Solucionari 1r BIO BAT

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 38

La composició dels éssers vius

MAPA DE CONTINGUTS LA BIOLOGIA estudia la vida segons els nivells d’oganització de la matèria

la composició dels éssers vius

en funció del grau de complexitat estructural que hi ha

nivell subatòmic nivell atòmic nivell molecular nivell cel·lular nivell pluricel·lular

fent anàlisi química

fent anàlisi física

bioelements

biomolècules

es classifiquen en

es classifiquen en

PRIMARIS

SECUNDARIS

exemples

exemples

O, C, H, N, P, S

Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, I

SIMPLES

poden ser INORGÀNIQUES

ORGÀNIQUES

exemples

s’estudiaran en unitats següents

nivell de població està contingut en dissolucions i dispersions col·loidals

nivell d’ecosistema

estan formades per

aigua

glúcids

diòxid de carboni

lípids

sals minerals aigua (dissolvent)

COMPOSTES

molècules disperses (solut)

proteïnes àcids nucleics

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. En la primera part de la unitat s’introdueix el concepte de biologia i les característiques dels éssers vius. D’altra banda és important fer atenció als enllaços químics, tot i que és un tema que poden haver vist també a la matèria de química. 2. La representació dels elements i dels compostos químics mitjançant les fórmules és un aspecte important dins del llenguatge químic, ja que sense fórmules la química no s’entendria tal com es coneix avui. 3. Un altre aspecte molt important en la ciència és el tractament gràfic de les dades experimentals obtingudes. Es treballa la informació que es pot extreure d’una representació gràfica i es fan gràfics senzills a partir de les dades d’una taula.

38

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 39

La composició dels éssers vius

OBJECTIUS 1. Comprendre que la biologia és la ciència que estudia els éssers vius tant a nivell estructural com funcional i saber les característiques fonamentals dels éssers vius. 2. Conèixer els set nivells d’organització de la matèria. 3. Conèixer els conceptes químics fonamentals per entendre la composició de la matèria viva. 4. Identificar els bioelements com els elements químics constituents de la matèria viva. 5. Conèixer la classificació de les biomolècules o principis immediats.

6. Reconèixer la importància de l’aigua per als éssers vius i les seves característiques o propietats, per interpretar les funcions que duu a terme en els processos biològics. 7. Saber les formes en què es troben les sals minerals en els éssers vius i algunes de les funcions que duen a terme. 8. Distingir entre dissolucions i dispersions col·loidals i conèixer la importància de la regulació del pH en els medis intracel·lulars i extracel·lulars.

CONTINGUTS • • • • • • • • • • • •

Definició de vida i concepte de biologia. Característiques dels éssers vius. (Objectiu 1) Descripció dels tres nivells d’organització de la matèria abiòtics i els quatre biòtics. (Objectiu 2) Descripció dels cinc conceptes químics per entendre la composició de la matèria viva. (Objectiu 3) Definició de bioelement. Bioelements primaris i secundaris (indispensables, variables, plàstics i oligoelements). Propietats i exemples. (Objectiu 4) Definició de biomolècula o principi immediat. Classificació de les biomolècules. (Objectiu 5) Formes de l’aigua en els éssers vius. Característiques fonamentals de l’aigua. Correlació entre les característiques de l’aigua i les funcions que duu a terme en els éssers vius. (Objectiu 6) Descripció de les formes en què es troben les sals minerals en els éssers vius. Exemples. (Objectiu 7) Definició de dissolució i descripció de les propietats (definició de pH i la seva important relació amb el medi cel·lular mitjançant les solucions tampó). Definició de dispersió col·loidal i descripció de les propietats. (Objectiu 8) Documentació i recerca d’informació sobre temes de la ciència de la biologia. Respecte per les normes d’ús del laboratori, rigor i ordre en la realització de qualsevol treball. Consideració i reconeixement de la biologia com a ciència canviant i dinàmica, amb diferents àrees de coneixement. Desenvolupament d’una actitud crítica davant la informació obtinguda.

CRITERIS D’AVALUACIÓ PROVES D’AVALUACIÓ CRITERIS D’AVALUACIÓ

Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Reconèixer la dificultat de definir la vida. Definir biologia. Conèixer les característiques fonamentals dels éssers vius. (Objectiu 1)

1

1

b) Conèixer els nivells d’organització de la matèria. (Objectiu 2)

2

2

3, 5

3, 4

d) Distingir entre bioelements i oligoelements i posar-ne els exemples corresponents. (Objectiu 4)

4

5

e) Conèixer la definició i la classificació de les biomolècules. (Objectiu 5)

10

10

f) Relacionar cadascuna de les característiques de l’aigua amb la funció que duu a terme en els éssers vius. (Objectiu 6)

6

6

g) Conèixer les formes en què es troben les sals minerals en els éssers vius. (Objectiu 7)

7

7

8, 9

8, 9

c) Saber els conceptes químics per entendre la composició de la matèria viva. Comprendre l’enllaç d’hidrogen i saber representar-lo. (Objectiu 3)

h) Saber definir dissolució i descriure’n les propietats (reconèixer la importància de l’estabilitat del pH en relació amb el medi cel·lular). Saber definir dispersió col·loidal i descriure’n les propietats. (Objectiu 8)


39

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 40

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 1

1

El creixement és exclusiu dels éssers vius? Raona la resposta.

2

a) Quins nivells d’organització són comuns per a la matèria viva i per a la matèria inerta? b) Quins són els elements o els components d’aquests nivells? Posa’n exemples. c) Omple la taula següent: Exemples

Nivells d’organització

Ronyó Coloms de Barcelona Bosc Plantes i animals d’un riu Leucòcit

3

Si dos àtoms comparteixen electrons, l’enllaç que s’ha format és iònic o covalent?

4

Què significa l’expressió «bioelements plàstics»? Posa’n quatre exemples.

5

Dibuixa l’enllaç d’hidrogen que presenten les molècules d’aigua.

6

Quina característica de la molècula d’aigua dóna a aquest líquid tantes qualitats essencials per a la vida?

7

Esmenta tres atributs de les sals minerals precipitades i posa dos exemples d’aquestes sals.

8

Quan les cèl·lules expulsen en el líquid extracel·lular el diòxid de carboni (CO2) format com a rebuig metabòlic, bona part d’aquest es combina amb aigua per formar àcid carbònic: CO2 ! H2O → H2CO3. Per què aquesta incorporació d’àcid no danya l’organisme si l’interval de valors de pH en el qual les cèl·lules funcionen de manera adequada és tan estret?

9

L’any 1727, Hales va establir per primera vegada que hi havia d’haver una relació entre l’activitat de les fulles i l’ascens de la saba. Va introduir diferents branques d’arbres, amb diferent quantitat de fulles, en recipients idèntics que contenien la mateixa quantitat d’aigua, i va observar que l’aigua d’aquests disminuïa proporcionalment a la superfície total de les fulles que tenia cada branca. Tenint en compte l’experiment anterior, digues per què les flors tallades es posen en aigua per mantenir-les amb bon aspecte durant més temps.

10 Defineix biomolècula.

40

! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 41

AVALUACIÓ


1

La reproducció és exclusiva dels éssers vius? Raona la resposta.

2

a) Quins nivells d’organització són exclusius de la matèria viva? b) Quins són els elements o els components d’aquests nivells? Posa’n exemples. c) Omple la taula següent: Exemples


DNA Electró Cloroplast Aigua Àtom de calci

3

Esmenta quatre tipus d’interacció entre àtoms o molècules.

4

Dibuixa l’enllaç iònic del clorur de sodi.

5

Què són els oligoelements? Posa’n quatre exemples.

6

Cada gram (g) d’aigua absorbeix 540 calories (cal) en evaporar-se. Calcula la quantitat de calor per cm2 que es perd a través de 5 cm2 de superfície corporal per cada 10 g d’aigua que s’hi evaporen.

7

Quina és la funció principal de les sals minerals dissoltes? Quines alteracions provoca la variació d’aquestes sals?

8

Omple els buits de la taula següent escrivint dues diferències i dues semblances entre difusió i osmosi: Difusió

Osmosi

Diferències

Semblances

9

Si un organisme X fos isotònic respecte d’una solució que és hipertònica per a un altre organisme Y, en quin d’aquests organismes es produirà un ingrés net d’aigua en submergir-los tots dos en la solució? a) En l’organisme X? b) En l’organisme Y? c) En cap dels dos? Raona la resposta.

10 Classificació de les biomolècules. ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

41

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 42

ATENCIÓ A LA DIVERSITAT

FITXA DE REFORÇ

1

Què són les solucions tampó o amortidores?

2

Omple la taula següent: Funcions de l’aigua en els éssers vius Funció

Descripció

Dissolvent Bioquímica Estructural Mecànica amortidora Termoreguladora

3

Quins efectes produeixen sobre el cor els ions K! i Ca2! aïlladament? I conjuntament?

4

El contingut dels glòbuls vermells de la sang de l’espècie humana té una concentració salina del 9 per 1.000. Què passaria si a una persona li injectem en una vena una solució salina al 3 per 1.000?

5

Per què el silici, que és un element molt més abundant que el carboni a l’escorça terrestre, no és un element majoritari en la composició de la matèria viva?

6

Quines funcions biològiques té el ferro en els animals i en l’ésser humà? Quins són els símptomes de la seva manca?

7

Quines funcions té el liti?

8

Per què no creixen microorganismes en aliments com la salaó o la llet condensada?

9

És correcte afirmar que la quantitat en què es troba un bioelement en l’organisme reflecteix la seva importància biològica? Posa algun exemple que demostri la teva resposta.

10 Per què podem considerar que els virus estan situats a la frontera de la vida, és a dir, entre els nivells

d’organització biòtics i abiòtics?

42


917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 43


FITXA D’AMPLIACIÓ

1

Per què el límit inferior dels valors de pH és 0 i el superior 14?

2

Per què el gel, que és aigua sòlida, té menys densitat que l’aigua líquida? Raona la resposta.

3

Què es requereix per formar un enllaç d’hidrogen?

4

Què fa l’aigua quan dissol una sal iònica?

5

Per què el mar estabilitza les temperatures moderades en les zones costaneres?

6

Al dibuix hi ha representats els orgànuls cel·lulars (que constitueixen un subnivell dins del nivell d’organització molecular de la matèria).

9

1

7

2

5 4

8

a) Digues els noms que corresponen als nombres. b) La cèl·lula és procariota o eucariota? Per què? c) Es tracta d’una cèl·lula animal o vegetal? Per què?

10

3 6

7

En què consisteix un xoc de calor? Per què es produeix?

8

Entre els productes de descomposició d’un animal, quins d’aquests compostos es podria trobar?: àcid sulfhídric, amoníac, àcid fosfòric, hidròxid d’alumini. Raona la resposta.

9

Una persona adulta que realitza un treball de força, pot arribar a perdre per transpiració fins a 1,6 litres d’aigua per hora. Sabent que calen 580 calories per vaporitzar 1 gram d’aigua, calcula la quantitat de calor que es perd després d’una hora gràcies a aquesta transpiració, en el cas que tota la suor s’evapori completament.

10 Alguns éssers vius que no tenen mecanismes de termoregulació poden suportar, sense congelar-se,

temperatures inferiors als 0° C. Explica el perquè d’aquest fenomen. 11 A finals d’hivern i principis de primavera de l’any 2008, Barcelona, que concentra la major part d’habitants

de Catalunya, va viure una alarmant situació a causa de la sequera i del baix nivell d’aigua dels pantans. Entre d’altres solucions proposades hi havia la construcció de plantes de dessalatge d’aigua de mar. Una de les tècniques més utilitzades en aquestes plantes és l’osmosi inversa. Un esquema d’una unitat d’aquest tipus és el de la figura de la dreta:

1

2

Busca informació per: a) Identificar els components 1, 2 i 3 de l’esquema. b) Explicar breument com funciona l’osmosi inversa.


3

43

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 44

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT • Perquè totes les reaccions químiques necessàries per a la vida es duen a terme en el si de l’aigua, i generalment entre substàncies solubles en aigua. • Ha de mantenir una distància adequada respecte d’una estrella perquè la seva temperatura permeti l’existència d’aigua líquida. També ha de tenir una mida suficient per mantenir una atmosfera que estabilitzi la temperatura i que filtri les RUV solars.

ACTIVITATS 1.1. Els éssers vius es nodreixen de l’exterior, es relacionen amb el medi i amb els altres éssers vius, i es reprodueixen, és a dir, duen a terme les tres funcions vitals. Tot això es desprèn del fet que són organismes complexos i que actuen per si mateixos. 1.2. Perquè la biologia es fonamenta en l’estudi directe de la matèria. 1.3. Electró, àtom, proteïna, mitocondri, cèl·lula, formiga, població, bosc. 1.4. Si les cèl·lules que formen aquest grup estan unides i no es poden separar, el conjunt pertany al nivell pluricel·lular, subnivell de tal·lus. Així doncs, abraça els nivells subatòmic, atòmic, molecular, cel·lular i pluricel·lular. En canvi, si tan sols s’agrupen temporalment es tracta d’una colònia i, per tant, no tardarà a tenir el nivell pluricel·lular. 1.5. Són el nivell subatòmic, l’atòmic i el molecular. Tots tres són abiòtics perquè en aquests nivells no es duen a terme les tres funcions vitals. El nivell d’organització més baix que pot fer les tres funcions vitals és el nivell cel·lular. 1.6. L’àtom de nombre atòmic 17 és més electronegatiu, perquè únicament necessita guanyar un electró per arribar a 8 en el darrer orbital. 1.7. Sobre la base del fet que quan el nombre d’electrons del darrer orbital és més pròxim a vuit (o a dos si el darrer orbital també és el primer, com passa amb l’hidrogen), més tendència presenta l’àtom a captar electrons (és més electronegatiu), resulta que l’ordre és: els primers, el O i el S, ja que amb sis electrons en el darrer orbital tendeixen a guanyar-ne dos; després, el N, que amb cinc electrons al final tendeix a guanyar-ne tres i, per tant, com que està més allunyat de vuit, no és tan àvid d’electrons com el O i el S; i després, el C i el H, que, com que tots dos tenen la meitat dels electrons que caben en el darrer orbital (quatre i un, respectivament), tenen gairebé la mateixa tendència a agafar-ne la meitat que els falta com a donar-ne la meitat que tenen. En realitat, el tema és més complex, perquè en l’electronegativitat també influeix el nombre total d’electrons, és a dir, la distància del darrer orbital al nucli atòmic. Com més distància, menys atracció exerceix el nucli. Així doncs, com que el volum del O (té 8 e!) és més petit que el del S (té 16 e!), el O resulta més electronegatiu que el S. Com que el N (7 e!) també és molt més petit que el S, malgrat que li falten més electrons en el darrer orbital, també resulta més elec-

44

tronegatiu que el S. Finalment, el C és més electronegatiu que l’hidrogen perquè aquest darrer, quan guanya un electró, a causa de la repulsió entre els electrons i el fet de tenir un sol protó, augmenta molt de volum. En resum, en una escala de 0 a 4, en què 2 és el pas de ser electropositiu (tendència a donar electrons) a ser electronegatiu (tendència a guanyar-los), els valors són O (3,5), N (3,0), S (2,5), C (2,5) i H (2,1). 1.8. Perquè reaccionaria amb l’oxigen espontàniament i formaria aigua. 1.9. Que malgrat que el 79 % de la mescla de gasos que constitueixen l’atmosfera és nitrogen, a penes hi ha organismes autòtrofs que el puguin aprofitar com a font del nitrogen per sintetitzar-ne les proteïnes, els àcids nucleics, etc. A causa d’això necessiten obtenir- lo dels nitrats dissolts a l’aigua. Així doncs, hi ha la paradoxa que poden morir per falta de nitrogen, malgrat que viuen en un medi en el qual el nitrogen és l’element més abundant. 1.10. De les molècules de O2 que, procedents de l’aire, s’han difós i s’han dispersat entre les molècules de H2O. L’onatge i els salts d’aigua afavoreixen molt aquesta difusió. Una petita part de l’oxigen present entre les molècules d’aigua també pot procedir de la fotosíntesi de les algues i les plantes aquàtiques. 1.11. Perquè les aigües continentals provenen de la pluja i aquesta es forma a partir del vapor d’aigua, i ja se sap que tan sols s’evapora l’aigua, no les sals minerals dissoltes que pugui contenir. D’altra banda, després de tants milions d’anys de pluges, la major part de les sals solubles que hi havia als continents ja han estat dissoltes i arrossegades fins als oceans. 1.12. En el cas del H2S és perquè com que el S és un àtom més gran que el O, el seu nucli atreu amb menys força l’electró de l’hidrogen i, per tant, no és una molècula tan dipolar com l’aigua i les molècules de H2S queden separades entre si i formen un gas. En el cas del SO2 és perquè en no contenir hidrogen les molècules són apolars, no s’atrauen entre si i formen un gas. 1.13. Perquè, a causa del volum atòmic més gran del silici (té més electrons que el C), atrau amb molta menys força els quatre electrons del darrer orbital. Això fa que els enllaços entre silicis (...–Si –Si–Si ...) siguin molt febles, i que per això no es puguin formar polímers estables de silici, i que els enllaços amb l’oxigen siguin tan forts (SiO2) que resulten gairebé indestructibles. Això darrer dificulta molt que aquest compost pugui reaccionar amb altres substàncies (fins i tot els àcids més forts, excloentne el fluorhídric, són incapaços d’atacar el quars i el vidre), per la qual cosa aquesta substància és incapaç de constituir matèria viva, que és una matèria que pràcticament ha d’estar en reacció contínua. 1.14. No. Per exemple, els ossos són matèria viva i, en canvi, estan constituïts principalment per fosfat tricàlcic, que és un compost inorgànic. 1.15. Perquè, com que l’oxigen és un àtom molt àvid d’electrons (molt electronegatiu), trenca fàcilment els enllaços


917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 45

SOLUCIONARI

entre el C i el H (els dos àtoms bàsics de les biomolècules orgàniques), i això fa que s’alliberi l’energia química que contenen. 1.16. Perquè, com que el fòsfor té cinc electrons al darrer orbital, com el nitrogen, però aquests estan molt més allunyats del nucli, no estan tan fortament atrets. A causa d’això, els enllaços del fòsfor amb l’oxigen (P – O) són més forts (els oxígens no han de contrarestar tanta atracció). Els enllaços P – O són més forts que els enllaços N – O, S – O o C – O. Així doncs, els enllaços P – O són els idonis per emmagatzemar energia, ja que són els enllaços més rics en energia, però sense deixar de ser susceptibles de trencar-se en condicions compatibles amb la vida. 1.17 Perquè la seva funció no és constituir estructures ni reserves energètiques, sinó catalitzar reaccions químiques. Els catalitzadors hi intervenen, i això afavoreix que els altres reaccionin, és a dir, ells no es consumeixen. 1.18 Perquè la vida necessita reaccions químiques contínues que tan sols són possibles en el medi aquós. 1.19. «El carboni, l’oxigen, l’hidrogen i el nitrogen són bioelements plàstics de pes atòmic baix, fet que no necessàriament està relacionat amb la possibilitat de formar enllaços covalents. Tret del carboni, els altres són elements abundants a les capes més externes de la Terra, i els compostos que formen poden ser solubles o insolubles en aigua.» 1. 20. Totes es deriven del fet que les seves molècules s’atreuen entre si per enllaços d’hidrogen. 1. 21. Quan actua amb funció dissolvent la molècula d’aigua es manté estable, en canvi quan actua en una hidròlisi la molècula es trenca en un ió H! i un ió OH". 1.22. Perquè, com que l’oxigen és un àtom molt àvid d’electrons (molt electronegatiu), reté al seu costat la major part del temps els electrons dels dos hidrògens, i així sorgeix una determinada càrrega negativa al costat de l’àtom d’oxigen, i una determinada càrrega positiva en cadascun dels dos àtoms d’hidrogen. Per l’efecte d’aquesta polaritat s’estableixen forces d’atracció elèctrica entre l’hidrogen d’una molècula i l’oxigen de l’altra, els anomenats enllaços intermoleculars d’hidrogen (ponts d’hidrogen), i així es formen polímers de tres a deu molècules d’aigua, per la qual cosa el pes molecular és de 3 # 18 a 10 # 18, molt més gran en aquest darrer cas que el pes molecular del SO2, que és 64; per tant, es comporta com un líquid en lloc de fer-ho com un gas. 1.23. A causa de l’electronegativitat de l’oxigen, l’enllaç amb l’hidrogen és molt fort i, per això, el grau d’ionització (H2O ! H! ! OH") és baix. A més, s’originen pols elèctrics positius i negatius a la molècula (constant dielèctrica elevada), i gràcies a això sorgeixen els enllaços intermoleculars d’hidrogen. Aquests mantenen les molècules d’aigua molt unides, per això resulta difícil separar-les mecànicament (alta tensió superficial), s’ha de subministrar molta calor perquè augmenti la temperatura, és a dir, perquè augmenti el grau d’agitació de les seves molècules (calor específica elevada), i fa falta molta

calor per aconseguir que, a causa del grau d’agitació més elevat, les molècules se separin totalment i passin a l’estat gasós (calor de vaporització elevada). La gran atracció entre les molècules d’aigua en estat líquid fa que la distància entre elles sigui més petita que quan està en estat sòlid, i això explica que l’aigua sigui més densa que el gel (un mateix nombre de molècules ocupa més volum en estat sòlid que en estat líquid). 1.24. És un gran dissolvent dels compostos iònics com ara el NaCl, perquè, com que és una molècula dipolar, amb les càrregues elèctriques debilita l’atracció elèctrica entre el Na! i el Cl". També dissol bé els compostos covalents polars com ara la glucosa C6H12O6, perquè debilita els enllaços entre les molècules. No dissol els hidrocarburs perquè són molècules apolars, és a dir, sense càrregues elèctriques. 1.25. No hi correspon perquè, com que s’estableixen enllaços d’hidrogen, el que hi ha en realitat són polímers de tres a deu molècules d’aigua juntes. 1.26. Ions que exerceixen funcions contràries; per exemple, el K! afavoreix l’entrada d’aigua a la cèl·lula (turgència), mentre que el Ca2! la disminueix. 1.27. En ingerir aliments amb una acidesa diferent de la del medi intern de l’organisme, aquest canviaria el seu pH, amb el consegüent trastorn que això produiria perquè molts enzims tan sols actuen en un interval de pH molt estret. Davant d’una pujada de pH, és a dir, davant d’un descens de H3O!, el tampó bicarbonat actua alliberant ió àcid. CO2 ! 2H2O ! H2CO3 ! H2O ! HCO"3 ! H3O! Davant d’una baixada de pH, és a dir, davant d’un augment de H3O!, el tampó bicarbonat actua absorbint l’excés d’ió àcid. HCO"3 ! H3O!! H2CO3 ! H2O ! CO2 ! 2H2O 1.28. pH $ – log (1,4 · 10"8) $ 7,854 pH $ – log (4 · 10"6) $ 5,398 1.29. L’osmosi és el pas del dissolvent entre dues dissolucions que presenten una concentració diferent de soluts i que estan separades per una membrana que tan sols deixa passar les molècules de dissolvent. La diàlisi, en canvi, és la separació de les molècules de baix pes molecular respecte de les d’elevat pes molecular, gràcies a una membrana que tan sols deixa passar les petites. En resum, l’osmosi és un procés que tendeix a igualar concentracions, mentre que la diàlisi és un procés que tendeix a separar els cristal·loides dels col·loides. 1.30. En recobrir els aliments amb sal, es forma una dissolució saturada a l’exterior d’aquests, i això implica la sortida d’aigua de l’interior de l’aliment per un procés d’osmosi. Així, l’aliment s’asseca i, com que no hi ha aigua, els bacteris no s’hi poden reproduir ni alterar-lo. 1.31. Perquè, com que el medi intern de l’enciam té més soluts que l’aigua externa, es produeix l’entrada d’aigua per osmosi, amb la consegüent turgència de les fulles. Quan s’hi afegeix sal, el medi extern es fa més salí, amb


45

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 46

SOLUCIONARI

la qual cosa es produeix la sortida d’aigua des de l’interior de la fulla per osmosi, amb la consegüent pèrdua de turgència. 1.32. Perquè la superfície de les macromolècules adsorbeix molt les molècules d’aigua, i per això no s’evaporen. Un exemple d’aquesta propietat en els organismes és la mucositat dels cargols de terra i dels llimacs, que dificulta la dessecació de la pell. 1.33. Perquè si un reactiu atrau cap a la seva superfície l’altre reactiu, això facilita la trobada entre tots dos i, per tant, que es doni la reacció. 1.34. Perquè, com que hi ha més soluts al medi intern de la planta que a l’aigua externa, per un procés d’osmosi, aquesta travessa l’epidermis de l’arrel i hi entra a l’interior. L’aigua de mar no sadolla la set perquè, com que és més salada que el medi intern de les cèl·lules de les parets intestinals, per un procés d’osmosi, en lloc d’entrar a les cèl·lules, el que passa és que surt aigua d’aquestes cap a la llum de l’intestí on hi ha l’aigua marina. 1.35. Perquè, si fossin hipotòniques respecte de la salinitat interna dels glòbuls vermells, entraria aigua en aquests, fins arribar a rebentar-los per un excés de turgència; i si fossin hipertòniques, en sortiria aigua, i fins i tot la membrana es podria arribar a trencar en encongir-se (plasmòlisi). 1.36. Presenten permeabilitat selectiva i poden sofrir processos d’osmosi. 1. 37. Es poden formar entre elements molt electronegatius (agafen electrons) i elements molt electropositius (donen electrons) per arribar a tenir 8 electrons en l’últim orbital (excepte que es tracti de l’hidrogen, que només necessita 2 electrons). L’aigua els dissol molt fàcilment, perquè és una molècula amb càrregues elèctriques que es posa entre els dos ions i, en participar en aquestes atraccions com un element més, els dos ions se separen. 1. 38. Es formen entre àtoms d’igual o similar electronegativitat. Per exemple entre dos àtoms d’oxigen, dos àtoms de nitrogen, etc. I també entre àtoms de carboni i d’hidrogen, ja que tots dos estan amb la meitat d’electrons dels que necessiten per arribar a completar l’últim orbital. Són insolubles en aigua, ja que els àtoms units per un enllaç covalent apolar no es mantenen per atraccions entre càrregues elèctriques sinó per compartició d’electrons i l’aigua no pot actuar separant-los. 1. 39. L’entrada és deguda a un procés d’osmosi. L’ascensió és deguda a la capil·laritat. Aquesta es produeix pels enllaços d’hidrogen que uneixen les molècules d’aigua entre si i per un procés d’adsorció de les parets interiors dels conductes o vasos respecte a les molècules d’aigua. L’absorció sola només seria capaç de fer pujar l’aigua uns pocs centímetres. A més, hi intervé una força d’aspiració des de les fulles ja que en elles l’aigua s’evapora i això fa pujar una mica més d’aigua, un procés que es va repetint. 1. 40. Fan una funció mecànica amortidora.

46

1. 41. Fa una funció termoreguladora. Això és degut al fet que per passar de líquid a gas (vapor d’aigua) ha d’agafar calor i l’agafa de la superfície del cos, per la qual cosa aquest es refreda. 1.42. Funció metabòlica. 1.43. Funció estructural. 1.44. La resposta a la primera pregunta és: funció transportadora. La resposta a la segona pregunta és: funció dissolvent i transportadora. 1.45. La carn deixa anar aigua. Això és degut al fet que la sal es dissol en l’aigua exterior, es produeix un procés d’osmosi que fa que l’aigua surti de les cèl·lules de la carn. 1.46. Perquè la infància i l’adolescència són períodes de creixement, en què es genera molt teixit ossi, i aquest té un elevat percentatge de fosfat càlcic i de carbonat càlcic. 1.47. Amb aigua destil·lada s’inflarien i es posarien molt turgents. Amb aigua saturada de sal perdrien molta aigua, la membrana es rebregaria i es podria arribar a trencar (plasmòlisi). 1.48. Perquè la sal fa sortir l’aigua interior per un procés d’osmosi i, en quedar-se sense aigua, els bacteris no poden viure i, per tant, la carn no és corrompuda. 1.49. Perquè com que suen molt perden sal i l’han de recuperar a través de la dieta. 1.50. Perquè quan arriba a l’intestí, a causa de l’osmosi, en lloc de passar aigua al torrent circulatori, és l’aigua del cos la que passa a la llum de l’intestí i la persona es deshidrata. 1.51. Que tenir moltes glucoses dissoltes en el citoplasma podria implicar l’entrada d’aigua per osmosi i posar-la en perill de ruptura. En canvi, si moltes glucoses s’uneixen en una sola molècula aquest perill desapareix. 1.52. Si el medi és molt àcid hi haurà molts ions H! i, per tant, el grup –COOH no es podrà ionitzar. Si el medi és molt bàsic, hi haurà molts OH" i, per aquesta causa, molt grups –NH3OH ja no es podran ionitzar. D’aquesta manera la dissolució resisteix el canvi de pH, és a dir, actua com una dissolució amortidora. 1.53. Solubles: CH3-CH2OH (etanol), CH3-COOH (àcid acètic) i NaCl (clorur sòdic). No solubles: C4H10 (butà), C8H18 (octà), C6H6 (benzè). INTERPRETACIÓ DE DADES 1.58. a) L’oxigen i l’hidrogen són bioelements primaris i són molt abundants en la hidrosfera, ja que constitueixen l’aigua. La seva abundància en els éssers vius és deguda, en part, al fet que els organismes tenen un elevat percentatge d’aigua en el seu cos. Una altra raó és que l’hidrogen és fonamental per formar les cadenes hidrocarbonades i l’oxigen és necessari perquè en combinar-se amb algunes d’aquestes s’originin compostos orgànics solubles, com ara els glúcids. Com que les reaccions bioquímiques es fan en


917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 47

SOLUCIONARI el si de l’aigua, els compostos orgànics que rendeixen energia amb rapidesa han de ser solubles. El bioelement nitrogen és molt abundant en l’atmosfera i es podria pensar que és per això que els organismes tenen molt nitrogen, però aquesta conclusió resultaria falsa, ja que molt pocs organismes poden aprofitar el nitrogen atmosfèric. En realitat, el nitrogen dels organismes prové dels nitrats dissolts a l’aigua del sòl que absorbeixen les arrels de les plantes.

b) L’hidrogen i l’oxigen constitueixen l’aigua i els glúcids, les proteïnes i els àcids nucleics. L’hidrogen també està en els lípids. En canvi, el percentatge d’oxigen en els lípids és molt baix. El nitrogen es troba en les proteïnes i els àcids nucleics. c) El carboni, el fòsfor i el sofre. d) El carboni ha estat seleccionat perquè permet formar grans cadenes hidrocarbonades, amb enllaços prou estables per poder constituir estructures i per poder emmagatzemar la informació biològica, però que, a la vegada, són susceptibles de ser trencats i alliberar energia. El fòsfor ha estat seleccionat perquè els enllaços entre els grups fosfats poden emmagatzemar una gran quantitat d’energia. El sofre ha estat seleccionat perquè forma uns enllaços forts en les proteïnes. 1. 59. a) La dissolució que té el percentatge més alt de sals és la de Tyrode, després la de Ringer i després la d’Arnon. La causa és que les cèl·lules vegetals estan adaptades a viure en contacte amb l’aigua dolça i a aconseguir que aquesta entri dins seu per osmosi. En canvi, les cèl·lules animals viuen en contacte amb la sang, que és un medi més salat. Els amfibis tenen una pell prima i permeable i en estat larvari, respiració branquial. Tot això fa que, per processos d’osmosi, els entri molta aigua i que, per tant, la salinitat de la seva sang sigui inferior a la dels mamífers. b) Només conté glucosa la dissolució de Tyrode per a mamífers. La dissolució d’Arnon no té glucosa perquè les cèl·lules vegetals no s’alimenten de glucosa sinó fent la fotosíntesi. La dissolució de Ringer no té glucosa perquè les cèl·lules dels amfibis no tenen unes necessitats energètiques tant elevades com les dels mamífers. Per tant, per fer experiments que han de durar poques hores no cal afegir glucosa. c) Contenen substàncies que originen bones dissolucions amortidores la dissolució fisiològica de Ringer i la de Tyrode. La primera conté bicarbonat sòdic i la segona conté bicarbonat sòdic i dihidrogen fosfat sòdic. La d’Arnon no en conté perquè no està destinada a entrar en contacte amb cèl·lules vives, sinó amb les cèl·lules de l’epidermis de les arrels. d) Perquè la dissolució d’Arnon no està destinada a mantenir unes cèl·lules durant un curt període de temps, sinó a nodrir plantes al llarg de tota la seva vida i, per tant, no hi pot faltar cap element, encara que només sigui necessari en quantitats molt baixes.

