Ejercicio resuelto de Biomoléculas · Biología · Galicia · 2026

PREGUNTA 4. LA CÉLULA. LA BASE MOLECULAR DE LA MATERIA VIVA. (2,5 puntos)

4.1. Responda estos tres apartados: (1 punto)

4.1.1. Explique cómo se disponen las proteínas, fosfolípidos, colesterol y glúcidos en la membrana plasmática según el modelo de mosaico fluido.

4.1.2. La membrana plasmática es una estructura con permeabilidad selectiva. ¿Qué significa esta expresión?

4.1.3. Defina difusión simple y difusión facilitada. Indique, en cada caso, que moléculas se transportan de esta forma.

4.2 Responda uno de los dos apartados siguientes: (1,5 puntos)

4.2.1. La enfermedad de Pompe (glucogenosis tipo II) es un trastorno metabólico causado por la acumulación de glucógeno en muchos tejidos, provocando insuficiencia cardíaca, motora y respiratoria progresiva. Se debe a la deficiencia del enzima maltasa ácida lisosómica, cuya función es degradar el glucógeno para producir glucosa.

A) Indique qué tipo de biomolécula es el glucógeno y su función en las células.

B) ¿Qué tipo de enlace se establece entre los monómeros de la molécula de glucógeno? Represéntelo.

C) Los enzimas son biocatalizadores autógenos de acción específica. ¿Qué significan estos conceptos?

4.2.2. Un tejido vegetal se introduce en soluciones con distintas concentraciones de solutos.

A) Defina ósmosis e indique con qué propiedad de la membrana plasmática se relaciona ese proceso.

B) Defina solución hipertónica y solución hipotónica.

C) Explique qué sucede en las células vegetales cuando se introducen en una solución hipertónica y en una solución hipotónica.

$\textbf{4.1.1. Disposición de los componentes de la membrana según el modelo de mosaico fluido.}$

El modelo del mosaico fluido, propuesto por Singer y Nicolson en 1972, describe la membrana como una bicapa lipídica en estado fluido, comparable a un mar de lípidos, sobre la que las proteínas se distribuyen de forma irregular, como las teselas de un mosaico. Sus dos ideas centrales son la $\textbf{asimetría}$, porque las dos monocapas no son iguales, y la $\textbf{fluidez}$, porque los componentes se desplazan lateralmente.

$\textbf{Fosfolípidos.}$ Constituyen el armazón de la membrana. Son moléculas anfipáticas, con una cabeza polar hidrófila y dos colas apolares hidrófobas, y se organizan formando una $\textbf{bicapa}$: las cabezas hacia el exterior acuoso, en contacto con el medio extracelular y con el citosol, y las colas enfrentadas entre sí en el interior, aisladas del agua. Esta disposición es espontánea y es la que hace de la membrana una barrera para las sustancias polares. Los fosfolípidos no están fijos: se desplazan lateralmente y giran sobre sí mismos con gran rapidez, mientras que el paso de una monocapa a la otra, el movimiento llamado flip-flop, es muy raro y requiere enzimas específicas.

$\textbf{Proteínas.}$ Se distinguen dos tipos según cómo se asocian a la bicapa:

i) Las $\textbf{proteínas integrales}$ o intrínsecas están embebidas en la bicapa, con sus zonas hidrófobas en contacto con las colas de los lípidos. Algunas atraviesan la membrana de lado a lado, y entonces se llaman transmembranosas; son las que actúan como canales, transportadores y receptores. Solo pueden extraerse rompiendo la bicapa con detergentes.

ii) Las $\textbf{proteínas periféricas}$ o extrínsecas se sitúan a uno u otro lado de la membrana, unidas por enlaces débiles a las cabezas polares de los lípidos o a las proteínas integrales. Se separan con facilidad.

Las proteínas se distribuyen de forma asimétrica y también pueden desplazarse lateralmente, aunque más despacio que los lípidos por su mayor tamaño.

$\textbf{Colesterol.}$ Se intercala entre los fosfolípidos, con su grupo hidroxilo orientado hacia las cabezas polares y su cuerpo rígido entre las colas. Es exclusivo de las membranas de las células animales y actúa como $\textbf{regulador de la fluidez}$: a temperaturas altas la reduce, porque su anillo rígido estorba el movimiento de las colas, y a temperaturas bajas la aumenta, porque impide que las cadenas se ordenen y cristalicen. Funciona, por tanto, como un amortiguador que mantiene la fluidez dentro del rango adecuado.

