1. Moléculas Biológicas Fundamentales: ADN, ARN y Nucleótidos

En relación con la figura adjunta, conteste las siguientes cuestiones:

a) Indique los nombres de las tres moléculas representadas con los números I, II y III y describa en un par de líneas su función.

• I. ARNm: Se encarga de transmitir la información codificada por el ADN de las células hasta los ribosomas, que son los puntos de síntesis de proteínas.
• II. ADN: Almacena la información genética de la célula (genes), utilizada para el funcionamiento celular. Contiene las instrucciones para la síntesis de proteínas y ARN, y transmite esta información de generación en generación.
• III. ARNt: Interviene en la síntesis de proteínas, uniéndose a un aminoácido específico que transporta hasta el ribosoma.

b) Indique el nombre de los monómeros que constituyen estas moléculas y el nombre del enlace por el que se unen.

• Monómeros: Nucleótidos.
• Enlace: Enlace fosfodiéster o enlace nucleotídico.

c) Escriba los nombres de los componentes 1 y 2.

• 1: Desoxirribosa
• 2: Grupo fosfato

d) Identifique los enlaces representados como puntos en la figura II.

Puentes de hidrógeno o enlaces de hidrógeno.

e) Al analizar la molécula II completa, se determina que su contenido de “A” es de un 30%. ¿Cuál será su contenido de “C”? Razónelo.

La adenina (A) es complementaria con la timina (T), y la guanina (G) es complementaria con la citosina (C). Si el 30% del contenido corresponde a A, otro 30% corresponderá a T. El 40% restante debe repartirse a partes iguales entre C y G; por lo tanto, habrá un 20% de C.

2. Ósmosis y Comportamiento Celular en Diferentes Medios

La imagen adjunta representa una suspensión de eritrocitos introducidos en tres disoluciones de NaCl de diferente concentración.

a) ¿Cuál es el nombre del proceso representado?

Ósmosis.

b) Dada la reacción de estas células, explique cómo debe de ser la concentración salina de la disolución en cada caso (A, B y C), razonando el motivo por el que cambian de forma las células.

En todos los casos, el agua tenderá a moverse, a través de la membrana semipermeable, del compartimento más diluido al que tiene una mayor concentración de solutos, hasta que se igualen las concentraciones. Teniendo en cuenta esto, podemos deducir que:

• En la situación A, el medio es hipertónico o hiperosmótico, es decir, el medio extracelular tiene una mayor concentración de solutos que el interior de las células, por lo que las células han perdido volumen de agua y muestran ese aspecto.
• En la situación B, el medio es isotónico o isoosmótico, es decir, la concentración del medio es similar al intracelular, por lo que no ha habido ni una pérdida ni una ganancia neta de agua, lo que hace que conserven su volumen.
• En el caso C, el medio es hipotónico o hipoosmótico (respecto al interior celular), por lo que el agua entrará en las células, hinchándolas y llegándolas a romper.

c) ¿Cómo se llama el fenómeno que están sufriendo las células en el caso A? ¿Y en el caso C?

• A) Crenación o crenasis.
• C) Turgencia (o lisis celular o hemólisis por tratarse de eritrocitos). Aunque la turgencia y la lisis celular no son exactamente lo mismo, la imagen ilustra ambos fenómenos en el caso C.

d) En base a los tipos de transporte que pueden darse en la membrana, si estas células se quedaran sin ATP en su interior, ¿este proceso seguiría ocurriendo? Razone su respuesta.

Sí, ya que se trata de un transporte pasivo a través de la membrana, es decir, el agua se mueve sin que suponga un coste de energía (ATP) para la célula, a favor de gradiente.

3. Orgánulos Celulares y Tipos de Células

a) Indique qué orgánulos son los marcados con los números 1 y 2.

• 1: Mitocondria
• 2: Retículo endoplásmico rugoso

b) Explique en un par de líneas la función principal de ambos orgánulos.

• Retículo endoplásmico rugoso (RER): Se encarga de la síntesis y almacenamiento de proteínas. Las proteínas se sintetizan en los ribosomas de su membrana.
• Mitocondria: Están implicadas en la mayor parte de las reacciones oxidativas celulares y obtienen energía a través de ellas que almacenan en forma de ATP mediante la respiración celular.

c) La fotografía, ¿podría pertenecer a una célula procariota? ¿Y vegetal? ¿Y animal? Razónelo.

