Ejercicio resuelto de Glúcidos · Biología · Cataluña · 2022

La caña de azúcar (Saccharum officinarum) es la planta más cultivada del mundo. Generalmente, esta planta se cultiva para obtener el azúcar que se extrae de sus cañas. La caña de azúcar contiene de un 11 % a un 15 % de sacarosa respecto al peso total. Hasta principios del siglo XIX, fue la única fuente importante de azúcar.

Caña de azúcar (Saccharum officinarum). Fuente: Imagen modificada a partir de https://www.florscatalunya.cat.

1. En la caña de azúcar, además de sacarosa, también podemos encontrar otros glúcidos, como la celulosa y el almidón. [1 punto]
a) Observe las moléculas siguientes e indique en la tabla de abajo a qué figura corresponde cada glúcido y la función que hace dentro del vegetal.

Glúcido	Figura (A, B, C o D)	Función dentro del vegetal Celulosa		Almidón		Sacarosa

b) En el laboratorio hay dos botes, uno con almidón y otro con sacarosa, pero no están etiquetados. Explique qué prueba aplicaría para identificar qué hay en cada uno de los botes.

2. En la composición bioquímica de la caña de azúcar también se pueden encontrar triglicéridos, en una concentración del 0,05 % respecto al peso total. Responda a las cuestiones siguientes, relativas a los triglicéridos: [1 punto]

¿Qué tipo de biomolécula son los triglicéridos? Escriba una función de los triglicéridos: Escriba una propiedad de los triglicéridos: ¿Cuáles son los componentes de los triglicéridos? ¿Cuál es el enlace que une estos componentes?

3. Un equipo de científicos de la Universidad de Illinois ha modificado genéticamente plantas de caña de azúcar para alterar su metabolismo y conseguir aumentar la proporción de triglicéridos hasta el 12 %. [1 punto]
a) Para llevar a cabo la modificación genética se ha utilizado la bacteria Agrobacterium tumefaciens. ¿Qué función tiene esta bacteria en la modificación genética?
b) En la tabla siguiente están los pasos que hay que seguir para obtener la caña de azúcar transgénica. Ordénelos.

Pasos que hay que seguir	Número de orden Introducir la bacteria en las células de la caña de azúcar en cultivo en el laboratorio.	Cortar el plásmido de Agrobacterium tumefaciens con enzimas de restricción.	Seleccionar las células que han incorporado el gen.	Aislar el gen que se quiere insertar.	Plantar en el campo las plántulas transgénicas.	Introducir el plásmido en la bacteria.	Obtener plántulas modificadas a partir de las células que han incorporado el gen.	Unir el gen al plásmido de Agrobacterium tumefaciens mediante la DNA-ligasa.

$\textbf{1. En la caña de azúcar, además de sacarosa, también podemos encontrar otros glúcidos, como la celulosa y el almidón. (1 punto)}$

$\textbf{a) Observe las moléculas siguientes e indique en la tabla de abajo a qué figura corresponde cada glúcido y la función que hace dentro del vegetal.}$

Las cuatro figuras se distinguen por dos rasgos: cuántas unidades hay y cómo están unidas. La figura A es una cadena de glucosas de la que cuelga una rama por arriba; la figura C es una cadena de glucosas estrictamente lineal, con los anillos girados alternativamente, que es como se dibuja el enlace $\beta$; la figura B une una piranosa con una furanosa, y la figura D es un único anillo de cinco lados con cinco carbonos, es decir, una pentosa, que aquí actúa de distractor.

Glúcido	Figura (A, B, C o D)	Función dentro del vegetal Celulosa	Figura C	Función estructural. Sus cadenas son lineales, sin ramificaciones, con enlaces $\beta(1\rightarrow 4)$ que obligan a girar cada glucosa respecto a la anterior; eso permite que las cadenas se alineen y se unan entre sí por puentes de hidrógeno formando microfibrillas de gran resistencia a la tracción. Con ellas se construye la pared celular de la célula vegetal, que da forma a la célula, resiste la presión osmótica y sostiene la planta. Precisamente por ser $\beta$ el enlace, los animales no podemos digerirla. Almidón	Figura A	Función de reserva energética. Es la forma en que la planta almacena la glucosa que le sobra de la fotosíntesis: se acumula en los amiloplastos de las semillas, los tubérculos y las raíces, y como almidón de asimilación en los propios cloroplastos. Al estar formado por muchas unidades unidas, es osmóticamente poco activo y puede acumularse en gran cantidad sin alterar el medio interno, y sus enlaces $\alpha$ permiten movilizarlo con rapidez cuando hace falta energía. Sacarosa	Figura B	Función de transporte. Es el azúcar que viaja por el floema desde las hojas, donde se fabrica, hasta el resto de la planta. Es idónea para ese papel porque, al unir los dos carbonos anoméricos, es un disacárido no reductor y muy estable, que no reacciona por el camino. En la caña de azúcar, además, se acumula en el tallo, y es la que se extrae para obtener el azúcar de mesa.