1. 60. a) Representació de com ha variat el pes dels aliments. Pes inicial (grams)

35 30 25 20 15 10 5 0

Espinacs Carn

1r dia

2n dia

3r dia

4t dia

5è dia

6è dia

7è dia

b) Els percentatges d’aigua en els aliments al principi de l’experiment són: Espinacs. Els espinacs tenien al principi 18 g d’aigua 20 ! 2 " 18 per tant, un percentatge de (18/20) # 100 " 90 % Carn. La carn tenia al principi 19,7 g d’aigua 30 ! 10,3 " 19,7 per tant, un percentatge de (19,7/30) # 100 " 65,66 % c) Representació de com ha variat el percentatge d’aigua dels aliments. Aigua inicial (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Espinacs Carn

1r dia

2n dia

3r dia

4t dia

5è dia

6è dia

7è dia

El percentatge s’ha calculat de la manera següent: Els espinacs tenien al principi 18 g d’aigua 20 ! 2 " 18 per tant, un percentatge de (18/20) # 100 " 90 % El segon dia tenien 6,1 g d’aigua 8,1 ! 2 " 6,1 per tant, un percentatge de (6,1/8,1) # 100 " 75,308 %, etc. d) Se sap que hem arribat a la deshidratació perquè entre el sisè i el setè dia ja no ha disminuït més el pes dels aliments. e) Els espinacs tenen un percentatge d’aigua molt més elevat que la carn. Una altra conseqüència és que si es mengen espinacs no es necessita beure tanta aigua com si es menja carn.


47

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 48

SOLUCIONARI

LABORATORI

tituïts per un percentatge elevat de sals minerals (fosfat càlcic i carbonat càlcic) i molt poca quantitat de col·lagen; per això són molt fràgils i poc elàstics.

1.61. Quan s’hi afegeix vinagre, el color morat de la col llombarda esdevé vermellós. Aquesta propietat es pot aprofitar com a indicador del pH. Així doncs, per saber si un medi és àcid o bàsic, n’hi ha prou d’afegir-hi unes gotes del líquid procedent de triturar una fulla de col llombarda, i si es torna de color vermell és que el medi és àcid. 1.62. El líquid que canvia més lentament el pH és la saliva. El motiu és que la saliva conté proteïnes dissoltes que actuen alliberant OH i captant H, per la qual cosa anul·len, o almenys disminueixen, la quantitat de H procedents del HCl.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. El creixement no és exclusiu dels éssers vius, ja que els cristalls, per exemple, si tenen les condicions adequades, també creixen. 2. a) Els nivells d’organització comuns a la matèria viva i inerta són els de complexitat estructural més baixa, és a dir, els nivells subatòmic, atòmic i molecular. b) Els components del nivell subatòmic són les partícules més petites de la matèria. Per exemple, protons, neutrons i electrons. El nivell atòmic està format per àtoms, que són la part més petita d’un element químic o d’una substància simple. Per exemple, un àtom de silici (Si), un àtom de nitrogen (N), un àtom de sodi (Na), etc. El nivell molecular està format per la unió de dos o més àtoms que poden ser iguals (en el cas dels elements) o diferents (en el cas d’un compost). Per exemple, el nitrogen (N2), la sílice (Si O2), la fructosa (C6H12O6), etc.

Aquest comportament és la base de les dissolucions amortidores o solucions tampó. 1.63. a) Al cap d’unes quantes hores, ja no quedarà res del carbonat càlcic que forma la closca. Després de substituir l’àcid per l’aigua destil·lada, i al cap d’uns dos dies, com que la clara interna no està coagulada i resulta més concentrada que l’aigua externa, per un procés d’osmosi es produeix l’entrada d’aigua a l’interior, que provoca que l’ou es faci més gran.

c)

b) En la preparació que hi ha aigua destil·lada, es produirà l’entrada d’aigua, per la qual cosa les cèl·lules s’inflaran i es veuran d’un color rosa clar. En la preparació que hi ha aigua corrent, s’observarà gairebé el mateix, però amb les cèl·lules una mica menys inflades. En la preparació que hi ha aigua saturada de sal, es produirà la sortida d’aigua, per la qual cosa les cèl·lules s’encongiran i s’observaran com un punt morat a l’interior de l’espai que delimiten les parets de cel·lulosa. 1.64. Els resultats són que fora del tub de diàlisi no hi ha albúmina (prova de Biuret negativa), però sí que hi ha ió clorur (apareix un precipitat blanc de AgCl quan s’hi afegeixen unes gotes de la dissolució de nitrat de plata). S’ha produït una diàlisi quan s’han separat els ions clorur i sòdic (com que són més petits han travessat les parets del tub) de les molècules d’albúmina (com que tenen un pes molecular elevat no les han pogut travessar). 1.65. L’os de pollastre queda de la mateixa forma, però pesa menys i és tou, ja que l’àcid ha consumit tot el fosfat tricàlcic Ca3(PO4)2 que impregnava el col·lagen, que és la proteïna dels ossos. Les closques de cloïsses desapareixen totalment ja que, com que estan formades exclusivament de carbonat càlcic (Ca2CO3), quan se’ls afegeix HCl donen lloc a CO2 i CaO, que queda dissolt. La closca de crustaci queda amb la mateixa forma, però molt més lleugera i tova, ja que l’àcid ha consumit tot el carbonat càlcic (CaCO3) que impregnava la quitina, que és el polisacàrid de l’exosquelet dels artròpodes. L’exosquelet dels insectes queda inalterat, ja que l’àcid no ataca la quitina que constitueix aquest esquelet. Els ossos dels éssers que acaben de néixer presenten un gran percentatge de col·lagen en la seva composició i molt poques sals minerals (fosfat càlcic i carbonat càlcic); per això són molt flexibles. Els ossos del éssers vells estan cons-

48

Exemples


Ronyó

Òrgan

Coloms de Barcelona

Població

Bosc

Ecosistema

Plantes i animals d’un riu

Comunitat o biocenosi

Leucòcit

Cel·lular

3. L’enllaç que s’ha format és covalent perquè aquest es forma quan un parell d’electrons és compartit per dos àtoms. 4. Els bioelements plàstics són els que constitueixen més del 99 % de la matèria viva. Són el carboni (C), l’hidrogen (H), l’oxigen (O), el nitrogen (N), etc. 5.

H

!

H

!

H

!

O "

O "

H

!

H

!

H

!

O "

6. Les propietats de l’aigua que afavoreixen les funcions vitals són degudes sobretot a la disposició dels enllaços de l’hidrogen i l’oxigen dins la molècula i a la consegüent distribució dels electrons. Encara que els hidrògens i l’oxigen de l’aigua formen enllaços covalents, els parells d’electrons compartits estan més a la vora de l’esfera d’influència de l’o-


917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 49

SOLUCIONARI

xigen i, per tant, es forma un dipol. Els hidrògens de cada molècula d’aigua són els extrems positius del dipol, mentre que l’oxigen forma un doble pol negatiu. Els dos hidrògens d’una molècula d’aigua són atrets pels oxígens de dues molècules d’aigua, mentre que la doble càrrega negativa de l’oxigen atreu els hidrògens d’unes altres dues molècules d’aigua. Aquests ponts d’hidrogen que es formen amb unes altres quatre molècules d’aigua generen les propietats especials d’aquesta substància, les quals tendeixen a estabilitzar els sistemes aquosos. Els ponts d’hidrogen es trenquen i es formen contínuament, i aquest fenomen permet a l’aigua fluir, al mateix temps que li dóna la forta cohesió que la manté en estat líquid dins un ampli interval de temperatures i pressions. 7. Les sals minerals precipitades constitueixen estructures sòlides, són insolubles i tenen funció esquelètica. Exemples: el carbonat càlcic de les closques dels mol·luscs i la sílice dels exosquelets de les algues diatomees i de les gramínies. 8. El líquid extracel·lular dels animals superiors està amortit, entre altres coses, per un sistema d’àcid carbònic/ió bicarbonat. Les sals de l’ió bicarbonat (HCO3!), per exemple, els bicarbonats de sodi, potassi, magnesi i calci, amorteixen els líquids contra l’ingrés d’ions H" a conseqüència de la dissociació de l’àcid carbònic i, d’aquesta manera, impedeixen un descens apreciable del pH. 9. Perquè les flors puguin absorbir l’aigua a través de la tija i mantenir la turgència de les cèl·lules i, per tant, el bon aspecte. Les forces i els mecanismes responsables de la circulació de l’aigua dins la planta depenen de l’estructura de la tija i dels mecanismes d’absorció. Els tubs que formen el xilema són rígids, gràcies a la lignina que n’impregna la paret cel·lular, i molt prims (la seva llum és inferior a un mil·límetre); és a dir, tenen estructura capil·lar. Quan l’extrem d’un capil·lar entra en contacte amb una superfície d’aigua, aquesta ràpidament ascendeix pel seu interior a causa d’un procés de capil·laritat, que té lloc de la manera següent: algunes de les molècules d’aigua s’adhereixen a les parets del tub i tiren cap amunt de les altres, que ocuparan el centre del tub, ja que aquest té un diàmetre molt petit, i així gradualment l’aigua va ascendint. L’ascensió de la saba pel xilema té lloc de manera molt similar. Però aquest procés de capil·laritat permet l’ascensió de la saba bruta només fins a un cert nivell. Per tant, hi ha d’haver altres mecanismes paral·lels que col·laborin en el transport fins als 100 m d’alçària que poden atènyer algunes espècies de sequoies o d’eucaliptus. Un altre d’aquests mecanismes és la transpiració o evaporació de l’aigua a través dels estomes de les fulles. L’aigua que es perd per evaporació crea una espècie de buit, que és immediatament ocupat per noves molècules d’aigua. A mesura que aquestes deixen llocs vacants, noves molècules les reemplacen, i així s’estableix la circulació de la saba des de la tija (o des de l’arrel en la planta sencera) fins a les fulles.

Consells bàsics per mantenir les flors tallades durant més temps: • Per aconseguir que la flor tallada aguanti més temps, és a dir, tardi més temps a marcir-se, un factor que cal tenir en compte és elegir el millor moment per tallar les flors. Les primeres hores del matí i els últims minuts de la tarda solen ser els millors moments per tallar la flor, ja que els teixits estan més turgents que a ple sol –amb la calor, les flors perden l’aigua dels teixits i si les tallem, aguanten menys temps fresques. • Un cop tallades cal posar-les en un gerro amb aigua fresca i tenir cura amb la tija de la flor, ja que és per on rebrà els nutrients que necessita per mantenir-se sana durant més temps. Lògicament, per la tija, la flor s’alimenta amb més dificultats que quan estava en la planta, per això hem d’intentar facilitar-li la tasca. • Cal evitar que el tall de la part inferior de la tija s’aixafi o que estigui lleugerament podrit, ja que aquestes circumstàncies en perjudicaran la conservació. Cada dia farem una petita incisió dos centímetres per sobre del tall amb unes tisores, procurant sempre no deformar o aixafar la tija. Amb aquest truc podrem mantenir durant més temps les cèl·lules de la tija vives per alimentar la flor. 10. Les biomolècules són les molècules integrants d’un ésser viu. S’anomenen també principis immediats. Les biomolècules es poden separar per mètodes purament físics sense alterar-se. PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. Sí, la reproducció és exclusiva dels éssers vius perquè és la capacitat d’originar nous individus, iguals o diferents dels progenitors. 2. a) Els nivells d’organització exclusius de la matèria viva són els de complexitat estructural més elevada, és a dir, els nivells cel·lular, pluricel·lular, de població i d’ecosistema. b) Els elements del nivell cel·lular són les cèl·lules, per exemple, una cèl·lula muscular. Els elements del nivell pluricel·lular són els teixits, els òrgans, els aparells, i els sistemes, per exemple, el teixit epitelial, l’intestí, l’aparell digestiu i el sistema nerviós, respectivament. c)

Exemples


DNA

Molecular, subnivell de macromolècula

Electró

Subatòmic

Cloroplast

Molecular, subnivell d’orgànuls cel·lulars

Aigua

Molecular del tipus biomolècules inorgàniques

Àtom de calci

Atòmic

3. Enllaços iònics, enllaços covalents, enllaços d’hidrogen o ponts d’hidrogen i forces de Van der Waals.


49

917280 _ 0038-0053.qxd

1 4.

•

Na

30/12/08

12:02

Página 50

SOLUCIONARI xx

x

Cl

x x

xx

Na

•x

xx

Cl xx

x x

Na!

Osmosi: • El moviment de la substància és degut a les col·lisions i als rebots que es produeixen entre molècules del mateix tipus. • Té lloc a favor de gradient.

Cl#

NaCl Clorur sòdic

" Na! (catió) " Cl# (anió)

9. En cap dels dos, perquè, d’una banda, l’organisme X és isotònic respecte de la solució i, per tant, en surt tanta aigua com hi entra. D’una altra banda, en ser la solució hipertònica respecte de l’organisme Y, l’aigua tindrà tendència a sortir més que no pas a entrar. 10.

Biomolècules Simples Oxigen molecular (O2) Nitrogen molecular (N2) Compostes

Xarxa cúbica del NaCl

Inorgàniques

5. Els oligoelements són bioelements indispensables que es troben en quantitats inferiors al 0,1 % en els organismes i que cal subministrar en petita quantitat en el règim alimentari perquè aquests organismes funcionin correctament. Cal tenir en compte que tant l’absència d’un oligoelement, com una concentració per sobre del nivell característic pot ser perjudicial per l’organisme. Els oligoelements canvien segons les espècies. Exemples en humans: bor, brom, cobalt, coure, crom, fluor, iode, ferro, manganès, molibdè, níquel, seleni, silici, vanadi, zinc. 6. Atès que 1 g d’aigua absorbeix 540 calories en evaporar-se, 10 g d’aigua absorbeixen 5.400 cal. Si ho fa en una àrea de 5 cm2, equivaldrà a una absorció de 1.080 cal/cm2. Aquest mecanisme d’eliminació de calor que utilitza el cos humà deixa de funcionar quan l’aire se satura d’aigua, cosa que impossibilita l’evaporació; això explica la incomoditat que se sent els dies xafogosos. 7. La funció principal de les sals minerals dissoltes és ajudar a mantenir constant el grau d’acidesa (pH). Una variació d’aquestes sals provoca alteracions de la permeabilitat, l’excitabilitat i la contractilitat de les cèl·lules. 8. Diferències

Difusió: • Implica el moviment de les partícules del solut.

Aigua (H2O)

Glúcids

Diòxid de carboni (CO2)

Lípids

Sals minerals (NaCl, CaCO3...)

Proteïnes Àcids nucleics

FITXA DE REFORÇ 1. Les solucions tampó o amortidores són aquelles dissolucions formades per un àcid dèbil i una sal d’aquest àcid amb una base forta (base conjugada), la concentració d’hidrogenions de la qual gairebé no varia en afegir àcids o bases fortes. 2.

Funcions de l’aigua en els éssers vius Funció

• Consisteix en el moviment de partícules de dissolvent. • Es produeix a través d’una membrana semipermeable. Semblances

Difusió: • El moviment de la substància és degut a les col·lisions i als rebots que es produeixen entre molècules del mateix tipus. • Té lloc a favor de gradient.

50

Descripció

Dissolvent

S’hi dissolen substàncies nutritives tant inorgàniques com orgàniques.

Bioquímica

Totes les reaccions vitals es realitzen en presència d’aigua.

Estructural

Ajuda a mantenir la forma i el volum de les cèl·lules.

Mecànica amortidora

Afavoreix els desplaçaments d’òrgans lubricats per líquids orgànics rics en aigua (músculs, articulacions, etc).

Termoreguladora

Actua com a agent regulador de la temperatura dels éssers vius.

• Es produeix en absència de membrana semipermeable.

Osmosi:

Orgàniques

3. Els ions K! i Ca2! (com també l’ió Na!) per separat paralitzen el cor. Els ions monovalents (K! i Na!) paralitzen el cor en diàstole i, en canvi, els divalents (Ca2!) ho fan en sístole. L’acció conjunta d’aquests tres cations provoca el batec normal del cor.


917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 51

SOLUCIONARI

4. Les cèl·lules sanguínies, a una concentració del 9 per 1.000 són isotòniques respecte al medi i per tant es troben en equilibri. Si posem una injecció endovenosa a una concentració del 3 per 1.000, les cèl·lules sanguínies es trobaran en un medi hipotònic respecte l’interior cel·lular, amb la qual cosa l’aigua tindrà més tendència a entrar a la cèl·lula que no pas a sortir-ne. Les cèl·lules augmentaran de volum i rebentaran com un globus i es produirà la citòlisi o trencament de les cèl·lules (que en el cas de les cèl·lules vegetals s’anomena turgència). 5. El silici pertany al mateix grup que el carboni dins de la taula periòdica i malgrat que pot formar cadenes ...Si!Si!Si..., aquestes són més dèbils i inestables que els enllaços de les cadenes carbonades. Tot i que pot formar cadenes amb l’oxigen ...O!Si!O!Si!O!Si!O... que són extraordinàriament resistents (silicones), aquestes tampoc són aptes des del punt de vista biològic, perquè els enllaços han d’ésser suficientment forts per construir molècules resistents però suficientment dèbils per tal que puguin trencar-se en les reaccions metabòliques. 6. Forma part del grup «hemo» de l’hemoglobina i mioglobina, encarregades del transport de l’oxigen. Es troba en els citocroms que actuen en la formació d’ATP. És essencial per la síntesi d’algunes vitamines del grup B. La manca de ferro produeix anèmia, cansament i propensió a les malalties infeccioses. 7. El liti és un estabilitzador de l’estat d’ànim perquè actua augmentant la secreció dels neurotransmissors. Les poblacions que consumeixen aigua potable amb aproximadament 10 µg/l de liti manifesten menys comportaments violents. 8. Perquè la salaó i l’addició de sucre són procediments químics de conservació dels aliments. En augmentar la concentració salina (o de sucre) succeeix una gran cessió d’aigua del producte i paral·lelament es frena el desenvolupament bacterià i l’activitat enzimàtica. 9. La proporció en què es troba un bioelement no està en relació amb la seva importància biològica perquè alguns d’ells es troben en quantitats insignificants i, en canvi, són imprescindibles per al normal funcionament de l’organisme. Això és el que succeeix amb els oligoelements com el iode, que és bàsic per a la formació de l’hormona tiroxina (de la tiroide) per mantenir un bon ritme metabòlic. 10. Perquè són estructures formades només per un embolcall proteic que guarda un àcid nucleic. No posseeixen metabolisme propi i necessiten d’un altre ésser viu per reproduir-se. Tanmateix no són matèria inanimada perquè la molècula que tenen en el seu interior posseeix la informació que els permetrà obtenir còpies d’ells mateixos. FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Aquesta escala de 0 a 14 es relaciona amb els sistemes aquosos. Un pH de 0 significa que hi ha una concentració de [10º] o 1 M de H", valor que és el màxim possible, fins

i tot amb els àcids més forts dissolts en aigua. Encara que en teoria és possible assolir majors concentracions d’àcid, aquests no es dissocien més enllà del punt en el qual la concentració de H" és 1 M. El mateix es pot dir de les bases fortes en l’extrem superior de l’escala de pH. 2. L’aigua en estat líquid presenta agrupacions més o menys compactes variables en el temps i anomenades mosaics. L’aigua sòlida té una estructura tetraèdrica formada per agrupacions hexagonals amb gran quantitat de buits entre cada hexàgon, per tant la densitat de les molècules és menor. 3. Per poder formar un enllaç d’hidrogen es requereix que l’àtom d’hidrogen que està covalentment unit a un àtom d’oxigen, nitrogen o fluor, i per tant està molt polaritzat, es trobi a 0,27-0’3 nm d’un altre àtom electronegatiu. 4. Una sal és una estructura iònica mantinguda per forces electrostàtiques. Quan s’introdueix en aigua, la suma de les forces entre el dissolvent i els ions positius i negatius és més gran que la que manté unides aquests ions en el cristall i, per tant, el cristall es dissol i els ions s’envolten d’una esfera de dipols orientats amb el signe contrari coneguda com esfera de solvatació. 5. La calor específica de l’aigua indica la quantitat d’energia necessària per variar la temperatura d’una determinada massa d’aigua. Com que és molt elevada es necessitarà molta calor del medi per canviar la temperatura. Aquesta calor es va guanyant i es va perdent durant molt de temps i això fa que la temperatura del medi ambient es modifiqui poc. 6. a) Els números corresponen a: 1. Nuclèol, 2. Nucli, 3. Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Reticle endoplasmàtic rugós, 6. Aparell de Golgi, 7. Reticle endoplasmàtic llis, 8. Mitocondri, 9. Citoplasma, 10. Centríol. b) La cèl·lula és eucariota perquè posseeix nucli diferenciat, reticle endoplasmàtic... c) Es tracta d’una cèl·lula animal típica perquè no posseeix paret cel·lular de cel·lulosa ni cloroplasts. 7. El xoc de calor es produeix en situacions d’ambient càlid i humit en les quals no es compensen les pèrdues de sals i aigua. S’hi dóna un descens de tensió sobtat i una temperatura corporal alta o hipertèrmia. Malgrat que la sudoració és intensa, l’evaporació és escassa a causa de la humitat i si no es produeix l’evaporació, no s’aconsegueix la pèrdua de calor que caldria. El xoc de calor pot arribar a ésser molt greu i associat a deshidratació es manifesta amb una fatiga extrema, vertigen, mal de cap i pèrdua del coneixement. 8. Es podria trobar àcid sulfhídric (H2S) i amoníac (H3N) de la descomposició de les proteïnes. De la descomposició dels àcids nucleics i dels ossos es podria trobar àcid fosfòric (H3PO4). L’hidròxid d’alumini, Al (OH)3 no es trobaria. 9. Expressat amb factors de conversió: 1,6 l d’aigua/h # 1.000 ml/1 l # 1 g/1 ml # 580 cal/g $ $ 928.000 cal/h $ 928 Kcal/h


51

917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 52

SOLUCIONARI

10. L’aigua cel·lular conté dissolta certa quantitat de sals que disminueixen el punt crioscòpic o de congelació de la dissolució. 11. Resposta model. a) 1. Entrada d’aigua salada a alta pressió. 2. Membrana semipermeable que permet el pas de l’aigua però no de les sals, virus, etc.

b) En aquest mecanisme la separació de l’aigua i de la sal es realitza a través de membranes semipermeables que permeten el pas de l’aigua, però invertint el procés d’osmosi directa, és a dir, per l’aplicació d’una pressió superior a l’osmòtica, mitjançant bombes, que comprimeix contra la membrana semipermeable l’aigua salada, fent que aquesta passi cap a l’altra banda de la membrana, de manera que s’obté aigua dolça.

3. Sortida d’aigua dolça i neta. Aquest dispositiu no es construeix en forma de tancs com es veu a l’esquema, sinó en forma de cilindres en el centre dels quals es troba el tub de sortida de l’aigua neta i envoltant-lo una sèrie de capes concèntriques en les quals es van intercalant les malles permeables i les membranes semipermeables. Això es fa per reduir i compactar la mida del dispositiu.

Aigua salada

Malla permeable Membrana semipermeable

Aigua dolça i neta

52


917280 _ 0038-0053.qxd

1

30/12/08

12:02

Página 53

SOLUCIONARI

Notes


53

917280de054a065.qxd

2

13/1/09

09:26

Página 54

Els glúcids

MAPA DE CONTINGUTS ELS GÚCIDS es classifiquen en

trioses

MONOSACÀRIDS

OLIGOSACÀRIDS

POLISACÀRIDS

estan formats per

estan formats per

una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroacetònica

la unió de 2 a 10 monosacàrids

estan formats per

es classifiquen en

presenten

pentoses

tetroses

heptoses

hexoses

enllaç monocarbonílic

enllaç dicarbonílic

exemples

exemple

maltosa

sacarosa

la unió de 10 o més monosacàrids es diferencien en

homopolisacàrids

heteropolisacàrids

presenten enllaç

presenten enllaç

exemples

exemples

exemple

lactosa

gliceraldehid

ribosa

heptulosa

α

β

tenen funció

tenen funció

energètica

estructural

gelificant

hidròfila

tancar ferides en plantes

exemples

exemples

exemple

exemple

exemple

midó

cel·lulosa

pectina

agar

goma aràbiga

glicogen

quitina

dihidroxicetona

ribulosa

exemples

eritrosa

eritrulosa

α tenen funció

exemples

glucosa

fructosa

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. En la primera part de la unitat s’introdueix el concepte de glúcid i les raons per les quals la denominació d’hidrats de carboni o carbohidrats no és apropiada. 2. Un altre aspecte important d’aquesta unitat és l’estudi de la llum polaritzada per entendre el comportament de les substàncies òpticament actives, tant dextrogires (+) com levogires (-). 3. És molt convenient fer algunes de les pràctiques de laboratori referents a la identificació de glúcids (especialment la prova de Fehling i la del Lugol).

54


917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 55

Els glúcids

OBJECTIUS 1. Descriure les característiques químiques i les propietats dels glúcids que configuren l’estructura cel·lular per interpretar la funció que duen a terme en els processos biològics. 2. Conèixer la classificació dels glúcids. 3. Comprendre el concepte de monosacàrid. 4. Comprendre els conceptes de carboni asimètric i carboni anomèric i saber-los representar. 5. Entendre el concepte d’isòmers espacials o estereoisòmers (estructures enantiomorfes) i saber-los representar.

6. Saber les fórmules lineal i cíclica d’algunes pentoses i hexoses. 7. Fer en el laboratori algunes de les proves característiques de la identificació dels glúcids. 8. Construir un polarímetre casolà per visualitzar la desviació de la llum polaritzada. 9. Entendre l’enllaç O-glicosídic sabent diferenciar entre el tipus monocarbonílic i el dicarbonílic. 10. Relacionar el tipus d’enllaç O-glicosídic amb el caràcter reductor o no reductor de la molècula.

CONTINGUTS • Descripció de les característiques químiques i de les propietats dels glúcids que configuren l’estructura cel·lular per interpretar la funció que duen a terme en els processos biològics. (Objectiu 1) • Classificació dels glúcids. (Objectiu 2) • El concepte de monosacàrid. (Objectiu 3) • Els conceptes de carboni asimètric i carboni anomèric i les seves representacions. (Objectiu 4) • Definició d’isòmers espacials o estereoisòmers (estructures enantiomorfes) i les seves representacions. (Objectiu 5) • Representació de les fórmules lineal i cíclica d’algunes pentoses i hexoses. (Objectiu 6) • Desenvolupament de la pràctica del reactiu de Fehling. (Objectiu 7) • Desenvolupament de la construcció d’un polarímetre casolà i conclusions finals de la pràctica. (Objectiu 8) • Esquemes dels enllaços O-glicosídic monocarbonílic i O-glicosídic dicarbonílic. (Objectiu 9) • Relació entre el tipus d’enllaç O-glicosídic i el caràcter reductor o no reductor de la molècula. (Objectiu 10)


Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Comprendre el concepte de glúcid. (Objectiu 1)

1

1

b) Saber la classificació dels glúcids. (Objectiu 2)

2

2

c) Entendre el concepte de monosacàrid. (Objectiu 3)

3

3

d) Distingir entre carboni asimètric i carboni anomèric i fer la representació de cadascun. (Objectiu 4)

4

4

e) Comprendre el concepte d’isòmers espacials o estereoisòmers (estructures enantiomorfes) i saber-los representar. (Objectiu 5)

5

5

f) Formular en forma lineal i cíclica les pentoses i hexoses més comunes biològicament. Comprendre que en la ciclació no es perd ni es guanya res, sinó que és només una reorganització molecular. (Objectiu 6)

6

6

g) Entendre la pràctica del reactiu de Fehling. (Objectiu 7)

7

7

h) Comparar, en el polarímetre, el comportament de substàncies òpticament actives i inactives. (Objectiu 8)

8

8

i) Diferenciar entre els enllaços del tipus monocarbonílic i els enllaços del tipus dicarbonílic de l’enllaç O-glicosídic. (Objectiu 9)

9

9

i) Identificar el caràcter reductor o no reductor d’una molècula. (Objectiu 10)

10

10


55

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 56

AVALUACIÓ


1

Defineix el terme glúcid.

2

Omple la taula següent: Homopolisacàrids Per mitjà de l’enllaç α

3

Per mitjà de l’enllaç β

Digues si cadascuna d’aquestes cinc molècules és un monosacàrid o no ho és. Raona la resposta. A COOH HO C H H C OH

B

C

CH2OH

CHO

H C OH

HO C H

CH2OH

H O C H

CH2OH

D

E

CH2OH

C6H12O7

C!O CH2OH

CH2OH

4

En la molècula A de l’exercici anterior, digues quins carbonis són asimètrics. Per què?

5

a) Què significa que un monosacàrid sigui isòmer espacial o estereoisòmer –D? b) Aquesta fórmula correspon a un isòmer –D o a un isòmer –L? Raona la resposta. CH2OH C!O H C O H H C O H H C O H CH2OH

6

Escriu les fórmules lineal i tancada de la ribosa.

7

Digues si la glucosa i la ribosa donaran positiva o negativa la prova de Fehling i per què.

8

Què observaries si posessis una dissolució de dihidroxiacetona en un polarímetre?

9

De quin tipus és l’enllaç O-glicosídic de la maltosa? Raona la resposta.

10 Digues si la sacarosa té caràcter reductor o no.

Raona la resposta.

56


917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 57

AVALUACIÓ


1

Per què les expressions «hidrats de carboni» o «carbohidrats» no són apropiades per anomenar els glúcids?

2

En la taula següent, classifica els glúcids anomenant-los i indica el nombre de cadenes polihidroxialdehídiques o polihidroxicetòniques que contenen. Nom del grup

3

Nombre de cadenes

Digues si cadascuna d’aquestes cinc molècules és un monosacàrid o no ho és. Raona la resposta. A

B

CH2OH

CHO

H C O H H C O H

H O C H CH2OH

CH2OH

C

D

CH2OH C!O

COOH

E C6H14O6

H C OH

H C O H

CH2OH

CH2OH

4

En la molècula C de l’exercici anterior, digues quins carbonis són asimètrics. Per què?

5

a) Què significa que un monosacàrid sigui isòmer espacial o estereoisòmer –L? b) Aquesta fórmula correspon a un isòmer –D o a un isòmer –L? Raona la resposta. CHO H C O H H C O H H O C H H O C H CH2OH

6

Escriu les fórmules lineal i tancada de la glucosa.

7

Escriu la reacció que té lloc en el laboratori en col·locar el reactiu de Fehling en un tub d’assaig que conté una substància que dóna positiva la prova de Fehling.

8

Què observaries si posessis una dissolució de glucosa en el polarímetre?

9

De quin tipus és l’enllaç O-glicosídic de la sacarosa? Raona la resposta.

10 Digues si la maltosa té caràcter reductor o no. Raona la resposta. ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

57

917280de054a065.qxd

2 1

30/12/08

12:46

Página 58


FITXA DE REFORÇ

Esmenta els aliments que es troben en cada color de la roda dels aliments i indica el nivell de glúcids més elevat (!) o menys (") dels aliments que hi ha en cada secció de la roda. Roda dels aliments g

Secció

Aliments

!/"

a

a

b b

f

c d e

c

e

f g

d

2

Omple la taula següent: Monosacàrids Propietats físiques

3

Propietats químiques

Quant als monosacàrids: a) Totes les molècules que són isòmers –D, seran sempre dextrogires?

4

b) La D-glucosa és dextrogira o levogira?

c) Quin altre nom rep la glucosa?

d) La D-fructosa és dextrogira o levogira?

e) Quin altre nom rep la fructosa?

Omple la taula següent: Midó

Cel·lulosa

Glicogen

Quitina

Tipus de glúcid Enllaç (α, β) Funció Lloc on es troba Utilitat

58

5

Calcula el nombre d’estereoisòmers possibles per a una glucosa lineal.

6

Quins dels següents parells de sucres són epímers? Per què? a) Gliceraldehid i dihidroxiacetona.

b) Glucosa i mannosa.

c) α-D-glucosa i β-D-glucosa.

d) Cap és certa.


917280de054a065.qxd

2 1

30/12/08

12:46

Página 59



Omple els buits de la taula següent: Grup funcional

Fórmula

Estructura

Compost

Hidroxil !CO

2

Busca informació d’altres proves d’identificació de glúcids diferents a la prova de Fehling.

3

a) Anomena d’esquerra a dreta cadascuna de les dues molècules que es representen en aquesta imatge. b) A quin tipus d’isòmers pertanyen? Raona la resposta.

4

CHO CHO CH2OH

CHO OH

OH H CH2OH

Omple els buits de la taula següent: Pectina

Agar

Goma aràbiga

Tipus de glúcid Enllaç (α, β) Funció Lloc on es troba Utilitat

5

Calcula el nombre d’estereoisòmers possibles per a una glucosa cíclica.

6

Quins dels següents parells de sucres són epímers? Per què? a) Glucosa i fructosa.

b) Glucosa i galactosa.

c) α-D-ribosa i β-D-ribosa.

d) Cap és certa.


59

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 60

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT

sa presenta aquests dos radicals en el mateix pla. Les dues són dextrogires, però en un grau diferent. L’α-glucosa origina un desviament de 122,2º i la β-glucosa origina un desviament de només 18,7º.

• La cel·lulosa. ACTIVITATS

2.14. És dicarbonílic i α-glicosídic.

