Ejercicio resuelto de Proteínas · Biología · Cataluña · 2024

En 2015, cuando Alessandra tenía cuarenta y tres años, le diagnosticaron esclerodermia, conocida también como esclerosis sistémica progresiva. El término esclerodermia hace referencia a una condición en que la piel y otros órganos experimentan un endurecimiento y engrosamiento parecido al que se produce en la cicatrización, causado por depósitos de colágeno.

1. Según dónde se encuentren los depósitos de colágeno, la sintomatología de la enfermedad será más grave o menos. [1 punto]
a) Observe un fragmento de la estructura de la biomolécula que se sintetiza en exceso en esta enfermedad y complete la tabla de abajo.

Tipo de biomolécula: Nombre genérico de los monómeros que forman estas biomoléculas: ¿Cómo se llaman los enlaces que unen estos monómeros? Marque en la imagen de la biomolécula un enlace que una dos de los monómeros.

b) El esquema siguiente representa uno de los tipos de estructuras que adopta la biomolécula del apartado anterior.

Complete la tabla siguiente indicando qué tipo de estructura muestra la imagen y justifique la respuesta.

¿Qué tipo de estructura muestra la imagen? Justifique la respuesta:

2. En estos pacientes, el sistema inmunitario ataca el tejido conjuntivo del propio cuerpo y hace que los fibroblastos produzcan más colágeno del necesario. [1 punto]
a) ¿Qué tipo de enfermedad es la esclerodermia en relación con el sistema inmunitario? Justifique la respuesta.
b) El enzima metaloproteinasa digiere colágeno y es utilizado en terapia génica para disminuir los depósitos anómalos de colágeno en pacientes con esclerodermia.
Observe el esquema siguiente y complete la tabla de abajo:

¿Qué se genera en la fase marcada con el número 1 en el esquema? — ¿Para qué se utilizará el elemento que se genere? ¿Cómo es la célula que se genera en la fase marcada con el número 2 en el esquema? — ¿Qué información adicional tendrá esta célula? ¿Qué pasa en la fase marcada con el número 3 en el esquema? — ¿Qué finalidad tiene esta fase?

3. A veces podemos encontrar enfermedades neurodegenerativas que se caracterizan por la formación de depósitos proteicos en la sustancia gris del cerebro. Esto causa un esponjamiento, y por este motivo llamamos a estas enfermedades encefalopatías espongiformes. [1 punto]
Observe las imágenes siguientes:

Imagen 1. Agente infeccioso.

Imagen 2. Estructura sana y estructura anómala.
A continuación, responda a las cuestiones de la tabla siguiente:

¿Qué tipo de molécula representa la imagen 1? ¿Qué agente infeccioso representa? ¿Cuál es la causa principal que hace que esta biomolécula se transforme en un agente infeccioso? Nombre dos estructuras acelulares diferentes de las mostradas en las imágenes que podrían actuar como agentes infecciosos.

$\mathbf{\text{1.}}\mathbf{\text{Seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nde}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{encuentren}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dep}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{sitos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{col}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{geno,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sintomatolog}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{enfermedad}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{grave}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{menos.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Observe}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{fragmento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{biomol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{sintetiza}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{exceso}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{enfermedad}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{abajo.}}$










En la imagen se reconoce una cadena larga en la que se repite siempre el mismo esqueleto: un carbono unido a un grupo carbonilo y a un nitrógeno, y del que cuelga un radical distinto en cada eslabón, unas veces un simple hidrógeno, otras un anillo aromático, otras una cadena terminada en un grupo amino. Esa alternancia de un esqueleto constante y un radical variable es la firma de un polipéptido.

Cuestión	Respuesta Tipo de biomolécula	Una proteína, en concreto el colágeno. El fragmento representado es un polipéptido. Nombre genérico de los monómeros que forman estas biomoléculas	Los aminoácidos. ¿Cómo se llaman los enlaces que unen estos monómeros?	Enlaces peptídicos. Se forman por condensación entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, con pérdida de una molécula de agua, y dan un grupo amida. Marque en la imagen de la biomolécula un enlace que una dos de los monómeros.	Vale cualquiera de los grupos $-\text{CO}-\text{NH}-$ que se repiten a lo largo del esqueleto de la cadena: hay uno entre cada dos radicales consecutivos. Por ejemplo, el que sigue al aminoácido del extremo superior izquierdo, el que tiene el grupo amino libre, y lo une al aminoácido siguiente. No hay que rodear el nitrógeno ni el carbono por separado, sino el enlace que va del carbono del grupo carbonilo de un aminoácido al nitrógeno del grupo amino del siguiente.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{muestra}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{imagen}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}$

La imagen muestra la estructura cuaternaria.

En el esquema se ven tres extremos amino a la izquierda y tres extremos carboxilo a la derecha, es decir, tres cadenas polipeptídicas distintas, enrolladas una alrededor de otra formando una triple hélice. La estructura cuaternaria es precisamente la que resulta de la asociación de dos o más cadenas polipeptídicas, cada una con su propia estructura terciaria, en un único conjunto funcional; si hubiera una sola cadena no podría hablarse de estructura cuaternaria.

