Ejercicio resuelto de Glúcidos · Biología · Cataluña · 2020

La vitamina C es un nutriente esencial. Sus funciones en el organismo son variadas: actúa como coenzima de diversos enzimas y en la síntesis de algunos neurotransmisores.

1. Los primates no podemos sintetizar vitamina C y, por tanto, la obtenemos de la ingesta de frutas y verduras. El esquema siguiente muestra la vía de síntesis de vitamina C que los vegetales pueden fabricar a partir de diversos precursores.

A partir del esquema complete la tabla siguiente: [1 punto]

Nombre de la molécula 1: Nombre de la molécula 2: Nombre de la molécula 3: ¿A qué grupo de principios inmediatos o biomoléculas pertenecen las moléculas 1, 2 y 3? Razone la respuesta teniendo en cuenta los grupos funcionales de estas moléculas.

2. La mayoría de los animales pueden sintetizar vitamina C. Los primates, en cambio, no podemos a causa de una mutación en el gen que codifica la L-gulonolactona oxidasa. Este enzima cataliza el último paso en la síntesis de vitamina C. [1 punto]
a) Hay, sin embargo, un grupo de primates, los estrepsirrinos, que sí que pueden sintetizar vitamina C. A partir de la observación del árbol evolutivo de los primates siguiente, diga cuándo se debió producir la mutación en el gen que codifica la L-gulonolactona oxidasa. Razone la respuesta.

b) Los primates tenemos una dieta rica en frutas, que contienen abundante vitamina C. Los análisis genéticos de los haplorrinos demuestran que todos proceden de una sola población que en algún momento fue muy reducida. Considerando la información anterior, nombre y explique el mecanismo evolutivo que ha hecho que todos los primates haplorrinos tengamos esta mutación que ni nos beneficia ni nos perjudica.

3. Desde el siglo XX sabemos que la falta de vitamina C provoca una enfermedad llamada escorbuto. Antiguamente, muchos marineros, que pasaban los largos periodos de navegación sin ingerir fruta, padecían esta enfermedad de causa entonces desconocida.
En mayo de 1747, después de 8 semanas de navegación a bordo del HMS Salisbury, el médico James Lind realizó lo que se considera el primer ensayo clínico de la historia. Dividió a los 12 marineros enfermos de escorbuto en 6 parejas y a cada una de ellas les dio un suplemento diferente aparte de su dieta habitual: sidra, elixir vitriólico (ácido sulfúrico diluido), vinagre, agua de mar, dos naranjas y un limón, o un caldo purgativo.
Solo los dos marineros que añadieron las dos naranjas y el limón a su dieta habitual mejoraron.

Conteste las preguntas siguientes sobre el diseño del experimento hecho por James Lind. [1 punto]

¿Cuál era su hipótesis? ¿Cuál es la variable independiente del experimento? ¿Cuál es la variable dependiente del experimento? Indique DOS errores en el diseño del experimento de Lind.

$\textbf{1. A partir del esquema complete la tabla siguiente: (1 punto)}$

Cuestión	Respuesta Nombre de la molécula 1	La glucosa, en su forma cíclica de $\alpha$-D-glucopiranosa: un anillo de seis lados con un solo grupo $\text{CH}_2\text{OH}$ y el hidroxilo del carbono $4$ por debajo del plano del anillo. Nombre de la molécula 2	La fructosa, en su forma de fructofuranosa: un anillo de cinco lados con dos grupos $\text{CH}_2\text{OH}$, uno a cada extremo, porque es una cetohexosa cuyo grupo carbonilo está en el carbono $2$. Nombre de la molécula 3	La galactosa, en su forma de galactopiranosa: es también un anillo de seis lados con un solo $\text{CH}_2\text{OH}$, pero se distingue de la glucosa en que el hidroxilo del carbono $4$ queda por encima del plano del anillo. Las dos son, por tanto, epímeras en ese carbono. ¿A qué grupo de principios inmediatos o biomoléculas pertenecen las moléculas 1, 2 y 3? Razone la respuesta teniendo en cuenta los grupos funcionales de estas moléculas.	Las tres son glúcidos, y más concretamente monosacáridos del grupo de las hexosas, porque tienen seis átomos de carbono. El razonamiento se apoya en los grupos funcionales: un glúcido es un polihidroxialdehído o una polihidroxicetona, es decir, una molécula con varios grupos hidroxilo y un grupo carbonilo. En las tres se cuentan cuatro o cinco grupos $-\text{OH}$ distribuidos por el esqueleto carbonado, lo que las hace muy polares y solubles en agua; y todas tienen un grupo carbonilo, que en la forma cíclica no se ve como tal porque ha reaccionado con uno de los hidroxilos para formar un hemiacetal, en las moléculas $1$ y $3$, o un hemicetal, en la molécula $2$. Es precisamente ese enlace el que cierra el anillo y el que crea el carbono anomérico, reconocible porque es el único carbono del ciclo unido a la vez al oxígeno del anillo y a un grupo hidroxilo.

Conviene observar que la vitamina C, el producto final del esquema, conserva el aire de familia de sus precursores, con sus hidroxilos y su anillo cerrado, aunque técnicamente ya no sea un glúcido sino una lactona, un éster cíclico.

$\textbf{2. La mayoría de los animales pueden sintetizar vitamina C. Los primates, en cambio, no podemos a causa de una mutación en el gen que codifica la L-gulonolactona oxidasa. (1 punto)}$

$\textbf{a) A partir de la observación del árbol evolutivo de los primates siguiente, diga cuándo se debió producir la mutación en el gen que codifica la L-gulonolactona oxidasa. Razone la respuesta.}$

La mutación se debió producir hace unos $63$ millones de años, en el antepasado común del grupo de los haplorrinos, después de que este linaje se separase del de los estrepsirrinos.