2.1. En els dos casos, el carboni del grup carbonil té un doble enllaç amb un oxigen. 2.2. Intentant trencar la molècula fent-la reaccionar amb un àcid en medi aquós. Si es trenca és que s’ha hidrolitzat i, per tant, és un disacàrid. 2.3. No. Tots els glúcids han de tenir grup carbonil. 2.4. Perquè no té les quatre valències saturades per radicals diferents, com és el cas del segon àtom de carboni d’aquesta molècula. 2.5. Els monosacàrids tenen la capacitat de reduir el reactiu de Fehling perquè el grup carbonil (dels aldehids o cetones) perd electrons (s’oxida) i passa a grup àcid. El reactiu canvia de color blau a vermell, de manera que detecta la presència de monosacàrids. 2.6. La dihidroxiacetona no té cap carboni asimètric; per tant, no presenta activitat òptica, és a dir, no és ni dextrogira ni levogira. 2.7. No. Hi ha compostos que són D i són levogirs (com ara la fructosa), i d’altres que són D i, en canvi, són dextrogirs (com ara la glucosa). 2.8. En les cetopentoses naturals, el carboni que forma el grup cetònic sempre és el carboni 2; per tant, tan sols hi ha dos carbonis asimètrics, i com que cadascuna pot presentar una forma L, hi ha dues L-cetopentoses naturals. CH2OH

CH2OH

CO

CO

H C OH OH C H CH2OH

L-xilulosa

OH C H OH C H

2.15. La sacarosa és D-glucopiranosa - α(1 → 2) - D-fructofuranosa, la maltosa és la D-glucopiranosa - α(1 → 4) D-glucopiranosa, la cel·lobiosa és la D-glucopiranosa βα(1 → 4) - D-glucopiranosa, i la lactosa és la D-galactopiranosa - βα(1 → 4) - D-glucopiranosa. 2.16. Perquè la mel, a causa dels enzims sacarases que hi ha a la saliva de les abelles, s’hidrolitza i la mescla de D-glucosa i D-fructosa que queda és levogira, ja que la D-fructosa és molt més levogira que dextrogira és la D-glucosa. 2.17. Perquè la mel, a causa dels enzims sacarases que hi ha a la saliva de les abelles, s’hidrolitza i apareixen lliures molècules de D-glucosa i de D-fructosa que tenen el seu carboni anomèric lliure, és a dir, el carboni que pot reduir el reactiu de Fehling. 2.18. Perquè com que la glucosa és una molècula petita la dissolució quedaria molt concentrada i aleshores entraria aigua per osmosi i la cèl·lula explotaria. 2.19. Perquè la majoria dels organismes no tenen els enzims que trenquen els enllaços β, però sí que tenen els que trenquen els enllaços α. 2.20. Perquè no tenen l’enzim cel·lulasa. 2.21. És una molècula constituïda per un nucli de glucoses en què hi ha un enllaç α (1 → 6) i unes poques glucoses adjacents. Es formen quan els enzims amilases que només trenquen enllaços α (1 → 4) no poden continuar la seva acció. 2.22. Que la primera presenta branques cada 25 glucoses i en el glicogen cada 10. L’amilopectina només està present en les cèl·lules vegetals i el glicogen només en les cèl·lules animals. 2.23.

CH2OH O | H

H | HO

CH2OH

L-ribulosa

OH | H

2.9. L’estructura molecular de la D-treosa és: C1HO HO C2 H H C3 OH C4H2OH

D-treosa 2.10. El carboni 1. 2.11. Tan sols es pot dir que és una hexosa. 2.12. La fructosa. 2.13. L’α-glucopiranosa presenta el radical !OH del carboni anomèric oposat al radical !CH2OH i la β-glucopirano-

60

H | HO

CH2OH | O H OH | H

H | OH

H | OH

H H |–O–|

H || | O | CH2 | H OH | H

O H | OH

H H |–O–|

CH2OH | O H OH | H

H | H OH | OH

2.24. a) glicogen amilases maltoses + dextrines límit ! maltasa

b) maltosa

! glucoses

c) dextrines límit enzims R desramificadors! maltoses maltases

! glucoses

2.25. Els enzims amilases tan sols trenquen els enllaços α(1’ → 4’), mentre que els enzims R-desramificadors trenquen els enllaços α-(1’ → 6’).


917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 61

SOLUCIONARI 2.32. La A és α-galactopiranosa, la B és α-ribofuranosa, la C és α-fructofuranosa i la D és α-glucopiranosa.

2.26. Un enllaç β-(1’ → 4’). 2.27. a) amb 2); b) amb 2) i 3);

2.33. De les dues maltoses s’obtindran quatre glucoses, de les dues cel·lobioses s’obtindran quatre glucoses i de les dues sacaroses s’obtindran dues glucoses.

c) amb 2); d) amb 2); e) amb 1) i 2); f) amb 2) 2.28. Monosacàrids: fructosa, glucosa, galactosa. Disacàrids: lactosa, sacarosa, maltosa. Polisacàrids: glicogen, midó, cel·lulosa. 2.29. Funció d’antibiòtic: estreptomicina. Funció d’anticoagulant: heparina. Funció de colorant floral: antocianòsid. 2.30. S’anomena L-glucosa. És levogira amb un angle de desviació igual que la D-glucosa però cap a l’esquerra. L’estructura és: C1HO HO C2 H

2.37. a) N’hi ha dos tipus: els homopolisacàrids, o polímers d’un sol tipus de monosacàrid, i els heteropolisacàrids, o polímers en què intervenen més d’un tipus de monosacàrid.

HO C4 H HO C5 H C6H2OH

L-glucosa 2.31. L’estructura és: C1HO

H C2 OH

HO C2 H

H C3 OH

HO C3 H

C4H2OH

D-eritrosa

C4H2OH

L-eritrosa

Són estereoisòmers enantiomorfs entre si. C1H2OH

C1H2OH

H C2O

HO C2O

H C3 OH

HO C3 H

C4H2OH

C4H2OH

D-eritrulosa

L-eritrulosa

Són estereoisòmers enantiomorfs entre si. C1HO

C1HO

HO C2 H

OH C2 OH

OH C3 OH

HO C3 H

C4H2OH

D-treosa

2.35. Perquè la lactosa presenta enllaç β-glucosídic i per trencar-lo cal un enzim especial anomenat lactasa. És un enzim diferent de l’enzim maltasa i de l’enzim sacarasa. No poden prendre llet ni formatge fresc perquè aquests presenten lactosa, en canvi, el iogurt, en ser un producte fermentat pels bacteris, ja no presenta lactosa perquè ha estat hidrolitzada en galactosa i glucosa. 2.36. a) amb 5, b) amb 1, c) amb 4, d) amb 2, e) amb 3, f) amb 10, g) amb 7, h) amb 9, i) amb 8, i j) amb 6.

H C3 OH

C1HO

2.34. Perquè a la maltosa les dues glucoses estan unides per un enllaç α-glucosídic i, en canvi, en la cel·lobiosa estan unides per un enllaç β-glucosídic. Si ingerim cel·lobiosa, no augmenta el nivell de glucosa en sang perquè els nostres enzims no poden trencar l’enllaç β-glucosídic.

C4H2OH

L-treosa

b) N’hi ha dos tipus: els que presenten enllaç β-glucosídic, que pocs organismes poden trencar per manca de l’enzim apropiat i que tenen funció estructural (per exemple la cel·lulosa i la quitina) i els que presenten enllaç α-glucosídic, que tots els organismes poden trencar perquè tenen l’enzim apropiat, i que tenen funció de reserva energètica (per exemple, el midó i el glicogen). c) Els que repeteixen maltoses s’anomenen amiloses, els que repeteixen cel·lobioses s’anomenen cel·luloses, els que repeteixen quitobioses s’anomenen quitines. 2.38. La fórmula empírica és: C600H1002O501 i PM ! 16.218. 2.39. Conté α-glucoses. El nombre de glucoses (n) resulta de la següent suma de pesos atòmics: C6nH12n"(n"1) O(6n"n"1) # (n"1) H20 ! 80.000. D’aquí surt n = 493,6, és a dir, unes 494 α-glucoses. 2.40. L’elevat nombre de branques ofereix molts punts d’atac per iniciar la hidròlisi i, igualment, molt punts d’inici per fer una nova síntesi i l’allargament de les cadenes. 2.41. Funció energètica: amilosa, amilopectina, glicogen, maltosa, sacarosa, glucosa. Funció estructural: cel·lulosa, quitina, peptidoglicans, àcid hialurònic. Funció de receptors de membrana: glicoproteïnes, glicolípids. Altres funcions: heparina (impedeix la coagulació de la sang), peptidoglicans (constitueixen la paret dels bacteris), antocianòsids (donen color a les flors), tannòsids (tenen propietats astringents i adobadores), estreptomicina (antibiòtic).


61

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 62

SOLUCIONARI

INTERPRETACIÓ DE DADES 2.44. a) Perquè en augmentar la glucosa en sang a causa de la ingesta d’aliments el pàncrees allibera insulina. b) Perquè la glucosa en sang encara no ha arribat als valors normals. c) Perquè la glucosa en sang ja ha disminuït a 120 mg/decilitre, que és un valor normal. d) La corba de glucèmia comença a baixar a menys velocitat perquè la insulina en sang ha disminuït molt. e) Perquè com que la glucosa en sang està dins els valors normals no es produeix més insulina i la que hi ha a la sang passa a l’orina a causa de la filtració renal.

càrids; en canvi, és molt difícil si les molècules són molt grans, com succeeix en els polisacàrids. 2.50. Perquè es tracta de glúcids que presenten els carbonis anomèrics, els únics que tenen capacitat de reduir el reactiu de Fehling. Constitueixen enllaços covalents; per tant, sense possibilitat de reaccionar amb aquest reactiu. Per mitjà de la hidròlisi, aquests enllaços covalents es trenquen, de manera que els carbonis anomèrics queden lliures i aleshores ja poden reaccionar amb el reactiu de Fehling. 2.51. Vegeu l’A fons del llibre, «Reducció del reactiu de Fehling», a la pàgina 31. 2.52. H | HO

2.45. a) La gràfica de color violeta. La major part del temps està per sobre dels nivells normals i només presenta dues baixades que probablement coincideixen amb les dues injeccions.

CH2OH | O H OH | H

H | OH

2.46. a) La primera gràfica pertany a una persona amb diabetis de tipus II, la segona gràfica pertany a una persona amb diabetis de tipus I i la tercera gràfica pertany a una persona no diabètica. b) Disminueix perquè és eliminada de la sang pels ronyons i passa a l’orina. c) Perquè malgrat que produeixen insulina, la major part del temps estan amb una concentració de glucosa en sang superior a la normal. Aquesta situació causa un deteriorament dels vasos sanguinis que provoquen anomalies en els capil·lars sanguinis renals (insuficiència renal), els capil·lars sanguinis de la retina (pèrdua de visió) i els capil·lars de les extremitats (pèrdua de sensibilitat en peus i mans i dificultats per superar-hi les infeccions).

H | HO

OH | H

"

O H HOH2C | " | H OH HO H | | OH OH

H | OH CH2OH | H

2.53. La coloració amb el iode es dóna perquè les molècules dels glúcids atrauen les molècules de iode. Si aquelles estan dissoltes, les molècules de iode queden disperses; en canvi, si estan unides formant polisacàrids (tant si són insolubles com si formen dispersions col·loïdals), s’hi concentren moltes molècules de iode, amb la qual cosa apareixen punts molt foscos que provoquen l’enfosquiment absolut del medi. PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Els glúcids són les substàncies que són polihidroxialdehids o polihidroxicetones, i també els seus polímers i derivats. 2.

Homopolisacàrids

LABORATORI

Per mitjà de l’enllaç α

Per mitjà de l’enllaç β

2.47. Un sòlid constituït per molècules es dissol quan desapareixen els enllaços intermoleculars. En el cas dels oligosacàrids i dels polisacàrids globulars, les forces intermoleculars són de tipus elèctric. Aquestes són degudes a l’electronegativitat dels oxígens que acaparen els electrons dels hidrògens, que, d’aquesta manera, originen pols. L’aigua, com que és un líquid polar, actua desviant aquestes forces, de manera que dispersa les molècules. En el cas dels polisacàrids lineals, com que es disposen en paral·lel, són tantes les atraccions que resulten insolubles.

Midó

Cel·lulosa

Glicogen

Quitina

2.48. Formen dispersions col·loïdals. 2.49. Perquè, en un sòlid cristal·lí, les partícules estan ordenades en posicions fixes. Aquesta ordenació és senzilla si les molècules són petites, com passa en els oligosa-

62

CH2OH | O H

H | OH CH2OH | H

!"

H2O

c) Sobre la base de la gràfica contínua, es pot deduir que esmorzen a les 9 h, dinen a les 15 h, berenen a les 19 h i sopen a les 21 h.

O

H | OH sacarasa

!

b) Se les posa a les 9 h i a les 21 h.

H HOH2C |––– O –––|

3. Una molècula és un monosacàrid si compleix la definició i la fórmula molecular (indica la classe i el nombre d’àtoms que hi ha a la molècula). A No, perquè és un àcid orgànic (conté el grup carboxil !COOH) i no compleix la fórmula molecular. B No, perquè és un polialcohol (conté tres grups !OH) i no compleix la fórmula molecular. C Sí, perquè compleix la definició (aldehid de polialcohol) i la fórmula molecular (C4H8O4). D Sí, perquè compleix la definició (cetona de polialcohol) i la fórmula molecular (C3H6O3).


917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 63

SOLUCIONARI

E No, perquè no compleix la fórmula molecular (per a una hexosa hauria de ser C6H12O6). 4. Són asimètrics els carbonis 2 i 3 perquè cadascun té els quatre enllaços units a àtoms o grups d’àtoms diferents (anomenats radicals). Per al carboni 2 aquests grups són: !COOH; !OH; !H; !CHOH–CH2OH.

10. La sacarosa no té caràcter reductor perquè no té cap carboni carbonílic lliure, ja que tots dos estan compromesos en l’enllaç O-glicosídic. PROVA D’AVALUACIÓ 2

Per al carboni 3 aquests grups són: !COOH!CHOH; !H; !OH; !CH2OH.

1. Perquè no es tracta d’àtoms de carboni hidratats, és a dir, enllaçats a molècules d’aigua, sinó d’àtoms de carboni units a grups alcohòlics (!OH), també anomenats radicals hidroxil, i a radicals hidrogen (!H).

El carboni asimètric es representa amb un asterisc: C*.

2.

5. a) Significa que, tenint a dalt el grup funcional més oxigenat (que, en aquest cas, és el grup funcional carbonil, de fórmula !CO), té el OH del carboni asimètric més allunyat del carbonil a la dreta en la fórmula lineal.

Monosacàrids

1 sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica

Oligosacàrids

De 2 a 10 monosacàrids

Polisacàrids

> 10 monosacàrids, generalment centenars

b) Correspon a un isòmer-D. CH2OH

Nombre de cadenes

Nom del grup

C"O 3. Una molècula és monosacàrid si compleix la definició i la fórmula molecular (indica la classe i el nombre d’àtoms que hi ha a la molècula).

H C O H H C O H

A No, perquè és un polialcohol (conté quatre grups !OH) i no compleix la fórmula molecular.

H C O H

B Sí, perquè compleix la definició (aldehid de polialcohol) i la fórmula molecular (C3H6O3).

CH2OH 6.

CHO

HOH2C5

O

OH

C Sí, perquè compleix la definició (cetona de polialcohol) i la fórmula molecular (C4H8O4).

H C O H

C4 H

H C1

D No, perquè és un àcid orgànic (conté el grup carboxil !COOH) i no compleix la fórmula molecular.

H C O H

H C3 C2 H

E No, perquè no compleix la fórmula molecular (per a una hexosa hauria de ser C6H12O6).

H C O H

OH OH

D-Ribofuranosa

CH2OH 7. La glucosa i la ribosa donaran positiva (#) la prova de Fehling perquè són monosacàrids. Els monosacàrids s’oxiden, és a dir, perden electrons davant d’altres substàncies que, quan els accepten, es redueixen. Per això poden reduir el reactiu de Fehling, perquè el grup carbonil, de fórmula CO (present en els compostos aldehid i cetona) perd electrons (s’oxida) i passa a grup àcid (!COOH). 8. En posar una dissolució de dihidroxiacetona (CH2OH!CO! CH2OH) en un polarímetre no observaria res. No hi hauria una desviació del pla de vibració de la llum polaritzada perquè aquesta molècula no posseeix cap carboni asimètric (és òpticament inactiva). 9. L’enllaç O-glicosídic de la maltosa és del tipus monocarbonílic perquè s’estableix entre el carboni carbonílic (que en aquest cas és el carboni 1) del primer monosacàrid (glucosa) i un carboni no carbonílic (que en aquest cas és el carboni 4) del segon monosacàrid (també glucosa). L’enllaç és, per tant, α(1 → 4).

4. a) Només és asimètric el carboni 3 perquè és l’únic que té els quatre enllaços units a àtoms o grups d’àtoms diferents (anomenats radicals). Aquests grups són: !CH2OH!CO; !H; !OH; !CH2OH. El carboni asimètric es representa amb un asterisc: C*. 5. a) Significa que, tenint a dalt el grup funcional més oxigenat (que, en aquest cas, és el grup funcional carbonil, de fórmula !CO), té el OH del carboni asimètric més allunyat del carbonil a l’esquerra en la fórmula lineal. b) Correspon a un isòmer-L. CHO H C O H H C O H H O C H H O C H CH2OH


63

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 64

SOLUCIONARI

6.

CH2OH | C | H OH | C | H

C1HO H | C | OH

OH C2 OH HO C3 H OH C4 OH

O H | C | OH

3. No. El fet que una molècula sigui isòmer !D no implica necessàriament que sigui dextrogira. La D-glucosa és dextrogira (en dissolució desvia el pla de vibració de la llum polaritzada cap a la dreta) i per això s’anomena també dextrosa. En canvi, la D-fructosa és levogira (en dissolució desvia el pla de vibració de la llum polaritzada cap a l’esquerra) i per això s’anomena també levulosa.

H | C | OH

4.

OH C5 OH

Tipus de glúcid

C6H2OH →

7. RCHO o RCOR " 2CuO Reactiu de Fehling (blau)

∆ (calor)

Reserva energètica

Estructural

Lloc on es troba

Leucoplasts (amiloplasts) de cèl·lula vegetal

Paret cel·lular vegetal

Utilitat

Preparació de coles, aprests de teixits, Paper, indústria alimentària, cotó hidròfil farmàcia Glicogen

Tipus de glúcid

Secció

"/!

Aliments

a

!

Llet (és un dels aliments més complets, encara que no té ferro ni vitamina C), formatge, iogurt.

b

!

Pollastre, ous, peix, carn.

"

Fruits secs, patates, llegums.

d

"

Col, pastanaga, albergínia, rave, tomàquet, blat de moro.

e

"

Raïm, plàtans, pomes, taronges, síndria.

f

"

Pa, cereals.

g

!

Mantega, oli.

Monosacàrids Propietats físiques

Propietats químiques

Sòlids cristal·lins

Oxidables

Color blanc

S’associen a grups amino (NH2)

Hidrosolubles

Reaccionen amb àcids

Gust dolç

S’uneixen amb altres monosacàrids

Quitina

Homopolisacàrid

Homopolisacàrid

α

Enllaç (α, β)

β

Funció

Reserva energètica

Estructural

Lloc on es troba

Fetge i músculs dels animals

Exosquelet d’artròpodes

Utilitat

Indústria farmacèutica, No s’ha trobat aplicació de moment. d’aliments, cosmètica

FITXA DE REFORÇ

2.

β

Funció

Òxid cuprós (vermell)

10. La maltosa sí que té caràcter reductor perquè té un carboni carbonílic lliure (el del segon monosacàrid), ja que aquest no està compromès en l’enllaç O-glicosídic.

64

α

Àcid carboxílic

9. L’enllaç O-glicosídic de la sacarosa és del tipus dicarbonílic perquè s’estableix entre el carboni carbonílic (que en aquest cas és el carboni 1) del primer monosacàrid (glucosa) i el carboni carbonílic (que en aquest cas és el carboni 2) del segon monosacàrid (fructosa). L’enllaç és, per tant, α(1 → 2).

c

Homopolisacàrid

RCOOH " Cu2O

8. En posar una dissolució de glucosa (CHO!(CHOH)4!CH2 OH) en un polarímetre hi hauria una desviació del pla de vibració de la llum polaritzada perquè aquesta molècula posseeix carbonis asimètrics (és òpticament activa).

1.

Cel·lulosa

Homopolisacàrid

Enllaç (α, β)

D-glucosa Aldehid o cetona

Midó

5. El nombre d’estereoisòmers augmenta de forma exponencial amb el nombre de carbonis asimètrics de la molècula; per tant, si n és el nombre de carbonis asimètrics, el nombre d’estereoisòmers serà 2n. Per a una glucosa lineal, el nombre de carbonis asimètrics és 4 (C-2, C-3, C-4 i C-5) i, per tant, el nombre d’estereoisòmers serà: 2n " 24 " 16 6. La certa és la b). Els isòmers òptics que es diferencien només en la configuració d’un àtom de carboni s’anomenen epímers; per tant, la glucosa i la mannosa són epímers perquè es diferencien exclusivament en la configuració de l’àtom de carboni en posició 2. FITXA D’AMPLIACIÓ 1.

Grup funcional

Fórmula

Estructura

Hidroxil

!OH

!O!H O // !C \ H \ C"O /

Carbonil

!CO


Compost Alcohol

Aldehids

Cetones

917280de054a065.qxd

2

30/12/08

12:46

Página 65

SOLUCIONARI

2. Resposta model. Prova de Molisch: si a una dissolució de qualsevol sucre s’afegeixen unes gotes del reactiu de Molisch (dissolució alcohòlica d’α-naftol) i es posa amb cura àcid sulfúric concentrat de tal manera que resti en el fons del tub d’assaig, es forma un anell de color violat. Prova de Benedict: s’utilitza per detectar la presència de sucres reductors perquè el reactiu de Benedict conté coure i aquest es redueix en presència de sucres reductors. El sucre reductor s’oxida perquè el coure es redueix. ! Reactiu de Benedict oxidat " sucre reductor → reactiu de Benedict reduït " sucre oxidat Quan s’afegeix reactiu de Benedict al sucre reductor en calent, canvia el color de la mostra que dóna un color taronja o vermell intens. Els resultats de la prova de Benedict seran: • Color vermell o verd (més o menys concentració de sucre respectivament) si la prova és positiva. • Color blau: si la prova és negativa. 3. a) D’esquerra a dreta les molècules són D-gliceraldehid i L- gliceraldehid. b) Pertanyen a isòmers espacials o estereoisòmers. Cadascun d’aquests isòmers espacials és imatge especular de l’altre, i per això s’anomenen estructures enantiomorfes. Encara que es girin en l’espai, no es poden superposar,

ja que són estructures diferents (com la mà dreta i l’esquerra). 4. Tipus de glúcid Enllaç (α, β) Funció Lloc on es troba

Utilitat

Pectina Heteropolisacàrid α Gelificant

Agar Heteropolisacàrid

Goma aràbiga Heteropolisacàrid

α Hidròfila

Algues Poma, pera, vermelles pruna, codony o rodofícies Preparació Preparació de industrial d’aliments i melmelades medis de cultiu

α Tancar ferides en les plantes Resina dels arbres Goma d’enganxar

5. El nombre d’estereoisòmers augmenta de forma exponencial amb el nombre de carbonis asimètrics de la molècula; per tant, si n és el nombre de carbonis asimètrics, el nombre d’estereoisòmers serà 2n. Per a una glucosa ciclada, el nombre de carbonis asimètrics és 5 (C-1, C-2, C-3, C-4 i C-5) i, per tant, el nombre màxim d’estereoisòmers serà: 2n # 25 # 32 6. La certa és la b). Els isòmers òptics que es diferencien només en la configuració d’un àtom de carboni s’anomenen epímers; per tant, la glucosa i la galactosa són epímers perquè es diferencien exclusivament en la configuració de l’àtom de carboni en posició 4.


65

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 66

Els lípids

MAPA DE CONTINGUTS ELS LÍPIDS

estan constituïts per

tenen les funcions es classifiquen en

C, H i també O, P

reserva energètica

estructural

protectora SAPONIFICABLES (amb àcids grassos)

INSAPONIFICABLES (sense àcids grassos) biocatalitzadora

poden ser

SIMPLES

poden ser

COMPLEXOS

són

acilglicèrids

transportadora

isoprenoides

esteroides

prostaglandines

són

cèrids o ceres

fosfoglicèrids

fosfoesfingolípids

glicoesfinglípids

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. Cal reforçar l’aprenentatge de les propietats físiques i químiques dels àcids grassos saponificables. 2. Les propietats dels lípids ens permeten fer proves de determinació per detectar la seva presència en la matèria viva. 3. Cal donar importància a les funcions dels lípids per entendre la seva presència en una dieta equilibrada.

66


917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 67

Els lípids

OBJECTIUS 1. Conèixer les característiques generals dels lípids i saber quins són els bioelements que els constitueixen. 2. Distingir els diferents tipus de lípids i els criteris de classificació. 3. Conèixer l’estructura bàsica dels àcids grassos, reconeixent els grups de molècules que els caracteritzen. 4. Distingir els dos tipus generals d’àcids grassos: saturats i insaturats. 5. Estudiar les propietats químiques dels àcids grassos: esterificació i saponificació. 6. Estudiar les propietats físiques dels àcids grassos: solubilitat i punt de fusió, i les seves causes.

7. Identificar els diferents tipus de lípids saponificables: simples i complexos. 8. Conèixer els diferents tipus de lípids simples, les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i la funció que tenen. 9. Identificar els diferents tipus de lípids complexos, les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i la funció que tenen. 10. Conèixer els constituents moleculars dels lípids insaponificables, la localització en els éssers vius i les funcions biològiques. 11. Estudiar les funcions biològiques generals dels lípids.

CONTINGUTS • Coneixement de les característiques generals dels lípids, els bioelements que els constitueixen i els criteris de classificació. (Objectius 1 i 2) • Estudi de les característiques moleculars dels àcids grassos i de les seves propietats químiques i físiques. (Objectius 3 i 4) • Identificació dels diferents tipus de lípids saponificables, estudiant les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i les funcions que tenen. (Objectius 5 i 6) • Identificació dels diferents tipus de lípids insaponificables, estudiant les molècules que els constitueixen, les propietats, la localització en els éssers vius i les funcions que tenen. (Objectius 5 i 6) • Identificació de les fórmules dels diferents tipus de lípids i de les reaccions d’esterificació i saponificació. (Objectiu 7) • Construcció de models moleculars d’àcids grassos i de lípids simples. (Objectiu 8) • Desenvolupament de les reaccions de síntesi dels lípids simples. (Objectiu 8) • Reconeixement de les propietats dels lípids saponificables i dels lípids insaponificables. (Objectius 9 i 10) • Valoració de la importància de les funcions biològiques dels lípids per mantenir un bon estat de salut. • Aplicació del mètode científic en l’anàlisi de la presència de lípids en els aliments, i de les seves propietats químiques i físiques. (Objectiu 11)


Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Conèixer les característiques i les propietats generals dels lípids. (Objectius 1 i 2)

1

1

b) Identificar els diferents tipus d’àcids grassos i les propietats que tenen. (Objectius 3 i 4)

2

2

c) Reconèixer les reaccions d’esterificació i saponificació i saber-les desenvolupar. (Objectiu 5)

4

5

d) Identificar diferents tipus de lípids i les seves característiques moleculars, les propietats i la localització en els éssers vius. (Objectius 7, 8, 9 i 10)

3, 6, 9

3, 6, 7

e) Conèixer mètodes d’identificació de lípids, a partir de les propietats físiques i químiques. (Objectius 5 i 6)

5, 10

4, 10

f) Analitzar la importància d’una dieta rica en àcids grassos insaturats, en la prevenció de malalties cardiovasculars. (Objectiu 10) g) Saber les principals funcions biològiques dels lípids. (Objectiu 11)

7 6, 7, 8


8, 9

67

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 68

AVALUACIÓ


1

Quines són les característiques generals dels lípids? Quins criteris es tenen en compte a l’hora de classificar-los?

2

Quines característiques moleculars tenen els àcids grassos saturats? Quines propietats confereixen als lípids que els presenten i quines conseqüències se’n deriven?

3

Reconeix entre els compostos següents: àcids grassos, cèrids i acilglicèrids, i especifica’n els tipus, si és el cas. a) CH3 (CH2)7 CH ! CH (CH2)7 COOH b) CH3 (CH2)14 CO O CH2 CH3 (CH2)14 CO O CH CH3 (CH2)14 CO O CH2 c) CH3 (CH2)14 CO O C30H61 d) CH3 (CH2)12 COOH

4

Desenvolupa la reacció que té lloc per a la formació de tres molècules de palmitat sòdic, si partim d’una molècula de tripalmitina. Com s’anomena aquesta reacció? CH3 (CH2)14 CO O CH2 CH3 (CH2)14 CO O CH CH3 (CH2)14 CO O CH2 Explica tot el que sàpigues del procés digestiu en què té lloc l’emulsió dels greixos.

6

A quin grup de molècules pertany la molècula següent? On es localitza en els éssers vius i quina importància biològica té?

!

5

!

C

C

O O

CH2

O O

CH CH2

àcids grassos glicerina

CH2 CH2" N

–

àcid ortofosfòric

O O!P OH O

alcohol

CH3 CH3 CH3

7

Quina funció té el colesterol en els éssers vius? Quines conseqüències es deriven d’una ingesta excessiva de colesterol? Explica tot el que en sàpigues.

8

Explica les principals funcions biològiques dels lípids.

9

Què caracteritza els lípids insaponificables? Posa’n tres exemples i digues quina funció fa cada un.

10 Explica dues proves de reconeixement de lípids i digues en quines propietats et bases.

68


917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 69

AVALUACIÓ


1

Quins mètodes utilitzaries per reconèixer lípids? Per què?

2

Quines característiques moleculars presenten els àcids grassos insaturats? Quines propietats confereixen als lípids que en presenten i quines conseqüències se’n deriven?

3

Dibuixa un triacilglicèrid i una cera. Quina funció té cadascuna d’aquestes molècules en els éssers vius?

4

Per què ens hem de rentar les mans, untades d’oli, amb sabó? Fes el dibuix esquemàtic del que passa.

5

Desenvolupa la reacció que té lloc en les cèl·lules quan emmagatzemen greix com a reserva energètica. Fes-ho a partir de l’àcid palmític: CH3 (CH2)14 COOH. Com s’anomena aquesta reacció?

6

A quin grup de molècules pertany el compost següent? On es localitza en els éssers vius i quina importància biològica té? H3C CH3 CH3

CH3 CH3

HO

7

Quina propietat física presenten les molècules que formen part de les membranes cel·lulars? A quin grup de lípids pertanyen i en quines altres estructures i teixits les podem trobar?

8

Quina semblança i quina diferència hi ha entre els esteroides i els isoprenoides? Esmenta dues molècules de cada grup i la funció biològica que duen a terme.

9

Anomena quatre lípids, cadascun amb una funció biològica diferent.

10 Dissenya un experiment per demostrar que la bilis és un bon emulsionant. Explica quin significat té aquesta

funció.


69

917280 _ 0066-0079.qxd

3

12/1/09

11:12

Página 70


FITXA DE REFORÇ

1

Dins del grup dels lípids s’hi inclouen les molècules solubles en ...................................... i, per tant, insolubles en .......................................

2

Els lípids, segons si tenen àcids grassos o no els classificarem en:

3

Els àcids grassos estan formats per ......................................

4

S’anomenen àcids grassos saturats, com ......................................, aquells que presenten ......................................

5

S’anomenen àcids grassos insaturats, com ......................................, els que presenten ......................................

6

Quin tipus de molècules són necessàries per què es produeixi una reacció d’esterificació?

7

Entre quines molècules es produeix una reacció de saponificació? Com s’anomena la molècula que s’obté i quina propietat presenta?

8

Què és el que fa que un àcid gras de més de 6 C sigui insoluble en aigua?

9

Per què els àcids grassos saturats són sòlids a temperatura ambient?

10 Quina és la principal funció dels greixos que ingerim en la dieta? 11 Explica quina és la funció principal de les ceres i per què. 12 Quines molècules són les que constitueixen principalment la membrana unitària? Què vol dir que tenen

un comportament amfipàtic? 13 Quins són els principals lípids insaponificables i què els caracteritza? 14 Digues les principals funcions dels lípids, posant un exemple de cada.

70


917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 71



1

Els lípids són substàncies solubles en ...................................... o ...................................... o ...................................... perquè .......................................

2

Fes la classificació dels lípids, especificant quins criteris es tenen en compte i posant un exemple de cada tipus.

3

Quins tipus d’àtoms formen un àcid gras? Representa el model en què es visualitzen els angles, explicant les característiques de cada part de la molècula.

4

Quines característiques moleculars i propietats diferencien els àcids grassos saturats dels insaturats?

5

Per què la dieta ha de ser rica en àcids grassos insaturats?

6

Escriu la reacció general que es produeix entre un àcid gras i un alcohol. Com s’anomena l’enllaç que s’ha format?

7

Escriu la reacció que es produeix entre un àcid gras i una base forta. Com s’anomena aquest tipus de reacció? Quin és el nom del producte que s’obté i quina és la propietat que el caracteritza?

8

Si posem aigua, sabó i oli en un vas de precipitats i ho barregem, explica quin serà el comportament d’aquestes substàncies, en relació amb la seva solubilitat. Pots fer-ho amb un esquema.

9

Per què les margarines vegetals són sòlides a temperatura ambient, si estan fetes a partir d’olis?

10 Quines molècules obtenim a partir de la hidròlisi dels greixos? 11 Explica la composició molecular de les ceres i la seva funció principal. 12 Dibuixa esquemàticament un fosfoglicèrid, digues les principals característiques de la molècula, on el podem

localitzar i quina és la seva disposició. 13 Què caracteritza cadascun dels tipus de lípids insaponificables? Posa un exemple de cada grup, especificant

la funció que té en l’organisme. 14 Anomena les principals funcions dels lípids. Posa un exemple de cadascuna, especificant a quin grup pertany,

dins dels lípids.