$\textbf{Glúcidos.}$ Son oligosacáridos ramificados que se sitúan $\textbf{únicamente en la cara externa}$ de la membrana, nunca en la interna, unidos covalentemente a lípidos, formando glucolípidos, o a proteínas, formando glucoproteínas. En conjunto forman una cubierta llamada $\textbf{glucocáliz}$. Su localización exclusivamente externa es la manifestación más clara de la asimetría de la membrana. Sus funciones son el reconocimiento celular, la adhesión entre células, la protección y el papel de receptores; los antígenos de los grupos sanguíneos ABO, por ejemplo, son glúcidos del glucocáliz de los eritrocitos.

$\textbf{4.1.2. ¿Qué significa que la membrana tenga permeabilidad selectiva?}$

Significa que la membrana $\textbf{no deja pasar a todas las sustancias por igual}$, sino que decide cuáles atraviesan, en qué cantidad y en qué momento. No es ni una barrera impermeable, que aislaría a la célula del medio y la haría inviable, ni un filtro que deje pasar todo.

Esa selectividad tiene dos fundamentos:

i) La $\textbf{naturaleza de la bicapa lipídica}$. Su interior hidrófobo permite el paso libre de las moléculas pequeñas y apolares, como el oxígeno, el $\mathrm{CO_2}$ o los lípidos, y de las polares muy pequeñas y sin carga, como el agua o la urea. En cambio bloquea el paso de las moléculas polares grandes, como la glucosa o los aminoácidos, y sobre todo de los iones, que por su carga no pueden atravesar el interior apolar.

ii) La $\textbf{presencia de proteínas de transporte}$ específicas, que abren vías controladas para las sustancias que la bicapa no deja pasar. Cada proteína reconoce a un soluto o a un grupo reducido de ellos, y muchas se abren y se cierran en respuesta a señales.

La consecuencia biológica es fundamental: gracias a esta propiedad la célula mantiene una composición interna $\textbf{distinta y constante}$ frente a la del medio externo, es decir, mantiene su homeostasis. Puede acumular en su interior las sustancias que necesita, expulsar los desechos y sostener gradientes iónicos como el de sodio y potasio, del que dependen el potencial de membrana y la transmisión del impulso nervioso.

$\textbf{4.1.3. Difusión simple y difusión facilitada.}$

Ambas son formas de $\textbf{transporte pasivo}$: las sustancias se mueven $\textbf{a favor de gradiente}$, desde donde están más concentradas hacia donde lo están menos, de modo que el proceso es espontáneo y $\textbf{no consume ATP}$. La energía la aporta el propio gradiente.

$\textbf{Difusión simple.}$ Es el paso de sustancias a través de la membrana $\textbf{directamente por la bicapa lipídica}$, sin la intervención de ninguna proteína. La velocidad es proporcional a la diferencia de concentración y no se satura.

$\textbf{Moléculas que se transportan así:}$ las pequeñas y apolares, que se disuelven bien en el interior hidrófobo, como el $\mathrm{O_2}$, el $\mathrm{CO_2}$, el $\mathrm{N_2}$, los ácidos grasos, las hormonas esteroideas, el etanol y los anestésicos liposolubles; y también las polares muy pequeñas y sin carga, como el agua, la urea y el glicerol.

$\textbf{Difusión facilitada.}$ Es el paso a favor de gradiente pero $\textbf{con la ayuda de proteínas de la membrana}$, que abren una vía a través de la barrera hidrófoba. Estas proteínas son de dos tipos: los $\textbf{canales}$, que forman un poro hidrófilo por el que los iones pasan a gran velocidad, y las $\textbf{permeasas}$ o transportadores, que se unen al soluto, cambian de conformación y lo liberan al otro lado. A diferencia de la simple, este transporte es específico y $\textbf{saturable}$: cuando todas las proteínas están ocupadas, la velocidad ya no aumenta aunque se eleve la concentración.

$\textbf{Moléculas que se transportan así:}$ los $\textbf{iones}$ ($\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{K^+}$, $\mathrm{Cl^-}$, $\mathrm{Ca^{2+}}$), a través de canales, y las moléculas polares de tamaño medio, como la $\textbf{glucosa}$, otros monosacáridos, los aminoácidos y los nucleótidos, a través de permeasas. El agua, además de difundir directamente, dispone de canales propios, las acuaporinas, que multiplican su velocidad de paso.

Conviene no confundir la difusión facilitada con el $\textbf{transporte activo}$: este último también emplea proteínas, pero mueve las sustancias $\textbf{en contra de gradiente}$ y por eso consume ATP, como hace la bomba de sodio-potasio.

$\textbf{4.2.1. La enfermedad de Pompe y el glucógeno.}$

$\textbf{A) Tipo de biomolécula que es el glucógeno y su función en las células.}$

El glucógeno es un $\textbf{glúcido}$, y dentro de ellos un $\textbf{polisacárido}$, es decir, un polímero formado por la unión de un gran número de monosacáridos. Concretamente es un $\textbf{homopolisacárido}$, porque todos sus monómeros son iguales: moléculas de $\alpha$-D-glucosa. Su molécula es muy grande y está intensamente ramificada.

