Ejercicio resuelto de Bacterias · Biología · Cataluña · 2026

Los polihidroxialcanoatos (PHA) son bioplásticos sintetizados intracelularmente por algunos microorganismos como reserva de carbono y energía que, una vez extraídos de la célula, presentan propiedades físicas similares a los plásticos derivados del petróleo. Desde la década de 1980 son un tema de investigación importante, sobre todo como sustitutos de los plásticos de origen petroquímico, ya que los PHA son completamente biodegradables y se producen a partir de fuentes de carbono renovables.

Uno de los microorganismos que generan PHA es Cupriavidus necator, una bacteria gramnegativa quimioautótrofa.

a) Indique cuál de estas dos imágenes podría corresponder a Cupriavidus necator y nombre las partes numeradas 1, 2, 3 y 4. [0,5 puntos]



b) Para distinguir las bacterias gramnegativas y grampositivas se lleva a cabo la tinción de Gram, tal como se esquematiza en la tabla siguiente:

$\textit{Tinción de Gram}$	1	2 Sin teñir	Claro	Claro Cristal violeta	Azul oscuro	Azul oscuro Lugol	Violeta	Violeta Decoloración con alcohol-acetona	Violeta	Claro Safranina	Violeta	Rojo

¿Qué columna corresponde a las bacterias gramnegativas? ¿Y a las grampositivas? Teniendo en cuenta las diferencias que hay según la tinción, ¿qué característica estructural tienen las bacterias teñidas de color violeta que hace que a la hora de efectuar la decoloración no desaparezca el cristal violeta? [0,5 puntos]
c) Cupriavidus necator es una bacteria quimioautótrofa. Su producción de PHA empieza cuando la bacteria se encuentra en condiciones de limitación de nitrógeno ($\text{N}_2$), magnesio (Mg), oxígeno ($\text{O}_2$) o fósforo (P), y de exceso de carbono (C) en su entorno; estas circunstancias hacen que se active el ciclo de Calvin. Basándose en la información del esquema siguiente, indique cuál es la enzima necesaria para llevar a cabo la fijación (1), cuál es el coenzima reductor (2) y cuál es la molécula que se fija en el ciclo de Calvin (3). Indique también la localización del ciclo de Calvin y razone si se utiliza luz para producir el ATP. [0,5 puntos]



d) Cupriavidus necator también puede comportarse como un organismo heterótrofo cuando en el medio hay un exceso de materia orgánica (fructosa, glucosa…), por lo cual también se acumula PHA como reserva energética y de carbono dentro de la célula, tal como muestra el esquema siguiente. ¿Cómo se llama la vía A? ¿Cómo se llama la reacción B? ¿Cuál es el balance energético por glucosa de la vía A? Cuando Cupriavidus necator necesita energía, utiliza el PHA para volver a hacer acetil-CoA, que entrará en el ciclo de Krebs: ¿dónde se llevará a cabo el ciclo de Krebs? [0,5 puntos]



e) Cupriavidus necator utiliza el operón phaCAB para la síntesis de PHA, en el que los tres genes son transcritos conjuntamente bajo el control de un promotor común. Este operón contiene tres genes (phaC, phaA y phaB) que codifican tres enzimas implicadas en la síntesis de PHA. Observe la imagen siguiente y responda: ¿cuántos mRNA diferentes se sintetizan cuando el operón phaCAB es transcrito? ¿Cuántas proteínas diferentes se sintetizan cuando el operón phaCAB es traducido? ¿Qué utilidad tiene la agrupación de genes en operones en las bacterias? Si una mutación inactivase la función del gen phaC, sin afectar a los otros dos genes, ¿se sintetizaría el PHA? Razone la respuesta. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Indique cuál de estas dos imágenes podría corresponder a Cupriavidus necator y nombre las partes numeradas 1, 2, 3 y 4. (0,5 puntos)}$

Cupriavidus necator es una bacteria gramnegativa, así que le corresponde la imagen B.

La diferencia entre las dos imágenes está en la envoltura. En la imagen A hay una única membrana y, por encima, una capa muy gruesa de peptidoglicano con muchos entrecruzamientos: es la pared de una bacteria grampositiva. En la imagen B hay dos membranas y, entre ellas, una capa de peptidoglicano mucho más delgada: es la envoltura característica de una gramnegativa.

Número	Estructura 1	Pared celular de peptidoglicano gruesa (bacteria grampositiva) 2	Membrana plasmática 3	Membrana externa, con lipopolisacáridos (solo en gramnegativas) 4	Pared celular de peptidoglicano fina (bacteria gramnegativa)

$\textbf{b) ¿Qué columna corresponde a las bacterias gramnegativas? ¿Y a las grampositivas? ¿Qué característica estructural tienen las bacterias teñidas de color violeta que hace que a la hora de efectuar la decoloración no desaparezca el cristal violeta? (0,5 puntos)}$

La columna 1 corresponde a las bacterias grampositivas y la columna 2, a las gramnegativas.