71

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 72

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT

3.6. CH3$(CH2)16$COO$CH2

• El càlcul és: 80 kg ! 15/100 " 12 kg.

CH3$(CH2)16$COO$CH

ACTIVITATS

CH3$(CH2)16$COO$CH2

3.1. Les sals dels àcids grassos i Na o K , els anomenats sabons de Na o K, tenen un comportament amfipàtic, és a dir, presenten una part lipòfila, la cadena hidrocarbonada, capaç d’establir enllaços de Van der Waals amb les cadenes hidrocarbonades dels greixos, i una part hidròfila, els grups $COONa o $COOK, que, en contacte amb l’aigua, generen un grup carboxil ionitzat ($COO$) i un catió (Na# o K#). Així doncs, quan el sabó es posa en contacte amb la taca de greix, la part lipòfila del sabó s’estén en el si del greix, i la part hidròfila en queda fora, dirigida cap a l’exterior de la taca. En presència d’aigua, el pol hidròfil s’ionitza ($COO$), s’hi aproxima el catió (Na# o K#) gràcies a les forces elèctriques, i aquest, al seu torn, queda envoltat de molècules dipolars d’aigua, també gràcies a atraccions de tipus elèctric (hidratació iònica). L’agitació que té lloc en el rentat possibilita la subdivisió de la taca de greix en micel·les, formades per molècules de greix a l’interior i per una monocapa, no necessàriament contínua, de molècules de sabó ionitzat a la perifèria. Les micel·les queden envoltades pels cations, i aquests, per capes de molècules d’aigua, fet que impedeix la unió entre les micel·les. L’aigua té una funció mecànica d’arrossegament de les micel·les fora del substrat tacat. #

#

3.2. Les micel·les no s’uneixen entre si perquè, com que tenen càrregues negatives a la perifèria, atrauen els cations (Na+ o K+), que formen una capa de càrregues positives que, al seu torn, atrauen molècules d’aigua (solvatació iònica), i aquests escuts d’aigua impedeixen la unió entre les micel·les. 3.3. CH3$(CH2)7$CH " CH$(CH2)7$COOH # HO$CH2$CH3 → CH3$(CH2)7$CH " CH$(CH2)7$COO$CH2$CH3 # # H2O 3.4. a) És un monoacilglicèrid format per la unió d’un àcid palmític i una glicerina: el monopalmitat de glicerina. b) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és una molècula de glicerina. c) És la cera d’abella, el palmitat de miricil, format per la unió d’un alcohol monovalent de cadena llarga, l’alcohol miricílic, i un àcid gras, l’àcid palmític. d) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és un àcid gras. e) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és una molècula del sabó palmitat sòdic. f) No és ni un cèrid ni un acilglicèrid; és una molècula d’alcohol miricílic. g) És un cèrid, format per l’àcid palmític i un alcohol monovalent de cadena llarga. 3.5.

CH3$(CH2)16$COO$CH2 CH3$(CH2)7$CH"CH$(CH2)7$COO$CH CH2$OH

72

3.7. La molècula inicial és un diacilglicèrid: diesteracilglicèrid o diestearina. CH3$(CH2)16$COO$CH2 CH3$(CH2)16$COO$CH CH2OH 3.8. Ha tingut lloc una reacció de saponificació. CH3$(CH2)16$COO$CH2 CH3$(CH2)16$COO$CH # 3NaOH → CH3$(CH2)16$COO$CH2 → 3[CH3$(CH2)16$COONa] # CH2OH$CHOH$CH2OH 3.9. La trioleïna o oli d’oliva és un oli, és a dir, és un greix líquid a temperatura ambient, perquè és un triacilglicèrid que presenta tres àcids grassos insaturats (tres àcids oleics), fet que li confereix una disposició espacial que dificulta l’establiment d’enllaços de Van der Waals entre les diferents molècules de trioleïna. Així doncs, el seu punt de fusió és baix. La triestearina és un sèu, és a dir, un greix sòlid a temperatura ambient, ja que té tres àcids grassos saturats, tres àcids esteàrics, per la qual cosa la seva configuració espacial li permet establir un gran nombre d’enllaços de Van der Waals amb altres molècules de triestearina, fet que impedeix el moviment de les molècules entre si, és a dir, té un comportament de sòlid. Així doncs, el seu punt de fusió és més elevat que l’anterior. 3.10. El colesterol, com que es disposa interaccionant el seu grup polar amb la zona hidròfila dels fosfolípids i interaccionant el sector apolar amb la zona lipòfila d’aquests fosfolípids, produeix l’estabilitat de la membrana perquè disminueix la fluïdesa o la mobilitat dels fosfolípids entre si. 3.11. L’aldosterona és una hormona esteroide i, per tant, pertany al grup dels esteroides. És secretada a les càpsules suprarenals i té com a funció més important regular la reabsorció d’aigua i ions al ronyó. Els esteroides deriven de l’esterà, amb un àtom d’oxigen unit al carboni 3 amb doble enllaç. Són lípids insaponificables. 3.12. Els lípids acumulen molta més energia per gram que els glúcids. En organismes sèssils com ara els vegetals no hi ha cap inconvenient a utilitzar glúcids (generalment midó) com a reserva energètica, mentre que per als animals, que generalment són organismes que s’han de moure, com menys pesen les seves reserves energètiques, més avantatges tenen. 3.13. Bàsicament és degut al fet que a l’intestí els lípids són emulsionats pels àcids biliars, com l’àcid còlic. Aquests àcids estenen la part lipòfila pel si dels lípids ingerits, i el pol hidròfil ionitzat queda dirigit cap a l’exterior.


917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 73

SOLUCIONARI

Per l’acció mecànica de les parets de l’intestí, aquests lípids emulsionats s’escindeixen en nombroses micel·les, que queden separades perquè cadascuna de les quals està envoltada de moltes molècules dipolars d’aigua, que els pols hidròfils ionitzats atrauen.

3.21. Perquè la molècula de les ceres és elevadament hidròfoba pels dos extrems, en canvi els acilglicèrids, si són monoacilglicèrids o diacilglicèrids no ho són, i si són triacilglicèrids no ho són amb la mateixa intensitat que les ceres.

3.14. Els àcids grassos naturals són molècules formades per una llarga cadena hidrocarbonada de tipus alifàtic, és a dir, lineal, amb un nombre parell d’àtoms de carboni, i el darrer carboni constitueix un grup carboxil (!COOH). Si hi ha dobles enllaços en la cadena s’anomenen insaturats, i si no els presenta, saturats. Són insolubles en aigua, solubles en dissolvents apolars com ara el benzè, tenen un comportament amfipàtic, ja que presenten un pol hidròfil (!COOH) i una part lipòfila (CH3 !CH2 !CH2 !CH2 !...), són esterificables i saponificables, i el seu punt de fusió és més baix en els insaturats que en els saturats, ja que els colzes originats pels dobles enllaços dificulten l’establiment de les forces de Van der Waals.

3.22. Els lípids de membrana són els fosfolípids (fosfoglicèrids i fosfoesfingolípids), els glicolípids (gangliòsids i cerebròsids) i el colesterol. La característica més important és que són amfipàtics, fet que els permet constituir la doble capa lipídica.

3.15. L’esterificació és la reacció d’un àcid gras amb un alcohol. Per exemple, l’àcid palmític reacciona amb el propanol i dóna lloc al palmitat de propil. 3.16. Un sabó és una sal d’àcid gras. Si el catió és el sodi o el potassi, el sabó és soluble; en canvi, si és el calci o el magnesi, el sabó és insoluble. Es forma fent reaccionar un àcid gras o, molt més sovint, un lípid que contingui àcids grassos, atès que gairebé no hi ha àcids grassos lliures, amb un hidròxid de sodi, potassi, calci, magnesi, etc.

3.18. Fent-la reaccionar amb un àcid fort com el HCl, o bé per mitjà d’un enzim lipasa que trenca els enllaços de tipus èster propis dels greixos. En tots dos casos es necessita l’acció de molècules d’aigua que es trenquen i aporten hidrogen per formar l’àcid gras resultant, i grups OH per formar l’altre producte, l’alcohol. 3.19. Com que per emmagatzemar una mateixa quantitat d’energia faria falta el doble de pes, l’ocell no podria pràcticament volar. 3.20. Perquè com que les plantes no es mouen per a elles no és un greu problema l’augment de pes i de volum que suposa tenir les reserves energètiques en forma de polisacàrids en lloc de lípids. Les estructures vegetals que presenten un alt percentatge de lípids són les llavors. La raó és que com més petites són més fàcil els resulta la dispersió, i com que han d’estar enterrades en terra humida per poder germinar, els lípids resulten més estables que no pas els polisacàrids davant dels bacteris del terra.

Zona hidròfila

Zona hidròfoba Esfingosina CH3!(CH2)12!CH # CH!CH!OH CH3!(CH2)22!CO!NH!CH Àcid lignocèric Ceramida

Colina

O

CH3 " CH2!O!P!O! CH2!CH2!N !CH3 CH3 O

3.24. La reacció és: CH3!(CH2)16!COO!CH2 CH3!(CH2)16!COO!CH " 3NaOH Hidròxid sòdic

CH3!(CH2)16!COO!CH2 Triacilglicèrid (triestearina)

SAPONIFICACIÓ

!"

3.17. Com més llarga és la cadena alifàtica més enllaços de Van der Waals es formen i, en conseqüència, més tendència a constituir sòlids presenten. D’altra banda, la presència d’enllaços dobles fa que les cadenes lineals presentin «colzes», la qual cosa dificulta l’ordenació espacial en paral·lel de les cadenes hidrocarbonades i, per tant, la formació d’enllaços de Van der Waals. Per tant, com més llargues siguin les molècules i menys enllaços dobles presentin, més enllaços de Van der Waals hi haurà i, per tant, més alt serà el punt de fusió.

3.23. Es tracta de l’esfingomielina. Es troba en la beina de mielina de les neurones. Se’n pot observar l’estructura en la figura següent:

HO!CH2

CH3!(CH2)16!COONa

HO!CH " CH3!(CH2)16!COONa HO!CH2

CH3!(CH2)16!COONa

Glicerina

3 estearat sòdic (sabó)

3.25. La semblança és que els tres són èsters. Les diferències són que els triacilglicèrids són lípids simples, és a dir, només estan constituïts per un alcohol esterificat amb àcids grassos; en canvi, els fosfoglicèrids i els fosfoesfingolípids presenten, a més, un altre tipus de molècules. La diferència entre aquests dos últims és que els fosfoglicèrids presenten l’alcohol glicerina i, en canvi, els fosfoesfingolípids presenten l’alcohol esfingosina. 3.26. En el fet que els esterols presenten un grup alcohòlic (OH) al tercer carboni de la molècula d’esterà, mentre que els esteroides presenten un oxigen (O) al tercer carboni de la molècula d’esterà. 3.27. Són necessàries sis molècules d’isoprè. 3.28. La vitamina D2 se sintetitza a partir de l’ergosterol, provitamina d’origen vegetal, i la D3 se sintetitza a partir del colesterol. Totes dues, gràcies a l’acció dels rajos ultraviolats sobre la pell. 3.29. Els fosfoesfingolípids com ara l’esfingomielina, i els glicolípids, com ara els cerebròsids i els gangliòsids. 3.30. La majoria dels isoprenoides són biomolècules que només presenten àtoms de carboni i d’hidrogen.


73

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 74

SOLUCIONARI

3.31. a)–3, b)–2, c)–5, d)–6, e)–1, i f)–4.

b)

45

3.32. La funció de reserva energètica la fan els acilglicèrids i els àcids grassos. Per exemple la triestearina, la trioleïna, i la tripalmitina. En ser apolars no es dispersen en l’aigua, sinó que formen acumulacions sòlides o líquides a l’interior de les cèl·lules.

40

A nivell cel·lular la funció estructural la fan els lípids de membrana, és a dir, els fosfoglicèrids, els fosfoesfingolípids, els glicoesfingolípids i el colesterol. La raó és que en ser molècules amfòteres es disposen formant bicapes, la qual cosa els permet delimitar espais incomunicats amb l’exterior. A nivell d’òrgans també tenen aquesta funció els acilglicèrids. Aquests, en acumularse constituint estructures insolubles i toves, serveixen com a protectors mecànics.

20

35

25

15

30

●

ÀCID PALMÍTIC

28 26

●

5 0

● mirístic

34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

palmític

●

●

esteàric

palmitoleic

22

●

linoleic

●

VACA ●

●

●

●

● mirístic

palmític

esteàric

palmitoleic

oleic

linoleic

c) L’àcid linoleic, ja que és molt abundant en els vegetals i molt escàs en els animals. En menys grau, l’àcid mirístic, ja que és més abundant en els animals que en els vegetals.

e) En els animals predominen els saturats, mentre que els insaturats (oleic i linoleic) tan sols oscil·len entre el 22,7 % i el 50,5 %; en els vegetals predominen els insaturats, ja que oscil·len entre el 69,6 % i el 84,5 %.

●

18 16 14

●

3.36. a)

12 10

Proteïnes Glúcids Lípids

8 6

oleic

d) Per ordre de semblança són l’àcid oleic, el palmitoleic, l’esteàric i el palmític.

●

24

20

●

10

Fan la funció transportadora els àcids biliars i els proteolípids, que són associacions de proteïnes específiques amb colesterol i fosfoglicèrids bàsicament. La raó és que en ser molècules amfipàtiques es poden unir per un extrem al lípid i per l’altre establir enllaços de tipus elèctric amb les molècules d’aigua i així possibilitar-ne el transport per la sang i la limfa.

3.35. a)

●

30

Fan la funció d’impermeabilitzant les ceres, com la cera d’abella, la lanolina de la llana i el cerumen del conducte auditiu. La raó és que en ser molt hidròfobes pels dos extrems de la molècula, resulten molt útils com a impermeabilitzants.

INTERPRETACIÓ DE DADES

●

BLAT DE MORO

home

vaca

ovella

oliva

blat de moro

cotó

● gira-sol

60

ÀCID OLEIC

●

50

●

Total % kcal kcal /100 g dels lípids

Sencera g /100 g kcal /100 g

2,90 11,6

4,60 18,4

3,60 32,4

62,4

51,9

Desnatada g /100 g kcal /100 g

3,10 12,4

4,30 17,20

0,30 2,7

32,3

8,4

40

● ●

30

● ●

20

●

10

0 home

74

vaca

ovella

oliva

blat de moro

cotó

gira-sol

b) Es tracta d’un triacilglicèrid, és a dir, un èster de tres àcids grassos amb la glicerina. L’enllaç que uneix cadascun dels àcids grassos amb la glicerina és un enllaç de tipus èster. 3.37. a) Les principals diferències són: l’absència de colesterol i d’alguns fosfolípids a la membrana interna del mitocondri i la diferent proporció de fosfatidilcolina i d’esfingomielina.


917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 75

SOLUCIONARI

b) La membrana dels bacteris i de la membrana interna del mitocondri tenen en comú l’absència de colesterol i d’alguns fosfolípids que sí que estan presents a la resta de membranes eucariotes. 3.38. Estan representats els fosfoglicèrids o fosfolípids i el colesterol. Totes aquestes molècules mostren un caràcter amfipàtic, és a dir, tenen una part apolar que s’aproxima a les de les altres molècules i totes queden orientades cap a l’interior de la doble capa, i una part polar, que té afinitat per l’aigua i que, per tant, queda orientada cap a l’exterior, restant en contacte amb les molècules d’aigua.

LABORATORI 39. Resposta model. S’haurien d’observar dues capes a cada tub: una fase inferior d’aigua, que no es mescla amb l’oli i els dissolvents orgànics perquè és polar i més densa, i una fase superior amb l’oli i el dissolvent orgànic corresponent, perquè són apolars i menys densos. 40. Resposta orientativa. S’han d’observar dues fases, una d’inferior amb aigua, que es manté transparent i una altra de superior amb l’oli tenyit de color rosa pel Sudan III, perquè és un colorant apolar. Les diferents fases que s’observen en l’experiment amb la llet (ha de ser llet sencera) són degudes a la diferent densitat de les fases. Podem saber quina fase ocupen els greixos gràcies a la tinció específica amb el Sudan III. Les proteïnes desnaturalitzades queden en la fase inferior ja que s’aglutinen i precipiten. La lactosa o sucre de la llet és l’única biomolècula orgànica que és soluble en aigua, per això es troba en la fase intermèdia. 41. Resposta orientativa. Primer s’observen gotetes d’oli disperses per l’aigua (emulsió temporal), però a mesura que passa el temps aquestes gotetes s’uneixen fins que tornen a formar dues fases ben diferenciades. A l’afegir-hi sabó, aquest fa d’emulsionant i, per tant, embolcalla les gotetes d’oli impedint que es tornin a unir. Es forma una emulsió permanent. 42. Resposta orientativa. Fase superior: líquida i de color groc. Conté l’oli que no ha reaccionat. Fase intermèdia: semisòlida, d’aspecte grumollós. S’ha produït la saponificació, és a dir, s’ha format sabó (la sal de l’àcid gras). Es pot comprovar agafant-ne una mica amb un comptagotes i posant-ho en un tub d’assaig amb aigua. Si es remena s’observarà la formació d’escuma. Fase inferior: líquida i de color clar. Conté l’hidròxid de sodi que no ha reaccionat i la glicerina.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Els lípids són molècules insolubles en aigua i altres líquids polars, i solubles en dissolvents orgànics. Es classifiquen segons si tenen àcids grassos (saponificables) o no (insaponificables).

2. Els àcids grassos saturats estan formats per una llarga cadena hidrocarbonada, amb un grup carboxil en un extrem. Tots els enllaços entre carbonis són simples. Formen cadenes lineals, unides entre si per moltes forces de Van der Waals, que donen estabilitat a un grup de molècules i, per tant, amb un alt punt de fusió. 3. a) àcid gras insaturat; b) triacilglicèrid; c) cèrid; d) àcid gras saturat. 4. CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 CH3!(CH2)14!CO!O!CH " 3NaOH → CH3!(CH2)14!CO!O!CH Tripalmitina

Hidròxid de sodi

HO!CH2 → HO!CH " 3 CH3!(CH2)14!COONa HO!CH2 Glicerina

Palmitat sòdic

Ha tingut lloc una reacció de saponificació. S’han obtingut tres molècules d’una sal d’un àcid gras o sabó. 5. Quan els greixos arriben al duodè són emulsionats per les sals biliars fabricades al fetge. Aquest procés consisteix en una digestió física en què s’aconsegueix que el greix es mantingui en gotetes petites per així augmentar la superfície de contacte entre els greixos i les lipases (enzims que digeriran químicament els greixos). També s’afavorirà l’absorció dels àcids grassos a nivell de l’intestí. 6. Es tracta d’un fosfoglicèrid que pertany als lípids saponificables complexos, perquè presenta dos àcids grassos, una glicerina, un àcid fosfòric i un aminoalcohol. Són les molècules més abundants a la membrana plasmàtica. Es disposen en una doble capa, on les zones hidròfiles estan en contacte amb el medi i les zones lipòfiles estan enfrontades entre si. La importància biològica és la de delimitar la cèl·lula i els orgànuls membranosos. 7. El colesterol és un component de la membrana unitària en els animals, sobretot de la plasmàtica. Se situa entre els fosfolípids i els estabilitza. És molt abundant en l’organisme i serveix per a la síntesi de gairebé tots els esteroides. Si la ingesta en la dieta és excessiva es diposita en les parets internes de les artèries, i provoca un enduriment i la disminució de la llum de l’artèria. Com a conseqüència es pot produir arteriosclerosi i trombosi. 8. Les funcions principals dels lípids són: – Reserva energètica: cada gram de lípid (acilglicèrids) produeix 9,4 kcal. – Estructural i protectora: forma part de la bicapa lipídica de les membranes unitàries, recobreix i protegeix alguns òrgans (ronyó), impermeabilitza la pell, pèl, plomes (ceres), i fa d’aïllant tèrmic (hipodermis). – Biocatalitzadora: catalitzen reaccions químiques (vitamines, hormones i prostaglandines).


75

917280 _ 0066-0080.qxd

3

29/12/08

16:29

Página 76

SOLUCIONARI

– Transportadora: els lípids seran transportats, des de l’intestí fins allà on s’hagin d’utilitzar, per proteolípids o emulsionants gràcies a les sals biliars. 9. Els lípids insaponificables són els que no presenten àcids grassos i, per tant, no reaccionen formant sabons quan se’ls afegeix una base forta. Exemples: isoprenoides: vitamina A; esteroides: sals biliars, que emulsionen els greixos i en faciliten la digestió química i l’absorció a nivell intestinal; prostaglandines: que estimulen els receptors del dolor, fan aparèixer la febre... 10. Tinció amb Sudan-III: es basa en el fet que és una substància lipòfila i, per tant, tenyeix els lípids. Reacció de saponificació: només reaccionaran amb una base forta i formaran sabó els lípids saponificables, que són els que presenten àcids grassos en la seva composició. PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. Per reconèixer lípids hem de basar-nos en la seva solubilitat, perquè són molècules elèctricament neutres, per tant, són insolubles en aigua i dissolvents polars i, en canvi, solubles en dissolvents apolars. En el cas dels lípids que contenen àcids grassos hem de basar-nos en la reacció de saponificació que té lloc quan es combinen amb una base forta. 2. Els àcids grassos insaturats són els que presenten un o més enllaços dobles entre els carbonis de la cadena hidrocarbonada, per això la molècula presenta colzes on hi ha el doble enllaç. Això fa que les molècules que els presentin no estiguin tan fortament unides entre si i per això tenen un punt de fusió més baix. 3. Triacilglicèrid: funció de reserva energètica, protectora d’alguns òrgans i aïllant tèrmic.

HO!CH2 HO!CH " 3 CH3!(CH2)14!COOH → HO!CH2 Glicerina

Àcid palmític

Aigua

CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 → CH3!(CH2)14!CO!O!CH " 3 H2O CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 Tripalmitina

6. Es tracta del colesterol. El colesterol és un component de la membrana unitària en els animals, sobretot de la plasmàtica. Se situa entre els fosfolípids i els estabilitza. És molt abundant en l’organisme i serveix per a la síntesi de gairebé tots els esteroides. 7. Són molècules amfipàtiques: presenten una part lipòfila i una altra d’hidròfila, per això es disposen formant una bicapa on les parts lipòfiles s’enfronten entre si i les hidròfiles estan en contacte amb el medi extra i intracel·lular. Pertanyen als lípids saponificables complexos i dins d’aquests als fosfoglicèrids i fosfoesfingolípids. També els podem trobar al cervell, al fetge, al rovell d’ou i a les beines de mielina. 8. Els esteroides i els isoprenoides tenen en comú que no presenten àcids grassos i, per tant, no són saponificables. I es diferencien en el fet que els isoprenoides deriven de la polimerització de l’isoprè i en canvi els esteroides deriven de l’esterà o ciclopentà perhidrofenantrè.

CH3!(CH2)14!CO!O!CH2

Isoprenoides: fitol, component de la clorofil·la, i vitamina K, que intervé en el procés de coagulació de la sang.

CH3!(CH2)14!CO!O!CH

Esteroides: colesterol, estabilitzador de les membranes cel·lulars, i vitamina D, que regula el metabolisme del calci.

CH3!(CH2)14!CO!O!CH2 Cera: impermeabilitzar, en plomes, pèl, pell, epidermis vegetal... CH3!(CH2)14!CO!O!C30H61 4. Perquè el sabó emulsiona els greixos, és a dir, embolcalla els greixos i els manté en forma de gotetes petites, de manera que en facilita la solubilitat en l’aigua i la posterior eliminació. " Na" Na

(CH3!(CH2)14! COO2 " Na")

n

Na" Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Na"

Gota de greix

Molècules ionitzades d’un tipus de sabó, el palmitat sòdic

Na"

Na"

Na"

Na" Na" Na

"

Na

"

Na"

Na"

5. Es produeix una reacció d’esterificació. Tres molècules d’àcid palmític reaccionen amb una molècula de glicerina i

76

s’obté el triacilglicèrid tripalmitina, que s’emmagatzema als adipòcits:

9. Progesterona: hormona que prepara els òrgans sexuals femenins per a la gestació. Àcids biliars: emulsionen els greixos i en faciliten l’absorció a nivell de l’intestí. Fosfolípids: formen l’estructura de la membrana plasmàtica. Olis: acilglicèrids amb funció de reserva energètica. 10. Agafarem tres tubs d’assaig i posarem 1 ml d’aigua i 1 ml d’oli a cadascun. Els numerarem. En el tub 1 posarem unes gotes de sabó. En el tub 2 tirarem unes gotes de bilis de pollastre i el tub 3 servirà de patró. Agitarem els tres tubs i els deixarem reposar. Si els observem al cap d’uns minuts, hauríem de comprovar que en el tub 3 l’aigua i l’oli s’han tornat a separar, perquè són immiscibles, i en els tubs 1 i 2 l’aigua i l’oli estan barrejats (s’observen les micel·les d’oli disperses per l’emulsió). Així comprovaríem que la bilis fa d’emulsionant, igual que el sabó.


917280 _ 0066-0079.qxd

3

12/1/09

11:12

Página 77

SOLUCIONARI

FITXA DE REFORÇ 1. Dins del grup dels lípids s’hi inclouen les molècules solubles en dissolvents orgànics o apolars i, per tant, insolubles en aigua i dissolvents polars. 2. Els lípids, segons si tenen àcids grassos o no, els classificarem en saponificables, quan en tenen i insaponificables, si no en tenen. 3. Els àcids grassos estan formats per una cadena hidrocarbonada, lineal i un grup carboxil o àcid en un extrem, amb nombre parell d’àtoms de carboni. 4. S’anomenen àcids grassos saturats, com l’eesteàric i el palmític, aquells que presenten enllaços simples entre els seus carbonis. 5. S’anomenen àcids grassos insaturats, com l’ooleic i el linoleic, els que presenten un o més enllaços dobles entre els seus carbonis. 6. Perquè tingui lloc una reacció d’esterificació són necessàries: Una molècula amb algun grup carboxil o àcid i una altra amb algun grup hidroxil o alcohol. 7. La reacció de saponificació es produeix entre el grup carboxil d’un àcid gras i l’hidroxil d’una base forta. La molècula que s’obté és una sal de l’àcid gras i s’anomena sabó. És una molècula amfipàtica (un pol hidròfil i un altre lipòfil) i per tant és un emulsionant dels lípids. 8. És insoluble en aigua perquè la cadena hidrocarbonada, que és lipòfila, predomina respecte del grup àcid que és hidròfil. 9. Els àcids grassos saturats són sòlids a temperatura ambient perquè formen cadenes lineals unides entre si per molts enllaços de Van der Waals i, per tant, amb un punt de fusió alt. 10. La principal funció dels greixos que ingerim en la dieta és la de reserva energètica. Per cada gram d’acilglicèrid s’obtenen 9,4 kcal. 11. La principal funció de les ceres és la de protecció i impermeabilització d’epidermis i formacions dèrmiques d’animals, perquè formen cadenes lineals i perquè són molècules lipòfiles. 12. Les principals molècules que constitueixen la membrana unitària són els fosfolípids. Es diu que tenen un comportament amfipàtic perquè presenten una zona hidròfila i una altra lipòfila. 13. Insaponificables: si no presenten àcids grassos. • Terpens o isoprenoides: molècules derivades de la polimerització de l’isoprè. Ex.: mentol, vitamina A, cautxú. • Esteroides: molècules derivades de l’esterà. Ex.: colesterol, àcids biliars, vitamina D, aldosterona, progesterona.

• Estructural i protectora: forma part de la bicapa lipídica de les membranes unitàries (fosfoglicèrids, lípids saponificables complexos). • Biocatalitzadora: biocatalitzadors de reaccions químiques com les vitamines, hormones (esteroides, lípids insaponificables). • Transportadora: els lípids seran transportats, des de l’intestí fins allà on s’hagin d’utilitzar, pels proteolípids, o emulsionants gràcies a les sals biliars (esteroides, lípids insaponificables). FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Els lípids són substàncies solubles en dissolvents apolars, o lipòfils, o hidròfils, perquè són molècules neutres elèctricament. 2. Els lípids es classifiquen en: 1. Saponificables: si tenen àcids grassos. a) Simples: formats per l’esterificació d’àcids grassos i un alcohol. • Acilglicèrids: formats per l’esterificació d’1, 2 o 3 àcids grassos amb la glicerina. Ex.: tripalmitina. • Cèrids: esterificació d’1 àcid gras i un alcohol monovalent de cadena llarga. Ex.: lanolina. b) Complexos: èsters d’àcids grassos, alcohol i un altre tipus de molècula. • Fosfoglicèrids: èsters de dos àcids grassos, la glicerina, l’àcid fosfòric i un aminoalcohol. Ex.: cefalina. • Fosfoesfingolípids: èster d’un àcid gras, un aminoalcohol de cadena llarga (esfingosina), un grup fosfat i un aminoalcohol. Ex.: esfingomielina. • Glicoesfingolípids: èster d’un àcid gras, un aminoalcohol de cadena llarga (esfingosina) i un glúcid. Ex.: cerebròsid. 2. Insaponificables: si no presenten àcids grassos. a) Terpens o isoprenoides: molècules derivades de la polimerització de l’isoprè. Ex.: mentol, vitamina A, cautxú. b) Esteroides: molècules derivades de l’esterà. Ex.: colesterol, àcids biliars, vitamina D, aldosterona, progesterona. c) Prostaglandines: substàncies derivades de l’àcid prostanoic. Ex.: prostaglandina. 3. Els àcids grassos estan constituïts per carbonis i hidrògens. Es disposen formant una cadena hidrocarbonada (lineal o alifàtica), que és la part lipòfila de la molècula. En un extrem hi ha un grup carboxil (!COOH), que és la part polar de la molècula.

• Prostaglandines: substàncies derivades de l’àcid prostanoic. Ex.: prostaglandina. O

14. Les principals funcions dels lípids són: • Reserva energètica: acilglicèrids (lípids saponificables simples). Cada gram de lípid produeix 9,4 kcal.

11 0°

C °

OH

110 4. Els àcids grassos saturats només tenen enllaços simples


77

917280 _ 0066-0080.qxd

16:29

Página 78

a b

CO!O!!CH

5. Els àcids grassos insaturats dissolen el colesterol que es pugui dipositar a les parets de les artèries, i així eviten que s’hi formi la placa d’ateroma.

O

O

4. Els àcids grassos saturats només tenen enllaços simples entre els carbonis de la cadena hidrocarbonada, i els insaturats tenen algun enllaç doble entre els carbonis. Els àcids grassos saturats són lineals i els insaturats presenten colzes on hi ha el doble enllaç, per això s’estableixen menys forces de Van der Waals entre si i el seu punt de fusió és més baix.

CH2!O!P!O! CH2!CH2!NH2

SOLUCIONARI

CO!O!!CH

3

29/12/08

6. Es forma un enllaç èster: CH3!CH2!......!COOH " CH3!CH2!.......CHOH → → CH3!CH2!.......CO ! O ! CH2!....CH2!CH3 " H2O 7. Es produeix una reacció de saponificació. La molècula que s’obté és una sal de l’àcid gras, que s’anomena sabó. Es caracteritza per ser una molècula amfipàtica, és a dir, que té una zona hidròfila i una altra lipòfila. Això li confereix la propietat d’emulsionar els greixos. CH3!CH2!......-COOH " NaOH → Àcid gras

Base forta

→ CH3!CH2!......!COONa " H2O Sal de l’àcid gras

Aigua

8. L’aigua i l’oli es mantindran en emulsió gràcies al sabó que, en ser amfipàtic, tindrà la part lipòfila en contacte amb l’oli i la part hidròfila amb l’aigua, i això permetrà que les micel·les d’oli es mantinguin barrejades amb l’aigua. En barrejar-ho també s’haurà produït un efecte escumós: l’aire haurà quedat atrapat entre les molècules del sabó. a) Zona hidròfila, en contacte amb el medi aquós. b) Zona lipòfila, enfrontada amb una altra zona lipòfila. 13. Els lípids insaponificables o sense àcids grassos, es classifiquen en 3 grups: • Terpens o isoprenoides: molècules derivades de la polimerització de l’isoprè. Ex.: vitamina K, intervé en el procés de coagulació de la sang. • Esteroides: molècules derivades de l’esterà. Ex.: colesterol, estabilitza la membrana plasmàtica, en els animals. Efecte escumós

• Prostaglandines: substàncies derivades de l’àcid prostanoic. Ex.: prostaglandina, estimula els receptors del dolor, inicia la vasodilatació dels capil·lars... 14. Les principals funcions dels lípids són:

9. Perquè s’han hidrogenat, és a dir, s’han saturat amb hidrògens els enllaços dobles que hi havia entre els carbonis, i per tant ja no presenten colzes i les molècules s’uneixen entre si amb més forces de Van der Waals, de manera que augmenta el seu punt de fusió. 10. Obtenim àcids grassos (1, 2 o 3) i glicerina. 11. Les ceres són l’esterificació d’un àcid gras i un alcohol monovalent de cadena llarga. Solen formar làmines impermeables que protegeixen l’epidermis vegetal i les formacions dèrmiques dels animals. 12. Són molècules que es disposen formant una doble capa, constituint les membranes cel·lulars.

