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1. Estructura de las proteínas

La composición y forma de una proteína viene definida por cuatro estructuras, éstas tienen un carácter jerarquizado, es decir, implican unos niveles o grados de complejidad creciente que dan lugar a los cuatro tipos de estructuras: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

La estructura primaria de una proteína es la secuencia lineal de los aminoácidos que contiene, es decir, el número y el orden en el que se encuentran. Los enlaces peptídicos entre los aminoácidos mantienen estable esta estructura.

La estructura secundaria de una proteína se refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de la cadena polipeptídica a lo largo de una dirección. Puede decirse también, que es la disposición de la estructura primara en el espacio y que es consecuencia directa de la libre capacidad de giro del carbono alfa.

Existen dos modelos o tipos de estructuras secundarias:

  • Hélice α.
  • Lámina β.

La estructura terciaria de una proteína informa de la disposición de la estructura secundaria en el espacio y, por tanto, del tipo de conformación tridimensional que posee. Las conformaciones más frecuentes que adoptan las proteínas son la globular y la filamentosa. Las funciones biológicas que realizan las proteínas dependen de la estructura terciaria que éstas poseen.

La estructura cuaternaria de una proteína informa que ésta está compuesta de más de una cadena polipeptídica, y hace referencia al modo en que se asocian las cadenas o subunidades para constituir la proteína activa. (Ej. Hemoglobina). Las distintas subunidades se unen mediante puentes de hidrógeno y puentes disulfuro.

2. Desnaturalización y renaturalización de proteínas

La manera de determinar la importancia que tiene la estructura específica de una proteína para su función biológica es alterar ésta y determinar cuál es el efecto de la alteración en su función. Una alteración extrema es la total anulación de su estructura tridimensional. A este proceso se le denomina desnaturalización. La desnaturalización de proteínas se puede llevar a cabo por calor, cambios extremos de pH y por acción de disolventes orgánicos y detergentes.

La desnaturalización de las proteínas va siempre asociada a la pérdida de actividad biológica de las mismas. Sin embargo, algunas proteínas pueden recuperar su estructura y, por tanto, su actividad biológica, en un proceso conocido como renaturalización, si son devueltas a condiciones en las que su conformación nativa es estable.

3. Funciones de las proteínas

Desde el punto de vista funcional, las proteínas son biomoléculas versátiles, es decir, son capaces de desempeñar funciones muy variadas. Las principales funciones biológicas que desempeñan en el organismo son:

  • Función de reserva de determinados compuestos.
  • Función de transporte de diversas sustancias.
  • Función de defensa.
  • Función contráctil.
  • Función enzimática.
  • Función homoestática.
  • Función hormonal.
  • Función estructural.

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1. El ciclo de Calvin

El ciclo de Calvin es la ruta metabólica mayoritaria por la que los organismos fotosintéticos fijan el CO2, obteniendo así el carbono necesario para la construcción de sus biomoléculas orgánicas.

Este ciclo constituye la fase oscura de la fotosíntesis o fase de biosíntesis, el ATP y el NADPH obtenidos en la fase luminosa son utilizados para transformar los compuestos inorgánicos en orgánicos, es decir, para reducir el CO2 y así sintetizar glúcidos sencillos. El ciclo de Calvin consta de varias fases:

  1. Fase carboxilativa: El CO2 se incorpora a una molécula de 5 átomos de carbono, la ribulosa-1,5-difosfato, para producir dos moléculas de 3-fosfoglicerato, es una reacción catalizada por el enzima ribulosa-1,5-difosfato-carboxilasa-oxigenasa (RUBISCO), que es la enzima más abundante del planeta.
  2. Fase reductora: en esta fase se reduce el CO2 incorporado en la fase carboxilativa en el 3-fosfoglicerato en forma de grupo carboxilo, mediante el ATP y el NADPH producidos en la fase luminosa.
  3. Fase regenerativa: en esta fase parte del gliceraldehído-3-fosfato obtenido en la fase reductiva es convertido en glucosa-6-fosfato, y parte en ribulosa-1,5-difosfato para cerrar de nuevo el ciclo.

