Ejercicio resuelto de Microbiología y biotecnología · Biología

A finales de la época preindustrial, Barcelona era una ciudad amurallada y densamente poblada. Uno de los problemas de sus habitantes era disponer de agua potable. El agua que llegaba a la ciudad a través del Rec Comtal se utilizaba principalmente en producción textil y curtido de pieles. Muchos pozos estaban contaminados y las fuentes con agua procedente de Collserola eran insuficientes.


Fuente: https://ca.wikipedia.org/wiki/Fitxer:Barcelona_1579,_F._Valesio.jpg.

1. En aquella época, los brotes de cólera causados por el consumo de agua no potable eran relativamente frecuentes. El cólera es causado por bacterias de la especie Vibrio cholerae, un vibrión gramnegativo, anaerobio facultativo, móvil y flagelado. A partir de esta información, complete la tabla siguiente: [1 punto]

Reino al cual pertenece la bacteria Vibrio cholerae: Marque con una cruz cuál de las formas morfológicas siguientes corresponde a la bacteria Vibrio cholerae. Dibuje las envolturas celulares de esta bacteria e indique el nombre de las diferentes capas. ¿Qué quiere decir que es una bacteria anaerobia facultativa? ¿Qué quiere decir que es una bacteria móvil flagelada?

2. Una de las soluciones que los habitantes de Barcelona encontraron para hacer frente a la falta de agua potable era el consumo de vino. Se estima que tomaban una media de 1 L por habitante y día. [1 punto]
a) Las levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae metabolizan la glucosa del zumo de uva y producen vino. A partir de sus conocimientos sobre metabolismo, complete la tabla siguiente:

Nombre de la vía metabólica: Balance global de la vía metabólica: Dos ejemplos de otros alimentos que se obtienen usando las levaduras mencionadas en este apartado:

b) Una vez ingerido el vino, el etanol es metabolizado en el estómago y en el hígado de la persona que se lo ha bebido, según la reacción siguiente:
$\text{etanol}+\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}\to \text{acetaldeh}\acute{\text{ı}}\text{do}+\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}+{\mathrm{H}}^{+}$
Posteriormente, el acetaldehído es transformado en acetil-CoA, pero esta transformación es lenta y el acetaldehído en exceso causa daño hepático. Esta es una de las razones por las cuales el consumo excesivo de bebidas alcohólicas es nocivo para la salud. En la tabla de abajo, nombre todas las vías metabólicas adonde irán el acetil-CoA y el NADH + H⁺ obtenidos en esta reacción y diga cómo se produce energía en estas vías.

Vías metabólicas adonde irán el acetil-CoA y el NADH + H⁺: ¿Cómo se produce energía en estas vías?

3. En la Barcelona preindustrial, la mortalidad infantil era bastante elevada. Hay datos que indican que era especialmente destacable entre la finalización de la lactancia materna y los ocho años, momento a partir del cual se permitía a los niños beber vino, aunque fuera mezclado con agua. [1 punto]

Fuente: WordPress [en línea]. <https://captemple.wordpress.com/2014/02/07/alletament-matern/>.
a) En la leche materna se encuentran biomoléculas específicas que proporcionan inmunidad a los niños. Complete la tabla siguiente en relación con estas biomoléculas:

Nombre de las biomoléculas de la leche que proporcionan inmunidad a los niños: Tipo de biomoléculas (glúcidos, lípidos o proteínas): ¿Qué células fabrican estas biomoléculas? ¿Qué tipo de inmunidad proporcionan estas biomoléculas a los niños? Marque con una cruz las casillas de las respuestas correctas. Activa □ / Pasiva □ — Natural □ / Artificial □ — Innata □ / Adquirida □

b) En la leche materna también hay diferentes células del sistema inmunitario. Complete la tabla siguiente explicando una función de cada una de estas células:

Tipo celular	Una función de cada una de estas células Neutrófilos	Macrófagos	Linfocitos B	Linfocitos Th o colaboradores	Linfocitos NK (o células NK)