78

• Reserva energètica: acilglicèrids (lípids saponificables simples). Cada gram de lípid produeix 9,4 kcal. • Estructural i protectora: forma part de la bicapa lipídica de les membranes unitàries (fosfoglicèrids, lípids saponificables complexos). • Biocatalitzadora: biocatalitzadors de reaccions químiques com les vitamines, hormones (esteroides, lípids insaponificables). • Transportadora: de greixos des de l’intestí fins allà on s’hagin d’utilitzar. Seran transportats pels proteolípids o emulsionants gràcies a les sals biliars (esteroides, lípids insaponificables).


917280 _ 0066-0079.qxd

3

30/12/08

12:08

Página 79

SOLUCIONARI

Notes


79

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 80

Les proteïnes

MAPA DE CONTINGUTS LES PROTEÏNES

tenen funció

estan constituïdes per

C, O, H, N, P, S

monòmers: aminoàcids

tenen estructura

estructural es classifiquen en

reserva

transport primària

secundària

terciària

quaternària

enzimàtica

tipus hormonal α-hèlix

hèlix de col·lagen

HOLOPROTEÏNES

HETEROPROTEÏNES

són

són

filamentoses

cromoproteïnes

defensa

contràctil

homeostàtica conformació-β‚ o làmina

globulars

glicoproteïnes

lipoproteïnes

fosfoproteïnes

nucleoproteïnes

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. S’ha d’incidir en el fet que les propietats i les funcions de les proteïnes depenen de la seva configuració a l’espai i que aquesta depèn de la seqüència dels aminoàcids, que, a la vegada, està determinada per la informació genètica. 2. Cal donar molta importància al fet que les funcions de les proteïnes es poden alterar quan varien les condicions del medi, perquè queden afectades les seves propietats.

80


917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 81

Les proteïnes

OBJECTIUS 1. Conèixer les característiques generals de les proteïnes i els bioelements que les constitueixen. 2. Estudiar els monòmers bàsics que formen les proteïnes: l’estructura general, les propietats físiques i químiques, i els criteris de classificació i la nomenclatura. 3. Estudiar l’enllaç peptídic: grups químics que intervenen, ordre del procés, configuració espacial i molècules que s’originen segons el nombre d’aminoàcids que s’uneixen. 4. Estudiar les diferents estructures de les proteïnes, segons l’ordre de complexitat: estructura primària, estructura secundària, estructura terciària i estructura quaternària.

5. Estudiar les propietats de les proteïnes: la solubilitat, la desnaturalització, l’especificitat i la capacitat amortidora. 6. Conèixer els diferents tipus de proteïnes, els criteris de classificació i exemples de cada tipus. 7. Estudiar les principals funcions de les proteïnes, sabent exemples de cadascuna. 8. Analitzar la presència de proteïnes en els aliments, amb els diferents mètodes d’anàlisi, aplicant l’adequat a cada cas. 9. Valorar la importància de les proteïnes en l’alimentació, i conèixer les necessitats diàries, segons l’edat i l’estat fisiològic de l’individu.

CONTINGUTS • Aprenentatge de les característiques generals de les proteïnes i els bioelements que les constitueixen. (Objectiu 1) • Estudi dels monòmers bàsics que formen les proteïnes: estructura general, propietats físiques i químiques i criteris de classificació. (Objectiu 2) • Estudi de l’enllaç peptídic: grups químics que intervenen, ordre del procés, configuració espacial, i molècules que s’originen segons el nombre d’aminoàcids que s’uneixen. (Objectiu 3) • Estudi de les diferents estructures de les proteïnes, segons l’ordre de complexitat: estructura primària, de què depèn; estructura secundària, tipus i exemples; estructura terciària, disposicions espacials, tipus d’unions i exemples; l’estructura quaternària, característiques i exemples. (Objectiu 4) • Estudi de les propietats de les proteïnes: la solubilitat, la desnaturalització, l’especificitat i la capacitat amortidora. Característiques de cadascuna i exemples. (Objectiu 5) • Coneixement dels diferents tipus de proteïnes, els criteris de classificació i exemples de cada tipus. (Objectiu 6) • Estudi de les principals funcions de les proteïnes, sabent exemples de cadascuna. (Objectiu 7) • Valoració de la importància de les proteïnes en l’alimentació. (Objectiu 9) • Aplicació del mètode científic en l’anàlisi de la presència de proteïnes en els aliments, i de les seves propietats químiques i físiques i elaboració de l’informe de pràctiques corresponent. (Objectiu 8)


Activitats prova 1

Activitats prova 2

1

1

2, 3, 4

3, 4

c) Reconèixer l’enllaç peptídic i saber-lo desenvolupar. (Objectiu 3)

5

5

d) Conèixer les diferents estructures de les proteïnes, exemples i importància biològica. (Objectiu 4)

6

6

e) Conèixer mètodes d’identificació de proteïnes, a partir de les propietats físiques i químiques. (Objectius 5 i 8)

7, 9

7, 9

f) Saber els criteris de classificació de les proteïnes, conèixer-ne els diferents tipus i la seva importància biològica. (Objectius 6 i 7)

10

10

g) Importància de les proteïnes per a una dieta equilibrada i un bon estat de salut. (Objectiu 9)

8

2, 8

a) Conèixer les característiques de les proteïnes: bioelements, nombre de monòmers. (Objectiu 1) b) Identificar els diferents tipus d’aminoàcids i les característiques i propietats corresponents. (Objectiu 2)


81

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 82

AVALUACIÓ


1

Què són les proteïnes? Com s’anomenen segons el nombre d’aminoàcids que presentin?

2

Dibuixa la fórmula general d’un aminoàcid i especifica’n la part característica i la part variable.

3

Què vol dir que els aminoàcids presenten un carboni asimètric? Quina propietat física es deriva d’aquest fet? Explica-ho.

4

Sabem que el punt isoelèctric d’un aminoàcid és 5,5. Escriu la fórmula general que presentarà a: a) pH ! 3; b) pH ! 5,5; c) pH ! 7,5.

5

Desenvolupa la reacció que té lloc quan s’uneixen dos aminoàcids. Com s’anomenen l’enllaç i la molècula resultant?

6

Què és l’estructura primària d’una proteïna i de què depèn?

7

Quin mètode de reconeixement de proteïnes utilitzaries si volguessis detectar la presència de proteïnes en l’orina? En quins casos no et serviria aquest mètode?

8

Per què una persona a la qual se li ha extirpat l’estómac pot prendre iogurt, però no llet?

9

Què li passa a una proteïna quan es desnaturalitza? Per què? Posa’n tres exemples.

10 Quins criteris es tenen en compte a l’hora de classificar les proteïnes? Esmenta’n els tipus principals,

posant un exemple de cadascun i la funció que tenen.

82


917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 83

AVALUACIÓ


1

Què és un aminoàcid i quants en podem trobar a la naturalesa?

2

Què són els aminoàcids essencials i com es poden obtenir?

3

Què vol dir que els aminoàcids tenen un comportament amfòter? Quin efecte té aquesta propietat sobre el medi?

4

Quina càrrega elèctrica presentarà un aminoàcid que tingui un punt isoelèctric de 6,5 si el pH del medi és 4? Escriu la fórmula que presentarà.

5

Com es produeix la unió entre dos aminoàcids? Escriu la reacció que té lloc.

6

Quants tripèptids d’estructura primària diferent podríem obtenir amb: Ala, Met i Cys, sense repetició? Escriu-los.

7

Per detectar proteïnes, en quins casos utilitzarem la prova de Biuret i en quins casos la xantoproteica? Explica el perquè.

8

Pot ser correcta una dieta ovolactovegetariana? Per què?

9

Digues quines condicions poden produir la desnaturalització d’una proteïna. Posa tres exemples de desnaturalització que tinguin lloc en la vida quotidiana.

10 Esmenta cinc funcions que puguin presentar les proteïnes, amb un exemple de cadascuna,

i digues el grup al qual pertany.


83

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 84


FITXA DE REFORÇ

1

Com s’anomenen els monòmers que formen les proteïnes i quines característiques moleculars presenten?

2

Quines són les propietats físiques i químiques que presenten els aminoàcids?

3

Per què els aminoàcids tenen un efecte amortidor o tampó?

4

Si el punt isoelèctric d’un aminoàcid és 7, quina serà la reacció que tindrà lloc a pH > 7 i a pH < 7?

5

Digues quin és el primer aminoàcid de la cadena polipeptídica i per què. H2N ! Cys ! Ala ! Met ! Ala ! Lys ! COOH

6

Quins tripèptids es podran formar amb els aminoàcids Phe, Ala i Met, sense possibilitat de repetició?

7

Què és l’estructura secundària d’una proteïna? Digues els tres tipus que podem distingir, esmentant un exemple de cada.

8

Explica tot el que sàpigues de l’estructura terciària d’una proteïna.

9

Com estan constituïdes les proteïnes en estructura quaternària? Quins tipus d’enllaços mantenen aquesta estructura?

10 Quines condicions afecten la solubilitat de les proteïnes? Quines condicions en poden causar

la desnaturalització? 11 Diferencia les holoproteïnes de les heteroproteïnes, posant quatre exemples de cada grup. 12 Relaciona les proteïnes de la columna de l’esquerra amb les funcions de la columna de la dreta:

1. Actina 2. Gammaglobulina 3. Tiroxina 4. Hemoglobina 5. Col·lagen 6. Lipasa 7. Caseïna 8. Antibiòtics 9. Fibrinogen

a) Defensa b) Contràctil c) Transportadora d) Hemostàtica e) Reserva energètica f) Estructural g) Biocatalitzadora

10. Lipoproteïna 13 La ingesta diària de proteïnes ha de ser igual al llarg de la nostra vida? Per què? 14 És sana una dieta vegetariana estricta? Per què? 15 Quines dues proves de reconeixement de proteïnes coneixes i en què es basen?

84


917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 85



1

Quins són els components bàsics de les proteïnes i quines característiques generals presenten?

2

Quins criteris es tenen en compte a l’hora de classificar els aminoàcids i com es fa per anomenar-los?

3

Com s’anomena l’aminoàcid quan està en el seu punt isoelèctric? Escriu la fórmula general que presenta.

4

Si el punt isoelèctric d’un aminoàcid és 6, indica quina fórmula presentarà a: a) pH ! 4,5; b) pH ! 6; c) pH ! 9. En quin pH es desplaçarà cap a l’ànode, en quin cap al càtode, i en quin no es desplaçarà?

5

Sabent que un enzim hidrolitza enllaços peptídics en els quals el grup carboxil el proporciona la metionina i l’alanina, digues quin serà el resultat de la hidròlisi, per part d’aquest enzim, d’aquest polipèptid: COOH " Arg " Met " Lys " Ala " Cys " Met " NH2.

6

Quants tetrapèptids diferents es podran formar amb els aminoàcids Val, Leu i His, amb possibilitat de repetició?

7

Quines són les possibles estructures secundàries que poden presentar les proteïnes? Què les diferencia?

8

Quina diferència estructural hi ha entre les proteïnes que presenten estructura terciària i les que no? Com afecta la seva funció?

9

De què depèn la funció d’una proteïna? Explica tot el que en sàpigues.

10 De què depenen les propietats de les proteïnes? Explica, breument, en què consisteix cada una: solubilitat,

desnaturalització, especificitat i capacitat amortidora. 11 Fes un esquema de la classificació de les proteïnes, especificant els criteris que es tenen en compte

i esmentant un exemple de cada grup. 12 Explica tot el que sàpigues de quatre proteïnes humanes amb funcions diferents. 13 Quin % de proteïnes hem d’incloure en la nostra dieta diària? Per a què les utilitza el nostre cos? 14 És independent la qualitat nutritiva de l’origen, animal o vegetal, de les proteïnes de la nostra alimentació?

Per què? 15 Amb la prova de Biuret podrem detectar proteïnes en l’orina? I aminoàcids o dipèptids? Per què?

I amb la prova xantoproteica?


85

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 86

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT • Les proteïnes tenen diferents funcions en l’ésser huma: estructural, de transport, enzimàtica, hormonal, de defensa, contràctil i homeostàtica. És necessari consumir-ne perquè les cèl·lules animals no són capaces de sintetitzar els vint tipus d’aminoàcids (les proteïnes estan formades per aminoàcids).

cultats per alliberar al medi grups OH!, és a dir, els seus grups amino (!NH2) no es podran ionitzar. Sense detallar-ne el radical variable, té aquesta estructura: H H2N!C!COOH

H ionització

→ H2N!C!COO! " H3O"

"H2O

R ACTIVITATS 4.1. En els aminoàcids naturals tant el grup amino com el grup àcid o carboxil s’uneixen al carboni α, que és el carboni més proper al carboni del grup carboxil; per tant, són α-aminoàcids. Dels vint aminoàcids naturals coneguts, un, la glicina, presenta el carboni α simètric, ja que té dues de les quatre valències saturades pel mateix tipus de radical; concretament, estan saturades per hidrògens, per tant, hi ha dinou aminoàcids que tenen com a mínim un carboni asimètric. A més, la isoleucina i la treonina també tenen el carboni següent (el carboni β) simètric. En resum, hi ha disset aminoàcids naturals amb un carboni asimètric i dos aminoàcids amb dos carbonis asimètrics. 4.2.

H H2N!C!COOH

Glicina

H

H ionització

→ OH! " "H3N!C!COO! " H3O"

"2H2O

R

R

Si el pH del medi és 4, hi ha més grups H3O" al medi que si el pH és 6,5; per tant, l’aminoàcid tindrà més dificultats per alliberar al medi grups H3O", és a dir, els seus grups àcids (!COOH) no es podran ionitzar. Sense detallar-ne el radical variable, té aquesta estructura: H

H ionització

"H2O

→ OH! " "H3N!C!COOH R

Si el pH del medi és 10, hi ha més grups OH! al medi que si el pH és 6,5; per tant, l’aminoàcid tindrà més difi-

86

4.5. La càrrega és 0. L’estructura química és la següent: H H2N!C!COOH

H ionització

→ OH! " "H3N!C!COO!" H3O"

"2H2O

CH3

H

4.4. Si el pH és 6,5, l’aminoàcid es troba just al seu punt isoelèctric (iso # igual), que significa que a aquest pH l’aminoàcid adopta la forma d’ió dipolar (estructura de zwitterió), i presenta tantes càrregues positives com negatives, és a dir, la càrrega elèctrica total és 0. Sense detallar-ne el radical variable, té aquesta estructura:

R

L’aminoàcid ionitzat es desplaça cap al càtode (elèctrode !) quan és un catió, és a dir, quan la càrrega total és positiva, i això succeeix quan el pH és 4. L’aminoàcid ionitzat no es desplaça ni cap a l’ànode ni cap al càtode quan la càrrega total és 0, i això passa quan el pH és 6,5.

CH3

4.3. Que a partir d’un pH determinat, diferent segons el tipus d’aminoàcid, si el medi es fa bàsic, es comporta com un àcid i allibera radicals hidroni (H3O"), que neutralitzen l’excés de basicitat; en canvi, si el medi s’acidifica, es comporta com una base i allibera radicals hidroxil (OH!), que neutralitzen l’excés d’acidesa.

H2N!C!COOH

L’aminoàcid ionitzat es desplaça cap a l’ànode (elèctrode ") quan és un anió, és a dir, quan la càrrega total és negativa, i això succeeix quan el pH és 10.

4.6. Si s’observa el gràfic del llibre, es veu que el punt isoelèctric de l’alanina és pH 6,02. Per tant, les estructures són:

H

H2N!C!COOH

R

H2N!C!COO! CH3 Alanina a pH 9

H H3N!C!COOH

"

CH3 Alanina a pH 2

4.7. La gràfica mostra com varia el pH d’una dissolució molt àcida d’alanina quan s’hi afegeix una base, és a dir, quan s’hi afegeixen ions hidroxil (OH!). La característica més evident del gràfic és que hi ha dos pH (pH # 3,3 i pH # 10,7, però si el gràfic fos correcte, veuríem que els valors reals del gràfic haurien de ser pH # 2,3 i pH # # 9,7), en els quals, per variar-los, cal afegir-hi molts ions (OH!); és a dir, en aquests graus d’acidesa l’alanina constitueix un bon estabilitzador de pH i, per tant, és una bona dissolució amortidora. A continuació s’exposa l’explicació detallada d’aquest procés. Segons aquest gràfic, si el pH és 1, és a dir, té molt ió hidroni (H3O"), tota l’alanina actua com una base, és a dir, tota està en forma catiònica (H2N !CHCH3 !COOH " H2O → OH! " H3N"CHCH3 !COOH); per tant, va originant ions hidroxil (OH!), que intenten contrarestar l’acidesa del medi (H3O" " OH! → 2H2O). Si el pH és 3,3, (en realitat és 2,3) hi ha un equilibri entre aquesta forma i la forma d’ió dipolar o zwitterió (OH! " "H3N ! CHCH3 ! COOH " ! " ! " " H2O → ← OH " H3N ! CHCH3 ! COO " H3O ), és a dir, en una forma iònica que, ja que no hi ha tants ions H3O" com abans, no tan sols genera ions OH!, sinó també ions H3O". Si el pH és 6,02, tota l’alanina es troba en forma dipolar (OH! " "H3N !CHCH3 ! ! COO! " H3O"). Si el pH és 10,7 (en realitat és 9,7), hi ha un equilibri entre la forma dipolar i la forma d’anió


917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 87

SOLUCIONARI

(OH! " "H3N !CHCH3 !COO! " H3O") → ← H2O " H2N !CHCH3 !COO! " H3O"), ja que, si el pH és aquest, hi predominen els ions hidroxil (OH!) i, per contrarestarlos, el que fa falta és que l’alanina ionitzada generi ions hidroxoni (H3O"). Finalment, si el pH és 12, tota l’alanina es troba en forma aniònica (H2N !CHCH3 !COO! " " H3O"), és a dir, generen ions hidroni (H3O"). 4.8. Els components que formen una cadena polipeptídica són els aminoàcids i l’enllaç que els uneix és l’enllaç peptídic. 4.9.

H

H

H2N!C!CO!HN!C!COOH CH2

CH2

OH

C6H5

Dipèptid Ser - Phe

4.10. El primer aminoàcid és l’Ala; el segon és Lys, i el tercer tan sols pot ser el Glu. H

H

H2N!C!CO!HN!C!CO!HN!C!COOH CH2

(CH2)4

C6H5

NH2

En la conformació-β els aminoàcids no formen una hèlix, sinó una cadena estesa en forma de ziga-zaga, a causa de la manca d’enllaços d’hidrogen entre els aminoàcids pròxims. Si la cadena amb conformació-β es replega, es poden establir enllaços d’hidrogen entre els segments, abans distants, que ara han quedat propers. Això dóna lloc a una làmina en ziga-zaga, molt estable, anomenada làmina plegada. Aquesta estructura també es pot formar entre dues o més cadenes polipeptídiques diferents. 4.15. Els enllaços d’hidrogen, també anomenats ponts d’hidrogen.

Els aminoàcids es formen en la direcció que el grup carboxil del primer aminoàcid s’uneix amb el grup amino del segon aminoàcid. Així doncs, en una cadena polipeptídica, l’extrem en què apareix el grup amino del carboni α lliure correspon al primer aminoàcid, i l’extrem que presenta el grup carboxil del carboni α lliure correspon al darrer aminoàcid.

H

hidrògens dels grups (!NH!) queden orientats en la direcció contrària, i es formi una hèlix que presenta 3,6 aminoàcids per volta.

(CH2)2 COOH

Tripèptid Phe - Lys - Glu

4.11. a) Lys, Met - Ala - Arg, i Met - Val. b) Phe - Lys, Cys - Met - Arg, i Lys. 4.12. Com que hi intervenen nou aminoàcids, hi haurà vuit enllaços peptídics que hauran alliberat una molècula d’aigua cadascun; per tant, el pes molecular de l’oligopèptid és: 4 (PM de l’alanina # 89) " 3 (PM de la valina # 117) " 2 (PM de la glicina # 75) ! 8 (PM de l’aigua # 18) # 713. 4.13. Els components d’un aminoàcid són: grup carboxil (!COOH), grup amino (!NH2), hidrogen ( !H) i radical (!R), units al mateix carboni (C). L’estructura primària és una seqüència d’aminoàcids units per l’enllaç peptídic. 4.14. L’estructura secundària en α-hèlix es forma quan l’estructura primària s’enrotlla helicoïdalment sobre si mateixa. Això és degut a la formació d’enllaços d’hidrogen entre l’oxigen del !CO! d’un aminoàcid i l’hidrogen del !NH! del quart aminoàcid que el segueix. La formació espontània d’aquests enllaços d’hidrogen fa que tots els oxígens dels grups (!CO!) quedin orientats en la mateixa direcció, mentre que tots els

4.16. Els enllaços covalents forts anomenats ponts disulfur, i els enllaços febles dels tipus següents: enllaç d’hidrogen, interacció iònica, forces de Van der Waals i interaccions hidrofòbiques. 4.17. Enllaços febles del mateix tipus que els enllaços febles que mantenen l’estructura terciària globular. No són mai enllaços covalents. 4.18. Si hi ha 100 aminoàcids, hi haurà 99 enllaços peptídics, i com que en cada enllaç peptídic es perd una molècula d’aigua, el pes molecular de la proteïna serà el següent: 100 $ 120 ! 99 $ 18 # 10.218. 4.19. Les proteïnes que presenta una cadena polipeptídica molt estirada lògicament no es poden estirar; en canvi, si presenten la cadena polipeptídica encongida, en forma d’hèlix, sí que es poden estirar. La proteïna de la seda és la fibroïna, que és una β-queratina, és a dir, una cadena polipeptídica ja estirada, en forma d’estructura secundària. Lògicament, no es pot estirar. El col·lagen és una triple hèlix, en què cadascuna de les tres hèlixs és una hèlix molt estirada, l’anomenada hèlix de col·lagen. Per tant, tampoc no es pot estirar. En canvi, la llana (com els cabells) està formada per α-queratina, és a dir, per una cadena polipeptídica en forma d’α-hèlix. Si s’humiteja i s’escalfa, els enllaços d’hidrogen que mantenen l’α-hèlix es trenca, amb la qual cosa s’allarga gairebé el doble; és a dir, sí que es pot estirar. És ben sabut que posteriorment, quan es refreda, els enllaços d’hidrogen es tornen a formar, i gràcies a això, l’estructura α-hèlix es restableix, amb el consegüent encongiment de la fibra, que generalment queda més curta que al principi (això explica l’encongiment de la roba de llana). En el cas dels cabells, aquest mateix procés s’utilitza per canviar-ne la forma i per fixar aquesta nova forma, procés que s’anomena fer la permanent, que té els passos següents: 1) Cal enrotllar els cabells que s’han d’ondular al voltant d’un rul·lo. 2) S’hi ha d’afegir una substància reductora que trenqui els enllaços disulfur i escalfar-los perquè es trenquin els enllaços d’hidrogen que mantenen l’estructura secundària en α-hèlix, amb la qual cosa els cabells s’allarguen; després s’han de deixar els cabells en aquesta situació un temps determinat. 3) S’hi ha d’afegir una substància


87

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 88

SOLUCIONARI

oxidant perquè es tornin a formar els ponts disulfur, que ara ho faran en llocs diferents, amb la qual cosa fixaran la nova forma. 4) Cal rentar els cabells i deixar-los refredar, i així es tornaran a formar els enllaços d’hidrogen amb el consegüent escurçament dels cabells.

bular tenen més possibilitats que les filamentoses que els radicals ionitzables, com que queden envoltats d’una capa de molècules d’aigua, impedeixin la unió de les molècules entre si. Les filamentoses, com que tenen l’estructura secundària estirada, presenten més distància entre els radicals ionitzats, per la qual cosa molts segments no queden coberts de molècules d’aigua; això possibilita que a través d’aquests segments s’uneixin moltes cadenes polipeptídiques, i així arriben a assolir dimensions enormes que en provoquen la precipitació.

4.20. L’animal utilitzat era el porc, perquè la seva insulina només presenta un aminoàcid diferent. S’ha substituït per insulina humana obtinguda de bacteris transgènics perquè aquest aminoàcid diferent feia que no fos tant adequada i perquè mantenir les granges de porcs era molt car. 4.21. Perquè el radical amino !NH2 en un medi àcid capta un protó (H") i passa a ser un radical (!NH3"), però com que aquest protó prové de l’aigua, el mateix procés consisteix, en primer lloc, en la unió del grup amino (!NH2) a una molècula d’aigua per formar el grup !NH3OH, que després s’ionitza i queda un radical (!NH3"). 4.22. Presenten molts enllaços disulfur l’ovoalbúmina i la queratina, ja que amb la calor es desnaturalitzen i precipiten. Només es renaturalitza la queratina, com demostra el fet que el cabell recupera la seva forma natural dies després d’una permanent. 4.23. De la seqüència d’aminoàcids o l’estructura primària, especialment dels aminoàcids que formen el centre actiu si es tracta d’un enzim, i de les estructures secundària, terciària i quaternària (aquestes dues darreres en el cas que les tingui). Encara que la seqüència d’aminoàcids sigui la correcta, si la cadena polipeptídica no adopta l’estructura requerida, la proteïna no podrà dur a terme correctament moltes de les funcions que exerceix. 4.24. S’entén que una temperatura elevada és més de 60 °C, però sense arribar a centenars de graus, condició en què fins i tot es trencarien els enllaços peptídics. A aquestes temperatures elevades, els enllaços que es trenquen són els enllaços d’hidrogen que mantenen l’estructura α-hèlix i també els enllaços febles que mantenen les estructures terciària i quaternària. Els enllaços de pont disulfur resisteixen molt l’efecte de la temperatura, per la qual cosa les proteïnes que són riques en això suporten millor les temperatures altes. Aquest procés de pèrdua d’estructura quaternària, terciària i, fins i tot, secundària (tan sols queda l’estructura primària gràcies al fet que l’enllaç polipeptídic és molt fort) s’anomena desnaturalització. Si la proteïna, per exemple, era un enzim, quan es destrueixen els nivells estructurals superiors, la forma del centre actiu ja no coincideix amb la del substrat, i, per tant, la proteïna haurà perdut la funció biocatalitzadora; si era una proteïna estructural, els perjudicis són menors; per exemple, les fibres de queratina dels cabells, quan s’escalfen, simplement s’allarguen, i després, quan es refreden, simplement s’escurcen i es deformen una mica. 4.25. La major part de les proteïnes tenen un pes molecular elevat; per tant, més que de solubilitat s’ha de parlar de dispersabilitat, és a dir, de capacitat de formar dispersions col·loïdals. Les que presenten una forma glo-

88

4.26.

H

H

H

H3N!C!CO!HN!C!CO!HN!C!COO!

"

(CH2)4

(CH2)2

NH"3

COO!

CH3

Tripèptid Lys - Glu - Ala ionitzada

4.27. Perquè, a causa de les mutacions, s’han produït canvis a l’atzar en la seqüència d’aminoàcids, que, com que no afecten el centre actiu, en el cas que tinguin funció biocatalitzadora, o les propietats de resistència mecànica, si tenen funció estructural, etc., no s’han eliminat per selecció natural i, per tant, han generat diferències moleculars fins i tot entre els individus d’una mateixa espècie. Per això hi ha moltes possibilitats que el sistema immunològic del receptor no reconegui algunes proteïnes de l’òrgan trasplantat, i així es desencadena una reacció antigen-anticòs contra les proteïnes de membrana de les cèl·lules de l’òrgan rebut. 4.28. És la part no polipeptídica d’una heteroproteïna (proteïna constituïda per una cadena polipeptídica i una fracció que no està formada d’aminoàcids). En són exemples els grups hemo, els oligosacàrids de les glicoproteïnes, els lípids de les lipoproteïnes i l’àcid fosfòric de les fosfoproteïnes. 4.29. A les glicoproteïnes (tenen dos grups d’oligosacàrids). 4.30. • Alanina

• Aminoàcid aromàtic

• Vitel·lina

• Proteïna filamentosa

• Histona

• Cromoproteïna

• Hemoglobina

• Fosfoproteïna

• Tirosina

• Proteïna globular

• Queratina

• Aminoàcid alifàtic

4.31. Amb la funció contràctil. 4.32. Perquè és la molècula que capta l’oxigen (O2) de l’aire i el transporta fins als llocs on és molt poc abundant i, en canvi, hi abunda el CO2, la qual cosa fa que l’hemoglobina alliberi l’oxigen. Aquest travessa les membranes plasmàtiques i mitocondrials, i a les crestes mitocondrials reacciona amb els hidrògens procedents de la matèria orgànica, i forma una molècula d’aigua. El O2 s’intercala entre el Fe2" del grup hemo i l’aminoàcid 63 (una histidina) de la globina, al qual abans de l’arribada de l’oxigen està unit aquest Fe2".


917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 89

SOLUCIONARI

4.33. Significa catalitzador de reaccions biològiques, és a dir, una substància que, sense gastar-se en la reacció, l’accelera, és a dir, no fa que es formi més producte sinó que se’n formi la mateixa quantitat però en menys temps. 4.34. Perquè les hormones són biocatalitzadors específics, és a dir, que acceleren unes reaccions biològiques concretes. Sense les hormones, aquestes reaccions pràcticament no tindrien lloc, i l’organisme podria arribar a morir. És el cas, per exemple, dels diabètics insulinodependents, que necessiten de tres a quatre injeccions diàries d’insulina. Si l’alteració simplement consisteix en menys producció, les conseqüències, lògicament, no són tan greus; per exemple, és el cas del nanisme per dèficit de producció d’hormona del creixement. Les hormones es diferencien dels enzims en el fet que no actuen al lloc on es produeixen, sinó que la glàndula que les produeix les vessa a la sang, o a la saba si són hormones vegetals, i així es transporten a totes les cèl·lules de l’organisme; però tan sols actuen sobre les cèl·lules diana, que són les que tenen receptors específics d’aquestes hormones a les membranes.

6. Gly-Ala-Ser 7. Ala-Ser-Ser 8. Ala-Gly-Gly 9. Ser-Ala-Ala 10. Ser-Gly-Gly 11. Gly-Ser-Ser 12. Gly-Ala-Ala 13. Ser-Ala-Ser 14. Ser-Ser-Ala 15. Gly-Ala-Gly 16. Gly-Gly-Ala 17. Ala-Ser-Ala 18. Ala-Ala-Ser 19. Gly-Ser-Gly 20. Gly-Gly-Ser 21. Ser-Gly-Ser

4.35. a) A la cromatina humana no hi ha proteïnes. (Fals.) Les histones són proteïnes.

22. Ser-Ser-Gly

b) La tripsina és una hormona important. (Fals.) És un enzim.

24. Ala-Ala-Gly

c) La penicil·lina té funció de reserva. (Fals.) Té funció de defensa.

26. Ser-Ser-Ser

d) L’especialització és una de les característiques dels enzims. (Cert.) e) Les lipoproteïnes transporten ferro. (Fals.) Transporten lípids. 4.36. a) És negativa. b) És negativa. c) És positiva.

23. Ala-Gly-Ala 25. Ala-Ala-Ala 27. Gly-Gly-Gly 4.41. L’enllaç és:

R’

H

H2N!C!COOH " H2N!C!COOH "

R

H

Aminoàcid 1

Aminoàcid 2

d) És bàsic. 4.38. Amb dos de diferent tipus se’n poden fer dos. Amb dos del mateix tipus només se’n pot fer un. 4.39. Els tripèptids són: 1. Ala-Ser-Gly 2. Ala-Gly-Ser 3. Ser-Ala-Gly 4. Ser-Gly-Ala 5. Gly-Ser-Ala 6. Gly-Ala-Ser 4.40. Els tripèptids són: 1. Ala-Ser-Gly 2. Ala-Gly-Ser 3. Ser-Ala-Gly 4. Ser-Gly-Ala 5. Gly-Ser-Ala

→

Enllaç peptídic

H

-------→

4.37. Sí, la isoleucina i la treonina.

H2O

R’

→ H2N!C!CO ! HN!C!COOH R

H Dipèptid

4.42. a) Entre dues cisteïnes es formarà un enllaç disulfur. b) Entre una glutamina i una tirosina es formarà un enllaç d’hidrogen. c) Entre una lisina i un àcid glutàmic es formarà una interacció iònica. d) Entre una treonina i un àcid aspàrtic es formarà un enllaç d’hidrogen. e) Entre una leucina i una alanina es formarà una interacció hidrofòbica. f) Entre dues fenilalanines es formarà una interacció hidrofòbica. 4.43. En medi àcid tindrà càrrega positiva. En medi neutre tindrà càrrega neutra.


89

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 90

SOLUCIONARI

En medi bàsic tindrà càrrega negativa. 4.44. En medi àcid migrarà cap al càtode. En medi neutre migrarà cap al càtode. En medi bàsic migrarà cap a l’ànode. 4.45. Les estructures són: O

Enllaç peptídic

COOH

O

C ––--- NH!C!H NH2!C!H

CH2

COOH

C ––--- NH!C!H NH2!C!H

CH2

CH2

CH2 COOH

4.51. Les dades necessàries són que coincideixi la seqüència d’aminoàcids i que presentin la mateixa estructura tridimensional. 4.52. Estructural dels teixits conjuntius ! Elastina. Enzimàtica ! Tripsina. Reserva energètica de la llet ! Caseïna.

COOH

Estructural en el teixit ossi ! Col·lagen.

Asp-Phe Phe-Asp

4.46. Es tracta del tetrapèptid Phe-Ser-Glu-Arg, que està format per l’enllaç peptídic i que es troba en: H

Estructural en el teixit epidèrmic ! Ceratina. Transport d’oxigen ! Hemocianina. Reserva energètica a la sang ! Seroalbúmina. Hormonal ! Tiroxina. Contracció muscular ! Actina.

