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La figura representa una célula eucariótica en la que se observan diferentes estructuras.

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Academic year: 2021

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BLOQUE 1

La figura representa una célula eucariótica en la que se observan diferentes estructuras.

a) Se trata de una célula animal o vegetal?. Apoye su afirmación con dos razones. b) Indique el nombre de cada una de las estructuras numeradas del 1 al 7.

c) Con una máximo de diez palabras en cada caso, indique una de las funciones de cada una de las estructuras numeradas del 1 al 7.

BLOQUE 2

La figura representa el ciclo de división celular en eucariotas.

a) Indique la correspondencia entre los números del esquema y las diferentes etapas de la mitosis o de la interfase.

b) Indique, mediante un esquema, en qué consiste la etapa número 6.

c) ¿En qué periodo se produce la replicación del DNA?. Indique, mediante un esquema, qué se entiende por replicación semiconservativa del ADN.

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BLOQUE 3

a) La figura representa una molécula de fosfoglicérido (Fosfatilcolina). ¿Qué función importante desempeñan los fosfoglicéridos en los seres vivos?.

b) Indique una característica de la molécula de los fosfoglicéridos que sea importante para dicha función.

c) Indique una función de un lípido que no contenga ácidos grasos.

BLOQUE 4

a) Dibuje un esquema de una mitocondria, en el aparezcan señalados 5 componentes o estructuras.

b) La figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. ¿Cómo se denominan los procesos señalados 1 y 2?. Indique en qué lugares de la mitocondria se producen estos dos procesos.

c) Si en una familia, los padres muestran diferencias en su ADN mitocondrial. ¿Cómo será el ADN mitocondrial de los hijos: como el de padre, como el de la madre, o intermedio?. ¿Por qué?.

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BLOQUE 5

El siguiente segmento de ARNm codifica un segmento intersticial de un polipéptido (los diferentes codones aparecen subrayados):

5´ GGC CUA CAU CCG CAG ACA GCC 3´

a) Determine la secuencia de las dos hebras del fragmento de ADN del que proviene este ARN y la correspondiente secuencia de aminoácidos que origine un codón sin sentido (final).

b) Indique una substitución (mutación) en el correspondiente segmento de ADN que origine un codón sin sentido (final).

c) Las palabras del código genético (codones) están formadas por tres letras (bases). ¿Por qué razón no pueden estar formadas por dos letras?.

BLOQUE 6

a) Dibuje un esquema de la estructura básica de la cromatina indicando los elementos que la componen.

b) ¿Por qué son idénticas las dos cromátidas de un cromosoma?.

c) Las figuras A y B representan los cariotipos de dos individuos de la misma especie. El cariotipo de la figura A es normal. El que aparece en la figura B representa una mutación cromosómica obtenida tras un tratamiento con rayos X. Se trata de una inversión. Explique, con un esquema, en qué consiste una mutación.

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Bloque 1. Solución:

a) Sin lugar a dudas, el esquema corresponde a una representación gráfica de la estructura

interna de una célula eucariota vegetal. Estructuras y orgánulos característicos de las células vegetales tales como la pared vegetal, los cloroplastos y las vacuolas están presentes en el esquema.

b) Las estructuras representadas en la figura mediante números son las siguientes:

1. Aparato de Golgi. 2. Cloroplasto. 3. Mitocondria. 4. Vacuola. 5. Cromatina. 6. Nucléolo. 7. Pared celular.

c) Las funciones más importantes que realizan las diferentes estructuras son:

1. Aparato de Golgi: se encarga del almacenamiento y transporte de sustancias en el citoplasma.

2. Cloroplasto: su función es realizar la fotosíntesis.

3. Mitocondria: realiza la respiración celular aerobia que produce energía en forma de ATP. 4. Vacuola: mantiene el volumen celular y la presión de turgencia mediante la acumulación de sustancias.

5. Cromatina: es la macromolécula portadora de la información hereditaria o genética. 6. Nucléolo: realiza la síntesis del ARNr que al ensamblarse con proteínas constituye las subunidades ribosómicas.

7. Pared celular: estructura externa que da soporte mecánico y protege a la célula.

Bloque 2. 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.

- 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.

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La mitosis está dividida en cuatro fases que se corresponden con los siguientes números indicados en la figura: Profase (nº 4), Metafase (nº 5), Anafase (nº 6) y Telofase (nº 7). La interfase comprende a su vez tres períodos que se corresponden con los números de la figura: G1 (nº 1), S (nº 2) y G2 (nº 3).

b) La anafase es la tercera fase de la mitosis. Durante la misma, las cromátidas, que ya pueden

considerarse como cromosomas hijos, se dirigen hacia los polos celulares.

c) La replicación del ADN tiene lugar en período S de la interfase. El nombre de este período

proviene de “síntesis” ya que durante esta fase ocurre la replicación del ADN y la síntesis de proteínas e histonas. Cada molécula de ADN se replica en dos moléculas idénticas de ADN; de modo que las histonas y las otras proteínas cromosómicas se unen rápidamente al nuevo ADN. Comienza la duplicación del diplosoma, al formar cada centriolo otro perpendicular a él.

