I. Bioquímica y Biomoléculas Fundamentales

1. La Importancia Biológica del Agua

¿Qué hace del agua una molécula tan importante para la vida en la Tierra?

El agua, conocido como el disolvente universal, disuelve una gran variedad de sustancias. Esta característica le permite actuar como un medio de transporte esencial para los nutrientes minerales que se encuentran en el suelo y que, de esta manera, llegan a las plantas. A su vez, el agua es un reactivo químico clave que participa en la fotosíntesis, un proceso fundamental para el sostenimiento de la vida.

2. Tipos de Enlaces Químicos en Biomoléculas

¿En qué tipos moleculares podemos encontrar los siguientes enlaces: O-glucosídico, hemicetal, hemiacetal, éster, amida, de hidrógeno?

• O-glucosídico: Monosacáridos (al unirse para formar disacáridos o polisacáridos).
• Hemicetal / Hemiacetal: Aldehídos o cetonas al reaccionar con alcoholes (comúnmente en la ciclación de monosacáridos como la glucosa).
• Éster: Ácidos grasos (al unirse con glicerol para formar lípidos, como los triglicéridos).
• Amida (o Peptídico): Aminoácidos (al unirse para formar péptidos y proteínas).
• De Hidrógeno: Moléculas de agua (H₂O) y entre bases nitrogenadas en el ADN/ARN.

3. Respecto a los Lípidos

a. ¿Qué diferencia hay entre un lípido saponificable y uno que no lo es?

La principal diferencia estriba en que los lípidos saponificables contienen ácidos grasos en su estructura molecular, mientras que los lípidos insaponificables carecen de ellos. Los lípidos saponificables pueden reaccionar con una base fuerte (saponificación) para formar jabón, mientras que los insaponificables no pueden formar jabón debido a la ausencia de ácidos grasos.

4. La Celulosa: Función y Estructura

¿Qué función tiene la celulosa en los seres vivos? ¿En qué tipo de organización celular la encontramos? y ¿qué característica de la celulosa a nivel estructural le permite realizar su función?

La función principal de la celulosa en los tejidos vegetales es el sostén. Forma parte de la pared celular de las células vegetales. La encontramos en las células eucariotas vegetales. A nivel estructural, la celulosa está formada por largas cadenas lineales de glucosa unidas por enlaces β-1,4, lo que permite que estas cadenas se organicen en microfibrillas muy resistentes, proporcionando rigidez y soporte a la célula.

5. Diferencia entre Lípido y Grasa

Las grasas son solo un tipo de lípido. Los lípidos son una categoría amplia de moléculas que tienen en común su naturaleza hidrofóbica (incapacidad para mezclarse bien con el agua) y su composición no polar, constituidas principalmente por cadenas de hidrocarburos. Los lípidos se clasifican en saponificables e insaponificables. Las grasas (triglicéridos) son un tipo específico de lípido saponificable que sirve principalmente como reserva energética.

6. Fenómenos de Osmosis: El Arrugamiento de los Dedos

En un trabajo para clase, unos estudiantes comprobaron que para salir del agua con los dedos arrugados, en el mar hacía falta estar en el agua 15 minutos, mientras que en el río hacían falta 25 minutos. ¿A qué crees que se debe?

Se debe a que el agua del mar es salada (hipertónica) y el agua del río es dulce (hipotónica). El arrugamiento de los dedos es un fenómeno relacionado con la ósmosis. En el agua salada (mayor concentración de solutos), la diferencia de concentración osmótica entre el medio externo y las células de la piel es mayor, lo que acelera el movimiento del agua y, por lo tanto, el efecto visible en la piel.

II. Estructura y Metabolismo de Macromoléculas

1. El Ácido Ribonucleico (ARN)

Observa la imagen y contesta:

1. ¿De qué molécula se trata? Ácido Ribonucleico (ARN).
2. ¿Qué unidades estructurales puedes identificar? Está constituido por nucleótidos de ribosa (ribonucleótidos) y cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y uracilo, además de moléculas de fosfato (H₃PO₄).
3. ¿Qué tipo de enlaces presenta? Los ribonucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5′ a 3′.
4. ¿Cuál es la importancia biológica de este tipo de moléculas? El ARN es esencial en la síntesis de proteínas (traducción) y en la regulación de la expresión génica.

