Microorganismos del Microbioma Humano y Comparación Celular

a) Microorganismos mayoritarios en el microbioma humano:

Los microorganismos predominantes en el microbioma humano son las eubacterias, que pertenecen al Reino Monera y al Dominio Bacteria.

b) Relación entre bacterias y nuestro organismo:

La relación entre estas bacterias y nuestro organismo es generalmente simbiótica, estableciéndose relaciones de beneficio mutuo (mutualismo) o comensalismo.

c) Comparación entre bacterias y levaduras:

• Tipo de célula: Las bacterias son organismos procariotas (sin núcleo definido), mientras que las levaduras son organismos eucariotas (con núcleo definido).
• Tamaño: Generalmente, las levaduras son más grandes que las bacterias.
• Metabolismo y uso: Las levaduras se utilizan ampliamente en la fermentación alcohólica. Algunas bacterias se emplean en la fermentación láctica, mientras que otras pueden ser patógenas y causar enfermedades.
• Reproducción: Las levaduras se reproducen comúnmente por gemación. Las bacterias pueden reproducirse por bipartición y también intercambiar material genético mediante procesos como la conjugación, transformación o transducción.
• Pared celular: La pared celular de las levaduras está compuesta principalmente de quitina y glucanos, mientras que la de la mayoría de las bacterias contiene mureína (peptidoglicano).

d) Usos de las levaduras:

Un uso destacado de las levaduras, como Saccharomyces cerevisiae, se encuentra en la industria alimentaria. Esta levadura lleva a cabo la fermentación alcohólica, un proceso esencial para obtener productos de consumo humano como el vino, la cerveza y el pan.

Fermentación alcohólica: Es realizada por levaduras como Saccharomyces en el citoplasma celular, en condiciones anaeróbicas (sin presencia de oxígeno, O₂).

Proceso de Infección del Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH)

El virus causante del SIDA (Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida) es un retrovirus conocido como VIH (Virus de Inmunodeficiencia Humana).

Ciclo del VIH:

1. Cuando el VIH entra en el organismo, se une específicamente a las moléculas CD4 presentes en la superficie de los linfocitos T colaboradores (un tipo de glóbulo blanco) y se fusiona con la membrana celular de estos.
2. Una vez dentro de la célula, la cápside viral se desarma y el ARN viral se libera en el citoplasma.
3. La enzima viral transcriptasa inversa cataliza la transcripción inversa, sintetizando una molécula de ADN de doble cadena (ADNc o ADN proviral) a partir del molde de ARN viral.
4. Este ADNc viral se transporta al núcleo de la célula hospedadora y se integra en un cromosoma de esta, gracias a la acción de la enzima integrasa.
5. Una vez integrado, el ADN viral puede permanecer latente o activarse para comenzar la transcripción de nuevos ARNm virales y ARN genómicos. Estos ARNm son traducidos por la maquinaria celular para producir proteínas virales.
6. Finalmente, se ensamblan nuevas partículas virales que salen del linfocito T (generalmente por gemación, destruyendo la célula a largo plazo) e invaden a otros linfocitos T CD4+ u otras células susceptibles.

b) Tipo de célula afectada:

El VIH afecta principalmente a los linfocitos T colaboradores, específicamente aquellos que expresan la molécula receptora CD4 en su superficie, crucial para la respuesta inmunitaria.

Respuesta Inmunitaria y Potenciales Terapias para el Alzheimer

Consideremos un escenario donde se investiga una nueva terapia para la enfermedad de Alzheimer mediante una inyección basada en proteínas.

a) Tipo de respuesta inmunitaria:

Si esta inyección induce una respuesta protectora en el organismo, se trataría de una respuesta inmunitaria adquirida activa artificial.