El razonamiento es el siguiente. Todos los grupos que en el árbol descienden del nodo de los haplorrinos, es decir, los tarsios y todos los simiformes, platirrinos, cercopitecoideos, gibones y homínidos, comparten la incapacidad de sintetizar vitamina C. Que un carácter aparezca en todos los descendientes de un nodo y en ninguno fuera de él indica que se originó una sola vez, en la especie situada en ese nodo, y que desde allí se heredó.

Los estrepsirrinos, en cambio, sí pueden sintetizarla, y en el árbol su rama se separa antes que ninguna otra, en el nodo basal de los primates, hacia los $80$ millones de años. Si la mutación fuera anterior a esa separación, ellos también la llevarían; y si fuera posterior al nodo de los haplorrinos, algunos de sus descendientes no la tendrían.

La mutación quedó, por tanto, acotada entre esas dos ramificaciones: es posterior a la separación de los estrepsirrinos y anterior a la diversificación de los haplorrinos, es decir, en torno a los $63$ millones de años que el eje del esquema asigna a ese nodo. Este tipo de razonamiento, situar la aparición de un carácter en el nodo que agrupa exactamente a todos los que lo tienen, es el que permite datar cambios evolutivos a partir de una filogenia.

$\textbf{b) Nombre y explique el mecanismo evolutivo que ha hecho que todos los primates haplorrinos tengamos esta mutación que ni nos beneficia ni nos perjudica.}$

El mecanismo es la deriva genética, y en concreto un efecto cuello de botella seguido de un efecto fundador.

El punto de partida es que la mutación es neutra, tal como subraya el enunciado: ni beneficia ni perjudica. Y esa es precisamente la razón de que la selección natural no pueda explicarla. La selección solo actúa sobre las variantes que afectan a la supervivencia o a la reproducción; si un alelo no cambia la eficacia biológica de quien lo lleva, es invisible para ella y su frecuencia varía únicamente por azar.

Que la mutación fuera neutra tiene además una causa concreta que el enunciado da: los primates tenemos una dieta rica en frutas, que contienen vitamina C en abundancia. Perder la capacidad de fabricarla no supuso ninguna desventaja porque la vitamina seguía llegando con el alimento. En un animal de otra dieta, la misma mutación habría sido letal y la selección la habría eliminado.

Sobre ese alelo neutro actuó la deriva genética. Los análisis muestran que todos los haplorrinos proceden de una sola población que en algún momento se redujo mucho, es decir, que pasó por un cuello de botella. En una población muy pequeña las frecuencias alélicas cambian de forma brusca y aleatoria, porque los pocos supervivientes no son una muestra representativa del conjunto: por azar, entre ellos el alelo mutado era frecuente, o incluso el único presente. Toda la descendencia posterior, que es la de todos los haplorrinos actuales, heredó esas frecuencias, y así el alelo acabó fijado en el grupo entero.

La diferencia con la selección natural es de fondo: la deriva es un proceso aleatorio, que puede fijar tanto un alelo neutro como incluso uno ligeramente perjudicial, y su efecto es tanto mayor cuanto menor es la población; la selección, en cambio, actúa siempre en la misma dirección y solo sobre lo que tiene consecuencias en la eficacia biológica.

$\textbf{3. Conteste las preguntas siguientes sobre el diseño del experimento hecho por James Lind. (1 punto)}$

Cuestión	Respuesta ¿Cuál era su hipótesis?	Que el escorbuto se debe a algo que falta en la dieta de los marineros durante las travesías largas, y que añadir un determinado suplemento a esa dieta lo cura. Lind no podía formularla en términos de vitamina C, que no se conocería hasta el siglo XX, pero su diseño demuestra que buscaba un factor dietético. ¿Cuál es la variable independiente del experimento?	El suplemento añadido a la dieta habitual: sidra, elixir vitriólico, vinagre, agua de mar, dos naranjas y un limón, o caldo purgativo. Es lo que Lind decidió y modificó en cada pareja. ¿Cuál es la variable dependiente del experimento?	La evolución de la enfermedad, es decir, si los marineros mejoraban o no del escorbuto. Es lo que se observa al final y lo que se espera que cambie según el suplemento. Indique DOS errores en el diseño del experimento de Lind.	El primero es el tamaño de la muestra: solo dos marineros por tratamiento. Con dos individuos, la mejoría puede deberse perfectamente al azar, a la constitución de esos dos hombres o a la gravedad con la que hubieran empezado, y no permite ninguna prueba estadística. Habría que repetir el ensayo con grupos amplios. El segundo es la ausencia de un grupo de control: no hubo ninguna pareja que siguiera solo la dieta habitual, sin suplemento alguno. Sin ella no puede saberse cómo evoluciona el escorbuto sin intervención, y por tanto no puede afirmarse con seguridad que la mejoría de la pareja de los cítricos se debiera a los cítricos y no al simple paso del tiempo o a otro cambio en las condiciones de a bordo. Cabe señalar otras carencias del mismo orden: no consta que los marineros fueran asignados al azar ni que estuvieran igual de enfermos al empezar, no se controlaron el resto de las variables, como la dieta base o el trabajo de cada uno, y el ensayo no se hizo a ciegas, de modo que las expectativas del propio Lind pudieron influir en cómo valoró la mejoría.

Conviene añadir, en descargo de Lind, que estas objeciones se hacen desde el método experimental tal como se entiende hoy. Su ensayo es célebre justamente porque fue el primero en comparar tratamientos simultáneamente sobre enfermos equivalentes, que es la idea que está en la base de cualquier ensayo clínico moderno.