2. El Aminoácido

Respecto a la imagen:

1. ¿A qué tipo de molécula corresponde? Aminoácido.
2. ¿A qué tipo de moléculas da lugar su polimerización? Polipéptidos o proteínas.
3. ¿Cómo se llama el enlace mediante el que se forman estos polímeros? Enlace peptídico.
4. ¿Qué representa la R? El radical o cadena lateral, que es el grupo que diferencia un aminoácido de otro y determina sus propiedades químicas.

3. Componentes Enzimáticos

Diferencia entre apoenzima, coenzima y grupo prostético. Pon un ejemplo de un coenzima.

• Apoenzima: Es la parte proteica de una enzima, inactiva por sí misma.
• Cofactor: Es la parte no proteica necesaria para la actividad enzimática. Se divide en coenzimas y grupos prostéticos.
• Coenzima: Es un cofactor orgánico que se une de forma temporal y reversible a la apoenzima. Ejemplo: Coenzima A (CoA), NAD⁺ o FAD.
• Grupo Prostético: Es un cofactor (orgánico o inorgánico) que se une de forma permanente y covalente a la apoenzima.

4. Inhibición Enzimática: El Oscurecimiento de la Manzana

Cuando cortamos una manzana, se oscurece el corte a los pocos minutos, dándole un aspecto desagradable. Se debe a la actividad de la polifenoloxidasa. Para impedir ese oscurecimiento, se puede: bajar la temperatura, o tratar el corte con ácido o escaldar al vapor el trozo de manzana. Explica razonadamente el fundamento de cada uno de esos tres tratamientos.

El oscurecimiento se debe a la oxidación de polifenoles catalizada por la enzima polifenoloxidasa (PPO) en presencia de oxígeno. Los tratamientos buscan inhibir o desactivar esta enzima:

• Bajar la temperatura: Disminuye la energía cinética de las moléculas, reduciendo la velocidad de la reacción enzimática (PPO) y, por lo tanto, ralentizando el oscurecimiento.
• Tratar el corte con ácido (ej. limón): El pH bajo desnaturaliza la enzima PPO o la inhibe, ya que las enzimas tienen un pH óptimo de funcionamiento.
• Escaldar al vapor: El calor elevado provoca la desnaturalización irreversible de la estructura tridimensional de la enzima PPO, inactivándola permanentemente.

5. El Trifosfato de Adenosina (ATP)

¿Qué tipo de molécula es el ATP? Describe sus componentes estructurales.

El ATP (Trifosfato de Adenosina) es un nucleótido no nucleico fundamental, conocido como la principal moneda energética de la célula. Estructuralmente, el ATP está compuesto por tres elementos:

1. Una base nitrogenada: Adenina.
2. Un azúcar de cinco carbonos: Ribosa.
3. Una cadena de tres grupos Fosfato unidos entre sí por enlaces de alta energía.

6. Polimerización de Aminoácidos y Proteínas

Responda las siguientes cuestiones:

1. ¿Qué tipo de moléculas aparecen representadas? Aminoácidos.
2. Represente la reacción que se produce al unirse estas tres moléculas en el orden establecido. La unión de tres aminoácidos forma un tripéptido mediante dos reacciones de condensación. En cada reacción se desprende una molécula de agua (H₂O) y se forma un enlace peptídico entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH₂) del siguiente. El polímero resultante tendrá un extremo amino libre (NH₂) y un extremo carboxilo libre (COOH).
3. Señale, indicando sus nombres, el tipo de enlace bioquímico que se forma, los enlaces que se forman y los grupos que participan en su formación. Se forma el enlace peptídico, que es un enlace covalente de tipo amida. Participan el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH₂) del siguiente.
4. Cite una característica de dicho enlace. Es un enlace covalente de tipo amida. Presenta un carácter parcial de doble enlace (resonancia), lo que evita la rotación a su alrededor. Todos los átomos implicados (C, O, N, H) se encuentran en el mismo plano.
5. ¿Qué nombre reciben las macromoléculas formadas por un gran número de biomoléculas de este tipo? Enumere 4 funciones de este tipo de macromoléculas. Reciben el nombre de Proteínas. Funciones:

• Estructural (ej. colágeno).
• Enzimática o Biocatalizadora (ej. enzimas digestivas).
• Defensa (ej. anticuerpos).
• Hormonal o Reguladora (ej. insulina).
• Transporte (ej. hemoglobina).

