Ejercicio resuelto de Bacterias · Biología · Cataluña · 2025

En el verano de 2024, el helado de espirulina experimentó un aumento considerable en el número de ventas en diversos países. El ingrediente principal de este tipo de helado son filamentos de cianobacterias de la especie Arthrospira platensis.

a) La imagen siguiente corresponde a filamentos de esta cianobacteria colonial. A partir de la escala gráfica que se indica, calcule a cuántos aumentos se ha conseguido esta micrografía. Indique los cálculos que ha hecho para obtener el resultado. [0,5 puntos]



b) Arthrospira platensis es una cianobacteria fotoautótrofa no fijadora de nitrógeno. Explique qué quiere decir que un organismo es fotoautótrofo y qué quiere decir que un organismo es quimioheterótrofo. [0,4 puntos]
c) Indique cuáles de las vías metabólicas siguientes de Arthrospira platensis permiten que su metabolismo sea fotoautótrofo y explique su función biológica: ciclo de Calvin, fosforilación oxidativa, fotólisis del agua y ciclo de Krebs. [0,6 puntos]
d) La espirulina seca tiene un alto contenido proteico (entre el 60 % y el 70 %). La proteína más abundante es la C-ficocianina. En la imagen siguiente están representados dos de los aminoácidos más abundantes en la espirulina: a la izquierda, la valina, y a la derecha, el ácido glutámico.



Dibuje la fórmula del dipéptido resultante de la unión de estos dos aminoácidos e indique el nombre del enlace que los une. [0,5 puntos]
e) En el año 2020 se hizo un estudio sobre los efectos del uso de la espirulina como alimento para tratar la hipertensión arterial. Se seleccionaron 40 pacientes hipertensos: a la mitad se les suministraron 2 g de espirulina diariamente y a la otra mitad se les dieron 2 g de placebo. A los dos grupos se les midió la tensión arterial al acabar el tratamiento. ¿Cuál es la variable dependiente? Justifique la respuesta. ¿Cuál es la variable independiente? Justifique la respuesta. En el estudio se utilizaron como réplicas 20 pacientes que tomaban espirulina y 20 que tomaban placebo: justifique esta composición. [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{escala}}\mathbf{\text{gr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{fica}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{indica,}}\mathbf{\text{calcule}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntos}}\mathbf{\text{aumentos}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{ha}}\mathbf{\text{conseguido}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{micrograf}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lculos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{ha}}\mathbf{\text{hecho.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los aumentos de una micrografía son el cociente entre el tamaño que un objeto tiene en la imagen y el tamaño que tiene en la realidad. La escala gráfica permite calcularlos sin medir ninguna célula: basta con medir la propia barra.

Midiendo la barra con una regla sobre la imagen, ocupa aproximadamente 1 cm, y el rótulo indica que ese segmento representa $10\mu \mathrm{m}$ de la muestra real. Pasamos las dos medidas a las mismas unidades:

$1\mathrm{c}\mathrm{m}=10\mathrm{m}\mathrm{m}=10000\mu \mathrm{m}$

$\text{aumentos}={\displaystyle \frac{\text{tama}\tilde{\text{n}}\text{o en la imagen}}{\text{tama}\tilde{\text{n}}\text{o real}}}={\displaystyle \frac{10000\mu \mathrm{m}}{10\mu \mathrm{m}}}$

$\text{aumentos}=1000$

La micrografía está tomada a unos 1 000 aumentos, un valor típico del microscopio óptico trabajando con el objetivo de inmersión. Conviene notar que, a diferencia del tamaño real, los aumentos sí dependen del tamaño al que esté impresa la fotografía.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{quiere}}\mathbf{\text{decir}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{organismo}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{fotoaut}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{trofo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{quiere}}\mathbf{\text{decir}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{organismo}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{quimioheter}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{trofo.}}\mathbf{\text{(0,4}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los organismos se clasifican metabólicamente por dos criterios independientes: de dónde sacan la energía y de dónde sacan el carbono.

Un organismo fotoautótrofo obtiene la energía de la luz —de ahí el prefijo foto— y el carbono de una fuente inorgánica, el $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, que fija y transforma en materia orgánica. Es el caso de las plantas, las algas y las cianobacterias como Arthrospira platensis.

