B1.- En una célula vegetal se aíslan dos orgánulos, AA y ZZ. El orgánulo AA participa en la obtención de ATP a partir de moléculas orgánicas. El orgánulo ZZ capta energía lumínica y participa en el metabolismo autótrofo. Identifique ambos orgánulos y compárelos atendiendo a su estructura general, localización celular y función. [1,5 puntos]
B2.- Argumente por qué la meiosis produce variabilidad genética. [0,5 puntos]
B3.- Defina biotecnología moderna e indique dos aplicaciones relevantes de esta biotecnología en el ámbito de la salud. [0,5 puntos]
El orgánulo AA es la mitocondria: es el que obtiene ATP oxidando moléculas orgánicas, es decir, el que realiza la respiración celular. El orgánulo ZZ es el cloroplasto: es el que capta la energía luminosa y realiza la fotosíntesis, que es el metabolismo autótrofo por excelencia.
| Carácter | Mitocondria (AA) | Cloroplasto (ZZ)
Envoltura | Dos membranas; la interna se pliega en crestas hacia el interior | Dos membranas, ambas lisas
Compartimentos | Espacio intermembranoso y matriz mitocondrial | Espacio intermembranoso, estroma y un tercer compartimento propio, el interior de los tilacoides
Sistema membranoso interno | Las crestas, que son repliegues de la propia membrana interna | Los tilacoides, sacos independientes de la envoltura, apilados en grana y unidos por lamelas
Pigmentos | No tiene | Clorofilas y carotenoides, en las membranas de los tilacoides
Localización celular | En todas las células eucariotas, animales y vegetales | Solo en las células vegetales y de las algas, y dentro de ellas solo en las de los órganos verdes expuestos a la luz
Función | Respiración celular: ciclo de Krebs en la matriz, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa en las crestas | Fotosíntesis: fase luminosa en la membrana de los tilacoides, ciclo de Calvin en el estroma
Papel en el balance de materia | Consume materia orgánica y oxígeno y desprende y agua | Consume y agua y desprende oxígeno y materia orgánica |
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Los dos comparten un mismo plan de organización, y no es casualidad: ambos tienen doble membrana, ADN circular propio, ribosomas
de tipo bacteriano y capacidad de dividirse por bipartición con independencia del núcleo. Son los rasgos en que se apoya la teoría endosimbiótica, según la cual proceden de bacterias que fueron fagocitadas y no digeridas por una célula ancestral.
La diferencia de fondo está en el sentido energético de cada uno. El cloroplasto transforma energía luminosa en energía química almacenada en materia orgánica; la mitocondria recorre el camino inverso, liberando esa energía en forma de ATP. En una célula vegetal iluminada funcionan los dos a la vez y son complementarios: lo que uno produce, el otro lo consume.
La meiosis produce variabilidad genética por dos mecanismos independientes, y ambos ocurren en la primera división.
El primero es el sobrecruzamiento o entrecruzamiento. En la profase I los cromosomas homólogos se aparean punto por punto formando bivalentes, y en los puntos de contacto, los quiasmas, dos cromátidas no hermanas intercambian fragmentos equivalentes. El resultado es que cada cromátida deja de ser íntegramente paterna o materna y pasa a ser un mosaico de ambas: aparecen combinaciones de alelos de un mismo cromosoma que no existían en ninguno de los progenitores. Este mecanismo se llama recombinación genética.
El segundo es la distribución al azar de los homólogos en la anafase I. Cada pareja de homólogos se orienta en la placa ecuatorial con independencia de las demás, de modo que a cada polo puede ir el cromosoma paterno o el materno de cada pareja. Con
parejas resultan
combinaciones distintas de gametos; en la especie humana, con
, eso son
, más de ocho millones, y el cálculo aún se queda corto porque no cuenta el sobrecruzamiento.
A esto hay que añadir un tercer factor que no es de la meiosis pero la completa: la fecundación, en la que se unen al azar dos gametos cualesquiera entre todos los posibles de cada progenitor.
El resultado es que las cuatro células que salen de una meiosis son genéticamente distintas entre sí y distintas de la célula madre, al contrario de lo que ocurre en la mitosis. Esa variabilidad es la materia prima sobre la que actúa la selección natural, y por eso la reproducción sexual permite a las poblaciones adaptarse a los cambios del ambiente.
La biotecnología moderna es la que utiliza organismos cuyo material genético se ha modificado deliberadamente mediante las técnicas de la ingeniería genética, y no simplemente organismos seleccionados de la naturaleza. Se basa en la tecnología del ADN recombinante, que permite aislar un gen con enzimas de restricción, unirlo con ADN ligasa a un vector y transferirlo a otra especie, y hoy también en la edición dirigida con CRISPR-Cas9.
La primera aplicación relevante en salud es la producción de proteínas humanas de uso terapéutico en microorganismos transgénicos. El caso pionero es la insulina humana: el gen se inserta en un plásmido que se introduce en
, y el cultivo fabrica una hormona idéntica a la humana, sin el riesgo alérgico ni las limitaciones de la que se extraía del páncreas de cerdos y vacas. Del mismo modo se obtienen la hormona del crecimiento, la eritropoyetina, los factores de coagulación y el interferón.
La segunda es la obtención de vacunas recombinantes y de nueva generación. En lugar de cultivar el patógeno entero, se introduce en una levadura el gen que codifica una proteína de su superficie y se emplea esa proteína aislada como antígeno; así se fabrica la vacuna de la hepatitis B, mucho más segura porque no contiene virus. En la misma línea están las vacunas de vector viral y las de ARN mensajero.
Puede citarse además la terapia génica, que corrige el gen defectuoso en las células del propio paciente, y el diagnóstico molecular por PCR y por sondas de ADN.