Conceptos Fundamentales de Biología Celular y Molecular: Desde el Origen de la Vida hasta la Replicación del ADN
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Preguntas y Respuestas sobre Biología Celular y Molecular
I. Selección de la Respuesta Correcta
- ¿Según qué teoría del origen de la vida, los primeros organismos primitivos provienen del espacio exterior?
b) Panspermia - ¿Qué biomolécula se encarga de almacenar carbohidratos en animales?
a) Glucógeno - ¿Qué biomolécula es la más rendidora energéticamente y se caracteriza por ser principalmente hidrofóbica?
c) Lípidos - ¿Qué proceso sintetiza proteínas a partir de ARN sintetizado en el núcleo?
b) Traducción - ¿Mediante qué proceso se copia el código genético en el núcleo para posteriormente codificarlo en aminoácidos?
a) Transcripción - ¿Qué proceso se lleva a cabo durante la etapa S del ciclo celular?
c) Replicación - ¿Qué enzima se encarga de romper los enlaces de hidrógeno entre las cadenas de ADN?
c) Helicasa - ¿Qué enzima se encarga de colocar los nucleótidos correspondientes en las cadenas formadas durante la transcripción?
d) ARN polimerasa - ¿Qué enzima se encarga de colocar el cebador de ARN durante el proceso de replicación?
b) Primasa - ¿Qué tipo de transporte transmembrana permite el paso de gases?
c) Pasivo simple - ¿Qué tipo de transporte se encarga de transportar iones al interior o exterior de la célula?
a) Mediado por bombas - ¿Qué transporte celular se encarga de secretar las proteínas, mucinas y enzimas antibacterianas componentes de la saliva por medio de células mucosas de las glándulas salivales?
d) Por vesículas - ¿Qué neurotransmisor se encarga de estimular la activación de las neuronas y está relacionado con la memoria y el pensamiento racional?
c) Glutamato - ¿Qué neurotransmisor se encarga de inhibir las activaciones neuronales, siendo vital para el sueño y la relajación?
d) GABA - ¿A qué neurotransmisor se le atribuyen todos los procesos de recompensa y motivación?
a) Dopamina
II. Verdadero o Falso
- La clonación consiste en tomar la información genética de un gameto de un ser vivo y colocarlo en una célula anucleada para iniciar la división.
Falso. La clonación implica la creación de un organismo genéticamente idéntico a otro mediante la transferencia del núcleo de una célula somática a un óvulo anucleado, no de un gameto. - La metilación de la citosina es un método de control genético que ayuda a expresar o bloquear la transcripción de los genes.
Verdadero. La metilación de la citosina es un mecanismo epigenético que puede inhibir la transcripción de genes. - Los factores de transcripción ayudan a la ADN polimerasa a fijarse a la caja TATA e iniciar la unión de nucleótidos correspondientes.
Falso. Los factores de transcripción ayudan a la ARN polimerasa a unirse al promotor del ADN, pero no están directamente involucrados en la fijación de la ARN polimerasa a la caja TATA. - Una bomba de sodio saca 2 sodios e introduce 3 potasios en la célula, y su función es regular el potencial iónico de la célula e iniciar el impulso nervioso, etc.
Falso. La bomba de sodio-potasio saca 3 iones de sodio e introduce 2 iones de potasio. Su función principal es mantener el equilibrio de los niveles de sodio y potasio dentro y fuera de la célula, pero no es la que inicia el impulso nervioso. - El anabolismo es el encargado de hacer la energía vital llamada ATP, por la cual los seres vivos llevan a cabo sus funciones.
Falso. El anabolismo es el conjunto de procesos metabólicos que construyen moléculas complejas a partir de moléculas más simples, utilizando energía. El catabolismo es el proceso que degrada moléculas complejas para liberar energía, incluyendo la producción de ATP. - La comunicación intracelular implica un receptor celular en la membrana plasmática que activa segundos mensajeros.
Falso. La comunicación intracelular se refiere a la transmisión de señales dentro de una misma célula. La comunicación intercelular es la que puede implicar receptores en la membrana plasmática y segundos mensajeros. - El tipo de comunicación celular que debe viajar por el torrente sanguíneo y se lleva a cabo entre células del sistema nervioso se llama endocrino.