III. La Célula: Estructura y División

1. División Celular

a. ¿Cómo se dividen las bacterias? Las bacterias (células procariotas) se dividen principalmente por fisión binaria (o bipartición).

b. ¿Cómo se dividen las células eucariotas? La célula eucariota se divide por mitosis (división somática) o meiosis (división germinal).

c. Para engendrar nuevos individuos en la población, las especies diploides utilizan la fecundación, o sea, la fusión de dos células procedentes de progenitores diferentes. Sin embargo, el número de cromosomas no se duplica en la descendencia. ¿De qué modo mantienen constante el número de cromosomas en la especie?

Mantienen constante el número de cromosomas mediante el proceso de meiosis. La meiosis es una división celular que reduce a la mitad el número de cromosomas (de diploide, 2n, a haploide, n) para formar los gametos. Cuando estos gametos haploides se fusionan durante la fecundación, se restablece el número diploide característico de la especie.

2. Transporte a Través de la Membrana

¿Cuál es la diferencia esencial entre el transporte de membrana activo y el pasivo?

El transporte es pasivo cuando ocurre a favor del gradiente de concentración y no requiere de una fuente de energía metabólica (como el ATP). El transporte es activo cuando ocurre en contra del gradiente de concentración y sí requiere el consumo de ATP como fuente de energía.

3. Identificación y Función de Orgánulos Eucariotas

a. ¿Es procariota o eucariota, animal o vegetal? Es eucariota animal.

b. Identifica las estructuras indicadas por los números del 1 al 5 (basado en la primera lista de funciones):

1. Membrana plasmática.
2. Aparato de Golgi.
3. Mitocondria.
4. Retículo endoplasmático rugoso (RER).
5. Nucléolo.

c. Indica brevemente las funciones de esas estructuras:

1. Membrana plasmática: Barrera semipermeable que mantiene la composición del citosol y sus orgánulos, permitiendo el paso selectivo de sustancias. Es crucial para el reconocimiento de información y la comunicación celular.
2. Aparato de Golgi: Modificación, empaquetamiento y distribución de lípidos y proteínas provenientes del RER. Formación de vesículas de transporte y lisosomas primarios.
3. Mitocondria: Centro del metabolismo respiratorio aerobio, cuya finalidad es la obtención de energía (ATP) mediante procesos como el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.
4. Retículo endoplasmático rugoso (RER): Síntesis, almacenamiento, transporte y modificación de proteínas (incluyendo la adición de carbohidratos para generar glucoproteínas).
5. Nucléolo: Se realiza la síntesis del ARN ribosómico (ARNr) y el ensamblaje parcial de las subunidades ribosómicas, que posteriormente son transportadas al citosol.

4. Fases de la Mitosis

Las siguientes microfotografías corresponden a una célula en división, cada imagen es una de sus 4 fases:

a. ¿Se trata de una célula procariota o eucariota? Célula eucariota.

b. ¿Qué tipo de división celular es? Mitosis.

c. Ordena cronológicamente las 4 fases. D, B, A, C.

d. Para cada letra di la fase y explica brevemente lo que está pasando en cada una.

• D (Profase): La cromatina se condensa, haciéndose visibles los cromosomas. Se forma el huso mitótico y comienza a desaparecer la envoltura nuclear.
• B (Metafase): Los cromosomas, ya completamente condensados, se alinean en el plano ecuatorial de la célula, formando la placa metafásica.
• A (Anafase): Las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia polos opuestos de la célula por el acortamiento de los microtúbulos del huso.
• C (Telofase): Los cromosomas llegan a los polos y se descondensan. Se reconstruyen las envolturas nucleares alrededor de cada juego de cromosomas.

5. Ciclos de Vida Biológicos

Si en su ciclo de vida una especie presenta individuos de tipo gametofito alternando con individuos de tipo esporofito, ¿de qué tipo de ciclo de vida estamos hablando? Explícalo brevemente y pon un ejemplo de especie o grupo de seres vivos que lo presenten.

