al ambiente.
D) Enuncia la presencia de mutaciones.
E) Sugiere mutabilidad o cambio en las estructuras
6. El hecho de que una población de moscas ecuatorianas vivan en un racimo de plátanos y
moscas de la misma especie en Chile vivan en un racimo de uvas implica que seguramente entre ellas:
I. Están sujetas a distintas presiones de selección.
II.Su frecuencia genotípica será diferente.
III. No existe aislamiento reproductivo.
A)Sólo I
B)Sólo I y II C)Sólo I y III D)Sólo II y III E)I, II y III
7. En una población mendeliana en equilibrio génico (de Hardy-Weinberg) la cantidad de
individuos es de 50.000. Se sabe que de ellos, 21.000 poseen el rasgo heterocigoto, entonces la cantidad de homocigotos (dominantes y recesivo) será:
A) 15.000
B) 4.500
C) 24.500
D) 29.000
8. Un investigador está probando el efecto de un antibiótico A sobre una población de parásitos unicelulares. Para ello, se grafica la distribución proporcional de la población para el rasgo de resistencia al antibiótico A previamente al experimento y posterior al experimento en el gráfico siguiente:
Al respecto es posible afirmar que:
I. Ocurre una selección natural direccional.
II.Son favorecidos los individuos con menor resistencia a A.
III. La cantidad total de individuos aumenta en el tiempo.
A)Sólo I.
B)Sólo II
C)I y II. D)I y III. E)I, II y III.
9. Tras la desaparición de los dinosaurios, la población de especies de reproducción vivípara
aumento considerablemente, surgiendo una gran diversidad de mamíferos. Este suceso puede designarse en particular como:
A) Radiación adaptativa.
B) Selección direccional.
C) Cuello de Botella.
D) Selección disruptiva.
10. Se establece una barrera geográfica entre dos especies A y B, quedando separadas por una colina por la que ningún individuo puede cruzar. Al cabo de un largo período se encuentran un individuo de A y otro de B, hubo especiación:
I. De tipo alopátrida (si es que se presentó).
II. Si presenta características notoriamente diferentes.
III. Si no pueden generar individuos fértiles.
A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo III.
D) Sólo I y III. E) I, II y III.
11. El apéndice humano es un ejemplo de estructura:
A) Análoga
B) Homóloga
C) Vestigial
D) Embriológica
E) Fósil
12. ¿Cuál de las siguientes alternativas no corresponde a un requisito para que se cumpla el equilibrio de Hardy- Weinberg?
A) Selección natural
B) Gran tamaño poblacional
C) Ausencia de migraciones
D) Apareamiento aleatorio
E) Ausencia de mutaciones
13. El cambio gradual a nivel del tiempo geológico en una especie, que la lleva a transformarse
en otra, pasando por los respectivos eslabones intermedios, corresponde al tipo de evolución conocido como
A) Anagénesis
B) Cladogénesis
C) Convergente
D) Divergente
14. ¿Cuál(es) de los siguientes tipos de selección natural contribuye(n) a disminuir la diversidad?
I.Estabilizadora
II. Direccional
III. Disruptiva
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E) Sólo I y III
15. Corresponde a un tipo de aislamiento poscigótico
A) Diferencia en la época de apareamiento
B) Órganos reproductivos incompatibles
C) Distinto habitat
D) Híbrido estéril
E) Distinto ritual de cortejo
16. Según la teoría sintética de la evolución, ésta se debe principalmente a
A) Mutación
B) Migración
C) Deriva génica aleatoria
D) Selección natural
E) Todas las anteriores
17. La mula es un animal estéril, resultado de la cruza de un potro con una burra. Corresponde a
un ejemplo de
I. Un híbrido
II. Aislamiento reproductivo poscigótico
III. Selección natural
A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo III.
D) Sólo I y II.
E) Sólo I y III.
18. El concepto de panmixia se refiere a
A)Mutación
B)Apareamiento aleatorio
C)Fusión de gametos
D)Meiosis
Capítulo 8: Sistema Nervioso
1. Conceptos básicos
La forma más simple de definir sistema nervioso es decir que se trata de una red de células
nerviosas interconectadas llamadas neuronas. Estas poseen largas prolongaciones que les
permiten mantener conexiones a lo largo de todo el organismo, mediante un proceso conocido
como sinapsis, tanto con otras neuronas como con otras células como las musculares
(contráctiles).
El reino animal es el único que posee esta especial característica. Algunos invertebrados presentan un sistema nervioso primitivo formado por algunas células nerviosas que estimulan a células contráctiles. Posteriormente, los sistemas nerviosos han evolucionado hacia la centralización, en especial por la aparición de la placa neural y la notocorda (Phylum Chordata
o Cordados). Es así como algunos gusanos planos (Phylum Anelidos) y lombrices presentan un
sistema nervioso formado por un cordón ventral que coordina los movimientos estableciendo comunicación con células contráctiles, de manera coordinada.
Finalmente, en vertebrados es posible distinguir dos grandes divisiones nerviosas, el sistema
nervioso central (SNC) formado por el encéfalo y la médula espinal y el sistema nervioso periférico (SNP) formado por haces de fibras nerviosas llamados nervios, y por ganglios, que son agrupaciones de cuerpos neuronales.
Además de las células nerviosas propiamente tales, existen una serie de otros tipos celulares que
en conjunto se conocen como células gliales, que participan de la protección, sostén y
2. Componentes principales del Sistema Nervioso
Incluso el comportamiento más simple requiere de una coordinada interacción entre una serie de componentes. Es así como en el sistema nervioso se distinguen:
Receptores (componente sensorial): Capta los estímulos del medio y los traduce a impulsos nerviosos.
Procesador de Información: Corresponde al SNC, el cual recibe los impulsos nerviosos de las vías aferentes (sensitivas) y los procesa para generar una respuesta, la cual es conducida por las vías eferentes (motoras).
Efectores: Corresponde a otras células que interactúan con las neuronas de la vía eferente (a través de la cual se envía la información del SNC) y generan la respuesta al estímulo del medio.
A partir del esquema de la figura anterior es posible reparar en lo siguiente:
Anatómicamente, el componente receptor está a cierta distancia del SNC, lo que implica que debe existir un mecanismo de comunicación.
Las respuestas son altamente específicas. Ejemplo: Si un brazo recibe un estímulo como el calor de una llama, es el mismo brazo el cual se apartará del fuego (no reacciona cualquier órgano a cualquier estímulo).
Las respuestas son extremadamente rápidas.