$\mathbf{\text{1.}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lera}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{causado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{bacterias}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{especie}}\mathbf{\text{Vibrio}}\mathbf{\text{cholerae,}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{vibri}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{gramnegativo,}}\mathbf{\text{anaerobio}}\mathbf{\text{facultativo,}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{vil}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{flagelado.}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{informaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente:}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Cuestión	Respuesta Reino al cual pertenece la bacteria Vibrio cholerae	El reino Monera, que agrupa a todos los organismos procariotas en la clasificación de los cinco reinos de Whittaker. En las clasificaciones actuales, basadas en tres dominios, corresponde al dominio Bacteria. Marque con una cruz cuál de las formas morfológicas siguientes corresponde a la bacteria Vibrio cholerae.	La tercera de la fila superior: la célula alargada y curvada en forma de coma, con un flagelo en uno de sus extremos. Es la forma que da nombre al grupo de los vibriones. Las demás corresponden a un coco, un cocobacilo, un bacilo y un espirilo. Dibuje las envolturas celulares de esta bacteria e indique el nombre de las diferentes capas.	Véase la figura siguiente. Al ser gramnegativa, entre la membrana plasmática y el exterior hay tres capas y no una sola. ¿Qué quiere decir que es una bacteria anaerobia facultativa?	Que puede vivir tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. Cuando lo hay, lo utiliza como aceptor final de electrones y obtiene energía por respiración aerobia, que es mucho más rentable; cuando falta, cambia su metabolismo y recurre a la fermentación o a una respiración anaerobia. Esa flexibilidad es la que le permite sobrevivir en el agua y prosperar después dentro del intestino, donde apenas hay oxígeno. ¿Qué quiere decir que es una bacteria móvil flagelada?	Que puede desplazarse activamente por el medio líquido gracias a un flagelo, un apéndice largo en forma de filamento helicoidal de la proteína flagelina, anclado a la membrana por un motor giratorio que consume el gradiente de protones. Al girar, el flagelo impulsa a la célula. La movilidad le permite dirigirse hacia las zonas más favorables por quimiotaxis y alcanzar el epitelio intestinal, que es donde se adhiere y libera la toxina colérica.

$\mathbf{\text{2.}}\mathbf{\text{Una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{soluciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{habitantes}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Barcelona}}\mathbf{\text{encontraron}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{hacer}}\mathbf{\text{frente}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{falta}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{potable}}\mathbf{\text{era}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{consumo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{vino.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{conocimientos}}\mathbf{\text{sobre}}\mathbf{\text{metabolismo,}}\mathbf{\text{complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente:}}$

Cuestión	Respuesta Nombre de la vía metabólica	La fermentación alcohólica, precedida de la glucólisis. La levadura degrada la glucosa hasta piruvato por glucólisis y, en ausencia de oxígeno, descarboxila el piruvato a acetaldehído y lo reduce a etanol. Balance global de la vía metabólica	${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6+2\text{ADP}+2{\text{P}}_{\text{i}}\to 2{\text{CH}}_3{\text{-CH}}_2\text{OH}+2{\text{CO}}_2+2\text{ATP}$. Es decir, por cada molécula de glucosa se obtienen dos de etanol, dos de dióxido de carbono y solo dos de ATP, un rendimiento muy bajo comparado con las treinta y tantas de la respiración aerobia, porque el etanol conserva casi toda la energía de la glucosa. El NADH producido en la glucólisis se reoxida a NAD+ al reducir el acetaldehído, lo que permite que la glucólisis siga funcionando sin oxígeno. Dos ejemplos de otros alimentos que se obtienen usando las levaduras mencionadas en este apartado	El pan, en el que se aprovecha el dióxido de carbono para que la masa suba y el etanol se evapora durante la cocción, y la cerveza, en la que se aprovecha el etanol y el dióxido de carbono da la espuma. También la sidra y el cava.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{todas}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{as}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licas}}\mathbf{\text{adonde}}\mathbf{\text{ir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{acetil-CoA}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{NADH}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{H+}}\mathbf{\text{obtenidos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{diga}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{produce}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{as.}}$