• Adquirida: No es innata, se desarrolla tras la exposición.
• Activa: El propio sistema inmunitario del individuo genera la respuesta.
• Artificial: Inducida mediante una intervención médica (la inyección), no por infección natural.

b) Naturaleza de los componentes implicados:

• Un fragmento de proteína amiloide (implicada en el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer) actuaría como un antígeno, es decir, una sustancia capaz de desencadenar una respuesta inmunitaria.
• Los anticuerpos son glucoproteínas sintetizadas por los linfocitos B activados (que se diferencian en células plasmáticas) durante la respuesta humoral. Estos anticuerpos reconocerían específicamente al antígeno.

c) Representación de un anticuerpo:

(Sección para incluir un dibujo esquemático de una molécula de anticuerpo, mostrando sus cadenas pesadas, cadenas ligeras, regiones variables y constantes).

d) Activación de linfocitos B y síntesis de ARNm:

Cuando un linfocito B se activa por la presencia de su antígeno específico (y con la colaboración de linfocitos T), se diferencia en una célula plasmática. Las células plasmáticas son fábricas de anticuerpos y, para producir grandes cantidades de estas proteínas, necesitan sintetizar una gran cantidad de ARNm (ARN mensajero) que codifique para dichos anticuerpos.

e) Memoria inmunológica:

Una respuesta más intensa y rápida a una segunda inyección (o exposición al mismo antígeno) se debe a la memoria inmunológica. Tras la primera exposición al antígeno (por ejemplo, antígeno A), se forman células de memoria (linfocitos B y T de memoria) específicas para ese antígeno. Al administrar el mismo antígeno de nuevo (antígeno A, no un antígeno B diferente), estas células de memoria se activan rápidamente, generando una respuesta secundaria más eficiente y potente que la respuesta primaria, durante la cual el sistema inmune no tenía esa memoria previa.

Interpretación de Fases de la División Celular (Meiosis y Mitosis)

Considerando una célula con 2n=2 (es decir, un par de cromosomas homólogos), se describen diferentes etapas:

1. Anafase I de la meiosis: Los cromosomas homólogos completos (cada uno formado por dos cromátidas hermanas) se separan y migran hacia polos opuestos de la célula.
2. Anafase de la mitosis (o Anafase II de la meiosis): Las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan y migran hacia polos opuestos. Si es mitosis, los cromosomas eran individuales en la metafase. Si es Anafase II, provienen de la Meiosis I.
3. Profase de la mitosis: Los cromosomas se condensan y se hacen visibles. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero.
4. Paquiteno (Profase I de la meiosis): Ocurre el entrecruzamiento o recombinación genética entre cromátidas no hermanas de los cromosomas homólogos apareados. (El «uso mitótico» mencionado en el original es incorrecto; el huso acromático se forma, pero el evento clave es el entrecruzamiento).
5. Anafase II de la meiosis: Similar a la anafase mitótica, las cromátidas hermanas se separan y migran a polos opuestos.
6. Metafase II de la meiosis: Los cromosomas (cada uno compuesto por dos cromátidas unidas por el centrómero) se alinean en la placa ecuatorial de la célula.

Procesos de Transcripción y Traducción Acoplados en Células Procariotas

La imagen a la que se hace referencia representa los procesos de transcripción y traducción ocurriendo de manera simultánea y acoplada, característico de las células procariotas.

Identificación de los elementos (según una imagen típica de este proceso):

• a) ADN: Molécula que contiene la información genética.
• b) ARN polimerasa: Enzima que sintetiza el ARNm a partir del molde de ADN.
• c) ARNr (ARN ribosómico): Componente principal de los ribosomas. (En el contexto de la imagen, podría referirse a un ribosoma completo o a su ARN).
• d) Subunidad mayor ribosomal: Una de las dos subunidades que componen el ribosoma.
• e) Subunidad menor ribosomal: La otra subunidad del ribosoma.
• f) ARNt (ARN de transferencia): Molécula que transporta aminoácidos específicos al ribosoma.
• g) AA (Aminoácido): Monómero de las proteínas.
• h) Complejo AA-ARNt (Aminoacil-ARNt): ARNt unido a su aminoácido correspondiente.
• i) ARNm (ARN mensajero): Molécula que lleva la información genética desde el ADN hasta los ribosomas.
• j) Proteína (o cadena polipeptídica): Producto final de la traducción, formándose.