En el colágeno esa asociación de tres cadenas es la molécula de tropocolágeno, y su disposición enrollada, estabilizada por puentes de hidrógeno entre las cadenas, es lo que da a la fibra su enorme resistencia a la tracción.

$\mathbf{\text{2.}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{pacientes,}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{sistema}}\mathbf{\text{inmunitario}}\mathbf{\text{ataca}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tejido}}\mathbf{\text{conjuntivo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{propio}}\mathbf{\text{cuerpo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{hace}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{fibroblastos}}\mathbf{\text{produzcan}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{col}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{geno}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{necesario.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enfermedad}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{esclerodermia}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{relaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{sistema}}\mathbf{\text{inmunitario?}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}$

Es una enfermedad autoinmunitaria.

En condiciones normales el sistema inmunitario distingue lo propio de lo extraño gracias a la tolerancia inmunológica: durante su maduración se eliminan o se inactivan los linfocitos cuyos receptores reconocen moléculas del propio organismo. Cuando esa tolerancia falla, sobreviven linfocitos autorreactivos que tratan un componente del propio cuerpo como si fuera un antígeno extraño y desencadenan contra él una respuesta completa, con autoanticuerpos y linfocitos T citotóxicos.

Eso es justamente lo que describe el enunciado: el sistema inmunitario ataca el tejido conjuntivo del propio paciente. La inflamación crónica que ese ataque mantiene es la que estimula a los fibroblastos y los lleva a producir más colágeno del necesario, con los depósitos y el endurecimiento característicos de la enfermedad.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Observe}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{esquema}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{abajo:}}$

Fase	Qué ocurre y para qué Fase 1	Se genera un virus recombinante: se toma el gen de la metaloproteinasa aislado de células sanas y se introduce en el material genético de un virus previamente desprovisto de su capacidad patógena. Lo que se obtiene, por tanto, es un vector vírico que lleva DNA recombinante. Se utilizará para infectar in vitro los fibroblastos anómalos extraídos del paciente y, al hacerlo, introducir en ellos el gen funcional de la metaloproteinasa, aprovechando la capacidad natural del virus de inyectar su material genético dentro de una célula. Fase 2	La célula que se genera es un fibroblasto del propio paciente que ha sido modificado genéticamente, es decir, una célula transgénica. Salvo por esa modificación es idéntica a las demás células del enfermo, y de ahí que después se multiplique bien en el laboratorio y que al devolverla no vaya a ser rechazada. La información adicional que tiene es el gen funcional de la metaloproteinasa, incorporado a su genoma; gracias a él la célula puede transcribirlo y traducirlo, y fabricar un enzima que antes no producía. Fase 3	Las células modificadas, una vez multiplicadas en el laboratorio hasta obtener un número suficiente, se inyectan de nuevo en el paciente, en las zonas de la piel afectadas por los depósitos. La finalidad es que produzcan allí mismo metaloproteinasa de forma continuada; el enzima digiere el colágeno acumulado en exceso y reduce el endurecimiento y el engrosamiento del tejido. Como se devuelven células del propio enfermo, no hay respuesta de rechazo, que es la ventaja de este tipo de terapia génica hecha fuera del organismo.

$\mathbf{\text{3.}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{veces}}\mathbf{\text{podemos}}\mathbf{\text{encontrar}}\mathbf{\text{enfermedades}}\mathbf{\text{neurodegenerativas}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{caracterizan}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{formaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{dep}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{sitos}}\mathbf{\text{proteicos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sustancia}}\mathbf{\text{gris}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{cerebro.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{continuaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{responda}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{cuestiones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente:}}$

Cuestión	Respuesta ¿Qué tipo de molécula representa la imagen 1?	Una proteína. El dibujo es una representación de su estructura terciaria, en la que se distinguen los tramos en hélice alfa, dibujados como espirales, y los tramos en lámina beta, dibujados como flechas planas, unidos por lazos. ¿Qué agente infeccioso representa?	Un prión, es decir, la proteína priónica en su forma anómala. Es el agente de las encefalopatías espongiformes, como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob en el ser humano o la encefalopatía espongiforme bovina. ¿Cuál es la causa principal que hace que esta biomolécula se transforme en un agente infeccioso?	Un cambio en su plegamiento, no en su secuencia. La proteína PrPc normal, rica en hélices alfa, adopta una conformación anómala, la PrPsc, en la que buena parte de esas hélices se ha convertido en láminas beta, tal como se aprecia al comparar las dos estructuras de la imagen 2. La secuencia de aminoácidos es la misma; lo que cambia es la estructura secundaria y terciaria. Esa forma anómala es insoluble, se agrega y resiste la digestión por las proteasas, de modo que no se elimina y se acumula. Y es infecciosa porque, al entrar en contacto con moléculas de PrPc normales, induce en ellas el mismo cambio de conformación, en una reacción en cadena que va convirtiendo la proteína sana de la neurona en proteína anómala. Nombre dos estructuras acelulares diferentes de las mostradas en las imágenes que podrían actuar como agentes infecciosos.	Los virus, formados por un ácido nucleico envuelto en una cápside proteica, y los viroides, moléculas pequeñas de RNA circular monocatenario, sin cápside ni proteína alguna, que parasitan células vegetales.