Su función es de $\textbf{reserva energética}$: es la forma en que las células animales almacenan glucosa. Se acumula en forma de gránulos en el citoplasma, sobre todo en el hígado y en el músculo esquelético. Cuando la célula necesita energía, lo hidroliza y libera glucosa, que entra en la glucólisis.

Almacenar la glucosa polimerizada, y no libre, tiene dos ventajas decisivas:

i) $\textbf{No altera la presión osmótica}$. Miles de moléculas de glucosa libres crearían una presión osmótica enorme y la célula reventaría al entrar agua; unidas en una sola macromolécula, cuentan como una única partícula.

ii) Sus $\textbf{numerosas ramificaciones}$ multiplican el número de extremos no reductores, que son los puntos por los que actúan las enzimas. Así puede movilizarse muy deprisa, que es justo lo que hace falta en un músculo que empieza a contraerse.

El almidón desempeña la misma función en los vegetales, y es también un polímero de glucosa, pero mucho menos ramificado. La celulosa, en cambio, aunque también es un polímero de glucosa, tiene función estructural, y la diferencia está precisamente en el tipo de enlace.

$\textbf{B) Enlace entre los monómeros del glucógeno. Represéntelo.}$

Los monómeros se unen mediante un $\textbf{enlace O-glucosídico}$, que en el glucógeno es de dos tipos:

i) $\alpha(1\rightarrow 4)$ a lo largo de las cadenas lineales, entre el carbono 1 de una glucosa y el carbono 4 de la siguiente. Es el enlace mayoritario.

ii) $\alpha(1\rightarrow 6)$ en los puntos de ramificación, que aparecen cada ocho o diez residuos.



El enlace se forma por una reacción de $\textbf{condensación}$: el grupo hidroxilo del carbono anomérico de la primera glucosa reacciona con el hidroxilo del carbono 4 de la segunda, y se desprende una molécula de agua, quedando ambos monosacáridos unidos por un átomo de oxígeno puente.

$\mathrm{glucosa} + \mathrm{glucosa} \rightarrow \mathrm{maltosa} + \mathrm{H_2O}$

Que el enlace sea $\alpha$ y no $\beta$ depende de la posición del hidroxilo del carbono anomérico, hacia abajo en la forma $\alpha$ y hacia arriba en la $\beta$. Es una diferencia geométrica mínima con consecuencias enormes: los enlaces $\alpha$ dan cadenas helicoidales y compactas, hidrolizables por nuestras enzimas y aptas para la reserva, mientras que los $\beta$ de la celulosa dan cadenas rectas que se empaquetan en fibras rígidas y que el ser humano no puede digerir.

$\textbf{C) Los enzimas son biocatalizadores autógenos de acción específica.}$

Los tres conceptos se explican por separado:

$\textbf{Biocatalizadores.}$ Un catalizador es una sustancia que $\textbf{acelera una reacción química}$ sin consumirse en ella, de modo que se recupera intacta al final y puede volver a actuar. Los enzimas lo consiguen $\textbf{disminuyendo la energía de activación}$, es decir, ofreciendo un camino alternativo que exige menos energía para llegar al estado de transición. Pueden multiplicar la velocidad de una reacción por millones de veces. Lo que $\textbf{no}$ hacen es alterar el equilibrio de la reacción ni hacer posible una reacción termodinámicamente desfavorable: solo aceleran lo que ya podría ocurrir. Se les llama biocatalizadores porque actúan en los seres vivos y en las condiciones suaves de temperatura y pH compatibles con la vida.

$\textbf{Autógenos.}$ Significa que son $\textbf{producidos por el propio organismo}$ que los utiliza. Los enzimas son proteínas, y como tales están codificados en los genes de la célula y se sintetizan en sus ribosomas. Esto tiene una consecuencia práctica de primer orden, que es exactamente lo que ocurre en la enfermedad de Pompe: si el gen que codifica un enzima está alterado, el organismo no puede fabricarlo bien, la reacción que catalizaba no se produce y su sustrato se acumula. Aquí, al faltar la maltasa ácida lisosómica, el glucógeno que llega a los lisosomas no se degrada a glucosa y se va acumulando en el interior de los lisosomas hasta dañar el tejido, lo que explica la insuficiencia cardíaca, motora y respiratoria.