Ocurrencia en células eucariotas:

Estos procesos de transcripción y traducción acoplados en tiempo y espacio son típicos de las células procariotas, donde no hay una barrera nuclear que separe el ADN (en el nucleoide) de los ribosomas (en el citoplasma). En las células eucariotas, la transcripción ocurre en el núcleo y la traducción en el citoplasma, por lo que no están directamente acopladas de esta manera. Sin embargo, procesos similares de transcripción y traducción acoplada pueden tener lugar dentro de las mitocondrias y los cloroplastos, orgánulos eucariotas que poseen su propio ADN circular y ribosomas de tipo procariota, reflejando su origen endosimbiótico.

Estructura Celular Eucariota y Procesos Metabólicos

a) Identificación de componentes celulares (basado en una imagen típica de célula eucariota vegetal):

1. AG (Aparato de Golgi): Modifica, clasifica y empaqueta proteínas y lípidos.
2. RER (Retículo Endoplasmático Rugoso): Síntesis y modificación de proteínas destinadas a la secreción o a orgánulos.
3. Poro nuclear: Estructura en la envoltura nuclear que regula el paso de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
4. Nucléolo: Región dentro del núcleo donde se sintetiza el ARNr y se ensamblan los ribosomas.
5. Plasmodesmo: Canal que atraviesa las paredes celulares de células vegetales adyacentes, conectando sus citoplasmas.
6. Vacuola: Orgánulo grande, prominente en células vegetales, con funciones de almacenamiento, mantenimiento de la turgencia, etc.
7. Mitocondria: Orgánulo donde se realiza la respiración celular y la producción de ATP.
8. Cloroplasto: Orgánulo donde se realiza la fotosíntesis en células vegetales y algas.
9. Pared celular: Capa externa rígida que proporciona soporte y protección a las células vegetales.

b) Composición de la pared celular vegetal (principalmente celulosa):

La celulosa es un polisacárido estructural formado por unidades de β-glucosa unidas mediante enlaces O-glucosídicos β(1→4).

d) Localización y productos de diversos procesos celulares:

• 1. Fotofosforilación: Ocurre en los tilacoides del cloroplasto. Productos: ½ O₂, ATP y NADPH + H⁺.
• 2. Degradación en lisosomas: Los lisosomas contienen enzimas hidrolíticas que degradan macromoléculas, liberando monómeros como aminoácidos (aa) a partir de proteínas.
• 3. Fermentación alcohólica: Ocurre en el citoplasma. Producto principal: etanol (y CO₂).
• 4. Transcripción: Ocurre en el núcleo (en eucariotas). Producto: ARNm (y otros ARN).
• 5. Glucólisis: Ocurre en el citoplasma. Producto principal: piruvato (y ATP, NADH).
• 6. Replicación del ADN: Ocurre en el núcleo (en eucariotas). Producto: ADN duplicado.
• 7. Ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis): Ocurre en el estroma del cloroplasto. Producto principal: glucosa (o precursores).
• 8. Fosforilación oxidativa (cadena respiratoria): Ocurre en las crestas de la membrana interna mitocondrial. Productos principales: ATP y H₂O.
• 9. Traducción (síntesis de proteínas): Ocurre en los ribosomas (en el citoplasma o RER). Producto: proteína.

e) Detalles de procesos mitocondriales y estructura proteica:

i) Localización de procesos en la mitocondria:

1. Ciclo de Krebs: Ocurre en la matriz mitocondrial.
2. Cadena respiratoria (y fosforilación oxidativa): Ocurre en las crestas mitocondriales (pliegues de la membrana mitocondrial interna).

ii) Representación de una proteína (tripéptido):

(Sección para incluir un dibujo de la estructura química del tripéptido Glicina-Alanina-Serina (Gly-Ala-Ser), mostrando los enlaces peptídicos).