Falso. El tipo de comunicación celular que viaja a través del torrente sanguíneo se llama comunicación endocrina. La comunicación entre células del sistema nervioso puede ser sináptica (entre neuronas) o neuroendocrina (entre neuronas y células endocrinas). - El proceso de entrecruzamiento durante la meiosis es el único responsable de la variabilidad en el genotipo humano.
Falso. La variabilidad genética en los seres humanos se debe a una combinación de procesos como el entrecruzamiento, la segregación independiente de los cromosomas durante la meiosis y las mutaciones. - La meiosis reduce la cantidad de cromosomas presentes en los gametos.
Verdadero. La meiosis reduce a la mitad el número de cromosomas en las células sexuales (gametos) para que, al fusionarse durante la fecundación, se restablezca el número diploide de cromosomas en el cigoto.
III. Localización de Actividades Celulares
- Reciben vesículas marcadas con COPI: Aparato de Golgi
- Parte donde las dineínas y quinesinas se transportan: Citoplasma (a través de los microtúbulos)
- Parte del citoesqueleto responsable de la citocinesis: Filamentos de actina
- Responsable de la síntesis de proteínas: Ribosomas
- Almacena y libera calcio: Retículo endoplasmático liso (REL)
- Degradación de compuestos por enzimas hidrolíticas: Lisosomas
- Se lleva a cabo la síntesis de ATP: Mitocondrias
- Se almacenan las proteínas en: Retículo endoplasmático rugoso (RER)
- Se almacenan lípidos en: Retículo endoplasmático liso (REL)
- Se almacena la cromatina en: Núcleo (específicamente en el nucleoplasma)
- Se procesan y distribuyen proteínas: Aparato de Golgi
- Se degrada el peróxido: Peroxisomas
- Se encarga de la señal de apoptosis: Núcleo y Mitocondrias
- Se degradan elementos ingeridos por fagocitosis: Lisosomas
IV. Preguntas de Desarrollo
- La lana negra de los borregos se debe a un alelo recesivo, "n", y la lana blanca a su alelo dominante, "N". Al cruzar un carnero blanco con una oveja negra, en la descendencia apareció un borrego negro. ¿Cuáles eran los genotipos de los parentales?
El carnero blanco (padre) debe ser heterocigoto (Nn) para que pueda tener descendencia negra. La oveja negra (madre) es homocigota recesiva (nn). El borrego negro es homocigoto recesivo (nn). - Describe la diferencia entre transporte activo y pasivo y qué define el método de entrada a la célula.
Transporte pasivo: No requiere gasto de energía por parte de la célula. Las sustancias se mueven a favor de su gradiente de concentración, desde una zona de mayor concentración a una de menor concentración. Ejemplos: difusión simple (gases, moléculas pequeñas no polares), difusión facilitada (proteínas canal, transportadores).
Transporte activo: Requiere gasto de energía (ATP) por parte de la célula. Las sustancias se mueven en contra de su gradiente de concentración, desde una zona de menor concentración a una de mayor concentración. Ejemplos: bombas de iones (bomba de sodio-potasio), transporte acoplado.
El método de entrada a la célula está definido por el gradiente de concentración de la sustancia, la naturaleza de la sustancia (tamaño, polaridad, carga) y la presencia de proteínas transportadoras específicas en la membrana. - De acuerdo con la teoría del origen de la vida de la evolución química, ¿en qué consistía el caldo primitivo y cómo se llevó a cabo el origen de la vida?
El caldo primitivo era una solución rica en compuestos orgánicos simples (aminoácidos, nucleótidos, azúcares) que se cree que existió en los océanos de la Tierra primitiva. Se formó por la acción de diversas fuentes de energía (rayos UV, descargas eléctricas, calor) sobre los gases de la atmósfera primitiva (metano, amoníaco, hidrógeno, vapor de agua). Según la teoría de la evolución química, la vida se originó en el caldo primitivo a través de una serie de etapas: formación de monómeros orgánicos, polimerización de monómeros en macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos), formación de protobiontes (estructuras precelulares) y, finalmente, evolución de las primeras células. - ¿Qué son y por qué se forman los fragmentos de Okazaki?