Se trata de un ciclo de vida Haplodiplonte (o alternancia de generaciones). En este ciclo, se alternan dos fases multicelulares: una fase haploide (el gametofito, que produce gametos) y una fase diploide (el esporofito, que produce esporas). Ejemplo: La mayoría de las plantas (musgos, helechos, angiospermas) y algunas algas.

IV. Genética Molecular y Microbiología

1. El Dogma Central de la Biología Molecular

Haz un esquema que represente el Dogma General de la Biología Molecular y explica brevemente cada proceso representado en él.

El Dogma Central describe el flujo de información genética en la célula:

ADN → ARN → Proteína

• Replicación (ADN → ADN): Proceso por el cual el ADN se copia a sí mismo para asegurar que la información genética se transmita a las células hijas.
• Transcripción (ADN → ARN): Proceso por el cual la información contenida en un gen del ADN se copia a una molécula de ARN mensajero (ARNm).
• Traducción (ARN → Proteína): Proceso por el cual la secuencia de nucleótidos del ARNm se utiliza para sintetizar una secuencia específica de aminoácidos, formando una proteína.

2. Replicación del ADN

Observa la imagen y contesta:

a. ¿Qué proceso representa? Replicación del ADN, específicamente la fase de elongación en la horquilla de replicación.

b. ¿Qué indican los números 1, 2, 3, 4 y 5?

1. Hebra conductora (o líder).
2. Hebra nueva de síntesis continua.
3. Hebra retardada (o rezagada).
4. Cebador (o primer).
5. Fragmento de Okazaki.

c. ¿Por qué 2 crece de forma continua mientras que 5 crece de forma discontinua?

La ADN polimerasa solo puede sintetizar ADN en dirección 5′ a 3′. La hebra conductora (2) se sintetiza de forma continua porque su dirección de síntesis coincide con la apertura de la horquilla. La hebra retardada (3), sin embargo, debe sintetizarse en dirección opuesta a la apertura de la horquilla, por lo que se sintetiza en pequeños segmentos (Fragmentos de Okazaki, 5), cada uno iniciado por un cebador.

d. Se dice de este proceso que es semiconservativo, ¿por qué?

Es semiconservativo porque, tras la replicación, cada molécula de ADN hija está compuesta por una hebra original (parental) y una hebra recién sintetizada (nueva). Se conserva la mitad de la molécula original.

3. Síntesis de Proteínas (Traducción)

Observa la siguiente imagen:

a. ¿Qué proceso representa? Síntesis de proteínas, específicamente el proceso de traducción.

b. Identifica qué señalan el 1, el 2 y el 3.

1. Ribosoma.
2. ARN mensajero (ARNm).
3. Cadena peptídica (proteína en crecimiento).

c. ¿En qué lugar de la célula está ocurriendo? En el citosol (o citoplasma) de las células procariotas y eucariotas, o en el retículo endoplasmático rugoso en eucariotas.

d. ¿Qué molécula aporta lo necesario para construir 3? El ARN de transferencia (ARNt), que porta el aminoácido correspondiente y se une al codón del ARNm mediante su anticodón.

4. Fermentaciones y Alimentos

a. ¿Qué tipo de fermentación da lugar a la cerveza? ¿Qué produce las burbujas que forman la espuma de la cerveza? ¿Cuál es el producto final de esta fermentación?

• Tipo de fermentación: Fermentación alcohólica.
• Burbujas: Son producidas por el dióxido de carbono (CO₂), un subproducto gaseoso de la fermentación.
• Producto final: Etanol (alcohol etílico) y dióxido de carbono.

b. ¿Qué tipo de fermentación da lugar al pan? ¿Qué produce las burbujas que dejan el pan tan esponjoso? ¿Cuál es el producto final de esta fermentación?

• Tipo de fermentación: Fermentación alcohólica (llevada a cabo por levaduras, como Saccharomyces cerevisiae).
• Burbujas: El dióxido de carbono (CO₂) liberado durante el proceso queda atrapado en la masa, haciendo que esta se hinche y se vuelva esponjosa.
• Producto final: Etanol (que se evapora durante la cocción) y dióxido de carbono.