Diagnóstico Serológico de Enfermedades Infecciosas mediante Detección de Inmunoglobulinas

Una técnica común para diagnosticar enfermedades infecciosas implica analizar una gota de sangre para detectar la presencia de diferentes tipos de anticuerpos (inmunoglobulinas, Ig).

a) Fases de la enfermedad según el perfil de inmunoglobulinas (IgM e IgG):

1. Fase aguda: Presencia de IgM únicamente. La IgM es el primer anticuerpo que se produce en respuesta a una nueva infección.
2. Fase de convalecencia (o infección pasada/resuelta): Presencia de IgG únicamente. La IgG aparece más tarde pero persiste por más tiempo, indicando memoria inmunológica o una infección anterior.
3. Fase de recuperación, infección reciente activa o reinfección: Presencia de IgM e IgG. Indica una respuesta inmunitaria en curso donde la producción de IgM aún es detectable y la de IgG ya ha comenzado o se ha reactivado.
4. Fase de incubación (o muy temprana): Generalmente, no se detectan anticuerpos o puede haber niveles muy bajos e incipientes de IgM.

b) Capacidad de contagio según la fase (generalización, varía por enfermedad):

1. Fase aguda (solo IgM): Usualmente, mayor capacidad para contagiar, ya que el patógeno está activamente replicándose.
2. Fase de convalecencia (solo IgG, infección resuelta): Generalmente, no contagia o la capacidad es muy reducida.
3. Fase de recuperación (IgM e IgG) y Fase de incubación: Puede contagiar. En la incubación, el individuo puede ser contagioso antes de mostrar síntomas o producir anticuerpos detectables. En la fase con IgM e IgG, la carga del patógeno puede estar disminuyendo pero aún ser transmisible.

c) Ventajas y desventajas del diagnóstico serológico:

• Ventajas: Conocer el tipo de inmunoglobulinas (IgM, IgG) presentes ayuda a determinar la fase de la enfermedad (aguda, convaleciente, reciente) y puede ofrecer una estimación indirecta sobre el riesgo de contagio. Es útil para estudios epidemiológicos y para confirmar exposiciones pasadas.
• Desventajas: Existe una «ventana serológica» al inicio de la infección donde los anticuerpos aún no son detectables. Sin conocer el tipo de Ig o si la prueba se realiza demasiado pronto, puede ser difícil determinar la fase exacta de la enfermedad o confirmar una infección activa solo con este método. No detecta directamente al patógeno, sino la respuesta del cuerpo a él.

Diagnóstico Molecular mediante PCR y Electroforesis en Gel

La imagen de un gel de electroforesis se utiliza frecuentemente tras realizar un diagnóstico molecular.

a) Técnica de diagnóstico y propósito del gel:

La técnica comúnmente asociada es la PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa). La PCR amplifica secuencias específicas de ADN. El gel de electroforesis se utiliza para separar los fragmentos de ADN amplificados según su tamaño, permitiendo visualizar si la secuencia diana fue amplificada.

b) Enzima clave en la PCR:

La enzima fundamental es una ADN polimerasa termoestable. La más conocida es la polimerasa Taq, aislada de la bacteria Thermus aquaticus, que es resistente a las altas temperaturas necesarias para desnaturalizar el ADN durante los ciclos de la PCR.

c) Interpretación de resultados en el gel:

• Resultado negativo: No se detecta una banda de ADN del tamaño esperado para el fragmento amplificado. Esto indica que el ADN diana no estaba presente en la muestra o no se amplificó.
• Resultado positivo: Se observa una banda de ADN del tamaño esperado. Esto indica que el fragmento específico de ADN fue amplificado y, por lo tanto, estaba presente en la muestra original.