Los fragmentos de Okazaki son fragmentos cortos de ADN que se sintetizan en la hebra rezagada durante la replicación del ADN. Se forman porque la ADN polimerasa solo puede sintetizar ADN en dirección 5' a 3'. Como las dos hebras de ADN son antiparalelas, la hebra rezagada se sintetiza de forma discontinua en fragmentos cortos que luego son unidos por la ADN ligasa. - ¿Qué es y de qué se compone un nucleótido?
Un nucleótido es la unidad básica de los ácidos nucleicos (ADN y ARN). Se compone de tres partes: una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina en el ADN, uracilo en el ARN), un azúcar pentosa (desoxirribosa en el ADN, ribosa en el ARN) y un grupo fosfato. - Escribe un elemento primario, uno secundario y un oligoelemento y sus funciones.
Elemento primario: Nitrógeno (N). Esencial para la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos orgánicos.
Elemento secundario: Magnesio (Mg). Cofactor de muchas enzimas, importante para la estructura de la clorofila y la síntesis de ATP.
Oligoelemento: Zinc (Zn). Cofactor de muchas enzimas, importante para el crecimiento, la cicatrización de heridas y el sistema inmunológico. - ¿Cuáles y en qué consisten los métodos de regulación de la expresión genética (son 4)?
Regulación transcripcional: Controla la síntesis de ARNm a partir de ADN. Incluye la acción de factores de transcripción, promotores, potenciadores y silenciadores.
Regulación post-transcripcional: Controla el procesamiento, la estabilidad y la localización del ARNm. Incluye el splicing alternativo, la edición del ARNm y la degradación del ARNm.
Regulación traduccional: Controla la síntesis de proteínas a partir de ARNm. Incluye la acción de factores de iniciación, elongación y terminación de la traducción, así como la regulación por microARNs.
Regulación postraduccional: Controla la actividad, la localización y la degradación de las proteínas. Incluye modificaciones covalentes (fosforilación, glucosilación, acetilación), el plegamiento de proteínas y la proteólisis. - Explica qué es un enlace de hidrógeno y por qué es tan importante para la biología.
Un enlace de hidrógeno es una interacción débil entre un átomo de hidrógeno con una carga parcial positiva y un átomo electronegativo (como oxígeno o nitrógeno) con una carga parcial negativa. Los enlaces de hidrógeno son importantes en biología porque estabilizan la estructura de las macromoléculas (ADN, proteínas), permiten la interacción entre moléculas (agua) y son fundamentales para muchos procesos biológicos (replicación del ADN, plegamiento de proteínas, catálisis enzimática). - Dibuja el dogma de la biología y explica qué pasa en cada transición.
El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética en las células:
ADN → ARN → Proteína
Replicación: El ADN se duplica a sí mismo, generando dos copias idénticas.
Transcripción: El ADN se transcribe a ARN mensajero (ARNm).
Traducción: El ARNm se traduce a proteína en los ribosomas. - De acuerdo con lo aprendido en el curso, describe la importancia de la célula en el cuerpo humano, las implicaciones de su funcionamiento y requerimientos para sí mismo.
La célula es la unidad básica de la vida y fundamental para el funcionamiento del cuerpo humano. Todas las funciones del organismo dependen del correcto funcionamiento de las células. Las células necesitan nutrientes, oxígeno y un entorno adecuado para funcionar correctamente. Un mal funcionamiento celular puede llevar a enfermedades.
V. Descripción de Procesos Biológicos
- Replicación
La replicación del ADN es el proceso mediante el cual una célula duplica su ADN antes de la división celular.
Proceso:
1. Desenrollamiento del ADN: La doble hélice de ADN se desenrolla y se separa en dos hebras simples por la acción de la enzima helicasa.
2. Formación de la horquilla de replicación: Se forma una estructura en forma de Y llamada horquilla de replicación, donde se sintetizarán las nuevas hebras de ADN.
3. Síntesis de la hebra líder: La ADN polimerasa sintetiza una nueva hebra de ADN de forma continua en dirección 5' a 3', utilizando como molde la hebra original que se lee en dirección 3' a 5'.