N!H

Defensa davant microbis infectants ! Immunoglobulina.

H!C!CH2!

Phe

→

O"C N!H H!C!CH2!OH

Ser

O"C

→

N!H

O

O"C

3 $ (89) # 4 $ (146) # 5 $ (117) ! 11 $ (18) " 1.238 daltons. O!

→

NH

4.53. Són els que no poden ser sintetitzats per l’organisme i han de ser ingerits en la dieta. Les plantes no poden tenir problemes per manca d’aminoàcids essencials, ja que les plantes no es nodreixen de matèria orgànica sinó que sintetitzen tots els aminoàcids que tenen a partir de matèria inorgànica. El que sí que pot passar és que els humans no tinguem tots els aminoàcids essencials que necessitem. Els éssers humans tenim vuit aminoàcids essencials. 4.54. El seu pes molecular seria:

Glu

H!C!CH2!CH2!C

INTERPRETACIÓ DE DADES NH#2

H!C!CH2!CH2!CH2!NH!CH2 O"C NH2 O!H Arg

4.56. Si fem la gràfica de coeficients de migració respecte al pes molecular s’observa que no hi ha cap relació. Cm 0,8 0,7

4.47. És degut al fet que la solubilitat augmenta en dissolucions salines diluïdes, ja que els ions salins s’apropen als radicals polars i augmenten la seva polaritat, però disminueix en dissolucions salines concentrades, ja que els ions salins competeixen amb els radicals polars per les molècules d’aigua.

0,6

4.48. Es tracta de la proteïna caseïna.

0,1

Ha precipitat perquè s’ha desnaturalitzat en canviar el grau d’ionització dels seus radicals amb càrrega i ha precipitat. 4.49. Dos o més.

90

4.50. La solubilitat de les proteïnes és deguda a una proporció més alta d’aminoàcids amb radicals polars (sobretot si tenen càrrega) que d’aminoàcids amb radicals apolars. Els radicals polars estableixen enllaços d’hidrogen amb les molècules d’aigua i, així, cada molècula queda recoberta d’una capa de molècules d’aigua que impedeix que es pugui unir a altres molècules proteiques, fet que en provocaria la precipitació.

0,5 0,4 0,3 0,2 0 GLY

SER

THR

ILE

ASP

GLU

PHE

TYR

En canvi, si tenim en compte que hi ha quatre tipus d’aminoàcids respecte a la càrrega elèctrica i separem


917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 91

SOLUCIONARI

els aminoàcids apolars dels polars sense càrrega i dels polars amb càrrega, tant si és positiva com negativa, obtenim unes gràfiques bastant significatives.

Aquí també es compleix que quan en el radical és més gran la part apolar respecte a la part polar, més fàcilment és arrossegat pel dissolvent i més avança.

A) Aminoàcids apolars

C) Aminoàcids amb càrrega negativa

Aquests són:

Aquests aminoàcids són:

Aminoàcid

PM

Cm

Aminoàcid

PM

Cm

GLY

75

0,26

ASP

133

0,24

ALA

89

0,38

GLU

147

0,3

VAL

117

0,6

Cm

LEU

131

0,73

0,35

ILE

131

0,72

0,3

PRO

131

0,43

0,25

MET

149

0,55

0,2

PHE

165

0,68

0,15

Cm 0,8

0,1 0,05

0,7

0

0,6

ASP

0,5

GLU

0,3

Aquí també es compleix que quan en el radical és més gran la part apolar respecte a la part polar, més fàcilment és arrossegat pel dissolvent i més avança.

0,2

D) Aminoàcids amb càrrega positiva

0,1

Aquests aminoàcids són:

0,4

0 GLY ALA

VAL

LEU

ILE

PRO

MET

PHE

S’observa que quan el pes molecular és més gran augmenta la velocitat de migració, per tant, no es compleix que ser una molècula petita afavoreix una velocitat més alta, sinó tot el contrari. Sembla que tenir un radical gran, com que és apolar, afavoreix ser arrossegat per un dissolvent ric en n-butanol que és un bon dissolvent orgànic. Aquest criteri explica la velocitat més baixa de la prolina, ja que aquesta té un grup !NH! i de la metionina, ja que aquesta també té un àtom de sofre intern (!S!) que li resta polaritat.

Aminoàcid

PM

Cm

LYS

146

0,14

ARG

175

0,2

Cm 0,25 0,2 0,15 0,1

B) Aminoàcids polars sense càrrega 0,05

Aquests són: Aminoàcid

PM

Cm

SER

105

0,27

THR

119

0,35

TYR

181

0,45

0 LYS

ARG

Aquí no es compleix que quan en el radical és més gran la part apolar respecte a la part polar més fàcilment és arrossegat pel dissolvent i més avança, però les diferències són tan mínimes que no resulten prou significatives. El que sí que queda clar és que com que el dissolvent és molt àcid, la polaritat d’aquests aminoàcids serà la màxima de tots ells i, per tant, tindran les velocitats de migració més baixes.

Cm 0,5 0,4 0,3 0,2

4.57. Totes tenen càrrega negativa, per tant, totes són anions i migren cap a l’ànode.

0,1 0 SER

THR

TYR

Les α-globulines tenen un pes molecular inferior a 90.000 i superior a 65.000.


91

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 92

SOLUCIONARI

Es considera que hi ha dues α-globulines perquè en l’electroforesi surten dues ratlles ben diferenciades i no només una.

4. a) pH " 3 H3N!CH!COOH

#

L’electroforesi és una tècnica molt utilitzada en anàlisis clíniques perquè permet detectar si hi ha una desproporció de proteïnes en sang, cosa que revelaria un problema del fetge (l’albúmina se sintetitza al fetge) o una infecció (les γ-globulines augmenten quan hi ha una infecció), etc.

R b) pH " 5,5 H3N!CH!COO!

#

R c) pH " 7,5

LABORATORI

H2N ! CH ! COO!

58. Resposta model.

• Prova de Biuret. El color violeta només apareix en les dispersions on hi ha proteïnes (clara d’ou, llet i albúmina), però no on hi ha aminoàcids, perquè no hi ha enllaços peptídics, ni en l’aigua. • Prova xantoproteica. Aquesta prova només donarà positiva en les dispersions proteiques, perquè segur que tenen Phe, Tyr i Trp. Donarà negativa en l’aigua i en la dissolució de Gly.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Les proteïnes són biomolècules orgàniques constituïdes per la unió de més de cinquanta aminoàcids. Si tenen menys de deu aminoàcids s’anomenen oligopèptids i si en tenen entre deu i cinquanta s’anomenen pèptids. 2. Un aminoàcid es caracteritza per presentar un grup carboxil o àcid i un grup amino, units al primer carboni. Això constitueix la part constant de la molècula. La part variable és el que diferencia els aminoàcids entre si. H ← part constant H2N!C!COOH R

← part variable o radical

3. Vol dir que un dels seus carbonis presenta els quatre radicals diferents. Això li confereix la propietat òptica de desviar la llum polaritzada, a la dreta o a l’esquerra, segons la configuració que presentin. Només hi ha un aminoàcid que no presenta cap carboni asimètric.

92

R 5.

R’

H

H2N!C!COOH # H2N!C!COOH #

R

H

Aminoàcid 1

Aminoàcid 2

H2O

→

Enllaç peptídic

H

-------→

• Desnaturalització de les proteïnes. A les dispersions on hi ha proteïnes (clara d’ou i albúmina) s’ha d’observar la presència de grumolls com a conseqüència de la desnaturalització de les proteïnes per canvi de pH (àcid clorhídric i hidròxid de sodi), per alteració de la concentració salina, per deshidratació amb acetona i per l’augment de la temperatura. Amb la llet només s’observa desnaturalització per canvi del pH, però no en els altres casos, a causa de l’alta quantitat d’aigua. En canvi, on hi ha aminoàcids i on només hi ha aigua no s’ha d’observar cap canvi. Per agitació, només té lloc aquest fenòmen amb l’ou i amb l’albúmina. En la llet hi ha massa aigua i no hi ha canvis.

R’

→ H2N!C!CO ! HN!C!COOH R

H Dipèptid

Els enllaços químics entre aminoàcids s’anomenen enllaços peptídics, i les cadenes que es formen, pèptids. 6. L’estructura primària d’una proteïna és la seqüència d’aminoàcids, és a dir, quins aminoàcids hi ha i com estan ordenats. Dependrà de la informació genètica de l’individu. 7. Per detectar la presència de proteïnes en l’orina faria la prova xantoproteica, que consisteix en la reacció que té lloc entre els radicals aromàtics i l’àcid nítric, formant un compost nitrat de color groc canari, i la posterior reducció amb hidròxid amoni, que dóna un compost de color marró ataronjat. No em serviria en el cas que les proteïnes que calgués detectar no presentessin cap aminoàcid amb anell de benzè (fenilalanina, tirosina i triptòfan). 8. L’estómac és un òrgan de l’aparell digestiu la principal funció del qual és la digestió física (per part de l’àcid clorhídric i les contraccions de les parets) i química (que també es pot dur a terme gràcies al suc pancreàtic i a l’intestinal) de les proteïnes. La proteïna de la llet es desnaturalitza gràcies a l’àcid clorhídric segregat per l’estómac. Si no hi ha estómac, aquesta desnaturalització no es produirà i, per tant, el procés digestiu serà més dificultós. El iogurt s’obté a partir de la desnaturalització física provocada pels bacteris de l’àcid làctic, per tant, la desnaturalització física ja s’ha produït. 9. Quan una proteïna es desnaturalitza se li trenquen els enllaços que en mantenen les estructures terciàries i secundàries, de manera que perd les característiques i funcions, ja que es torna filamentosa i precipita.


917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 93

SOLUCIONARI

10. El principal criteri que es té en compte a l’hora de classificar les proteïnes és si estan constituïdes exclusivament per aminoàcids (holoproteïnes) o si també presenten un altre tipus de molècula: grup prostètic (heteroproteïnes). Dins les holoproteïnes podem diferenciar les filamentoses (només presenten estructura secundària, per exemple: el col·lagen, en tendons) i les globulars (amb estructura terciària, per exemple, les histones, en la cromatina). Les heteroproteïnes es classifiquen segons la molècula no proteica que portin associada. Per exemple: caseïna (fosfoproteïna), hemoglobina (porfirina amb un catió ferrós). PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. Un aminoàcid és una molècula que es caracteritza per la presència d’un grup carboxil o àcid i un grup amino, units al primer carboni. Això constitueix la part constant de la molècula. La part variable és el que diferencia els aminoàcids entre si. Segons aquesta part variable en podrem trobar vint de diferents a la naturalesa. 2. Els aminoàcids essencials són els que són imprescindibles per a la formació de les proteïnes pròpies, i l’organisme no els pot sintetitzar. Només es poden obtenir a través de la dieta. 3. Els aminoàcids tenen un comportament amfòter perquè poden actuar com a àcids o com a bases, és a dir, el grup àcid o carboxil allibera protons i el grup bàsic o amino capta protons. Gràcies a aquesta propietat tenen la capacitat de mantenir constant el pH del medi (efecte amortidor o tampó). 4. Si el pH del medi és 4 aquest aminoàcid amb un punt isoelèctric de 6,5 captarà protons i, per tant, tindrà una càrrega elèctrica positiva: H3N"CH"COO" H! R

!

pH < pI

→ !H3N"CH"COOH → R

5. S’estableix un enllaç covalent entre el grup àcid d’un aminoàcid amb el grup amino del següent aminoàcid, que dóna lloc al despreniment d’una molècula d’aigua. S’anomena enllaç peptídic.

R’

H

H2N"C"COOH ! H2N"C"COOH !

R

H

Aminoàcid 1

Aminoàcid 2

H2O

→

Enllaç peptídic

-------→

H

R’

→ H2N"C"CO " HN"C"COOH R

H Dipèptid

6. Podríem obtenir: 3 # 2 # 1$ 6 estructures primàries diferents.

Ala

Cys

Met

Ala

Met

Cys

Cys

Met

Ala

Cys

Ala

Met

Met

Cys

Ala

Met

Ala

Cys

7. La prova de Biuret es basa en la reacció que té lloc entre els àtoms de coure i dos o més enllaços peptídics, que forma un complex de color violeta característic, per tant, no podrem detectar dipèptids ni proteïnes en l’orina, perquè aquesta reacció també es produeix amb la urea. La prova xantoproteica consisteix en la reacció que té lloc entre els radicals aromàtics i l’àcid nítric, que forma un compost nitrat de color groc canari, i la posterior reducció amb hidròxid d’amoni, que dóna un compost de color marró ataronjat. No ens serviria en el cas que les proteïnes que calgués detectar no presentessin cap aminoàcid amb anell de benzè, com la fenilalanina, la tirosina i el triptòfan. 8. Sí, perquè els aminoàcids essencials abunden en les proteïnes d’origen animal, i si la dieta conté ou i llet ja els proporcionen. 9. Una proteïna es pot desnaturalitzar per: Canvis del pH del medi, com en la producció del iogurt per part dels bacteris de l’àcid làctic. Variacions de temperatura: quan fem un ou ferrat, una truita o un ou dur. Agitació molecular: quan fem les clares a punt de neu. 10. Funció estructural: queratina dels cabells (holoproteïna filamentosa). Funció de reserva: caseïna de la llet (heteroproteïna fosfoproteïna). Funció de transport: hemoglobina (heteroproteïna - cromoproteïna). Funció de defensa: γ-globulina (holoproteïna globular). Funció hormonal: hormona luteïnitzant (heteroproteïna glicoproteïna). FITXA DE REFORÇ 1. Els monòmers que formen les proteïnes són els aminoàcids que es caracteritzen per presentar un grup carboxil o àcid, i un grup amino, units al primer carboni. Això constitueix la part constant de la molècula. La part variable és el que diferencia els aminoàcids entre si. 2. Presenten la propietat òptica de desviar la llum polaritzada, a la dreta o a l’esquerra, segons la configuració que presentin, perquè tots els aminoàcids, menys la glicina, tenen un carboni asimètric. Els aminoàcids, químicament, tenen un comportament amfòter perquè poden actuar com a àcids o com a bases,


93

917280 _ 0080-0097.qxd

4

12/1/09

10:29

Página 94

SOLUCIONARI

és a dir, el grup àcid o carboxil allibera protons i el grup bàsic o amino capta protons. Gràcies a aquesta propietat tenen la capacitat de mantenir constant el pH del medi (efecte amortidor o tampó). 3. Els aminoàcids tenen un comportament amfòter perquè poden actuar com a àcids o com a bases, és a dir, el grup àcid o carboxil allibera protons i el grup bàsic o amino capta protons. Gràcies a aquesta propietat tenen la capacitat de mantenir constant el pH del medi (efecte amortidor o tampó). 4.

Captació de protons

Alliberament de protons

pH <7 H3N"CH"COOH

!

R → H2N"CH"COO"

pH> 7

→ +H3N"CH"COO"

→

H!

H!

R

R 5. El primer aminoàcid d’aquesta cadena polipeptídica: H2N " Cys " Ala " Met " Ala " Lys " COOH és Cys, perquè quan els aminoàcids s’uneixen entre si, formant un enllaç peptídic, sempre reacciona el grup (COOH) del primer aminoàcid amb el grup ("NH2) del següent. 6. Es podran formar sis tripèptids diferents: Phe

Ala

Met

Phe

Met

Ala

Ala

Phe

Met

Ala

Met

Phe

Met

Ala

Phe

Met

Phe

Ala

7. L’estructura secundària d’una proteïna és la disposició a l’espai de l’estructura primària. Els tres tipus que podem trobar són els següents: • α-hèlix: s’origina perquè s’estableixen enllaços d’hidrogen entre l’oxigen del ("CO") d’un aminoàcid i l’hidrogen del ("NH") del quart aminoàcid, originant una estructura helicoïdal de 3,6 aminoàcids per volta en els que tots els oxígens dels grups ("CO") queden orientats en la mateixa direcció, mentre que els hidrògens dels grups ("NH") queden orientats en la direcció contrària. Ex.: α-ceratina.

94

8. L’estructura terciària és la disposició a l’espai de l’estructura secundària, quan aquesta es plega sobre ella mateixa, originant una conformació globular. Aquesta estructura fa que les proteïnes que la presentin siguin solubles en aigua i dissolucions salines, possibilitant que realitzin funcions de transport, enzimàtiques, hormonals, etc. 9. L’estructura quaternària és l’associació de dues o més cadenes polipeptídiques en estructura terciària, idèntiques o no, unides mitjançant enllaços febles, no covalents. Cada cadena polipeptídica és un protòmer. 10. Solubilitat: dependrà de la major proporció d’aminoàcids amb radicals polars. Augmentarà la solubilitat en dissolucions salines, ja que augmenta la seva polaritat. El pH també influirà perquè modifica el grau d’ionització dels radicals polars. Desnaturalització: consisteix en el trencament dels enllaços que mantenen les seves estructures terciàries i secundàries, perdent les seves característiques i funcions, ja que es torna filamentosa i precipita. Les causes de la desnaturalització poden ser: canvis de pH, variacions de temperatura, variacions en la concentració salina i agitació molecular. 11. Holoproteïnes: si només estan formades per la unió d’aminoàcids. • Filamentoses: sense estructura terciària i insolubles en aigua. Ex.: queratina i elastina. • Globulars: Amb estructura terciària. Solubles en aigua. Ex.: ovoalbúmina i γ-globulina. Heteroproteïnes: unió d’aminoàcids més un grup no proteic o prostètic. • Cromoproteïnes: el grup prostètic és una substància amb color. Ex.: hemoglobina (sang) • Glicoproteïnes: el grup prostètic és un glúcid. Ex.: ribonucleases. • Lipoproteïnes: el grup prostètic està format per àcids grassos. Ex.: lipoproteïnes de la membrana cel·lular. • Fosfoproteïnes: el grup prostètic és l’àcid fosfòric. Ex.: vitel·lina del rovell de l’ou. 12. Relaciona les proteïnes de la columna de l’esquerra amb les funcions de la columna de la dreta: 1) Actina

b) Contràctil

2) Gammaglobulina

a) Defensa

• Hèlix de col·lagen: es tracta d’una hèlix més estesa que l’anterior a causa de l’abundància de prolina i hidroxiprolina que dificulten la formació d’enllaços d’hidrogen. Aquesta hèlix només presenta tres aminoàcids per volta i s’estabilitza gràcies a l’associació de tres hèlixs de col·lagen unides per ponts d’hidrogen, formant una superhèlix. Ex.: molècula de col·lagen.

3) Tiroxina

g) Biocatalitzadora

4) Hemoglobina

c) Transportadora

5) Col·lagen

f) Estructural

6) Lipasa

g) Biocatalitzadora

7) Caseïna

e) Reserva energètica

• Coformació-β: es tracta d’una cadena estesa en forma de ziga-zaga, a causa de la manca d’enllaços d’hidrogen entre els aminoàcids propers. Si hi ha diverses cadenes d’aquest tipus o es replega sobre si mateixa, es pot formar una estructura molt estable anomenada làmina plegada. Ex.: β-ceratina de la seda.

8) Antibiòtics

a) Defensa

9) Fibrinogen

a) Defensa

10) Lipoproteïna

c) Transportadora

13. La ingesta diària de proteïnes no ha de ser igual al llarg de la nostra vida perquè les necessitats proteiques són


917280 _ 0080-0097.qxd

4

12/1/09

10:29

Página 95

SOLUCIONARI

diferents segons si s’està en creixement, si una dona està embarassada, o si està alletant.

6. Es podran formar: 3 $ 3 $ 3 $ 3 # 81 tetrapèptids

14. No, perquè els aminoàcids essencials (els vuit aminoàcids que no podem sintetitzar) abunden més en les proteïnes animals.

Val

Val

15. Coneixem dues proves de reconeixement de proteïnes: 1. La prova de Biuret es basa en la reacció que té lloc entre els àtoms de coure i dos o més enllaços peptídics, que forma un complex de color violeta característic, per tant, no podrem detectar dipèptids, ni proteïnes en l’orina perquè aquesta reacció també es produeix amb la urea. 2. La prova xantoproteica consisteix en la reacció que es produeix entre els radicals benzènics i l’àcid nítric, que forma un compost nitrat de color groc canari, i la posterior reducció amb hidròxid d’amoni, i dóna un compost de color marró ataronjat. No ens serviria en el cas que les proteïnes a detectar no presentessin cap aminoàcid amb anell de benzè, com la fenilalanina, la tirosina i el triptòfan. FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Els components bàsics de les proteïnes són els aminoàcids, que es caracteritzen per presentar un grup carboxil o àcid i un grup amino, units al primer carboni. Això constitueix la part constant de la molècula. La part variable és el que diferencia els aminoàcids entre si. 2. Els aminoàcids es classifiquen segons si el seu radical o part variable presenta o no càrregues elèctriques. I, si en presenta, si aquesta és positiva (bàsics) o negativa (àcids). Per anomenar-los s’utilitzen les tres primeres lletres del nom en anglès, escrivint la primera lletra en majúscula. 3. Un aminoàcid quan es troba en un medi on el pH coincideix amb el seu punt isoelèctric s’anomena zwitterió. Adopta una forma dipolar neutre, amb tantes càrregues positives com negatives: H3N"CH"COO"

!

R 4. a) pH # 4,5 ! H3N"CH"COOH R Es desplaçarà cap al càtode

c) pH # 9 H2N"CH"COO" R es desplaçarà cap a l’ànode

5. COOH " Arg " NH2 COOH " Met " Lys " NH2 COOH " Ala " Cys " NH2 COOH " Met " NH2

b) pH # 6 ! H3N"CH"COO" R no es desplaçarà

Val

Leu

His Leu His

Val Leu His Val Leu His Val Leu His

etc. 7. Les possibles estructures secundàries són les següents: • α-hèlix: s’origina perquè s’estableixen enllaços d’hidrogen entre l’oxigen del ("CO") d’un aminoàcid i l’hidrogen del ("NH") del quart aminoàcid, que donen lloc a una estructura helicoïdal de 3,6 aminoàcids per volta en què tots els oxígens dels grups ("CO") queden orientats en la mateixa direcció, mentre que els hidrògens dels grups ("NH") queden orientats en la direcció contrària. • Hèlix de col·lagen: es tracta d’una hèlix més estesa que l’anterior a causa de l’abundància de prolina i hidroxiprolina que dificulten la formació d’enllaços d’hidrogen. Aquesta hèlix només presenta tres aminoàcids per volta i s’estabilitza gràcies a l’associació de tres hèlixs de col·lagen unides per ponts d’hidrogen, formant una superhèlix. • Coformació-β: es tracta d’una cadena estesa en forma de ziga-zaga, a causa de la manca d’enllaços d’hidrogen entre els aminoàcids propers. Si hi ha diverses cadenes d’aquest tipus o es replega sobre si mateixa, es pot formar una estructura molt estable anomenada làmina plegada. 8. L’estructura terciària és la disposició a l’espai de l’estructura secundària quan aquesta es plega sobre si mateixa origina una conformació globular. Aquesta estructura fa que les proteïnes que la presentin siguin solubles en aigua i dissolucions salines, i els permet fer funcions de transport, enzimàtiques, hormonals, etc. Les proteïnes que no arriben a formar estructures terciàries mantenen l’estructura allargada i originen les proteïnes filamentoses que són insolubles en aigua i en dissolucions salines, per això són idònies per exercir funcions esquelètiques. 9. La funció d’una proteïna dependrà dels radicals lliures que presentin per interaccionar amb altres molècules. Això dependrà de l’estructura que adopti, que alhora depèn de la seqüència d’aminoàcids que presenti. 10. Les propietats de les proteïnes dependran dels seus radicals i són les següents: Solubilitat: dependrà de la major proporció d’aminoàcids amb radicals polars. Augmentarà la solubilitat en dissolucions salines, ja que augmenta la seva polaritat. El pH també influirà perquè modifica el grau d’ionització dels radicals polars.


95

917280 _ 0080-0099.qxd

4

29/12/08

13:59

Página 96

SOLUCIONARI

Desnaturalització: consisteix en el trencament dels enllaços que mantenen les seves estructures terciàries i secundàries, perdent les seves característiques i funcions, ja que es torna filamentosa i precipita. Les causes de la desnaturalització poden ser: canvis de pH, variacions de temperatura, variacions en la concentració salina i agitació molecular. Especificitat: es refereix a les proteïnes que només interactuen amb unes determinades molècules (enzims, hormones, anticossos...) perquè tenen uns determinats radicals lliures que depenen de la seva configuració espacial), i també a les que són pròpies d’una determinada espècie, ja que les proteïnes se sintetitzen a partir de la informació genètica de l’individu, per això espècies properes, evolutivament parlant, tindran proteïnes més semblants que espècies més allunyades. Capacitat amortidora: en estar constituïdes per aminoàcids, que tenen un comportament amfòter, és a dir, que poden actuar com a àcids o com a bases, farà que les proteïnes també presentin aquesta capacitat amortidora. 11. Les proteïnes es classifiquen en: a) Holoproteïnes: si només estan formades per la unió d’aminoàcids. • Filamentoses: sense estructura terciària i insolubles en aigua. Ex.: queratina (cabells, ungles, pell). • Globulars: Amb estructura terciària. Solubles en aigua. Ex.: glutenina (del blat). b) Heteroproteïnes: unió d’aminoàcids més un grup no proteic o prostètic. • Cromoproteïnes: el grup prostètic és una substància amb color. Ex.: hemoglobina (sang). • Glicoproteïnes: el grup prostètic és un glúcid. Ex.: immunoglobulines (sang). • Lipoproteïnes: el grup prostètic està format per àcids grassos. Ex.: lipoproteïnes de la membrana cel·lular.

96

• Fosfoproteïnes: el grup prostètic és l’àcid fosfòric. Ex.: vitel·lina del rovell de l’ou. • Nucleoproteïnes: el grup prostètic és un àcid nucleic. Ex.: histones de la cromatina del nucli cel·lular. 12. Quatre proteïnes humanes amb funcions diferents: • Elastina: dóna elasticitat als vasos sanguinis. • Hemoglobina: transporta oxigen en la sang. • Immunoglobulines: funció de defensa immunitària. • Actina: contracció de la fibra muscular. 13. En la nostra dieta hem d’incloure un 14 % de proteïnes. A partir de la seva hidròlisi en l’aparell digestiu s’obtenen els aminoàcids, que passaran a la sang, a nivell de l’intestí. Quan arribin a les cèl·lules, la majoria dels aminoàcids serviran per fabricar les proteïnes pròpies, segons la informació genètica de la cèl·lula. Una part molt petita dels aminoàcids s’utilitzarà per obtenir energia, si no hi ha glúcids o lípids a disposició. 14. No, perquè els vuit aminoàcids essencials, és a dir, els que no podem sintetitzar, abunden més en les proteïnes animals. 15. La prova de Biuret es basa en la reacció que té lloc entre els àtoms de coure i dos o més enllaços peptídics, formant un complex de color violeta característic, per tant, no podrem detectar dipèptids ni proteïnes en l’orina, perquè aquesta reacció també es produeix amb la urea que conté l’orina. La prova xantoproteica consisteix en la reacció que es produeix entre els radicals aromàtics i l’àcid nítric, formant un compost nitrat de color groc canari, i la posterior reducció amb hidròxid amoni, que dóna un compost de color marró ataronjat. No ens serviria en el cas que les proteïnes a detectar no presentessin cap aminoàcid amb anell de benzè, com la fenilalanina, la tirosina i el triptòfan.


917280 _ 0080-0097.qxd

4

30/12/08

12:11

Página 97

SOLUCIONARI

Notes


97

917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 98

Els àcids nucleics

MAPA DE CONTINGUTS ELS ÀCIDS NUCLEICS tipus

estan formats per bioelements primaris

monòmers

C, O, H, N, P,

funcions

DNA (àcid desoxiribonucleic)

NUCLEÒTIDS

RNA (àcid ribonucleic)

tipus

tenen una estructura bàsica

polímer de desoxiribonucleòtids de: A, T, C o G

polímer de ribonucleòtids de: A, U, C o G tipus

NUCLEÒSID

RNAt tipus base nitrogenada

pentosa pot ser desoxiribosa

RNAm

àcid fosfòric monocatenari / bicatenari

ribosa

púrica

RNAr

pirimidínica RNAn circular / lineal

adenina (A)

citosina (C)

guanina (G)

timina (T)

transmissió, transcripció, traducció i emmagatzematge de la informació genètica

uracil (U)

amb ribosa

amb desoxiribosa

AMP, GMP, CMP, UMP.

dAMP, dGMP, dCMP, dTMP.

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. S’ha d’incidir en la importància de la composició i l’estructura dels àcids nucleics per a la funció que duen a terme. 2. Cal remarcar que són unes molècules universals en els éssers vius.

98


917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 99

Els àcids nucleics

OBJECTIUS 1. Conèixer les característiques generals dels àcids nucleics i els bioelements que els constitueixen. 2. Identificar els monòmers bàsics que formen els àcids nucleics, les molècules que els constitueixen, quins enllaços presenten i els tipus que hi ha. 3. Estudiar el DNA: tipus de nucleòtids que pot presentar, com s’enllacen i quin és el sentit de creixement. 4. Conèixer les diferents estructures i nivells d’empaquetament del DNA, segons la seva complexitat: estructura primària, estructura secundària, estructura terciària i els diferents nivells d’empaquetament.

5. Distingir els diferents tipus de DNA, la localització i la funció que fan en els éssers vius. 6. Estudiar l’RNA: diferents tipus de nucleòtids que pot presentar, els diferents tipus que hi ha, la localització i les funcions en els éssers vius. 7. Saber construir models moleculars de DNA, monocatenari i bicatenari. 8. Conèixer la tècnica d’extracció de DNA i fer-ne l’observació. 9. Valorar la importància d’aquestes molècules en la transmissió de la informació genètica. 10. Saber interpretar dades experimentals basades en l’anàlisi de la quantitat i dels tipus de nucleòtids.

CONTINGUTS • Coneixement de les característiques generals dels àcids nucleics i dels bioelements que els constitueixen. (Objectiu 1) • Identificació dels monòmers bàsics que formen els àcids nucleics, de les molècules que els constitueixen, dels enllaços que presenten i dels tipus que hi ha. (Objectiu 2) • Estudi del DNA: tipus de nucleòtids que pot presentar, com s’enllacen i quin és el sentit de creixement. (Objectiu 3). • Coneixement de les diferents estructures i nivells d’empaquetament del DNA, segons la seva complexitat. (Objectiu 4) • Estudi dels diferents tipus de DNA, de la localització i de la funció que fan en els éssers vius. (Objectiu 5) • Estudi de l’RNA, dels diferents tipus de nucleòtids que pot presentar, dels diferents tipus que hi ha, de la localització i de les funcions que fan en els éssers vius. (Objectiu 6) • Construcció de models moleculars de DNA, monocatenari i bicatenari. (Objectiu 7) • Extracció de DNA per fer-ne l’observació. (Objectiu 8) • Valoració de la importància d’aquestes molècules en la transmissió de la informació genètica. (Objectiu 9) • Interpretació de dades d’experimentals basades en l’anàlisi de la quantitat i dels tipus de nucleòtids. (Objectiu 10)


Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Conèixer les característiques generals dels àcids nucleics i els bioelements que els constitueixen. (Objectiu 1)

1

1

b) Saber quins són els monòmers bàsics que formen els àcids nucleics, les molècules que els constitueixen, els enllaços que presenten i els tipus que hi ha. (Objectiu 2)

2

2

c) Saber els tipus de nucleòtids que pot presentar el DNA, com s’enllacen entre si i quin és el sentit de creixement. (Objectius 3 i 7)

3, 7

4, 7

d) Conèixer les diferents estructures i nivells d’empaquetament del DNA, segons la seva complexitat. (Objectiu 4)

4, 5

3, 5

6

6

f) Saber quins són els diferents tipus de nucleòtids que pot presentar l’RNA, els tipus que hi ha, la localització i les funcions en els éssers vius. (Objectiu 6)

3, 7, 8

2, 7, 8

g) Conèixer la importància dels àcids nucleics en la transmissió de la informació genètica. (Objectiu 9)

9, 10

10

3

5, 7

e) Saber quins són els diferents tipus de DNA, la localització i la funció que fan en els éssers vius. (Objectiu 5)

h) Saber interpretar dades experimentals basades en l’anàlisi de la quantitat i dels tipus de nucleòtids. (Objectiu 10)


99

917280 _ 0098-0109.qxd

5

12/1/09

10:33

Página 100

AVALUACIÓ


1

Què són els àcids nucleics? Especifica els bioelements, els monòmers i les molècules que els formen.

2

Escriu, de manera esquemàtica, els diferents nucleòtids que pot presentar el DNA.

3

Digues si aquestes seqüències de bases nitrogenades pertanyen a un DNA o a un RNA i per què. a) b) c) d)

5’...ATCTTAGTGACTG...3’ 5’...GCUGGCAUGUGC..3’ 5’...UGUCAGCUGACG...3’ 5’...TGTCTACGTCGAG...3’

4

Què és l’estructura primària del DNA i quina importància biològica té?

5

Escriu l’estructura secundària d’aquesta seqüència de DNA. Indica’n el sentit de creixement. 3’...TAGGTCCAAGATCCAG...5’

6

Explica els tipus de DNA que hi ha i digues on els podem trobar.

7

Quines són les diferències bàsiques entre els nucleòtids de DNA i els d’RNA?

8

Quines característiques presenta l’RNA de transferència i quina funció té?

9

Quines són les principals funcions dels àcids ribonucleics? Explica-les breument.