• No, no podría pertenecer a una célula procariota porque estas carecen de orgánulos membranosos.
• Sí, podría tratarse de una célula vegetal, dado que estas poseen orgánulos membranosos, incluyendo mitocondrias y RER.
• Sí, podría tratarse de una célula animal, dado que estas poseen orgánulos membranosos, incluyendo mitocondrias y RER.

d) La imagen de la derecha corresponde a una región ampliada del orgánulo 1. Indique los nombres de las estructuras numeradas del 3 al 6.

• 3: Membrana mitocondrial externa
• 4: Espacio intermembrana (entre las membranas mitocondriales externa e interna)
• 5: Cresta mitocondrial (formada por la membrana mitocondrial interna)
• 6: Matriz mitocondrial

e) Indique una ruta metabólica que se lleve a cabo en la región numerada como 6.

• Ciclo de Krebs
• β-oxidación de los ácidos grasos

4. Genética y Meiosis: Cromosomas y Gametos

A la derecha se representan los dos pares de cromosomas de una célula somática de un animal. Las letras indican los alelos que posee para un par de genes.

a) Conociendo la dotación cromosómica de este animal y con ayuda de las letras, represente los posibles gametos que podrá generar.

• AB
• Ab
• aB
• ab

b) ¿Cuál es la dotación cromosómica de las células resultantes de dicha división? ¿Cuál es el significado biológico de este resultado? Razónelo.

La dotación cromosómica de las células hijas será n=2. El significado biológico es que el número de cromosomas se ha reducido a la mitad, pasando de 2n=4 en la célula madre a la mitad en las células hijas. Esto ocurre para que, cuando se produzca la unión entre dos gametos en la reproducción sexual, se mantenga constante el número de cromosomas en la descendencia.

c) ¿En qué consiste la recombinación genética? ¿En qué fase se produce? ¿Qué significado biológico tiene?

• Es el proceso por el cual los cromosomas homólogos intercambian fragmentos del ADN de sus brazos entre sí, mediante el sobrecruzamiento (también conocido como entrecruzamiento o crossing over).
• Se produce en la profase I de la meiosis.
• Consigue aumentar la variabilidad genética de los futuros gametos.

5. Herencia Genética: El Caso del Daltonismo

Una pareja que distingue perfectamente los colores tiene tres hijos: los dos chicos son daltónicos y la chica no presenta esta anomalía. El daltonismo está determinado por un alelo recesivo (d) ligado al cromosoma X. En este árbol se representa a los hombres como cuadrados, a las mujeres como círculos; en blanco a aquellos individuos que tienen una visión normal, y en negro a los que son daltónicos.

a) Escriba el posible genotipo de todos los miembros de la familia (utilice la nomenclatura adecuada).

• Padre: X^DY
• Madre: X^DX^d
• Hijos daltónicos: X^dY
• Hija no daltónica: X^DX^D o X^DX^d

b) Los padres están preocupados porque un vecino les ha dicho que, aunque las parejas de sus tres hijos no sean portadores de esta alteración, todos sus nietos serán daltónicos, mientras que las nietas no se verán afectadas por esta alteración. Razone mediante los genotipos si es cierta esta afirmación.

Es una afirmación falsa.

• En el caso de los hijos varones (X^dY), si sus parejas no son portadoras (X^DX^D), la descendencia no padecerá daltonismo. Las nietas sí que serán portadoras (X^DX^d).
• En el caso de la hija (X^DX^D o X^DX^d):
  • Si la hija es X^DX^D, sus descendientes no serán daltónicos ni portadores del alelo.
  • Si la hija es X^DX^d, la mitad de sus hijos varones serán daltónicos (X^dY), mientras que la otra mitad serán sanos (X^DY). Sus hijas tendrán todas ellas una visión normal (X^DX^D o X^DX^d), solo que la mitad serán portadoras (X^DX^d).

c) Defina los siguientes términos: carácter autosómico, alelo recesivo, herencia intermedia y gen.

• Carácter autosómico: Significa que el gen que lo determina está localizado en uno de los cromosomas no sexuales del individuo.
• Alelo recesivo: El hecho de que un alelo sea recesivo significa que solo se manifestará cuando el individuo presente dos copias similares del mismo alelo (homocigoto recesivo). De lo contrario, la expresión de dicho alelo quedará oculta por el alelo dominante.
• Herencia intermedia: Es el caso en el que el fenotipo heterocigoto para un gen es intermedio (o nuevo) entre el fenotipo de los dos homocigotos (homocigoto dominante y homocigoto recesivo).
• Gen: Es un fragmento de ADN que lleva codificada la información para la síntesis de una determinada proteína o ARN.

6. Mutaciones Genéticas y sus Consecuencias

En relación con la figura adjunta, responda las siguientes cuestiones:

a) ¿De qué tipo de mutación se trata? Sea lo más concreto posible.