Cuestión	Respuesta Vías metabólicas adonde irán el acetil-CoA y el NADH + H+	El acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs, en la matriz mitocondrial, donde se oxida por completo hasta dióxido de carbono. Si la célula tiene energía de sobra, puede desviarse también hacia la biosíntesis de ácidos grasos, y de ahí que el consumo excesivo de alcohol produzca hígado graso. El NADH, junto con el que genera el propio ciclo de Krebs, va a la cadena de transporte electrónico de la membrana mitocondrial interna, donde cede sus electrones y se reoxida a NAD+. ¿Cómo se produce energía en estas vías?	En el ciclo de Krebs, una pequeña parte se obtiene por fosforilación a nivel de sustrato, una molécula de GTP o ATP por vuelta; el resto de la energía no se libera como ATP, sino que queda almacenada en los coenzimas reducidos NADH y ${\text{FADH}}_2$. En la cadena de transporte electrónico esos coenzimas ceden sus electrones, que van descendiendo de un complejo a otro hasta el oxígeno, que se reduce a agua. La energía liberada en ese descenso se emplea en bombear protones desde la matriz al espacio intermembranoso, con lo que se crea un gradiente electroquímico. Los protones vuelven a la matriz a través de la ATP-sintasa y su paso hace girar el complejo, que fosforila el ADP: es la fosforilación oxidativa, y de ella procede la mayor parte del ATP.

$\mathbf{\text{3.}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{Barcelona}}\mathbf{\text{preindustrial,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mortalidad}}\mathbf{\text{infantil}}\mathbf{\text{era}}\mathbf{\text{bastante}}\mathbf{\text{elevada.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{relaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{biomol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas:}}$

Cuestión	Respuesta Nombre de las biomoléculas de la leche que proporcionan inmunidad a los niños	Los anticuerpos o inmunoglobulinas, sobre todo la inmunoglobulina A secretora, que es la mayoritaria en la leche materna y en particular en el calostro de los primeros días. Tipo de biomoléculas (glúcidos, lípidos o proteínas)	Proteínas; con más precisión, glucoproteínas globulares, formadas por cuatro cadenas polipeptídicas dispuestas en forma de Y. ¿Qué células fabrican estas biomoléculas?	Las células plasmáticas, que proceden de la diferenciación de los linfocitos B de la madre tras ser activados por un antígeno. En este caso migran a la glándula mamaria y allí vierten los anticuerpos a la leche. ¿Qué tipo de inmunidad proporcionan estas biomoléculas a los niños?	Pasiva, natural y adquirida. Pasiva porque el niño recibe los anticuerpos ya fabricados por otro organismo, sin que su propio sistema inmunitario intervenga ni genere memoria; natural porque llegan por una vía fisiológica, la lactancia, sin intervención médica; y adquirida porque son anticuerpos específicos frente a antígenos concretos, los que la madre ha encontrado a lo largo de su vida, y no un mecanismo de defensa inespecífico.

Esta protección es transitoria: dura mientras dura la lactancia y unas pocas semanas más, hasta que los anticuerpos maternos se degradan. Eso explica el dato del enunciado, que la mortalidad infantil se disparara justo al terminar la lactancia, cuando el niño perdía la inmunidad pasiva de la madre y aún no tenía desarrollada la propia, y empezaba a beber el agua contaminada de la ciudad.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{explicando}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas:}}$

Tipo celular	Una función de cada una de estas células Neutrófilos	Son los primeros fagocitos que acuden al foco de infección. Engloban por fagocitosis las bacterias y las digieren en su interior con los enzimas de sus gránulos y con radicales de oxígeno. En la leche protegen directamente la mucosa digestiva del lactante. Macrófagos	Fagocitan microorganismos y restos celulares, pero además actúan como células presentadoras de antígeno: digieren lo que han fagocitado y exhiben fragmentos del antígeno en su membrana, unidos al complejo principal de histocompatibilidad de clase II, para que los linfocitos T colaboradores los reconozcan y se ponga en marcha la respuesta específica. Linfocitos B	Reconocen un antígeno concreto mediante el receptor de su membrana y, una vez activados, proliferan y se diferencian en células plasmáticas, que fabrican y segregan grandes cantidades de anticuerpos específicos contra ese antígeno. Son los responsables de la respuesta inmunitaria humoral. Linfocitos Th o colaboradores	Coordinan toda la respuesta específica. Reconocen el antígeno que les presentan los macrófagos y las células dendríticas y, al activarse, segregan interleucinas que estimulan la proliferación y la diferenciación de los linfocitos B y de los linfocitos T citotóxicos. Sin ellos la respuesta específica apenas se pone en marcha. Linfocitos NK (o células NK)	Destruyen células propias infectadas por virus y células tumorales sin necesidad de reconocer previamente ningún antígeno: detectan que la célula ha dejado de exhibir con normalidad su complejo principal de histocompatibilidad de clase I y la matan liberando perforinas. Pertenecen, por tanto, a la inmunidad innata o inespecífica.