Un organismo quimioheterótrofo obtiene la energía de reacciones químicas de oxidación —el prefijo quimio— y el carbono de la materia orgánica que toma del medio, porque no es capaz de fabricarla a partir de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$. Es el caso de los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{as}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licas}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{permiten}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{metabolismo}}\mathbf{\text{sea}}\mathbf{\text{fotoaut}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{trofo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{explique}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{biol}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{gica:}}\mathbf{\text{ciclo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Calvin,}}\mathbf{\text{fosforilaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{oxidativa,}}\mathbf{\text{fot}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lisis}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{ciclo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Krebs.}}\mathbf{\text{(0,6}}\mathbf{\text{puntos)}}$

De las cuatro vías, solo dos forman parte del metabolismo fotoautótrofo: la fotólisis del agua y el ciclo de Calvin.

La fotólisis del agua pertenece a la fase luminosa. La energía de la luz captada por los pigmentos rompe la molécula de agua y libera electrones, protones y oxígeno molecular. Los electrones reponen los que ha perdido la clorofila y alimentan la cadena de transporte fotosintética, que genera el ATP y el NADPH; el oxígeno se desprende como subproducto.

El ciclo de Calvin es la fase oscura o biosintética. Con el ATP y el NADPH obtenidos en la fase luminosa, la enzima RuBisCO fija el $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y lo incorpora a la materia orgánica, sintetizando glúcidos. Es el paso que convierte el carbono inorgánico en carbono orgánico y, por tanto, el que hace autótrofo al organismo.

Las otras dos vías no cuentan. La fosforilación oxidativa y el ciclo de Krebs son rutas catabólicas de la respiración celular: degradan materia orgánica para obtener energía. La cianobacteria también las tiene y las utiliza, por ejemplo de noche, pero no son las que le permiten fabricar su propia materia orgánica a partir de la luz.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Dibuje}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{dip}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ptido}}\mathbf{\text{resultante}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{uni}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{amino}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cidos}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{une.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los dos aminoácidos se unen por condensación: el grupo carboxilo de la valina reacciona con el grupo amino del ácido glutámico, se libera una molécula de agua y queda el grupo $-\mathrm{C}\mathrm{O}-\mathrm{N}\mathrm{H}-$ que enlaza los dos residuos.



${\mathrm{H}}_2\mathrm{N}-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3{)}_2)-\mathrm{C}\mathrm{O}-\mathrm{N}\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H})-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

El enlace que los une es el enlace peptídico. Es un enlace covalente de tipo amida, con un marcado carácter de doble enlace parcial que le impide girar y mantiene plano el grupo $-\mathrm{C}\mathrm{O}-\mathrm{N}\mathrm{H}-$; esa rigidez es la que condiciona después el plegamiento de la proteína.

El dipéptido conserva un grupo amino libre en un extremo (extremo N-terminal, el de la valina) y un grupo carboxilo libre en el otro (extremo C-terminal, el del ácido glutámico), además del segundo carboxilo de la cadena lateral del ácido glutámico, que no interviene en el enlace.

$\mathbf{\text{e)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{variable}}\mathbf{\text{dependiente?}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{variable}}\mathbf{\text{independiente?}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{respuestas.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{composici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{r}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{plicas}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{estudio.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La variable independiente es el tratamiento administrado, es decir, si el paciente recibe 2 g de espirulina o 2 g de placebo. Es la variable que el investigador manipula y fija a voluntad, y la única que se hace variar deliberadamente entre los dos grupos.

La variable dependiente es la tensión arterial medida al acabar el tratamiento. Es la que se mide para ver el resultado del experimento y la que, según la hipótesis, depende del tratamiento recibido.

En cuanto a las réplicas, 20 pacientes en cada grupo, la composición se justifica por dos razones. La primera es que los dos grupos deben tener el mismo tamaño para que la comparación sea equitativa: con grupos desiguales, el más numeroso daría una media más fiable que el otro y la diferencia sería difícil de interpretar. La segunda es que hacen falta suficientes individuos por grupo para que la variabilidad propia de cada persona —edad, dieta, peso, estrés— se compense al promediar y no se confunda un efecto real con una casualidad. Con un solo paciente por grupo el resultado no tendría ningún valor; con veinte, las diferencias individuales tienden a cancelarse y se puede aplicar un contraste estadístico.