Es una mutación génica por sustitución de bases, en concreto una transición (se sustituye una base púrica por otra púrica).

b) ¿Qué tipos de agentes pueden generar mutaciones?

• Agentes físicos
• Agentes químicos
• Agentes biológicos

c) Exponga qué consecuencias puede tener una mutación de este tipo en relación con la estructura y funcionalidad de las proteínas codificadas por el fragmento de ADN afectado. Razone la respuesta.

Al sustituir una base por otra, solo se modifica un triplete del ADN. Debido a que el código genético es degenerado (varios tripletes codifican el mismo aminoácido), es posible que la secuencia de la proteína no se vea alterada, por lo que la mutación no tendría consecuencias. En el caso de que el aminoácido codificado sea otro (o un codón de parada, “STOP”), la estructura primaria de la proteína (secuencia de aminoácidos) cambiará. En este caso, la función de la proteína puede variar desde no verse afectada, o que se produzcan alteraciones leves en su función, hasta que las consecuencias sean graves o incluso mortales para el individuo.

d) Suponiendo que la mutación representada aparece en una célula de un individuo pluricelular, ¿afectará dicha mutación a su descendencia? Razone la respuesta.

Si la mutación aparece en una célula germinal (es decir, la que va a producir los gametos que darán una nueva generación de individuos), sí que podría transmitirse a sus hijos. Si, por el contrario, la mutación aparece en una célula somática, la mutación no se transmitirá a la descendencia.

7. Biotecnología e Ingeniería Genética: Aplicaciones y Conceptos

El anticuerpo monoclonal denominado Trastuzumab se utiliza para tratar a pacientes que padecen un cierto tipo de cáncer de mama. Se obtiene a partir de la introducción de la secuencia del ADN que codifica el anticuerpo en una línea celular de ovario de hámster chino (CHO) mediante técnicas de recombinación e ingeniería genética:

a) Defina enzima de restricción, ADN recombinante, vector y terapia génica.

• Enzima de restricción: Enzimas que reconocen en el ADN una secuencia de bases, denominada sitio de restricción, por donde cortan las dos cadenas de nucleótidos.
• ADN recombinante: Es una molécula de ADN diseñada y sintetizada de manera artificial in vitro en la que se unen diferentes secuencias de ADN provenientes de dos organismos distintos.
• Vector: Se refiere a vectores de clonación. Son moléculas de ADN capaces de transportar ADN extraño y replicarse dentro de un organismo hospedador.
• Terapia génica: Es el proceso por el cual se inserta material genético en células afectadas con el fin de reemplazar genes defectuosos y corregir el daño causado en el organismo, o dotar a las células de una nueva función que cubra las deficiencias en un determinado tejido. En definitiva, trata de eliminar las causas de la enfermedad para reducir o eliminar los síntomas.

b) Cite cuatro ejemplos de aplicaciones de organismos modificados genéticamente.

• Animales modificados genéticamente:
  • Mejorar la producción de especies piscícolas.
  • Producir leche que contenga proteínas de interés farmacéutico.
  • Investigación de enfermedades genéticas humanas en modelos animales (origen, mecanismo o tratamiento de las mismas).
  • Producir órganos de cerdos para xenotrasplantes.
• Plantas modificadas genéticamente:
  • Producción de insecticidas biológicos.
  • Resistencia a heladas, enfermedades y herbicidas.
  • Tomates en los que se detiene la maduración.
  • Plantas capaces de degradar hidrocarburos y pesticidas.
• Microorganismos modificados genéticamente:
  • Bacterias que producen sustancias de interés terapéutico mediante la clonación de genes de interés.
  • Bacterias transgénicas utilizadas en biorremediación en medios contaminados por metales pesados, hidrocarburos.

8. Virología y Agentes Antimicrobianos

Usted sufre una infección generada por un microorganismo. Al buscar en internet ha encontrado su imagen (se muestra a la derecha):

a) ¿Qué tipo de microorganismo representa?

Un virus.

b) ¿Qué tipo de molécula es y qué función tiene el componente señalado con el número 1?

Es un ácido nucleico. Contiene la información genética del virus.

c) ¿Qué tipo de molécula es y cómo es capaz este microorganismo de sintetizar el componente 2?

Es una proteína. La sintetiza utilizando la maquinaria enzimática de la célula hospedadora.

d) ¿Qué tipo de molécula es y cómo es capaz este microorganismo de sintetizar el componente 3?