5. Virus y Ciclos de Infección

Observa la siguiente imagen que corresponde al ciclo de un virus y contesta:

a. ¿Qué tipo de virus es? (Respuesta dependiente de la imagen).

b. ¿A qué tipo de célula se está infectando? (Respuesta dependiente de la imagen).

c. ¿Qué tipo de ciclo tiene ese virus? Ciclo lisogénico (si el material genético se integra en el hospedador) o ciclo lítico (si destruye la célula).

d. Pon el nombre a los números: 1, 2, 3, 4 y 5. (Respuesta dependiente de la imagen).

Estructura y Función del Bacteriófago

Responda las siguientes cuestiones en relación con la figura adjunta (Bacteriófago):

a. Indique qué organismo está representado. Se trata de un bacteriófago (o fago), un tipo de virus que infecta bacterias.

b. Nombre las estructuras señaladas con un número:

1. Fibras caudales.
2. Placa basal.
3. Cola (o vaina contráctil).
4. Cabeza (cápsida).
5. Ácido nucleico (material genético).

c. Explique brevemente la función de cada una de ellas:

• 1. Fibras caudales: Reconocimiento y unión a receptores específicos en la pared celular de la bacteria hospedadora.
• 2. Placa basal: Contiene enzimas hidrolíticas que perforan la pared de la bacteria para permitir la inyección del material genético.
• 3. Cola: Estructura tubular que inyecta el ácido nucleico del fago a través de la pared celular dentro de la célula hospedadora.
• 4. Cápsida (Cabeza): Estructura proteica que contiene y protege el ácido nucleico del virus.
• 5. Ácido nucleico: Es el material genético (ADN o ARN) que contiene los genes del virus necesarios para la replicación.

d. Algunas de estas estructuras tienen naturaleza proteica, ¿cómo es capaz de sintetizarlas?

El virus utiliza la maquinaria de la célula hospedadora (los ribosomas y enzimas de la bacteria) para transcribir y traducir su propio ácido nucleico, sintetizando así las proteínas víricas necesarias para la replicación y el ensamblaje de nuevos viriones.

6. Tipos y Consecuencias de las Mutaciones

a. ¿Qué es una mutación génica o puntual? Explique brevemente los tipos de mutación génica y las posibles repercusiones de estas.

Una mutación génica (o puntual) es una alteración química en la secuencia de nucleótidos de un solo gen.

• Mutaciones por sustitución de bases: Se cambia una base nitrogenada por otra. Provocan la alteración de un único codón (triplete). Las repercusiones pueden ser menores (si el nuevo codón codifica el mismo aminoácido) o graves (si genera un codón de parada prematuro).
• Mutaciones por pérdida (deleción) o inserción de nucleótidos: Se pierde o se inserta uno o más nucleótidos. La consecuencia es un corrimiento del marco de lectura (frameshift) a partir del punto de la mutación, alterando todos los tripletes siguientes. Las consecuencias suelen ser graves, ya que la proteína resultante es generalmente no funcional.

b. ¿Qué es una mutación genómica?

Son alteraciones que afectan al número de cromosomas de las células, ya sea por exceso o por defecto de cromosomas completos (aneuploidías) o de juegos cromosómicos completos (poliploidías).

c. ¿Y una mutación cromosómica?

Son alteraciones que afectan a la estructura interna de los cromosomas, involucrando segmentos cromosómicos que incluyen varios genes (ej. deleciones, duplicaciones, inversiones o translocaciones).

d. ¿Qué es un agente mutagénico y qué tipos hay?

Son factores físicos, químicos o biológicos que aumentan la frecuencia de aparición de mutaciones en el material genético de los seres vivos. Hay tres tipos principales:

• Físicos: Radiaciones (rayos X, UV, gamma).
• Químicos: Sustancias que reaccionan con el ADN (ej. agentes alquilantes).
• Biológicos: Elementos genéticos móviles o virus.

e. Un grupo de individuos ha estado expuesto a un potente agente mutagénico, sufriendo mutaciones génicas. ¿Heredarán sus descendientes dichas alteraciones? Razone la respuesta.

La herencia de las mutaciones depende del tipo de célula afectada:

• Se heredan si las mutaciones han afectado a las células germinales (las que dan lugar a los gametos). Únicamente las células germinales transmiten la información genética a la descendencia.
• No se heredan si las mutaciones han afectado únicamente a las células somáticas. Las alteraciones que sufren las células somáticas quedan confinadas al individuo afectado y no pasan a la siguiente generación, ya que estas células no intervienen en el proceso de reproducción sexual.