El balance del ciclo de Calvin es:

6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ + 12 H2O → Glucosa + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+

Este alto consumo de ATP refleja el hecho de que el CO2 es la forma más altamente oxidada de la cual se puede obtener carbono para construir los esqueletos carbonados de las moléculas orgánicas.

El ciclo de Calvin tiene lugar en el estroma del cloroplasto.

2. La quimiosíntesis

La quimiosíntesis es un proceso anabólico al igual que la fotosíntesis, pero a diferencia de ésta, la energía necesaria para la transformación de sustancias inorgánicas en orgánicas proviene de reacciones químicas exotérmicas que producen energía que se almacena en forma de ATP. La quimiosíntesis es una forma de nutrición autótrofa propia de ciertas bacterias que obtienen la energía precisa para la elaboración de sus componentes orgánicos de la oxidación de compuestos inorgánicos.

En la quimiosíntesis distinguimos también dos fases:

  • Oxidación de los compuestos inorgánicos: se produce ATP por fosforilación oxidativa y los electrones arrancados a las moléculas se utilizan para reducir una coenzima, que generalmente es la NAD+ que pasa a NADH.
  • Formación de compuestos orgánicos: la energía (ATP) y el poder reductor (NADH) obtenidos en la fase anterior son utilizados para reducir las moléculas inorgánicas. Esta segunda fase es similar a la fase oscura de la fotosíntesis.

3. Factores que afectan a la fotosíntesis

Las reacciones fotoquímicas de la fase lumínica son independientes de la Tª, pero las reacciones de la fase oscura aumentan su velocidad de reacción con la Tª. Además, en cualquier caso. un aumento excesivo de la Tª producirá la desnaturalización de las enzimas y el descenso del rendimiento fotosintético. La gráfica indica una temperatura óptima fotosíntética alrededor de 35º C, puesto que el rendimiento fotosintético es mayor.

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1. Cromatina y cromosomas

La cromatina es la sustancia fundamental del núcleo de células eucariotas en interfase. El núcleo mitótico o núcleo en división se caracteriza porque se hace patente la individualización del material hereditario y la cromatina se condensa formando los cromosomas. Las cromátidas son cada elemento en que el centrómero divide al cromosoma longitudinalmente. Cada cromátida posee sólo una molécula de ADN, constituyendo la manifestación morfológica de que el material genético se encuentra duplicado.

2. Recombinación genética

La recombinación genética es consecuencia directa del intercambio de información genética que tiene lugar en el sobrecruzamiento cromosómico meiótico. En este fenómeno los pares de cromosomas homólogos están estrechamente apareados y se adhieren en determinados puntos denominados quiasmas. En esta situación las cromátidas hermanas se entrecruzan y se fragmentan transversalmente dando lugar a un intercambio de ADN entre ellas. Este proceso, junto con la mutación, conduce a un incremento de la variabilidad genética. De este modo, un individuo puede adquirir la mezcla más favorable de los caracteres de sus progenitores y así, en situaciones desfavorables, la reproducción sexual puede favorecer la adaptación al medio.

3. Tipos de mutaciones

a) Mutaciones génicas

Las mutaciones génicas, también denominadas puntuales, son las que afectan a la secuencia de nucleótidos. Se pueden distinguir dos tipos de mutaciones génicas por:

  • sustitución de bases: Suponen alrededor del 20 % de las mutaciones génicas y consisten en el cambio de una base del ADN por otra.
  • corrimiento en la pauta de lectura: Pueden ser inserciones cuando consisten en la adición de algún nucleótido en la molécula de ADN o delecciones cuando consisten en la pérdida de algún nucleótido en la molécula de ADN.

b) Mutaciones cromosómicas

Las mutaciones cromosómicas también se denominan variaciones cromosómicas estructurales. La variación o alteración afecta a un fragmento cromosómico que incluye varios genes y por lo tanto algunas son detectables al microscopio gracias la técnica de bandeo de cromosomas por tinciones específicas. Las alteraciones en la ordenación de los genes sobre el cromosoma se producen por roturas durante la reproducción de las células germinales, de modo que al recomponerse los cromosomas rotos dan lugar a otros distintos de los originales. Hay varios tipos mutaciones cromosómicas producidas por delección, inversión, duplicación y translocación de fragmentos en los cromosomas.