4. Síntesis de la hebra rezagada: La ADN polimerasa sintetiza la otra hebra de ADN de forma discontinua en fragmentos cortos (fragmentos de Okazaki) en dirección 5' a 3', utilizando como molde la hebra original que se lee en dirección 5' a 3'.
5. Unión de fragmentos de Okazaki: La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki para formar una hebra continua.
6. Terminación: La replicación termina cuando se han copiado completamente las dos hebras de ADN. - Transcripción
La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza una molécula de ARN a partir de una secuencia de ADN.
Proceso:
1. Iniciación: La ARN polimerasa se une al promotor, una región específica del ADN que indica el inicio de un gen.
2. Elongación: La ARN polimerasa se desplaza a lo largo del ADN, desenrollando la doble hélice y sintetizando una molécula de ARN complementaria a la hebra molde de ADN.
3. Terminación: La ARN polimerasa encuentra una señal de terminación en el ADN y se libera, junto con la molécula de ARN recién sintetizada. - Traducción
La traducción es el proceso mediante el cual se sintetiza una proteína a partir de la información contenida en una molécula de ARNm.
Proceso:
1. Iniciación: El ribosoma se une al ARNm y al ARNt iniciador, que lleva el aminoácido metionina.
2. Elongación: El ribosoma se desplaza a lo largo del ARNm, leyendo los codones (secuencias de tres nucleótidos) y uniendo los aminoácidos correspondientes a la cadena polipeptídica en crecimiento.
3. Terminación: El ribosoma encuentra un codón de terminación en el ARNm y se libera, junto con la proteína recién sintetizada. - Transporte vesicular
El transporte vesicular es un mecanismo de transporte celular que utiliza vesículas (pequeñas esferas rodeadas de membrana) para transportar moléculas dentro de la célula o entre la célula y el exterior.
Tipos:
Endocitosis: Proceso por el cual la célula introduce moléculas en su interior, englobándolas en vesículas que se forman a partir de la membrana plasmática. Puede ser fagocitosis (ingestión de partículas grandes), pinocitosis (ingestión de líquidos y solutos) o endocitosis mediada por receptor (ingestión selectiva de moléculas específicas).
Exocitosis: Proceso por el cual la célula libera moléculas al exterior, fusionando vesículas que contienen las moléculas con la membrana plasmática. - Origen de la vida según la teoría de la evolución química
La teoría de la evolución química propone que la vida se originó en la Tierra primitiva a partir de moléculas orgánicas simples que se formaron abióticamente (sin intervención de seres vivos). Estas moléculas se habrían acumulado en los océanos, formando el "caldo primitivo". A través de una serie de reacciones químicas complejas, estas moléculas se habrían organizado en estructuras precelulares (protobiontes) y, finalmente, en las primeras células. - Teoría endosimbiótica
La teoría endosimbiótica propone que las mitocondrias y los cloroplastos, orgánulos presentes en las células eucariotas, se originaron a partir de bacterias de vida libre que fueron englobadas por células procariotas ancestrales. Estas bacterias establecieron una relación simbiótica con la célula huésped, proporcionándole energía (mitocondrias) o capacidad fotosintética (cloroplastos) a cambio de protección y nutrientes. - Ciclo celular
El ciclo celular es la secuencia de etapas por las que pasa una célula desde que se forma hasta que se divide en dos células hijas.
Fases:
Interfase: Etapa de crecimiento y preparación para la división celular. Se subdivide en:
G1: Crecimiento celular y síntesis de proteínas y orgánulos.
S: Replicación del ADN.
G2: Crecimiento celular y preparación para la mitosis.
Fase M (Mitosis): División del núcleo y del citoplasma para formar dos células hijas. Se subdivide en:
Profase: Condensación de los cromosomas, formación del huso mitótico y desaparición de la envoltura nuclear.
Metafase: Alineación de los cromosomas en el ecuador de la célula.
Anafase: Separación de las cromátidas hermanas y migración hacia los polos opuestos de la célula.
Telofase: Formación de dos nuevos núcleos y descondensación de los cromosomas.
Citocinesis: División del citoplasma para formar dos células hijas.