$\textbf{b) En el laboratorio hay dos botes, uno con almidón y otro con sacarosa, pero no están etiquetados. Explique qué prueba aplicaría para identificar qué hay en cada uno de los botes.}$

La prueba adecuada es la del Lugol, un reactivo de yodo y yoduro potásico.

Se toma una pequeña muestra del contenido de cada bote, se disuelve o se suspende en agua y se le añaden unas gotas de Lugol. El bote que contenga almidón vira de inmediato a un azul violáceo intenso; el que contenga sacarosa no cambia de color y conserva el pardo amarillento propio del reactivo.

La razón es estructural. La amilosa del almidón forma largas cadenas que se enrollan en una hélice, y las moléculas de yodo se alojan en el interior de ese hueco helicoidal, lo que produce el color. La sacarosa es un disacárido de dos unidades: no forma hélice alguna y no hay dónde alojar el yodo.

Conviene descartar expresamente la otra prueba habitual: el reactivo de Fehling no serviría aquí, porque las dos sustancias darían negativo. La sacarosa no es reductora, ya que el enlace compromete los dos carbonos anoméricos, y en el almidón, aunque cada molécula conserve un extremo reductor, este es tan pequeño frente al tamaño del polisacárido que el resultado es prácticamente nulo.

$\textbf{2. Responda a las cuestiones siguientes, relativas a los triglicéridos: (1 punto)}$

Cuestión	Respuesta ¿Qué tipo de biomolécula son los triglicéridos?	Son lípidos, y dentro de ellos lípidos saponificables simples, del grupo de los acilglicéridos. Su nombre más preciso es triacilglicéridos. Escriba una función de los triglicéridos	La reserva energética. Son el combustible más rentable de la célula: al estar sus carbonos muy reducidos, su oxidación libera más del doble de energía por gramo que la de los glúcidos o las proteínas, y además, al ser insolubles, se almacenan sin arrastrar agua. En animales cumplen también funciones de aislante térmico y de protección mecánica de los órganos. Escriba una propiedad de los triglicéridos	Son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos. Al estar esterificados los tres hidroxilos del glicerol, la molécula no conserva ninguna zona polar y es completamente apolar; por eso, a diferencia de un ácido graso libre o de un fosfolípido, no es anfipática ni forma micelas, sino que se separa del agua formando gotas. Otra propiedad es que su punto de fusión depende del grado de insaturación de sus ácidos grasos: con ácidos grasos saturados son sólidos a temperatura ambiente (grasas) y con insaturados, líquidos (aceites). ¿Cuáles son los componentes de los triglicéridos?	Una molécula de glicerol, o propanotriol, y tres moléculas de ácido graso, que pueden ser iguales o distintas entre sí. ¿Cuál es el enlace que une estos componentes?	El enlace éster. Se forman tres, uno por cada hidroxilo del glicerol, por condensación con el grupo carboxilo de un ácido graso y desprendimiento de una molécula de agua en cada caso.

$\textbf{3. Un equipo de científicos de la Universidad de Illinois ha modificado genéticamente plantas de caña de azúcar. (1 punto)}$

$\textbf{a) ¿Qué función tiene esta bacteria en la modificación genética?}$

Agrobacterium tumefaciens actúa como vector, es decir, como vehículo que introduce el gen de interés dentro de las células vegetales.

Se aprovecha una capacidad que la bacteria tiene de forma natural: es un patógeno del suelo que infecta plantas y les transfiere un fragmento de su plásmido Ti, el cual se integra en el genoma de la célula vegetal y le hace producir el tumor característico. En el laboratorio se le desactivan los genes responsables del tumor y en su lugar se inserta el gen que se quiere transferir; la bacteria sigue haciendo lo que sabe hacer, integrar ese DNA en el cromosoma de la planta, pero ahora sin causar enfermedad. Es, en definitiva, el equivalente vegetal del virus que se usa como vector en la terapia génica animal.

$\textbf{b) En la tabla siguiente están los pasos que hay que seguir para obtener la caña de azúcar transgénica. Ordénelos.}$

Pasos que hay que seguir	Número de orden Introducir la bacteria en las células de la caña de azúcar en cultivo en el laboratorio.	5 Cortar el plásmido de Agrobacterium tumefaciens con enzimas de restricción.	2 Seleccionar las células que han incorporado el gen.	6 Aislar el gen que se quiere insertar.	1 Plantar en el campo las plántulas transgénicas.	8 Introducir el plásmido en la bacteria.	4 Obtener plántulas modificadas a partir de las células que han incorporado el gen.	7 Unir el gen al plásmido de Agrobacterium tumefaciens mediante la DNA-ligasa.	3

La lógica de la secuencia es la de toda la ingeniería genética: primero se prepara el DNA recombinante fuera de cualquier célula, aislando el gen, abriendo el plásmido con el mismo enzima de restricción para que los extremos cohesivos encajen y sellándolos con la ligasa; después se mete ese plásmido en la bacteria, que hará de vector; luego la bacteria infecta las células vegetales en cultivo; y solo entonces se puede seleccionar, regenerar la planta entera a partir de las células transformadas, gracias a la totipotencia de la célula vegetal, y llevarla finalmente al campo.