Es una bicapa lipídica. La obtiene al salir de la célula hospedadora, de hecho, es parte de la membrana plasmática de la célula infectada.

e) Al mostrarle la imagen a su vecino (que, por lo visto, sabe de todo), este le dice que lo mejor es que tome antibiótico para tratar la infección. Defina antibiótico y razone si tiene sentido el consejo de su vecino.

Un antibiótico es un agente químico que se utiliza contra bacterias (con acción bactericida o bacteriostática), con toxicidad selectiva contra ellas y que actúan mediante diferentes mecanismos de acción. Tal y como indica su definición, los antibióticos actúan de manera específica contra las bacterias, por lo que no tendría sentido tomar antibióticos para combatir una infección vírica.

9. Inmunología y Trasplantes: Rechazo y Autoinmunidad

En enero de 2022 se publicó que se había trasplantado con éxito el corazón de un cerdo modificado genéticamente a un hombre. Al animal se le habían eliminado varios genes con el fin de que el trasplante fuera posible y tuviera éxito.

a) Defina antígeno, anticuerpo y autoinmunidad.

• Antígeno: Molécula extraña a un organismo capaz de desencadenar una respuesta inmunitaria.
• Anticuerpo: Proteína sintetizada por células plasmáticas (linfocitos B), capaz de unirse de forma específica a un antígeno y bloquearlo.
• Autoinmunidad: Es el sistema de respuestas inmunes de un organismo contra sus propias células y tejidos.

b) En ocasiones, al realizar el trasplante de un órgano, se produce el rechazo del mismo por parte del receptor. Defina el término rechazo, explicando brevemente desde el punto de vista inmunológico a qué se debe.

El rechazo es la respuesta del sistema inmunitario de la persona a la que se le ha trasplantado un órgano, ya que este responde contra los antígenos del órgano trasplantado al no reconocerlos como propios.

10. Inmunidad y Vacunación: El Caso del Tétanos

El tétanos es una enfermedad producida por la infección local de la bacteria Clostridium tetani, la cual sintetiza una toxina (la toxina tetánica) que actúa sobre el sistema nervioso. Hasta 1929, los pacientes afectados por el tétanos eran tratados con suero obtenido a partir de la sangre de caballos que habían estado en contacto con esta toxina. En ese mismo año se consiguió la anatoxina tetánica, es decir, la misma toxina, pero atenuada, lo que quiere decir que posee poder inmunogénico pero carece de poder patógeno. Desde entonces, se utiliza la administración de esta anatoxina para protegernos del tétanos.

a) Según indica el laboratorio que fabrica esta anatoxina, para su correcta utilización, en principio es necesario administrar una primera dosis y dos meses después una segunda. Explique cómo responderá nuestro organismo tras la primera dosis y tras la segunda. Haga hincapié en las diferencias que encontraremos entre ambas respuestas.

• Respuesta a la primera dosis: Se denomina respuesta inmune primaria. Se producen unos niveles relativamente bajos de anticuerpos contra el antígeno administrado y de manera lenta. Principalmente se producen anticuerpos de tipo IgM.
• Respuesta a la segunda administración: Se produce una respuesta inmune secundaria, donde se genera una mayor cantidad de anticuerpos y de manera más rápida. Principalmente se producen anticuerpos de tipo IgG.

b) ¿Qué tipo de inmunidad desarrolla la estrategia utilizada hasta 1929? ¿Y la utilizada desde entonces?

• Hasta 1929: Inmunidad artificial pasiva.
• Desde entonces: Inmunidad artificial activa.

c) ¿Qué ventaja tiene la estrategia actual frente a la utilizada previamente? Razónelo adecuadamente.

La vacunación genera memoria inmune, de manera que cuando el paciente entra en contacto con el agente patógeno contra el cual fue vacunado, su sistema inmune responde muy rápidamente para destruirlo. A su vez, esto la convierte en una estrategia preventiva.

d) En ciertas regiones del mundo, se realizan importantes campañas para fomentar que las mujeres reciban la vacuna antitetánica justo antes o durante el embarazo, de manera que el recién nacido quede protegido frente a esta enfermedad. Razone por qué el bebé está protegido y qué tipo de inmunidad habrá desarrollado.

El bebé estará protegido porque recibirá los anticuerpos producidos por la madre a través de la placenta o de la leche materna. A este tipo de inmunidad se le llama inmunidad natural pasiva.

e) En esta última situación, ¿la inmunidad del bebé durará indefinidamente? Razónelo.

No, dado que los anticuerpos se degradan con el tiempo y, además, no se desarrolla una memoria inmune, ya que su sistema inmune nunca ha entrado en contacto directo con el antígeno.