La replicación semiconservativa del ADN fue propuesta por Watson y Crick y demostrada experimentalmente por Meselson y Stahl en 1957. La replicación del ADN tiene lugar durante el período de síntesis del ciclo celular o fase S de la interfase, y es semiconservativo 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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Bloque 3. Solución:

a) Los fosfoglicéridos son lípidos saponificables que también se denominan fosfolípidos y

son los principales componentes de las membranas biológicas.

Químicamente están compuestos por una molécula de glicerina esterificada en el carbono 3 con un grupo fosfato (glicerol-3-fosfato) y en los carbonos 1 y 2 por sendos ácidos grasos. El grupo fosfato está unido mediante enlace éster a un sustituyente polar que puede ser un aminoalcohol (este es el caso del ejemplo, la colina) o un polialcohol.

b) Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, es decir, poseen una región polar hidrofílica

constituida por el grupo fosfato y los sustituyentes polares unidos a él, y otra región apolar

hidrofóbica formada por los ácidos grasos que se esterifican con la glicerina. El carácter

anfipático de los fosfolípidos los hace especialmente idóneos para formar parte de la estructura de las membranas celulares.

Los fosfolípidos cuando se encuentran en medio acuoso, se asocian formando varios tipos de estructuras. En ellas, los grupos hidrófilos se orientan hacia las moléculas de agua e

interaccionan con ella mediante puentes de hidrógeno y los hidrófobos se alejan

interaccionando entre sí mediante fuerzas de Van deer Waals y ocultándose dentro de la estructura.

En el caso de las membranas celulares los fosfolípidos constituyen bicapas. En éstas, las cadenas hidrofóbicas se orientan hacia en interior, mientras que las cabezas polares están en contacto con el medio acuoso existente a cada lado de la bicapa. Son estructuras que separan dos medios acuosos.

c) Los lípidos insaponificables no pueden realizar la reacción de saponificación ya que

carecen de ácidos grasos en su estructura molecular, es decir, carecen de enlaces ésteres que producen jabones por hidrólisis alcalina.

Los lípidos insaponificables se clasifican en esteroides, terpenos y prostaglandinas.

Por ejemplo, entre los esteroides destacan los esteroles, que incluyen numerosas moléculas de interés biológico, tales como el colesterol. Esta molécula es un compuesto policíclico,

derivada del ciclopentanoperhidrofenantreno, y que es componente de las membranas celulares eucariotas, en las que se intercala entre las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos y glicolípidos, con lo que confiere estabilidad y fluidez a la membrana.

Bloque 4. Solución:

a) La mitocondria es un orgánulo citoplasmático presente de forma permanente en las células

eucariotas, cuya función es fundamentalmente energética al intervenir en la respiración celular aerobia.

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Las mitocondrias presentan formas variables, observándose al microscopio electrónico como formaciones filamentosas o granulares. Sin embargo, suelen tener forma cilíndrica, a modo de bastón. El diámetro suele ser constante y oscila entre las 0,5 y 1 µm. Su estructura se observa en corte longitudinal. Son orgánulos limitados por una doble membrana: la membrana mitocondrial externa es lisa, mientras que la membrana mitocondrial interna forma unas invaginaciones o repliegues denominadas crestas mitocondriales. Entre ambas membranas existe un espacio intermembranoso. El espacio delimitado por la membrana interna es la matriz mitocondrial y contiene, entre otros componentes, ADN y ribosomas.

b) Los procesos 1 y 2 señalados en el esquema son respectivamente, el ciclo de Krebs y la

cadena de transporte electrónico o cadena respiratoria.

El ciclo de Krebs se caracteriza por una serie de reacciones que se desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el denominado ciclo. El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se encuentran todas las enzimas necesarias para su

funcionamiento.

La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimas oxidorreductasas que recogen los electrones de las coenzimas reducidos obtenidos en fases catabólicas anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua. Las moléculas transportadoras que constituyen esta cadena de transporte electrónico se encuentran ubicadas en la membrana de las crestas mitocondriales.

c) El ADN mitocondrial de los hijos será un ADN intermedio del de los padres.

Las mitocondrias se dividen por bipartición igual que las células procariotas. No obstante, las células que las contienen provienen de una única célula, el zigoto, que origina un ser

pluricelular mediante múltiples mitosis.

Los seres humanos nos reproducimos sexualmente y mediante meiosis formamos los gametos. La fusión de dos gametos (óvulo y espermatozoide) da lugar a la formación de un zigoto.

La división por meiosis de una célula da lugar a la formación de cuatro células haploides con la mitad de la información genética y genéticamente distintas entre sí y a la célula madre. Durante el proceso meiótico tiene lugar un intercambio de material genético o recombinación génica entre las cromátidas de los cromosomas homólogos.