10 Quina és la principal funció dels àcids nucleics i com la duen a terme? Explica-ho de manera esquemàtica.

100


917280 _ 0098-0109.qxd

5

12/1/09

10:33

Página 101

AVALUACIÓ


1

Què tenen en comú les molècules que s’inclouen en el grup dels àcids nucleics?

2

Escriu, de manera esquemàtica, els diferents tipus de nucleòtids que pot presentar l’RNA, especificant el tipus de molècules que els formen.

3

Tenim dues cadenes complementàries de DNA i en el procés d’extracció se n’ha perdut un fragment. Completa-les. 3’....ATGTGCCGAGTAGC...5’ 5’...TAC.............................3’

4

Quantes estructures primàries de DNA diferents podríem fer amb els nucleòtids següents: 2A, 3T, 1G i 4C?

5

Si una molècula de DNA té un 18% de nucleòtids de timina, quin deu ser el percentatge dels altres nucleòtids?

6

On podem trobar la molècula de DNA i de quins tipus n’hi ha?

7

Sabent el percentatge de bases nitrogenades, digues si les molècules següents pertanyen a un DNA o a un RNA, i si són monocatenàries o bicatenàries. a) 23% A, 27% C, 23% T i 27% G b) 18% A, 24% C, 32% U i 36% G c) 18% A, 32% C, 18% U i 32% G d) 16% A, 24% C, 25 % T i 35% G

8

Explica les característiques de l’RNA missatger, on el podem trobar i quina funció té.

9

Quins són els diferents tipus d’RNA que podem trobar a la cèl·lula? Digues on es localitzen.

10 Quina és la funció principal dels àcids nucleics? Relaciona, esquemàticament, tots els àcids nucleics

de la cèl·lula amb aquesta funció, especificant la funció concreta de cadascun.


101

917280 _ 0098-0109.qxd

5

12/1/09

10:33

Página 102


FITXA DE REFORÇ

1

Què és un nucleòtid? Quins són els seus constituents bàsics i com s’uneixen? Fes-ne un dibuix esquemàtic.

2

Quines diferències hi ha entre els nucleòtids de DNA i els d’RNA?

3

Dibuixa dos nucleòtids i digues com s’uneixen entre si per formar una estructura primària.

4

Escriu algunes seqüències de nucleòtids que podries fer amb aquests nucleòtids: 3T, 2A i 1C. Es tractaria de la mateixa molècula? Quina importància té això?

5

Quines són les bases complementàries que mantenen unides dues seqüències de nucleòtids per formar una estructura secundària?

6

Quins criteris es tenen en compte a l’hora de classificar els diferents tipus de DNA? Quins són i on els podem trobar?

7

Sabent el percentatge de bases nitrogenades, digues si les molècules següents pertanyen a un DNA o a un RNA, i si són monocatenàries o bicatenàries. a) 23% A, 27% C, 23% U i 27% G b) 18% A, 24% C, 32% T i 36% G c) 18% A, 32% C, 18% T i 32% G d) 16% A, 24% C, 25 % U i 35% G

8

Quins tipus d’RNA hi ha? Explica breument on es localitzen i la funció de cadascun.

9

Relaciona els conceptes de les dues columnes: a) ATP

1. DNA bacterià

b) Desoxiribosa

2. Cromatina de 100 Å

c) Doble hèlix

3. RNAn

d) Bicatenari

4. Nucleòtid

e) Codó

5. RNAt

f) Nuclèol

6. Estructura secundària del DNA

g) Histones

7. Cromosomes

h) Uracil

8. RNAm

i) DNA circular j) Traducció

102

9. Nucleòtids d’RNA 10. Nucleòtids de DNA


917280 _ 0098-0109.qxd

5

12/1/09

10:33

Página 103



1

Fes la reacció de síntesi d’un ribonucleòtid d’adenina.

2

Dibuixa, esquemàticament, dues seqüències de nucleòtids unides, assenyalant el sentit de creixement de cadascuna.

3

Si tinguéssim la seqüència de nucleòtids següent, digues quins nucleòtids s’hi unirien de manera complementària, i en quin ordre. 3’...ATCGTGTGGCACAAG...5’

4

Com s’uneixen els nucleòtids per formar l’estructura primària del DNA i quin és el sentit de creixement?

5

Quines característiques presenta una molècula de DNA en estructura secundària? Explica tot el que en sàpigues.

6

Què són els nivells d’empaquetament del DNA i quina importància biològica tenen?

7

Dibuixa esquemàticament un RNA de transferència, assenyala les parts característiques de la molècula i digues quina funció tenen.

8

Quina diferència hi ha entre l’RNA missatger dels procariotes i el dels eucariotes?

9

Explica breument l’experiment que va permetre descobrir que el DNA era el portador del missatge genètic.


103

917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 104

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT

     ↓

↓

• És una estructura molt adequada, ja que les dues cadenes es poden separar i servir de motlle per sintetitzar la cadena complementària i obtenir així dos DNA idèntics al DNA inicial, un per a cada cèl·lula filla. És molt necessari que sigui una molècula molt estable, ja que sinó la informació es perdria. Una altra cosa és que, a més, ha de ser susceptible, sense alterar-se, per poder servir de motlle per sintetitzar còpies per als descendents.

NH2 || C

N

C

N

H2O

CH N

5.1. Un nucleòsid és una molècula formada per la unió, amb un enllaç N-glicosídic, d’una pentosa i una base nitrogenada. Si la base és pirimidínica l’enllaç es fa entre el C1 de la pentosa i el N2 de la base nitrogenada i, si és púrica, pel N9 de la base nitrogenada.

O HOCH2 | | | H H || | OH

Un nucleòtid és un nucleòsid unit a l’àcid fosfòric pel C5 de la pentosa, amb un enllaç fosfodièster.

H || | H

N || || || || || || || | | H

Enllaç N-glucosídic

→

C

HC

ACTIVITATS

Desoxiadenosina (1-β-desoxiribofuranosil-adenina) NUCLEÒSID

5.2. Bases púriques: adenina i guanina. Bases pirimidíniques: uracil, citosina i guanina. El DNA presenta: adenina, guanina, citosina i timina.

5.5.

L’RNA presenta: adenina, guanina, citosina i uracil. NUCLEÒTID

5.3. NH2 || C

Adenina N

C

HC

C

NH2 || C

N N

C

HC

C

N

CH N

CH

N H

OH | HO — P " O ! | OH HO CH2 | Àcid fosfòric | H

5.4.

C

N

     ↓

C

N || || || ! || || H || O 5’ || OH HOCH2 | | | | 1’ | 4’ | | | H H H | 3’ H 2’ | | | | | OH H Desoxiribosa

↓

104

H2O

↓

N

     ↓

H || | OH

N CH

HC

O

H || | H

N || || || || || || || | | H

Desoxiadenosina (Nucleòsid)

H2O NH2 || C

N

Enllaç fosfoestèric

N

C CH

OH | H ! O # P" O | O O | CH2 5’ | 4’ | H H || 3’ | OH 1

#

→

NH2 || C

N

H | | H

2’|

N || || || || || || || | 1’ | H

HC

C N

Desoxiadenosina-5’-monofosfat (dAMP)


917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 105

SOLUCIONARI

5.6.

5.8. Si hi ha el 23% de A, hi haurà el 23% de T. Com que entre A i T sumen el 46 %, entre C i G sumaran el 54 % (100 ! 46 " 54), i com que hi ha d’haver la mateixa quantitat de C i de G, hi haurà el 27 % de C i el 27 % de G.

Extrem 5’ OH | P "O Enllaç fosfoestèric →| O O | CH2 | —— | A | H H H H| | | | | | O H Enllaç fosfodiestèric →| HO — P " O | O O | CH2 | —— | T | H H H H| | | | | | O H Enllaç fosfodiestèric →| HO — P " O | O O | CH2 | —— | | C H H H H| | | | | | OH H

5.9. 3’... ATGGAGTGA ...5 ’

HO —

5.10. Es tracta d’un RNA, ja que el DNA no presenta U sinó T. És d’un sol filament, perquè si fos de doble filament hi hauria la mateixa quantitat de A que de U, i la mateixa quantitat de G que de C. 5.11. Considerant que els mitocondris tenen un DNA circular i que el nombre de mitocondris és variable, la pregunta no es podria contestar, però si tan sols ens referim al DNA del nucli, cal dir que en una cèl·lula somàtica humana hi ha 46 molècules de DNA, que després, quan s’enrotllen sobre si mateixes, originen els 46 cromosomes. En un espermatozoide tan sols n’hi ha la meitat, és a dir, 23 molècules de DNA. 5.12. La desnaturalització del DNA és la separació dels dos filaments que formen la doble hèlix, per mitjà de la ruptura dels enllaços d’hidrogen que s’estableixen entre les bases nitrogenades enfrontades. Aquest fenomen es produeix a uns 100 °C. 5.13. És la nova unió dels dos filaments complementaris d’un DNA de doble hèlix, que prèviament s’han separat. Si la desnaturalització s’ha provocat per l’escalfament del medi, la renaturalització s’inicia quan es refreda per sota dels 65°C.

Extrem 3’

5.7.

↓

|| | HO — P " O | O O | CH2 | ———— | | H H H |H || | | | H O | HO — P " O | O O | CH2 | —————— —— | | H H H H | || | | | O H | HO — P " O | O O | CH2 | —— ———————— | | H H

T

H || | H

Extrem 3’

Extrem 3’

d’hidrogen

H || | OH

Extrem 5’ Enllaços | | HO — P " O | O O | CH2 | —— ————————A A | | H H H H| || | | | O H | HO — P " O | O O | CH2 | —————— —— T | | H H H H || || | | O H | HO — P " O | O O | CH2 | ———— C | | H H H H| || | | | OH H

AA

G

Extrem 5’


105

917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 106

SOLUCIONARI

5.14. En els nivells estructurals només intervé el DNA, en canvi, en els nivells d’empaquetament intervenen les proteïnes que serveixen de suport.

5.23. N’hi ha dos, es diuen enllaços fosfodièsters, i estan on s’indica en el dibuix següent:

5.16. Perquè encara que pot estar associat a proteïnes semblants a les histones no ho està formant nucleosomes, és a dir, el collaret de perles. 5.17

OH

OH

5.15. Perquè si no fos així els cromosomes serien milers de vegades més llargs.

O

HO

N

P=O

HO Enllaç fosfodièster 5’ → 3’

O CH2

Enllaç fosfodiestèric

H

H H

H OH

N

A N

| | C | | H

N

→

Enllaç N-glicosídic

O

Enllaç fosfodièster 5’ → 3’

N

P=O O

N

O

CH2 H

O

H

H

H OH

U N

OH

→

| | C | | H

5.24. a) Presenta tres nucleòtids. O

H || | OH

b) Té una longitud de 3,4 ! 3 " 10,2 Å. c) Es tracta d’un DNA perquè té desoxiribosa. d) L’extrem 5’ és el superior i l’inferior és el 3’.

Enllaç N-glicosídic

Lloc on se situarà el nucleòtid següent

5.18 Perquè presenten alguns segments que són complementaris; això facilita que es dobleguin i que aquests segments es complementin i formin una regió amb estructura en doble hèlix. 5.19. Es diferencien en el triplet anomenat anticodó, que és el que es complementa amb el triplet codó de l’RNAm. 5.20. L’RNAm procariòtic no adopta l'estructura tridimensional de l’RNAm eucariòtic, ni presenta exons i introns, està mancat de caputxa (comença amb un nucleòtid trifosfat no invertit, per exemple: pppG-...), i de cua de poli-A, i a més és policistrònic, és a dir, conté informacions separades per a diferents proteïnes.

106

HO

N

→

OH | HO — P " O | O O | CH2 | || H H || || || H | | O OH →| HO — P " O | O O | CH2 | || H || || H | OH

NH2

O

NH2 ||

N

O

N

O

e) La seqüència ordenada de nucleòtids és: 5’ ... T – C – A – ... 3’. f) La seqüència ordenada de nucleòtids serà: 3’ ... A – G – T ... 5’. g) Hi ha cinc enllaços fosfoèsters entre els nucleòtids i entre cada pentosa i el seu àcid fosfòric i tres enllaços N-glicosídics entre la pentosa i la seva base nitrogenada. 5.25. En primer lloc, que es tracta d’un RNA, ja que presenta ribosa. En segon lloc, que presenta una sola cadena, és a dir, que és monocatenari, ja que no hi ha la mateixa quantitat de les bases complementàries. Finalment, que es tracta d’un RNAt, ja que té un pes molecular molt baix. 5.26. Com que n’hi ha les mateixes de G que de C, presentarà el 26% de C. De la resta presentarà un 48% (100 # 26 # 26 " 48). Com que n’hi ha les mateixes de T que de A, presentarà el 24% de T i el 24% de A. 5.27. a) Es tracta d’un RNA, ja que presenta U. b) L’estructura completa és: 5 ... CCGAUAGAGAGU ... 3’ 3 ... GGCUAUCUCUCA ... 5’

5.21. a) És un DNA, ja que presenta T; b) és un RNA, ja que presenta U; c) és un DNA, ja que presenta T, i de d) no es pot dir si és DNA o RNA ja que no presenta ni T ni U.

c) No pot correspondre al sector de l’anticodò, ja que presenta estructura secundària (dos segments espiralitzats un sobre l’altre) i l’anticodó està en un segment amb només estructura primària.

5.22. El fragment que falta és la seqüència: 5’ ... ATGACAGACGT ... 3’.

d) Sí que podria correspondre a un braç, ja que una part dels braços presenta estructura en doble hèlix.


917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 107

SOLUCIONARI

5.28. B) va amb 2, C) va amb 4, D) va amb 7, E) va amb 6, F) va amb 9, G) va amb 10, H) va amb 8, I) va amb 5, J) va amb 3, i K) va amb 1. 5.29. Els d’uracil, ja que hi ha molt més RNA, sobretot RNAr, que no pas DNA. 5.30. Si té 600 nucleòtids i és humà, té 300 nucleòtids en cada cadena. Com que cada nucleòtid ocupa un espai de longitud de 3,4 Å, el total tindrà 1.020 Å de longitud (3,4 ! 300 " 1.020). 5.31. Com que el DNA i l’RNA podrien tenir una mateixa seqüència de bases nitrogenades, la característica diferencial ha de ser en la pentosa. El fet que la ribosa tingui un –OH (que és un radical gran) en el carboni 2, pot debilitar més l’enllaç fosfoèster que es forma en el carboni 3, que no pas el radical (–H) que té la 2-desoxiribosa en el mateix carboni 2. 5.32. És mes difícil de separar dos nucleòtids d’una mateixa cadena, ja que estan units per un enllaç covalent molt fort, l’anomenat enllaç fosfoèster. En canvi, les dues cadenes estan unides per enllaços dèbils de tipus enllaç d’hidrogen. INTERPRETACIÓ DE DADES 5.33. Una càpsula de polisacàrids. 5.34. Que segments de DNA bacterià que hi ha a l’exterior d’un bacteri viu hi entren i s’insereixen en el seu DNA, de manera que el bacteri tindrà les característiques biològiques codificades pel DNA que hi ha entrat. 5.35. Que segments de DNA amb informació per sintetitzar els polisacàrids de la càpsida procedent dels bacteris S morts van entrar dins els bacteris R vius, que així van adquirir aquesta característica i es van transformar en bacteris S. 5.36. Que el DNA era la molècula que subministra la informació de com se sintetitza la càpsula de polisacàrids, la que fa que aquests bacteris siguin resistents als fagòcits. Com que pels altres caràcters també devia passar el mateix, es va demostrar que el DNA era la molècula responsable d’emmagatzemar la informació biològica. 5.37. El virus T2 està constituït de proteïnes (la càpsida) i DNA. 5.38. Perquè el sofre (S) només pot estar present en les proteïnes de la càpsida (forma part dels aminoàcids cisteïna i metionina) i el fòsfor (P) només el pot presentar el DNA (es troba en els nucleòtids, formant part de l’àcid fosfòric). Els altres elements químics (C, H, O, i N) tant són presents en les proteïnes com en el DNA, per tant no ens donarien cap informació. 5.39. La funció de la càpsida és protegir el material genètic i transportar-lo fins a la cèl·lula infectada. La funció del DNA és portar la informació de com han de ser els virus. 5.40. Perquè en els virus descendents només apareix el P radioactiu, per tant és el DNA l’única molècula que passa a la descendència.

LABORATORI 5.41. La resposta es descriu durant el desenvolupament de la pràctica. PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Éls àcids nucleics són molècules constituïdes per C, H, O, N i P, que s’organitzen formant els monòmers bàsics que són els nucleòtids. Aquests estan constituïts per la unió d’una aldopentosa (ribosa o desoxiribosa), una base nitrogenada (púrica o pirimidínica) i una molècula d’àcid fosfòric. 2. El DNA presenta nucleòtids de desoxiribosa ( ) amb una base nitrogenada (A, T, C, o G) i àcid fosfòric (H3PO4) (P). (P) |

_A

(P) |

_T

(P) |

_C

(P) |

_G

3. a. DNA, perquè hi ha timina i no uracil. b. RNA, perquè hi ha uracil i no timina. c. RNA, perquè hi ha uracil i no timina. d. DNA; perquè hi ha timina i no uracil. 4. L’estructura primària del DNA és la seqüència de nucleòtids, és a dir, els diferents nucleòtids i l’ordre en què estan disposats. La seva importància biològica rau en el fet que permet emmagatzemar una informació (el missatge biològic o informació genètica). 5. 3’...TAG GTC CAA GAT CCA G...5’ ATC CAG GTT CTA GGT C...3’ 5’...A en aquest sentit (→). 6.

La nova fibra creixerà

 – monocatenari (virus #X174)  – circular  – bicatenari (bacteris)  DNA     – lineal  – monocatenari (parvovirus)  – bicatenari (nucli de les cèl·lules eucariotes, mitocondris i cloroplasts)

7. Els nucleòtids de DNA tenen com a pentosa la desoxiribosa i els d’RNA, la ribosa. Les bases nitrogenades del DNA poden ser A, T, C o G i les de l’RNA poden ser A, U, C o G. 8. L’RNA de transferència és monocatenari amb zones en estructura secundària de doble hèlix. La forma de la molècula és de fulla de trèvol. A l’extrem 5’ hi ha un ribonucleòtid de guanina i a l’extrem 3’ hi ha el triplet -C-C-A. Té un braç on hi ha l’anticodó (triplet de nucleòtids complementari a un triplet d’RNA missatger) i el braç acceptor d’aminoàcids. Intervé en la traducció de la informació genètica. 9. • RNA missatger: transcriu la seqüència de DNA. • RNA de transferència: tradueix la seqüència de RNAm a seqüència d’aminoàcids. • RNA ribosòmic: constitueix els ribosomes, que intervindran en la traducció del missatge genètic.


107

917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 108

SOLUCIONARI

• RNA nucleolar: constitueix el nuclèol, que intervindrà en la síntesi de ribosomes. 10. Els àcids nucleics són els portadors del missatge genètic, és a dir, informen per formar proteïnes i intervenen en la transcripció i la traducció d’aquest missatge: DNA → RNAm → RNAm + ribosomes (RNAr) + transcripció

NUCLI

CITOPLASMA

+ RNAt -aminoàcids → seqüència d’aminoàcids traducció


2. (P): àcid fosfòric; A, U, C, i G: bases nitrogenades; _

A

transcripció

(P) |

_

U

(P) |

_

C

(P) |

: ribosa.

_

G

3. 3’...ATG TGC CGA GTA GC...5’

DNA: portador del missatge genètic. RNAm: copia, de manera complementària, la seqüència de nucleòtids del DNA. RNAt: s’acobla al triplet d’RNAm (codó) de manera complementària amb el seu anticodó, i hi aporta l’aminoàcid corresponent, segons el codi genètic.

REFORÇ 1. Un nucleòtid és un monòmer dels àcids nucleics. Està constituït per una pentosa, una base nitrogenada i un àcid fosfòric. La base nitrogenada s’uneix al carboni 1 de la pentosa i l’àcid fosfòric al carboni 5, també de la pentosa. (P) ← àcid fosfòric II _A A ← base nitrogenada ← pentosa

4. Ho podem calcular amb permutacions amb repetició: 10 ! 10·9·8·7·6·5·4·3·2· !!!!! " !!!!!!!!! " 2!· 3!·1!·4! 2·1·3·2·1·1·4·3·2·1 " 12.600 seqüències diferents 5. 18% de timina i 18% d’adenina, perquè són bases complementàries (36% total). 100% # 36% " 64% 64% : 2 " 32%

2. Els nucleòtids de DNA tenen desoxiribosa com a pentosa i les bases nitrogenades poden ser: A, T, C i G. Els nucleòtids de RNA tenen ribosa com a pentosa i les bases nitrogenades poden ser: A, U, C i G. 3. Els nucleòtids de DNA s’uneixen mitjançant un enllaç fosfodièster entre el grup -OH del carboni 3 i el radical fosfat del carboni 5 de l’altre nucleòtid. (P) II _A A

32% de citosina i 32% de guanina, que també són complementàries.

  - lineal

 - monocatenari (parvovirus)   - bicatenari (nucli de les cèl·lules eucariotes, mitocondris i cloroplasts)

7. a) DNA bicatenari. b) RNA monocatenari. c) RNA bicatenari. d) DNA monocatenari. 8. És una molècula lineal, monocatenària, que copia la seqüència de nucleòtids del DNA; el podem trobar en el nucli. En el citoplasma és llegit per l’RNAt, i s’acobla als ribosomes. 9. • RNA missatger: en el nucli i en el citoplasma. • RNA ribosòmic: en els ribosomes. • RNA nucleolar: en el nuclèol. • RNA de transferència: en el citoplasma. 10. Els àcids nucleics són els portadors del missatge genètic, és a dir, informen per formar proteïnes i intervenen en la transcripció i la traducció d’aquest missatge:

108

I ← enllaç fosfodièster (P) A I _A

 - monocatenari (virus $X174) - circular     - bicatenari (bacteris)

DNA 

CITOPLASMA

traducció

5’...TAC ACG GTC CAT CG...3’

6.

NUCLI

+ RNAt -aminoàcids → seqüència d’aminoàcids

RNAr: permet l’acoblament entre l’RNAm i l’RNAt.

1. Són molècules constituïdes per C, H, O, N i P que s’organitzen formant els nucleòtids. (P) |

DNA → RNAm → RNAm + ribosomes (RNAr) +

4. No es tracta de la mateixa molècula, perquè l’ordre dels nucleòtids influirà en la informació biològica. TTTAAC TTATAC ATTTAC ATTATC CTTAAT ... 5. A-T (DNA), A-U (RNA) i C-G (DNA i RNA). 6. Es classifiquen segons si són monocatenaris o bicatenaris i si la seva molècula és lineal o circular:

 – monocatenari (virus $X174)  – circular  – bicatenari (bacteris)  DNA     – lineal  – monocatenari (parvovirus)  – bicatenari (nucli de les cèl·lules eucariotes, mitocondris i cloroplasts)


917280 _ 0098-0110.qxd

5

29/12/08

14:06

Página 109

SOLUCIONARI 3. 3’...ATC GTG TGG CAC AAG...5’

7. a) RNA bicatenari.

TAG CAC ACC GTG TTC...3’ 5’...T

b) DNA monocatenari. c) DNA bicatenari. d) RNA monocatenari. 8. • RNA missatger: transcriu la seqüència de DNA. Es troba en el nucli i en el citoplasma • RNA de transferència: tradueix la seqüència d’RNAm a seqüència d’aminoàcids. En el citoplasma. • RNA ribosòmic: constitueix els ribosomes, que intervindran en la traducció del missatge genètic. • RNA nucleolar: constitueix el nuclèol, que intervindrà en la síntesi de ribosomes. 9. a-4, b-10, c-6, d-7, e-8, f-3, g-2, h-9, i-1, j-5. AMPLIACIÓ 1.

NH2

NUCLEÒTID

N

N

OH HO

P =O

N

OH

O

HOCH2

Àcid fosfòric

H

N Adenina

4. El radical hidroxil del carboni 3 de la desoxiribosa de l’últim nucleòtid reacciona amb el radical fosfat del carboni 5 del nou nucleòtid, i forma un enllaç fosfodièster. Per tant, el sentit de creixement és de 5’ a 3’. 5. L’estructura secundària és la disposició a l’espai de dos filaments de DNA en estructura primària, adoptant una estructura en doble hèlix, amb les bases nitrogenades enfrontades i unides per enllaços d’hidrogen de manera complementària (A-T i C-G). Els dos filaments són antiparal·lels, és a dir, un està en un sentit i l’altre en sentit oposat. 6. El DNA s’empaqueta sobre unes proteïnes anomenades histones (nucleosoma). Correspon al primer nivell d’empaquetament i és la fibra de cromatina de 100 Å o collaret de perles. Aquesta cromatina s’enrotlla sobre si mateixa (sis nucleosomes per volta). Correspon al segon nivell d’empaquetament i és l’anomenada cromatina de 300 Å o solenoide. El tercer nivell correspon als bucles de la cromatina de 300 Å, que arriba a fer 600 Å de diàmetre. Se succeeixen un seguit d’empaquetaments fins arribar a formar els cromosomes. S’haurà aconseguit reduir la longitud del DNA unes 7.000 vegades. Això té lloc quan la cèl·lula es divideix, per repartir el material genètic entre les cèl·lules filla. 7.

H

H

H

3’ aminoàcid 5’

H OH Adenosina (Nucleòsid)

anticodó H2O NH2 OH

N

P =O

HO

H H

9

4

6 3

N

O

CH2

4’

5

N

O 5’

7

8

3’

OH

H 2’

1’

H

H

Adenosina-5'-monofosfat (AMP)

5’ ↑

P P P

3’

T

C

C

P

T

A

P P

RNAm procariota: no té caputxa ni cua de poli-A, no presenta introns i porta informació per a més d’una cadena polipeptídica (policistrònic). 9. L’any 1958 Hershey i Chase van fer aquest experiment: van infectar bacteris amb un bacteriòfag de DNA amb isòtop radioactiu P32 i van comprovar que el DNA radioactiu apareixia a l’interior del bacteri i després en els nous virus descendents.

3’ A

8. RNAm eucariota: té caputxa (guanosina trifosfat invertida i metilada) a l’extrem 5’, a l’extrem 3’ té una cua de poli-A (150 - 200 nucleòtids d’adenina), té segments amb informació (exons) i segments sense informació (introns) i és monocistrònic (cada RNAm conté informació per a una cadena polipeptídica).

↑

2.

1N 2

L’RNAt intervé en la traducció del missatge genètic: s’acobla al triplet de RNAm (codó) de manera complementària amb el seu anticodó, i hi aporta l’aminoàcid corresponent, segons el codi genètic.

5’


109

917280 _ 0110-0122.qxd

6

29/12/08

14:00

Página 110

La cèl·lula: unitat d’estructura i funció

MAPA DE CONTINGUTS LA CÈL·LULA segons la

està formada per

teoria cel·lular

microscopi

membrana plasmàtica

citoplasma

genètica

pot presentar

constituït per

fisiològica

membrana de secreció

és la unitat

nucli

pot ser

pot ser de

morfològica

rastreig transmissió

paret cel·lular es diferencien dos tipus d’organització

procariota

l’estudiem amb el

òptic

utilitza

utilitza

feixos d’electrons

fotons de llum vissible

permet estudiar

present en

ultraestructura

presents en

vegetal

citosol

no membranosos

membranosos

són

constitueixen

ribosomes

estructures

vives

pot ser

animal

pot observar

permet visualitzar

matriu extracel·lular

eucariota

electrònic

inclusions

citosquelet

orgànuls cel·lulars

poden ser

mortes

es classifiquen en

energètics són

sistema endomembranós

cloroplasts

mitocondris

peroxisomes

format per

reticle endoplasmàtic

aparell de Golgi

vacúols

lisosomes

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. Treballar la història de la teoria cel·lular pot facilitar la comprensió del concepte de cèl·lula com a unitat estructural i funcional dels éssers vius. 2. És bàsic, per tenir una imatge coherent del món microscòpic, fer càlculs que permetin treballar les dimensions reals i aparents, i les diferents unitats de mesura. 3. És recomanable plantejar activitats pràctiques sobre citologia per tal de lligar la teoria i la pràctica, i contextualitzar els aprenentatges, així com per promoure l’ús de les noves tecnologies. 4. Cal fer observacions amb el microscopi òptic i incidir en els càlculs de les dimensions aparents i reals, recordant la importància de la lluminositat i del poder de resolució.

110


917280 _ 0110-0122.qxd

6

29/12/08

14:00

Página 111

La cèl·lula: unitat d’estructura i funció

OBJECTIUS 1. Interpretar la cèl·lula com a unitat estructural, funcional i genètica dels organismes. 2. Conèixer i diferenciar els diferents models d’organització cel·lular i la complexitat de les funcions cel·lulars. 3. Enunciar i aplicar correctament la teoria cel·lular.

4. Identificar estructures cel·lulars en preparacions microscòpiques i microfotografies. 5. Construir una imatge coherent del món microscòpic. 6. Fer observacions de diferents cèl·lules i organismes (eucariotes i procariotes) amb tècniques de microscòpia, descriure’n la forma i observar algunes estructures.

CONTINGUTS • • • • • • • •

Caracterització de la teoria cel·lular. (Objectius 1 i 3) Diferenciació de la cèl·lula eucariota i procariota. (Objectiu 2) Comparació de la cèl·lula animal i la vegetal. (Objectiu 2) Reconeixement de l’estructura i la funció dels orgànuls cel·lulars. (Objectius 2 i 4) Concreció d’alguns mètodes d’estudi de la cèl·lula. (Objectiu 6) Identificació d’algunes estructures cel·lulars en preparacions microscòpiques i microfotografies. (Objectiu 4) Càlcul de la mida de diferents estructures cel·lulars a partir d’escales o augments. (Objectiu 5) Presa de consciència de la importància dels avenços tecnològics en el desenvolupament de la biologia i de la ciència en general.


Activitats prova 1

Activitats prova 2

a) Considerar la cèl·lula com a unitat estructural i funcional de tots els éssers vius. (Objectiu 1)

2, 3

2, 4

b) Conèixer i diferenciar els dos models d’organització cel·lular. (Objectiu 2)

6, 5

7

c) Comparar i distingir la cèl·lula animal i la vegetal. (Objectiu 2)

10

5

d) Enunciar i aplicar correctament la teoria cel·lular. (Objectiu 3)

1

1

e) Identificar els orgànuls de la cèl·lula eucariota i els de la cèl·lula procariota. (Objectius 2 i 4)

7

8

f) Fer càlculs que permetin treballar escales, canvis d’unitat i augments de microscopi. (Objectiu 5)

4

3

g) Diferenciar el funcionament dels tipus de microscopi i conèixer les diferents tècniques de preparació de mostres. (Objectiu 6)

8

6


111

917280 _ 0110-0121.qxd

6

12/1/09

10:37

Página 112

AVALUACIÓ


1

Quins són els principis de la teoria cel·lular?

2

Quins elements bàsics constitueixen la cèl·lula?

3

De què depèn bàsicament la forma de les cèl·lules? Quins factors la poden fer variar?

4

Fes els canvis d’unitats següents: a) 3 · 10-7 cm a µm

b) 200 nm a mm

c) 104 µm a mm

5

Indica de quines maneres es pot valorar el grau de maduresa d’una cèl·lula i comenta-les.

6

Completa la taula:

Cèl·lula procariota

Cèl·lula eucariota

Paret cel·lular (presència i composició) Material genètic (característiques i localització) Dimensions Localització de la respiració cel·lular Citosquelet (presència)

7

Identifica la paraula que correspon a cadascuna de les lletres que hi ha entre cometes en el text següent: A»____ és una làmina que separa els medis intracel·lular i extracel·lular. Químicament està constituïda La ____«A B»____ en la qual es poden inserir les ____«C C»____. majoritàriament per una bicapa de ____«B D»____ és l’orgànul que controla i governa totes les funcions cel·lulars. Està constituït per una doble El ____«D membrana (la part externa de la qual és una prolongació del reticle endoplasmàtic rugós) que presenta E»_____ que comuniquen l’interior d’aquest orgànul amb el citoplasma. un seguit de _____«E F»_____ intervenen en la síntesi de proteïnes. Els podem trobar lliures al citoplasma, sobre Els _____«F G»____ i a l’interior dels _____«H H»_____ i dels _____«II» _____. les membranes del _____«G

8

Relaciona les informacions següents amb els diferents tipus de microscopis: a) Es basa en l’ús de feixos d’electrons.

f) Requereix tenyir les mostres.

b) Permet observar cèl·lules vives.

g) Permet obtenir micrografies.

c) Utilitza la llum visible.

h) Té un poder de resolució de 0,2 mm. 5

d) Té una capacitat d’augment d’entre 1.500 i 2 ! 10 X.

i) No permet observar la ultraestructura cel·lular.

e) Proporciona imatges tridimensionals. A 9

112

B

Observa els dibuixos següents i justifica de quin tipus de cèl·lula es tracta en cada cas. Quines són les diferències principals entre aquestes dues cèl·lules?


917280 _ 0110-0121.qxd

6

12/1/09

10:37

Página 113

AVALUACIÓ


1

La teoria cel·lular enuncia, en resum, que la cèl·lula és la unitat estructural, fisiològica, reproductora i genètica dels éssers vius. Comenta cadascun d’aquests aspectes.

2

Quins factors limiten l’augment de mida de les cèl·lules?