La clave está en el paso de la decoloración con alcohol-acetona: la columna 1 sigue violeta y la columna 2 se aclara. Al final, la safranina tiñe de rojo solo a las que se habían decolorado, que son por tanto las gramnegativas; las grampositivas conservan el violeta y la safranina no se aprecia.

La característica estructural responsable es la gruesa capa de peptidoglicano de la pared de las grampositivas. El cristal violeta y el lugol forman en el interior de la célula un complejo grande e insoluble, y esa malla densa y muy entrecruzada, que además se deshidrata y se cierra al contacto con el alcohol, lo retiene mecánicamente y no lo deja salir. En las gramnegativas, en cambio, el alcohol disuelve los lípidos de la membrana externa y la capa de peptidoglicano es tan fina que el complejo se escapa con facilidad.

$\textbf{c) Indique cuál es la enzima necesaria para llevar a cabo la fijación (1), cuál es el coenzima reductor (2) y cuál es la molécula que se fija en el ciclo de Calvin (3). Indique también la localización del ciclo de Calvin y razone si se utiliza luz para producir el ATP. (0,5 puntos)}$

Número	Corresponde a 1	La enzima RuBisCO (ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa) 2	El coenzima reductor NADPH 3	El dióxido de carbono, $\mathrm{CO_2}$

Cupriavidus necator es una bacteria y, como todos los procariotas, no tiene orgánulos membranosos: no hay cloroplastos ni estroma. El ciclo de Calvin se desarrolla, por tanto, en el citoplasma de la célula, en muchos casos dentro de unos microcompartimentos proteicos llamados carboxisomas, donde se concentra la RuBisCO.

En cuanto al ATP, la respuesta es que no se produce con luz. El esquema lo muestra con claridad: la energía viene de la oxidación del hidrógeno molecular por la enzima hidrogenasa, no de ningún pigmento fotosintético. Es la definición misma de quimioautótrofo: el carbono se obtiene de una fuente inorgánica, el $\mathrm{CO_2}$, igual que en la fotosíntesis, pero la energía procede de una reacción química de oxidación y no de la luz.

$\textbf{d) ¿Cómo se llama la vía A? ¿Cómo se llama la reacción B? ¿Cuál es el balance energético por glucosa de la vía A? ¿Dónde se llevará a cabo el ciclo de Krebs? (0,5 puntos)}$

La vía A, la que transforma la glucosa en dos moléculas de piruvato, es la glucólisis o vía de Embden-Meyerhof.

La reacción B, la que convierte el piruvato en acetil-CoA, es la descarboxilación oxidativa del piruvato, catalizada por el complejo de la piruvato deshidrogenasa; en ella se pierde un carbono en forma de $\mathrm{CO_2}$ y se reduce un NAD⁺.

El balance energético de la glucólisis por cada molécula de glucosa es:

Concepto	Balance ATP consumido	2 ATP (fase de activación) ATP producido	4 ATP (fosforilación a nivel de sustrato) Balance neto de ATP	+2 ATP Poder reductor	2 NADH + H⁺

El ciclo de Krebs se llevará a cabo en el citoplasma, porque Cupriavidus necator es un procariota y no tiene mitocondrias. En una célula eucariota esa misma ruta ocurriría en la matriz mitocondrial.

$\textbf{e) ¿Cuántos mRNA diferentes se sintetizan cuando el operón phaCAB es transcrito? ¿Cuántas proteínas diferentes se sintetizan cuando es traducido? ¿Qué utilidad tiene la agrupación de genes en operones? Si una mutación inactivase la función del gen phaC, ¿se sintetizaría el PHA? (0,5 puntos)}$

Se sintetiza un único mRNA. Los tres genes comparten un solo promotor, de manera que la RNA polimerasa transcribe los tres seguidos en una sola molécula: es un mRNA policistrónico, algo exclusivo de los procariotas.

De ese único mensajero se traducen tres proteínas diferentes, porque cada gen conserva dentro del mRNA su propia señal de inicio y su codón de parada, y los ribosomas los traducen por separado.

La utilidad del operón es la regulación coordinada. Los tres enzimas actúan en la misma ruta metabólica y solo hacen falta a la vez, cuando escasea el nitrógeno y sobra el carbono; agrupándolos bajo un solo promotor la bacteria los activa o los apaga todos de golpe con un único interruptor, lo que es más rápido y más económico que regular tres genes por separado.

Si una mutación inactivara el gen phaC, no se sintetizaría PHA. Según el esquema, phaC codifica la PHA polimerasa, la enzima que une los monómeros de 3-hidroxibutiril-CoA para formar el polímero. Las dos primeras enzimas seguirían funcionando —el operón se sigue transcribiendo y las otras dos proteínas se siguen traduciendo—, así que la bacteria acumularía el precursor 3-hidroxibutiril-CoA, pero le faltaría el último paso: sin la polimerasa no hay polímero.