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Los cromosomas homólogos corresponden a los de los padres, por esta razón, los gametos contienen la información de ambos progenitores.

Bloque 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 ADN a partir de la secuencia de ARNm transcrito de la figura hay que tener en cuenta:

1. La ley de complementaridad de bases. La timina es una base nitrogenada exclusiva del ADN y el uracilo del ARN.

2. El sentido de síntesis de las ARN polimerasas.

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:

ARNm 5´ GGC CUA CAU CCG CAG ACA GCC 3´

ADN 3´ CCG GAT GTA GGC GTC TGT CGG 5´

5´ GGC CTA CAT CCG CAG ACA GCC 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.

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Basándonos en estas condiciones, la secuencia de aminoácidos codificada a partir del ARNm es la siguiente:

ARNm 5´ GGC CUA CAU CCG CAG ACA GCC 3´

Secuencia de Nt- Gly – Leu – His – Pro – Gln – Thr –Ala –Ct

aminoácidos

b) Un gen es un segmento de ADN con la información necesaria para la síntesis de una

cadena polipeptídica. La secuencia de nucleótidos de ese gen es específica para cada cadena polipeptídica. Cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos de un gen conduce a

alteraciones o cambios en la molécula que codifica.

El código genético posee señales de inicio y final de la lectura, que vienen codificadas por codones de iniciación (AUG) y de finalización (UAG, UAA y UGA). Estos codones también reciben el nombre de codones sin sentido.

Las mutaciones moleculares, también denominadas puntuales, son las que afectan a la secuencia de nucleótidos.

Para poder originarse un codón sin sentido debe producirse una mutación puntual por

sustitución de nucleótido. En el caso del ADN de nuestro ejemplo, la única posibilidad para

originar un codón sin sentido es que se produzca la siguiente mutación por sustitución:

ADN 3´ CCG GAT GTA GGC ATC TGT CGG 5´

5´ GGC CTA CAT CCG CAG ACA GCC 3´

La nueva secuencia del ARNm que origine un codón sin sentido será:

ARNm 5´ GGC CUA CAU CCG UAG ACA GCC 3´

c) 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.

Para descifrar el código genético se utilizó como hipótesis de trabajo que tres bases (un

codón) codificaban un aminoácido, ya que el número de secuencias posibles formadas por tres nucleótidos es 43 = 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 42 = 16 y, por tanto, no sería un número suficiente para codificar los 20 aminoácidos.

Bloque 6. Solución:

a) La cromatina es la sustancia fundamental del núcleo de células eucariotas en interfase.

La observación de la cromatina al microscopio electrónico revela una constitución fibrilar de 30 nm. Si se somete a tratamientos de descondensación, cada fibra cromatínica aislada

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al asociarse a proteínas histonas. Fue en 1974, Kornberg quien afirmó que estructuralmente la cromatina está formada por unidades secuenciales compuestas por un glóbulo central o núcleo histónico alrededor del cual se enrosca el ADN.

Cada “cuenta” del collar, con forma esférica, discoidal o ligeramente cilíndrica, Dudet y colaboradores le dieron el nombre de nucleosoma. Los nucleosomas 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 H2A, dos moléculas de H2B,

dos moléculas de H3 y otras dos de H4). La histona H1 no forma parte del nucleosoma, sino

que se une a los segmentos de ADN que los relacionan.

En la actualidad se admite que la fibra de cromatina tiene una estructura plegada en forma de solenoide con distintos grados de espiralización. La espiralización de primer grado

corresponde con la fibra de 30 nm (E), mientras que la de segundo grado corresponde con la de diámetro de 300 nm (D). Así, sucesivamente hasta llegar a la “superespiralización” en el momento de iniciar la mitosis, en la que la cromatina se condensa para forma los

cromosomas. La letra B representa un segmento de cromosoma, es decir, el mayor grado de espiralización de la cromatina.

b) Las cromátidas hermanas representan dos moléculas ADN idénticas ya que provienen de

la duplicación del ADN en el periodo de interfase. Según la hipótesis semiconservativa de replicación del ADN, la molécula de ADN se escinde en sus dos cadenas y cada una de ellas dirige la síntesis de su complementaria, formándose dos moléculas idénticas, con una hebra antigua y una hebra nueva cada una.

c) Las mutaciones estructurales a nivel cromosómico son las que afectan a la secuencia

normal de los hipotéticos fragmentos en que podría subdividirse transversalmente un

cromosoma. Muchas de ellas son apreciables al microscopio gracias a las técnicas de bandeo de cromosomas con tinciones específicas. Pueden producirse por inversión, por deleción, por duplicación o por translocación de un fragmento cromosómico.

Una mutación cromosómica por inversión produce el cambio de sentido de 180º de un segmento cromosómico y, por tanto, la inversión de los genes contenidos en él, con el consiguiente cambio en la información genética respecto a la determinada en la secuencia típica.

En la figura, la mutación por inversión ha tenido lugar en la pareja de cromosomas homólogos número cuatro.

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Referencias

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