Repaso Integral de Biología Celular y Evolución: Conceptos Clave
6. Evolución y Teoría Sintética
A. Aportaciones del Neodarwinismo a la Idea Actual de Evolución
Señale dos aportaciones del Neodarwinismo a la idea actual de evolución.
Aportaciones Fundamentales:
- Aportaciones de la Genética: El Neodarwinismo explica las causas de la variabilidad genética: la variabilidad se debe a la mutación y a la recombinación. El ambiente favorece que los genotipos mejor adaptados dejen mayor descendencia y sean dominantes.
- Aportaciones de la Paleontología: La evolución se produce de una forma gradual (gradualismo) según ponen de manifiesto los fósiles. La selección natural es un proceso aleatorio sin ninguna finalidad ni tendencia a la perfección.
- Aportaciones de la Biogeografía: La población es la unidad evolutiva en lugar del individuo, que es lo que consideraba la teoría darwiniana.
Nota: Se solicitan dos aportaciones; las mencionadas anteriormente son ejemplos clave.
B. Evidencias del Proceso Evolutivo
Argumente dos evidencias o pruebas del proceso evolutivo.
Evidencias Clave:
- Pruebas de Embriología: Los estudios embriológicos ponen de manifiesto que los organismos emparentados evolutivamente presentan similitudes durante su desarrollo embrionario.
- Pruebas Bioquímicas: La bioquímica permite establecer relaciones de parentesco entre los seres vivos mediante la comparación de secuencias de proteínas o de nucleótidos del ADN.
4. Genética y Variabilidad
A. Significado Biológico de la Meiosis y la Mitosis
¿Cuál es el significado biológico de la meiosis y de la mitosis?
- Significado Biológico de la Meiosis: Reside en que con ella se mantiene constante el número de cromosomas de la especie y se produce variabilidad genética.
- Significado Biológico de la Mitosis: La división mitótica permite obtener células idénticas a la célula original y, de esta manera, conservar el material genético de un organismo. Es así como la mitosis tiene un papel fundamental para los organismos pluricelulares en procesos de desarrollo, crecimiento y regeneración de tejidos.
B. Causas de la Variabilidad Genética (Neodarwinismo)
Según el neodarwinismo, explique dos causas de la variabilidad genética de una población.
Las causas de la variabilidad genética de la población son:
- Las Mutaciones: Producen nuevas variantes de genes (alelos) de los ya existentes. Si las mutaciones se producen en los gametos serán heredables.
- La Recombinación Genética: Ocurre entre cromosomas homólogos durante la Profase I de la meiosis, lo que favorece la variabilidad en los descendientes, siendo responsable de producir nuevas variantes de genotipos en los individuos. También influye la distribución aleatoria de los cromosomas homólogos en anafase I y de las cromátidas en anafase II.
6. Mutaciones y Agentes Mutagénicos
A. Concepto de Mutación
Concepto de mutación (General): Una mutación es cualquier cambio o variación que se produce en el material genético de un ser vivo (ADN en las células y ADN o ARN en los virus).
B. Tipos de Mutaciones
Diferencie entre mutación génica y cromosómica.
- Mutaciones Génicas: Se producen por alteraciones en uno o más pares de bases en la secuencia de nucleótidos de un gen.
- Mutaciones Cromosómicas: Son alteraciones que afectan a la secuencia de los genes dentro de un cromosoma, es decir, a la estructura interna del cromosoma.
C. Agentes Mutagénicos
Defina el concepto de agente mutagénico e indique dos agentes mutagénicos y sus principales características.
Concepto de Agente Mutagénico:
Los agentes mutagénicos son factores que aumentan la frecuencia de mutación en los seres vivos. Actúan alterando o dañando la composición y estructura del ADN.
Clasificación y Ejemplos:
Se pueden distinguir entre mutágenos físicos, químicos y biológicos.
1. Mutágenos Físicos:
Son radiaciones que pueden alterar la secuencia y estructura del ADN.
- Radiaciones no ionizantes: Por ejemplo, la radiación ultravioleta.
- Radiaciones ionizantes: Como los rayos X y los rayos gamma, y las emisiones de partículas radiactivas.
2. Mutágenos Químicos:
Son compuestos químicos capaces de alterar las estructuras del ADN de forma brusca.
- Agentes alquilantes: Como el gas mostaza.
- Agentes intercalantes: Como el naranja de acridina y el benzopireno (el benzopireno se une al ADN impidiendo el apareamiento de bases).
3. Mutágenos Biológicos:
Algunos virus como los de la hepatitis B y C, papilomavirus, entre otros, y también bacterias como Helicobacter pylori.