$\textbf{De acción específica.}$ Significa que cada enzima actúa $\textbf{sobre un sustrato concreto}$, o sobre un grupo muy reducido de sustratos parecidos, y $\textbf{cataliza una sola reacción}$. La especificidad reside en el $\textbf{centro activo}$, una pequeña región de la superficie del enzima cuya forma y cuyas cargas son complementarias de las del sustrato, de manera que solo este encaja en él. La imagen clásica es la de la llave y la cerradura, aunque hoy se prefiere el modelo del ajuste inducido, según el cual el centro activo se amolda al sustrato al unirse a él. Por eso la maltasa ácida no puede ser sustituida por ningún otro enzima de la célula, y su ausencia no se compensa.

$\textbf{4.2.2. Ósmosis y comportamiento de las células vegetales.}$

$\textbf{A) Definición de ósmosis y propiedad de la membrana con la que se relaciona.}$

La $\textbf{ósmosis}$ es el paso de $\textbf{disolvente}$, que en los seres vivos es el agua, a través de una membrana semipermeable, desde la disolución $\textbf{menos concentrada}$ en solutos hacia la $\textbf{más concentrada}$.

Conviene fijarse en que el agua se mueve en sentido contrario al que uno esperaría del soluto: como el soluto no puede atravesar la membrana para igualar las concentraciones, es el agua la que se desplaza y las iguala diluyendo el lado más concentrado. Es un proceso pasivo, espontáneo, que no consume energía, y que puede describirse también como una difusión del agua a favor de su propio gradiente.

La propiedad de la membrana con la que se relaciona es su $\textbf{permeabilidad selectiva}$ o semipermeabilidad: la membrana plasmática deja pasar el agua con facilidad, tanto por difusión simple a través de la bicapa como, sobre todo, por las acuaporinas, pero no deja pasar libremente a los solutos, que necesitan transportadores específicos. Sin esa diferencia de trato entre disolvente y soluto no habría ósmosis.

$\textbf{B) Solución hipertónica y solución hipotónica.}$

Los tres términos son $\textbf{relativos}$: siempre se definen por comparación entre dos disoluciones separadas por una membrana, en este caso el medio externo y el interior celular.

Una $\textbf{solución hipertónica}$ es la que tiene $\textbf{mayor concentración de solutos}$ que aquella con la que se compara, y por tanto mayor presión osmótica. Una célula sumergida en ella pierde agua.

Una $\textbf{solución hipotónica}$ es la que tiene $\textbf{menor concentración de solutos}$, y por tanto menor presión osmótica. Una célula sumergida en ella gana agua.

Cuando las dos concentraciones son iguales las soluciones se llaman $\textbf{isotónicas}$, y entonces no hay flujo neto de agua: entra y sale la misma cantidad.

$\textbf{C) Qué sucede en las células vegetales en una y otra solución.}$

La clave para responder es que la célula vegetal, a diferencia de la animal, tiene $\textbf{pared celular}$ de celulosa, una estructura rígida y totalmente permeable que rodea a la membrana plasmática. La pared no impide el paso del agua, pero sí que la célula se hinche sin límite.

$\textbf{En una solución hipertónica.}$ El medio externo está más concentrado, así que el agua $\textbf{sale}$ de la célula por ósmosis. La vacuola pierde volumen, el citoplasma se reduce y la membrana plasmática se despega de la pared, retrayéndose hacia el interior. Este fenómeno se llama $\textbf{plasmólisis}$, y de la célula se dice que está plasmolizada. La pared, rígida, mantiene la forma general de la célula, pero el protoplasto queda encogido en su interior. Si el proceso no es muy prolongado es reversible: devolviendo la célula a un medio hipotónico recupera el agua, en lo que se llama desplasmólisis. Es lo que le ocurre a una planta sin regar, que se marchita al perder turgencia, o a las hojas de una ensalada aliñada con sal.

$\textbf{En una solución hipotónica.}$ El medio externo está menos concentrado, de modo que el agua $\textbf{entra}$ en la célula. La vacuola se llena y aumenta de volumen, y el protoplasto empuja contra la pared celular. La pared, al ser rígida, se opone a esa expansión ejerciendo una presión hacia dentro, la presión de pared, que acaba equilibrando la entrada de agua. La célula queda hinchada y firme, en un estado que se denomina $\textbf{turgencia}$, y $\textbf{no estalla}$.

Esta última diferencia es la más importante y conviene subrayarla: una célula $\textbf{animal}$ en medio hipotónico, al carecer de pared, seguiría absorbiendo agua hasta romperse, fenómeno llamado citólisis o, en el caso de los glóbulos rojos, hemólisis. La célula vegetal está protegida por su pared, y de hecho la turgencia le resulta beneficiosa: es la que mantiene erguidos los tallos herbáceos y las hojas, y la que abre y cierra los estomas.