c) Mutaciones genómicas

Las mutaciones genómicas afectan al número de cromosomas. Éstas son de varios tipos:

  1. Poliploidías: Estas mutaciones consisten en el aumento del número normal de juegos de cromosomas o dotación cromosómica de cada especie (por ejemplo, de 2n a 4n).
  2. Haploidías: Son las mutaciones que provocan un descenso en el número de juegos de cromosomas de la especie.
  3. Aneuploidías: son las mutaciones que afectan sólo al número de copias de un cromosoma o más, pero sin llegar al juego completo.

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1. Patogenicidad de los microorganismos

El grado de patogeneidad de un microorganismo se conoce como virulencia y es cuantificable. Un microorganismo patógeno es el que es capaz de producir una enfermedad; patogeneidad se refiere a la capacidad que tienen los parásitos para penetrar en el huésped y producirle cambios anatómicos y fisiológicos, como la enfermedad.

Una toxina es una sustancia de naturaleza proteica causante de la especificidad funcional de algunas bacterias. Las toxinas se caracterizan por su capacidad de producir daños en el huésped, siendo en realidad las causantes de las enfermedades bacterianas. Existen dos tipos de toxinas:

  • Las exotoxinas, de naturaleza proteica, termolábiles y secretadas al exterior por bacterias Gram positivas, y que poseen alta toxicidad.
  • Las endotoxinas, componentes estructurales de las bacterias Gram negativas, y cuya capacidad toxigénica es mucho menor que la de las endotoxinas.

2. El virus del VIH

El VIH pertenece a la familia de los retrovirus. Estos virus se caracterizan por llevar información genética en una molécula de ARN que debe ser copiado a ADN durante su ciclo de replicación, merced a la actuación de un enzima del propio virus, la transcriptasa inversa o retrotrancriptasa.

El ciclo del VIH comienza cuando el retrovirus interacciona con una glucoproteína de membrana de la célula hospedadora. Esta interacción provoca la fusión de membranas del virus y de la célula con la consiguiente entrada del retrovirus al interior celular. Tras la pérdida de la cubierta proteica se inicia la retrotranscripción del ARN vírico gracias a la retrotranscriptasa, originándose un ADN bicatenario. Una enzima denominada integrasa induce la integración del ADN viral en el cromosoma de la célula hospedadora. El siguiente paso es la expresión del ADN viral que conduce a la formación de ARN víricos, que se traducen para originar las proteínas estructurales y enzimáticas del virus. Tras el ensamblaje de los viriones, éstos pueden liberarse para reiniciar un nuevo ciclo retrovírico infectando nuevas células diana.

El ciclo del VIH queda representado en el siguiente esquema:

3. El SIDA y las inmunodeficiencias

El virus del SIDA infecta linfocitos T4 provocando su destrucción y en consecuencia, desactivando la respuesta inmune, tanto celular como humoral. A la larga, el organismo no puede elaborar una respuesta inmune ni contra las células T4 infectadas ni contra el propio virus, ni tan siquiera contra otros microorganismos invasores oportunistas o células malignas que pueden estar presentes y desarrollarse. Conforme se va debilitando el sistema, el paciente es más vulnerable a otras enfermedades, entre las que cabe destacar la neumonía causada por Pneumocystis carinii, el sarcomo de Kaposi y otros cánceres.

Las inmunodeficiencias son situaciones patológicas producidas como resultado de la ausencia, o del fracaso, de la función de uno o de más elementos del sistema inmunitario. Atendiendo al origen de la mima, se distinguen: inmunodeficiencia primaria o congénita, e inmunodeficiencia secundaria o adquirida.

Las inmunodeficiencias secundarias o adquiridas son las que se adquieren después del nacimiento, y se deben a factores extrínsecos o medioambientales, como pueden ser la mayoría de los fármacos utilizados en la quimioterapia contra el cáncer, las radiaciones, la malnutrición o las infecciones. Entre las inmunodeficiencias secundarias se puede citar la producida por el VIH, causante del SIDA.