7. Transcripción y Traducción
Responda las siguientes cuestiones relativas a la expresión génica:
A. Secuencia de ARN Mensajero (ARNm)
Escriba la secuencia de ARN mensajero que se transcribiría de la siguiente cadena hebra de una molécula de ADN bicatenario:
ADN (Hebrá molde): 3’…TACAAGTACTTGTITCTTATT…5′
Secuencia ADN (Separada en codones): 3′ TAC AAG TAC TTG TTT CTT ATT 5′
Secuencia ARNm (Complementaria y antiparalela): 5′ AUG UUC AUG AAC AAA GAA UAA 3′
B. Secuencia de Aminoácidos
Escriba la secuencia de aminoácidos que resultaría de la traducción.
Secuencia proteica: NH2-Met-Phe-Met-Asn-Lys-Glu-COOH
C. Mutación por Sustitución
Suponga que las dos G se cambian por A (en la hebra molde, asumiendo que el cambio afecta a los codones 2 y 4 de la hebra molde original: AAG -> AAA y TTG -> TTA).
ADN original (Hebrá molde): 3′ TAC AAG TAC TTG TTT CTT ATT 5′
ADN modificado (Asumiendo el cambio en las G de los codones 2 y 4): 3′ TAC AAA TAC TTA TTT CTT ATT 5′
Secuencia ARNm modificada: 5′ AUG UUU AUG AAU AAA GAA UAA 3′
Secuencia proteica modificada: NH2-Met-Phe-Met-Asn-Lys-Glu-COOH
Efecto y Tipo de Mutación: El cambio de bases no tendría repercusión sobre la secuencia proteica final. Esto se debe a que el código genético es degenerado, es decir, varios codones codifican el mismo aminoácido. Sería una mutación por sustitución de bases (transición, si se sustituye una base púrica por otra púrica, o una transversión, dependiendo de la posición exacta del cambio).
D. Mutación por Deleción
¿Qué ocurriría si se eliminan las G (asumiendo la eliminación de las dos G del codón 4, TTG -> TTA, y una G del codón 2, AAG -> AAT)? Para simplificar y mostrar el efecto drástico, consideraremos la eliminación de las dos G del codón 4 (TTG -> TTA) y una G del codón 2 (AAG -> AAT) para ilustrar una deleción que cause un cambio de marco de lectura.
Para ilustrar el efecto de una deleción, tomaremos el ejemplo proporcionado en el texto original, asumiendo que se eliminan las G del codón 4 (TTG) y una G del codón 2 (AAG) para generar el resultado mostrado:
ADN original (Hebrá molde): 3′ TAC AAG TAC TTG TTT CTT ATT 5′
ADN con deleción (Ejemplo del texto): 3′ TAC AAT ACT TTT TCT TAT T 5′ (Esta secuencia parece implicar múltiples cambios, no solo eliminación de Gs, pero seguiremos el resultado para la explicación del efecto)
Secuencia ARNm (Resultado del texto): 5′ AUG UUA UGA AAA AGA AUA A 3′
Secuencia proteica (Resultado del texto): NH2-Met-Leu-COOH
Efecto: El cambio de la secuencia proteica sería drástico. Pasaría de tener seis aminoácidos a tener dos (el segundo de ellos sería además diferente). Esta reducción del número de aminoácidos se debe a que el tercer codón pasa a ser un codón STOP (UGA), por lo que se interrumpiría la síntesis de la proteína. Sería una mutación por pérdida o deleción de bases, causando un cambio en el marco de lectura.
4. Mitosis
A. Descripción de la Metafase
Describa el proceso de la metafase.
En la valoración de la pregunta se puntuará si se nombran los siguientes acontecimientos:
- Condensación máxima de los cromosomas.
- Disposición ecuatorial de los cromosomas/placa ecuatorial (los cromosomas se alinean en el centro de la célula).
- Formación de las fibras cromosómicas/fibras del huso mitótico.
B. Dibujo Esquemático
Realice un dibujo esquemático que represente una célula en metafase.
Esquema de una célula metafásica: Colocar en el ecuador de la célula los cromosomas con sus dos cromátidas unidos a las fibras del huso mitótico.
C. Significado Biológico de la Mitosis
Significado biológico de la mitosis: Se garantiza que las células hijas tengan los mismos cromosomas que la célula madre y, por tanto, la misma información genética.
1. Enzimas
A) Concepto
Las enzimas o biocatalizadores son proteínas globulares capaces de catalizar las reacciones metabólicas.
B) Naturaleza Química y Acción
No se alteran durante la reacción y actúan favoreciendo la obtención de producto en menos tiempo. Presentan una gran especificidad y consiguen un aumento de la velocidad de reacción.
C) Centro Activo y Mecanismo de Actuación
Es una región de la enzima que se une al sustrato. Es una parte pequeña de la enzima, tiene una estructura tridimensional (3D) que facilita la unión del sustrato y también impide la unión de otra molécula. Está formado por aminoácidos que quedan próximos por los repliegues de la cadena.
8. El Cloroplasto
a) Estructura del Cloroplasto
Se trata de un orgánulo membranoso exclusivo de la célula vegetal. Los cloroplastos están formados por una doble membrana:
- Membrana Externa: Lisa y permeable gracias a unas proteínas llamadas porinas.
- Membrana Interna: Casi impermeable. La doble membrana carece de colesterol y clorofila.
Entre las dos membranas queda el espacio intermembranoso. El espacio interior es el llamado estroma. En el interior están los tilacoides o lamelas, sacos membranosos aplanados que se apilan en número variable.
Los tilacoides pueden ser de dos tipos: los que atraviesan el estroma se llaman tilacoides del estroma y los pequeños que se agrupan se llaman tilacoides del grana (un grana es un montoncito de tilacoides). En sus membranas se encuentran los pigmentos fotosintéticos. El espacio intratilacoidal es el lumen.
Aparte, en el estroma hay ADN plastidial (circular y bicatenario) y plastorribosomas 70S, inclusiones de granos de almidón, lipídicos y enzimas. Los cloroplastos contienen clorofila, que les da el color verde y gracias a la cual pueden realizar la fotosíntesis.
b) Función del Cloroplasto
La función de los cloroplastos es realizar la fotosíntesis, que es el proceso por el cual la materia inorgánica se transforma en orgánica por medio de la luz solar. Distinguimos dos fases:
- FASE LUMINOSA: Depende de la luz solar. El cloroplasto obtiene energía en forma de ATP y poder reductor en forma de NADPH2. Esta fase se da en el tilacoide, en la membrana. Se capta la energía de la luz para romper la molécula de agua: H₂O → H₂ + O₂.
- FASE OSCURA: Es independiente de la luz solar. Utiliza el ATP y el NADPH2 para fijar el CO₂ (captado por los estomas) por medio del ciclo de Calvin. Esta fase se desarrolla en el estroma.
Los cloroplastos pueden autogenerarse por bipartición porque eran bacterias o pueden proceder por diferenciación a partir de los protoplastos, que son pequeños orgánulos con una doble membrana y un espacio interior que se transforman en adultos por la luz solar durante su periodo de desarrollo.
9. El Aparato de Golgi: Estructura y Funciones
ESTRUCTURA:
El aparato de Golgi está formado por una serie de cisternas aplanadas que se disponen regularmente formando pilas, denominadas dictiosomas (cuyo número y tamaño varía según la función celular) y vesículas asociadas. Se localiza en las cercanías del núcleo.
Los dictiosomas presentan un lado cis (orientado hacia el núcleo y con forma convexa) y un lado trans (orientado a la membrana plasmática y forma cóncava).
- En el lado cis existe un proceso continuo de formación de cisternas que se generan con material proveniente del retículo endoplasmático y contenido en vesículas de transición.
- En el lado trans las cisternas con las moléculas ya procesadas se deshacen en vesículas que se dirigen a otros compartimentos celulares o hacia la membrana plasmática para expulsar su contenido al exterior celular (vesículas de secreción). Aquí las cisternas presentan membranas más gruesas y con la luz más amplia.
Existe un trasiego constante de moléculas desde el lado CIS al TRANS llevado a cabo por vesículas de transporte que se originan por gemación en una cisterna y se fusionan con la siguiente.
FUNCIONES:
- Modifica, empaqueta, transporta, distribuye y secreta moléculas del Retículo Endoplasmático.
- Se encarga del transporte de proteínas procedentes del retículo hasta el lugar que la célula las necesite.
- Se produce la glicosilación tanto de proteínas que la hayan perdido o tengan que modificarla como de lípidos.
- Se encarga de la síntesis de glúcidos que forman la pared vegetal, como la celulosa o pectina, y del glucocálix en células animales, y además de restaurar la membrana celular o citoplasmática.
- Se encarga de la formación del lisosoma primario.
- Se encarga de la formación de vacuolas de la célula vegetal, vesículas de exocitosis y de secreción.
Aportaciones del Neodarwinismo (Posteriores a Darwin)
Pon cuatro ejemplos de aportaciones posteriores a Darwin que hayan contribuido a la idea actual de evolución (Teoría Sintética de la Evolución):
- Aportaciones de Mendel y la teoría cromosómica de la herencia que establece la transmisión de los caracteres (alelos y genes).
- Genética de poblaciones: Estudio matemático de la transmisión de alelos.
- Genética molecular: Estructura del ADN y mecanismos de duplicación o expresión de los genes.
- Citología: Comprensión de la reproducción celular y los procesos de mitosis y meiosis.
- Bioquímica: Análisis de secuencia de aminoácidos y comparaciones con carácter taxonómico.
- Análisis y comparación de secuencias de nucleótidos.