3

Observem un cianobacteri amb el microscopi electrònic, a 1.500 augments, i veiem que té una longitud aparent de 0,85 cm. Quina és la seva mida real expressada en micròmetres?

4

Justifica per què els virus no es consideren cèl·lules.

5

Completa:

Cèl·lula vegetal

Cèl·lula animal

Membranes de secreció (presència i composició) Material genètic (característiques i localització) Orgànuls exclusius Inclusions citoplasmàtiques Vacúols (presència)

6

Quins són els diferents passos que s’han de seguir per fer preparacions permanents de microscòpia òptica?

7

Digues a quin tipus de cèl·lula (procariota o eucariota) es refereixen les característiques següents: a) Tenen membrana plasmàtica. b) La presenten els organismes del regne moneres. c) Presenten plasmidis. d) Fan entre 10 i 100 mm. e) Presenten mitocondris. f) El material genètic està constituït per una molècula de DNA circular i sense embolcall. g) Es divideixen per mitosi i meiosi. h) No presenten citosquelet.

8

Identifica les estructures cel·lulars següents en la cèl·lula que hi ha a continuació: Membrana plasmàtica. Reticle endoplasmàtic.

b

a

Mitocondri. Embolcall nuclear. Lisosomes. Aparell de Golgi.

g

Centrosoma. Nucli. e h

f d

c


113

917280 _ 0110-0122.qxd

6

29/12/08

14:00

Página 114


FITXA DE REFORÇ

1

Respon aquestes preguntes, relacionades amb el descobriment de la cèl·lula: d’on ve la paraula cèl·lula?, qui va ser el descobridor de les cèl·lules?, quin any les va descobrir?, va veure cèl·lules en realitat?, qui va ser el primer a observar cèl·lules vives?, quines?, quin any?

2

En fer l’observació d’una cèl·lula amb un microscopi òptic a 100 augments, veiem que la mida aparent és de 0,68 cm. Quina és la seva mida real en micròmetres? A quina mida aparent visualitzarem a 80 augments un espermatozoide humà, que fa uns 50 micròmetres?

3

Indica quins orgànuls d’una cèl·lula eucariota són: a) Comuns a les cèl·lules animals i les vegetals. b) Específics de les cèl·lules animals. c) Específics de les cèl·lules vegetals.

4

Esmenta les diferències principals entre el material genètic present a les cèl·lules procariotes i el que es troba a les cèl·lules eucariotes.

5

Identifica les cèl·lules següents i justifica la resposta.

A 6

B

C

Respon el qüestionari següent sobre citologia. a) Quin microscopi utilitzarem per observar el moviment dels protozous? 1. L’òptic. 2. L’electrònic de transmissió. 3. L’electrònic de rastreig. b) Quina és la característica diferencial que identifica les cèl·lules eucariotes? 1. L’existència d’embolcall nuclear. 2. La presència de vacúols. 3. L’existència de peroxisomes. c) Quin és el constituent principal de la paret cel·lular dels bacteris? 1. El midó. 2. La cel·lulosa. 3. La mureïna. d) Quin tipus d’organismes són els protoctists? 1. Eucariotes pluricel·lulars. 2. Eucariotes, unicel·lulars o pluricel·lulars. 3. Procariotes unicel·lulars. e) Els bacteris gramnegatius tenen ________ mureïna que els grampositius, i la paret cel·lular és ______ complexa estructuralment: 1. més, més 2. menys, més 3. menys, menys.

7

114

Elabora una taula sobre els tipus de microscopis indicant: poder de resolució, tipus de lents que fa servir, tipus de mostra, gruix de les preparacions i tipus d’imatges que se n’obtenen.


917280 _ 0110-0122.qxd

6 1

29/12/08

14:00

Página 115



Omple els espais buits del paràgraf següent. «La teoria de l’endosimbiosi admet que els ........................ procedeixen de bacteris aerobis ancestrals adaptats a viure en ........................ al citoplasma d’un primitiu organisme unicel·lular fagòcit. Després de més de mil milions d’anys d’evolució en comú, s’han integrat plenament a la ........................ hoste, tot i que encara conserven, com a vestigi del seu passat remot, les restes del que, en el seu dia, va ser el sistema genètic ........................: una doble ........................ circular de ........................, similar als ........................ bacterians actuals.»

2

Antigament les algues cianofícies (cianobacteris) es consideraven plantes, però actualment es considera que pertanyen a un regne diferent (moneres). Anomena i explica breument dues semblances i dues diferències des del punt de vista cel·lular, entre aquests dos regnes.

3

Respon les preguntes següents, relacionades amb els bacteris. a) Quines característiques té la paret cel·lular bacteriana? b) Quines diferències podem establir entre els bacteris grampositius i els gramnegatius? c) Quina funció té la càpsula bacteriana?

4

Cerca informació sobre els autors que van fer les principals aportacions a la història de la citologia i quines van ser aquestes aportacions.

5

Respon el qüestionari següent sobre citologia. a) La teoria cel·lular es planteja en el segle: 1. XVI. 2. XVII. 3. XVIII. 4. XIX. b) Els virus són organismes: 1. Procariotes. 2. Acel·lulars. 3. Eucariotes. 4. Unicel·lulars. c) La teoria cel·lular per als vegetals va ser plantejada per... 1. Scheleiden. 2. Schwann. 3. Pasteur. 4. Hooke. d) La teoria cel·lular per als animals va ser plantejada per... 1. Scheleiden. 2. Schwann. 3. Pasteur. 4. Hooke. e) Robert Hooke... 1. va ser el primer a observar cèl·lules al microscopi. 2. va dir que tots els vegetals estaven formats per cèl·lules. 2. va dir que tots els animals estaven formats per cèl·lules. 4. va dir que tots els gàmetes eren cèl·lules. f) Una d’aquestes característiques no és pròpia dels eucariotes: 1. No tenen nucli diferenciat. 2. No tenen orgànuls membranosos. 3. Els ribosomes són molt grans. 4. Tenen un únic cromosoma. g) La cèl·lula és la unitat fisiològica dels éssers vius. Això vol dir que... 1. tots els éssers vius estan formats per cèl·lules. 2. els gàmetes són cèl·lules. 3. els éssers vius funcionen gràcies a les seves cèl·lules. 4. hi ha éssers vius unicel·lulars i pluricel·lulars. h) La cèl·lula és la unitat anatòmica dels éssers vius. Això vol dir que... 1. tots els éssers vius estan formats per cèl·lules. 2. els gàmetes són cèl·lules. 3. els éssers vius funcionen gràcies a les seves cèl·lules. 4. hi ha éssers vius unicel·lulars i pluricel·lulars. i) Les cèl·lules vegetals es caracteritzen... 1. per no tenir orgànuls. 2. per tenir plasts i paret cel·lular. 3. per tenir centríols. 4. per ser més petites que les animals. j) La informació genètica està continguda... 1. en el nucli. 2. en el nuclèol. 3. en el citoplasma. 4. en els mitocondris. k) Quina és l’estructura cel·lular que regula els intercanvis entre la cèl·lula i l’exterior? 1. El nucli. 2. La membrana plasmàtica. 3. El citoplasma. 4. El mitocondri. l) Quina és l’estructura cel·lular que protegeix la cèl·lula vegetal de les alteracions de la pressió osmòtica? 1. La membrana plasmàtica. 2. El citoplasma. 3. Els plasts. 4. La paret cel·lular. ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

115

917280 _ 0110-0122.qxd

6

29/12/08

14:00

Página 116

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT

200 ! (4/3) (3,14 ! 1003 nm3)

• S’utilitza un flux d’electrons (un corrent elèctric). El nostre ull no pot observar un flux d’electrons, per tant es fa incidir aquest flux en una pantalla d’un televisor i s’observa la imatge que s’hi forma.

6.1. Se sabia que els vegetals estaven constituïts per unes estructures que recordaven les cel·les d’un rusc, que es van anomenar cèl·lules; que el color vermell de la sang era degut a unes cèl·lules vermelles, els anomenats glòbuls vermells; que a l’esperma hi havia unes cèl·lules flagel·lades, els espermatozoides, i que hi havia organismes constituïts per una sola cèl·lula, com ara els protozous, els llevats i els bacteris. 6.2. Membrana, citoplasma, nucli, mitocondri, cloroplasts, aparell de Golgi, reticle endoplasmàtic, àster i vacúols. 6.3. Vol dir que la cèl·lula conté tota la informació sobre la manera com ha de produir la seva estructura i controlar el seu funcionament, i que és capaç de duplicar aquesta informació i transmetre-la a les cèl·lules filla. 6.4. Les dues subunitats ribosòmiques, la paret gruixuda dels lisosomes, els peroxisomes, les vesícules sinàptiques, les vesícules pinocitòtiques, el citosquelet (microtúbuls, filaments intermedis i microfilaments), i tots els detalls ultraestructurals, com ara la doble capa lipídica. 6.5. No són la forma de vida més petita possible perquè necessiten una cèl·lula per poder-s’hi reproduir a dins. No són la unitat morfològica dels éssers vius perquè els éssers vius no estan constituïts per virus. 6.6. La forma de les cèl·lules està estretament relacionada amb la funció que exerceixen. En el cas del teixit epitelial es pot observar com les cèl·lules es troben molt unides, amb poca substància intercel·lular (es produeix una fusió del glicocàlix de les cèl·lules adjacents). És un teixit que actua com a barrera; té la funció primària de protegir, i el grau i la naturalesa de l’estratificació que presenta és variable. 0,003 mm. 2 mm. 20 mm. 0,01 mm.

6.8. La fórmula de la massa és: 100.000 daltons ! 1,66 ! 10-24 g / 1 dalton ! 1012 picograms / 1 g " 1,66 ! 10-7 pg. Vcel (4/3) (πr3) " (4/3) (3,14 ! 103 µ3) 6.9. # " ######### " 1.000 Vcoc (4/3) (πr3) " (4/3) (3,14 ! 13 µ3)

6.10.

Vn # # " RNP " N /P " # (Vc $ V n)

(4/3) (3,14 ! 13 µ3) ## # # # ###### " 0,001 " # (4/3) (3,14 ! 103 µ3) $ (4/3) (3,14 ! 13 µ3)

116

(4/3) (3,14 ! 1.000 nm )

" 20 (és a dir, el 20 %)

6.12. (8/100) ! 4.000 µm3 " 320 µm3 Vn 320 µm3 # #" # # # # # # # " 0,0869 RNP " # (Vc $ V n) 4.000 µm3 $ 320 µm3

ACTIVITATS

6.7. a) b) c) d)

# # ! 100 " 6.11. Percentatge " ###### 3 3

6.13. No. No totes les cèl·lules dels vegetals tenen cloroplasts; per exemple, les de les arrels no en tenen. Tan sols tenen cloroplasts les cèl·lules de les parts verdes de la planta (fulles, tiges verdes i fruits verds). Les estructures que tenen totes les cèl·lules dels vegetals són els plasts, tant si són cromoplasts com leucoplasts. 6.14. Les diferències són nombroses i estan recollides en la pàgina 105 i en el quadre comparatiu de la pàgina 108 del llibre. 6.15. No. Si ho fessin, les cèl·lules filla tan sols tindrien la meitat de la mida de la cèl·lula mare, i les cèl·lules néta tan sols la quarta part, etcètera. Les cèl·lules vegetals amb capacitat per dividir-se són les que estan mancades d’una paret cel·lulòsica gruixuda, per la qual cosa les cèl·lules filla poden augmentar de mida abans d’engruixir la seva paret cel·lulòsica. Aquestes cèl·lules són les del teixit meristemàtic que hi ha tant a les gemmes terminals de tiges i arrels, que permeten el creixement en longitud, com sota l’escorça dels troncs, el càmbium i el fel·logen, fet que els permet créixer en gruix. 6.16. Per fer un tall de 200 Å es necessita utilitzar un ultramicròtom; per fer-ne un de 500 µ (mig mil·límetre) n’hi hauria prou amb un ganivet de cuina ben esmolat (millor un micròtom de mà i una navalla histològica com els que hi ha a la figura 11 de la pàgina 194 del llibre), i per fer-ne un de 7 µ es necessita un micròtom de taula. 6.17 Es pot utilitzar un colorant vital com ara el blau de metilè (també va bé el vermell neutre, encara que en el llibre no s’esmenta). 6.18 Com que la parafina fosa és un líquid apolar i l’aigua (que és molt abundant en tots els teixits biològics) és un líquid polar, els dos líquids són immiscibles i, per tant, la parafina no penetraria a l’interior del teixit biològic. 6.19. La cèl·lula de l’esquerra és una cèl·lula animal. Les estructures són: 1. Aparell de Golgi 2. Reticle endoplasmàtic llis 3. Reticle endoplasmàtic rugós 4. Nucli 5. Nuclèol 6. Membrana nuclear 7. Ribosomes 8. Citoplasma 9. Mitocondri


917280 _ 0110-0122.qxd

6

29/12/08

14:00

Página 117

SOLUCIONARI

10. Centrosoma 11. Flagel 12. Microvellositats 13. Vesícules de secreció 14. Lisosoma La cèl·lula de la dreta és una cèl·lula vegetal. Les estructures són:

• Els orgànuls comuns a la cèl·lula vegetal i animal i que presenten diferent mida són els vacúols, molt més grans a les càl·lules vegetals, i l’aparell de Golgi, més gran a la cèl·lula animal. • Pel que fa al nucli, la cèl·lula vegetal el presenta en posició lateral ja que l’existència en general d’un gran vacúol el desplaça cap a un costat. En canvi la cèl·lula animal el presenta en posició central. 6.22. El volum és:

1. Membrana plasmàtica

V ! 4"r 3 / 3

4 # 10-6 mm3 ! 4"r 3 / 3

2. Paret cel·lular

3 # 10-6 mm3 ! "r 3

0,954927 # 10-6 mm3 ! r 3

3. Reticle endoplasmàtic 4. Cloroplast 5. Nucli

El radi és: r ! 9,847 m 6.23. La relació nucleoplasmàtica és: RNP ! Vn / (Vc $ Vn)] 4"r 3 3

6. Nuclèol 7. Plasmodesma 8. Vacúol

RNP !

4" # (5r)3 4"r 3 3

9. Aparell de Golgi 6.20. Les parts són: 1. Tubs òptics dels oculars 2. Oculars 3. Braç o columna 4. Cargol macromètric 5. Cargol micromètric 6. Peu o base 7. Focus de llum 8. Columna 9. Diafragma 10. Platina 11. Objectiu 12. Tambor o revòlver o portaobjectius 6.21. Les característiques principals són: Característiques pròpies de la cèl·lula animal Matriu extracel·lular Lisosomes Centríols Cilis Flagels Grànuls de reserva de glicogen Característiques pròpies de la cèl·lula vegetal Paret cel·lular de cel·lulosa Plasmodesmes Estructures similars als lisosomes Grànuls de reserva de midó

!

1 124

4"r 3

!

!

4" # 124r 3 3

! 0,008

6.24. Pensava que les cèl·lules es podien formar per agregació d’orgànuls. Per exemple, un nucli inicial es va recobrint d’orgànuls fins a formar una cèl·lula. 6.25. La vida acel·lular es refereix a l’existència de matèria viva que no arriba a la complexitat de la cèl·lula. Aquest tipus de vida està representada pels virus. Els virus no són considerats cèl·lules perquè no tenen un citoplasma amb un conjunt d'enzims capaços de dur a terme el metabolisme. Tenen una estructura molt més senzilla que la cel·lular, és a dir, són una forma de vida acel·lular. Els virus es troben en la frontera entre els éssers vius i la matèria inerta. 6.26. Això és degut a la força de cohesió entre les molècules d’aigua. 6.27. 1 mm ! 1.000 µm ! 1.000.000 nm ! 10.000.000 Å 1 g ! 1012 pg ! 1,66 · 1024 daltons o uma 6.28. Perquè un augment de volum en una cèl·lula globular no està acompanyat per un augment proporcional de la superfície, sinó que a mesura que augmenta el volum cel·lular disminueix la relació superfície/volum fins que la superfície resulta insuficient per permetre l’entrada i la sortida de totes les substàncies que necessita la cèl·lula. D’altra banda, com que el volum del nucli no augmenta, es pot arribar a un volum citoplasmàtic tan gran que el nucli sigui incapaç de controlar-ho. Una forma globular pot significar que es tracta d’una cèl·lula jove, perquè per evitar el problema abans esmentat, la majoria de cèl·lules, a mesura que augmenten de volum adquireixen formes aplanades o filiformes a fi de mantenir constant la relació superfície/volum.


117

917280 _ 0110-0121.qxd

6

12/1/09

10:37

Página 118

SOLUCIONARI

6.29.

Nombre Poder màxim de d’augments resolució

Tipus d’imatge

Microscopi òptic (MO)

1.200

0,2 µ

Es veuen els colors, si en té.

Microscopi electrònic de transmissió (MET)

1.000.000

4Å

Imatge projectada en pantalla fluorescent, en blanc i negre, i de l’objecte en dues imensions.

Microscopi electrònic de rastreig (MER)

200.000

200 Å

Imatge projectada en monitor de televisió, en blanc i negre, i de l’objecte en tres dimensions.

6.30. Perquè han de ser observades en un medi sense aire, al buit, i moririen, i perquè en incidir-hi, el flux d’electrons les mataria. 6.31. 1–e, 2–a, 3–f, 4–b, 5–d, 6–c, 7–g, 8–j, 9–h, i 10–i.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Tots els éssers vius estan constituïts per una o més cèl·lules; és a dir, la cèl·lula és la unitat morfològica de tots els éssers vius. La cèl·lula és capaç de dur a terme tots els processos metabòlics necessaris per mantenir-se amb vida; és a dir, la cèl·lula és la unitat fisiològica dels organismes. Les cèl·lules només es poden originar a partir d’unes altres de preexistents: «Omnis cellula ex cellula» (‘tota cèl·lula prové d’una altra cèl·lula’). La cèl·lula conté tota la informació sobre la síntesi de la seva estructura i el control del seu funcionament, i és capaç de transmetre-la als seus descendents; és a dir, la cèl·lula és la unitat genètica autònoma dels éssers vius. 2. Membrana plasmàtica, citoplasma i material genètic (DNA). 3. La forma de les cèl·lules depèn bàsicament de la funció que duen a terme. Entre els factors que la poden fer variar cal indicar: absència de paret cel·lular rígida, les tensions d’unions a cèl·lules contigües, la viscositat del citosol, els fenòmens osmòtics i el tipus de citosol intern. 4. a) 3 " 1023 µm. b) 2 " 1024 mm. c) 10 mm.

INTERPRETACIÓ DE DADES 6.35. La mida del bacteri en la micrografia és de 7 cm, com que la micrografia està feta a 30.000 augments, la mida real és 30.000 vegades més petita, és a dir: Mida aparent (MA) ! mida real (MR) " nombre d’augments

5. El grau de maduresa de les cèl·lules es pot valorar calculant la relació nucleoplasmàtica (RNP), que relaciona el volum cel·lular amb el del nucli: com més petita és aquesta relació, més propera està la cèl·lula a la seva maduresa, és a dir, més propera està a dividir-se, si té capacitat per fer-ho, o a morir, si no en té.

Vn RNP ! ———— Vc # Vn

70 mm ! MR · 30.000 MR ! 0,00233 mm ! 2,33 µm

Una altra manera d’estudiar-ho consisteix a observar el grau d’empaquetament de la cromatina del nucli. Com més empaquetada està, més a prop de la divisió cel·lular es troba.

6.36. La mida del segment de l’escala gràfica és de 2 cm, per tant, el nombre d’augments és: Mida aparent (MA) ! mida real (MR) " nombre d’augments

6.

Cèl·lula procariota Cèl·lula eucariota

20.000 µm ! 50 µm " nombre d’augments Nombre d’augments ! 400 augments 6.37. 1–b, 2–a, 3–f, 4–d, 5–e, 6–c.

Paret cel·lular (presència i composició)

LABORATORI 6.38 i 6.39. L’hematoxilina-eosina és la tècnica de tinció que s’utilitza amb més freqüència en histologia. El colorant bàsic hematoxilina tenyeix les estructures àcides de blau porpra. Així per exemple, el nucli i el reticle endoplasmàtic rugós tenen gran afinitat per aquest colorant degut al seu gran contingut en DNA i RNA, respectivament. L’eosina és un colorant àcid que tenyeix les estructures bàsiques de color vermell o rosa. La majoria de les proteïnes citoplasmàtiques són bàsiques i, per tant, el citoplasma sol quedar tenyit de color rosa. En general, quan s’aplica el mètode de tinció H-E a cèl·lules animals, els nuclis es tenyeixen de blau i el citoplasma es tenyeix de rosa o vermell.

118

Material genètic (característiques i localització)

Presenten paret cel·lular de mureïna (eubacteris) i altres lípids (arqueobacteris).

Les cèl·lules vegetals en presenten de cel·lulosa; els fongs la presenten de quitina. Una sola molècula Es presenta de DNA circular en forma i sense embolcall de cromatina (no presenten dins una doble nucli). membrana (embolcall nuclear) formant un nucli.

Dimensions

Entre 1 i 10 µm.

De 10 a 100 µm.

Localització de la respiració cel·lular

A la membrana plasmàtica.

A la membrana interna dels mitocondris.

Citosquelet (presència)

No en té.

Sí que en presenta.


917280 _ 0110-0122.qxd

6

29/12/08

14:00

Página 119

SOLUCIONARI

7. A. Membrana plasmàtica. B. Fosfolípids. C. Proteïnes. D. Nucli. E. Porus nuclears. F. Ribosomes. G. Reticle endoplasmàtic rugós. H. Mitocondris/cloroplasts. I. Cloroplasts/mitocondris.

6. Per obtenir preparacions permanents s’ha de recórrer a tècniques de preparacions microscòpiques. Aquestes tècniques són: • Fixació. Consisteix a tractar la mostra biològica amb uns líquids anomenats conservants o fixadors que preserven la morfologia de les cèl·lules. Un dels fixadors més utilitzats és l’alcohol etílic al 70%.

8. a) Microscopi electrònic. b) Microscopi òptic. c) Microscopi òptic. d) Microscopi electrònic. e) Microscopi electrònic de rastreig. f) Microscopi electrònic. g) Microscopi electrònic. h) Microscopi òptic. i) Microscopi òptic. 9. A. Cèl·lula animal: té centrosoma i poc volum vacuolar; pot presentar cilis, flagels o emetre pseudòpodes.

• Inclusió. Si els teixits són tendres, les mostres s’inclouen en una substància que els proporcioni una consistència adequada per evitar-ne la deformació durant el tall.

B. Cèl·lula vegetal: té forma geomètrica; conté plasts, com els cloroplasts i els amiloplasts; presenta paret cel·lular i un volum vacuolar elevat.

• Tall. Per tal de tallar la mostra en capes molt fines s’utilitzen els micròtoms. • Tinció. Les mostres s’han de tenyir per mitjà d’unes substàncies anomenades colorants. N’hi ha de diferents tipus: vitals, específics i fluorescents.

Es pot indicar, també, que el polisacàrid de reserva en les cèl·lules animals és el glicogen i en les vegetals, el midó.

• Muntatge. Consisteix a cobrir la mostra tenyida, col·locada sobre el portaobjectes, amb un medi de muntatge viscós i molt transparent, i després col·locar-hi al damunt un cobreobjectes de vidre que protegeixi la mostra.

PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. Unitat estructural: tots els organismes estan constituïts per una cèl·lula o més. Unitat funcional: la cèl·lula és capaç de dur a terme tots els processos metabòlics necessaris per mantenir-se amb vida. Unitat reproductora: les cèl·lules només es poden originar a partir d’unes altres de preexistents. Unitat genètica: la cèl·lula conté tota la informació sobre la síntesi de la seva estructura i el control del seu funcionament, i és capaç de transmetre-la als seus descendents. 2. Els factors que limiten l’augment de la mida de les cèl·lules són la capacitat de captació de nutrients del medi que les envolta i la capacitat funcional del nucli. 3.

longitud aparent ! longitud real " augment 0,85 cm ! longitud real " 1.500 longitud real ! 5,66 " 10-4cm ! 5’66 µm

4. La cèl·lula és l’estructura més simple que es coneix amb capacitat de fer les tres funcions vitals (nutrició, relació i reproducció) per si mateixa, és a dir, sense necessitat d’altres éssers vius. Els virus presenten una estructura molt més senzilla que la cel·lular, no són capaços de dur a terme el metabolisme ni reproduir-se per si mateixos; per això molts autors els consideren formes de vida acel·lular. 5. Completa:

Cèl·lula vegetal

Cèl·lula animal

7. a) Procariota i eucariota. b) Procariota. c) Procariota. d) Eucariota. e) Eucariota. f) Procariota. g) Eucariota. h) Procariota. 8. a) Membrana plasmàtica. b) Reticle endoplasmàtic. c) Mitocondri. d) Embolcall nuclear. e) Lisosomes. f) Aparell de Golgi. g) Centrosoma. h) Nucli. FITXA DE REFORÇ 1. La paraula cèl·lula ve del llatí cellulae, que vol dir ‘petites cel·les’ o ‘cambretes’. El seu descobridor va ser Robert Hooke, l’any 1665. Aquest autor va fer observacions sobre teixits vegetals amb un microscopi construït per ell mateix (va aconseguir uns 500X). Va descriure amb detall el teixit suberitzat (suro) i va establir el terme cèl·lules per designar les petites cel·les observades al suro; en realitat, però, no es tractava de cèl·lules completes, sinó de les parets de cel·lulosa de les cèl·lules vegetals mortes. El primer a observar cèl·lules vives va ser l’holandès Van Leeuwenhoek, que cap a l’any 1679 va observar per primera vegada protozous i rotífers, als quals va anomenar animàlculs. 2.

longitud aparent ! longitud real " augment 0,68 cm ! longitud real " 100

Membranes de secreció (presència i composició)

Presenta paret cel·lular constituïda per cel·lulosa.

Poden presentar matriu extracel·lular de mucopolisacàrids.

Material genètic (característiques i localització)

Nucli situat lateralment.

Nucli situat al centre.

Orgànuls exclusius

Cloroplast.

Centrosoma format pels centríols.

Inclusions citoplasmàtiques

Grànuls de reserva de midó.

Reserves de glicogen.

b) Específics de les cèl·lules animals: centrosoma format per centríols, reserves de glicogen.

Vacúols (presència)

Un de gran i central o pocs més.

Molts de petits (vesícules).

c) Específics de les cèl·lules vegetals: cloroplast, grànuls de midó (amiloplasts), glioxisomes.

longitud real ! 6,8 " 10-3 cm ! 0,66 µm longitud aparent ! longitud real " augment longitud aparent ! 50 µm " 80 ! 4.000 µm 3. a) Comuns a les cèl·lules animals i les vegetals: ribosomes, reticle endoplasmàtic, aparell de Golgi, vacúols, lisosomes, peroxisomes, mitocondris, estructures microfibril·lars i microtúbuls del citosquelet.


119

917280 _ 0110-0121.qxd

6

12/1/09

10:37

Página 120

SOLUCIONARI

4. Procariotes: una molècula de DNA circular de doble cadena que no es troba separada del citoplasma per cap embolcall nuclear. Al citoplasma també hi ha presents petites molècules de DNA circular de doble cadena anomenades plasmidis. Eucariotes: diverses cadenes de DNA lineals de doble cadena associades a unes proteïnes anomenades histones. El nombre de cadenes és propi de cada espècie.

2. Cianobacteris: cèl·lula de tipus procariota (sense nucli); presenten paret cel·lular (de mureïna); metabolisme fotoautòtrof (tenen unes membranes interiors, els tilacoides, amb pigments i enzims relacionats amb la fotosíntesi).

5. A. Cèl·lula vegetal. Té forma geomètrica. Presenta paret cel·lular, cloroplasts i un gran volum vacuolar. El nucli està en posició lateral.

Vegetals: cèl·lula de tipus eucariota (amb nucli diferenciat); presenten paret cel·lular (de cel·lulosa); metabolisme fotoautòtrof (tenen cloroplasts per fer la fotosíntesi).

B. Cèl·lula animal. El nucli està en posició central; hi ha un gran nombre d’orgànuls cel·lulars. No hi ha cloroplasts ni paret cel·lular.

Altres diferències són les pròpies entre les cèl·lules eucariotes i procariotes: diferència de mida, la presència o no d’orgànuls cel·lulars i del citosquelet...

C. Cèl·lula procariota. Hi ha pocs orgànuls cel·lulars; no presenta nucli. Té paret cel·lular i una mida inferior a les altres.

3. a) Es tracta d’una paret rígida constituïda per mureïna, que protegeix la cèl·lula.

6. a) 1; b) 1; c) 3; d) 2; e) 2. 7.

b) Els bacteris grampositius presenten una capa molt gruixuda de mureïna i externament no presenten cap coberta més. En canvi, els gramnegatius tenen una paret molt més prima formada per una fina capa de mureïna envoltada d’una coberta lipídica.

MO (microscopi òptic)

MET (microscopi electrònic de transmissió)

MER (microscopi electrònic de rastreig)

Tipus de lents

Lents de vidre

Lents electromagnètiques

Lents electromagnètiques

Nombre d’augments

40 fins a 1,6 ! 103X

Fins a 1 ! 106X

2 ! 105X

Poder de resolució

200 nm

0,2 nm

10 nm

Tipus de mostra

Vives i mortes

Mortes

Mortes

Van Leeuwenhoek va perfeccionar les lents d’augment i va construir microscopis senzills. Va veure per primera vegada protozous i rotífers.

Gruix de les preparacions

6-12 µm

150-500 Å

150-500 Å

Brown, l’any 1831, va descobrir en les cèl·lules vegetals un corpuscle que va anomenar nucli.

Tipus d’imatges

A color

Micrografies

Tridimensionals

Tipus de microscopi

FITXA D’AMPLIACIÓ 1. «La teoria de l’endosimbiosi admet que els mitocondris procedeixen de bacteris aerobis ancestrals adaptats a viure en simbiosi al citoplasma d’un primitiu organisme unicel·lular fagòcit. Després de més de mil milions d’anys d’evolució en comú, s’han integrat plenament a la cèl·lula hoste, tot i que

120

encara conserven, com a vestigi del seu passat remot, les restes del que, en el seu dia, va ser el sistema genètic propi: una doble cadena circular de DNA, similar als genòfors bacterians actuals.»

c) La càpsula dels bacteris els protegeix de l’assecament; els permet fixar-se a diferents substrats; també els protegeix del sistema immunitari de l’hoste en el cas de bacteris patògens. 4. Robert Hooke va publicar, el 1665, els resultats de les seves observacions sobre els teixits vegetals.

El zoòleg alemany Schwann, coincidint amb el botànic Schleiden, va descobrir que els éssers vius estaven formats per una cèl·lula o diverses. Virchow va dir que les cèl·lules tan sols poden sorgir a partir d’unes altres de preexistents. Purkinje va descriure el medi intern de la cèl·lula vegetal, que va anomenar protoplasma. Sutton i Boveri van ser els autors de la teoria cromosòmica. 5. a–4; b–2; c–1; d–2; e–1; f–3; g–3; h–1; i–2; j–1; k–2; l–4.


917280 _ 0110-0121.qxd

6

30/12/08

12:15

Página 121

SOLUCIONARI

Notes


121

917280 _ 0134-0145.qxd

8

12/1/09

11:15

Página 134

Orgànuls cel·lulars delimitats per membranes

MAPA DE CONTINGUTS ORGÀNULS CEL·LULARS poden ser no membranosos

membranosos

són

inclouen

ribosomes

sistema endomembranós

inclusions

energètics

nucli cel·lular

format per

pot estar

reticle endoplasmàtic

aparell de Golgi

pot ser

format per

poden ser

dictosomes

primaris

té una cara

secundaris

llis

rugós

cis (formació) formació

vacúols

lisosomes

mitocondris

en divisió

format per

presenta

embolcall nuclear

cromosomes

nucleoplasma

trans (maduració) maduració

inclou

són

peroxisomes

interfàsic

nuclèol

cromatina

cloroplasts

formats per

doble membrana

matriu

doble membrana

estroma

tilacoides

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. És important comprovar si els alumnes, davant d’esquemes, microfotografies o preparacions, són capaços de diferenciar l’estructura procariota de l’eucariota, i, en aquest segon cas, si es tracta d’una cèl·lula animal o vegetal; també han de reconèixer els diferents orgànuls i identificar-ne les funcions.

134


917280 _ 0134-0145.qxd

8

30/12/08

12:50

Página 135

Orgànuls cel·lulars delimitats per membranes

OBJECTIUS 1. Fer observacions biològiques sistemàtiques, qualitatives i quantitatives, i treure’n conclusions. 2. Descriure els diferents components estructurals i ultraestructurals de la cèl·lula amb les funcions corresponents.

3. Analitzar i relacionar imatges d’elements estructurals cel·lulars obtinguts a partir de diferents mètodes d’observació. 4. Descriure la naturalesa i la localització del material genètic.

CONTINGUTS • Descripció de l’estructura i la funció dels orgànuls que conformen el sistema endomembranós i les relacions que hi ha entre ells. (Objectius 1 i 2) • Anàlisi de l’estructura i la funció que desenvolupen els orgànuls energètics. (Objectiu 2) • Coneixement de les característiques dels elements estructurals del nucli i la seva funció. (Objectius 2 i 4) • Identificació dels canvis del nucli durant el cicle cel·lular. (Objectius 1 i 4) • Coneixement de les diferents tècniques utilitzades per fer observacions de material genètic. (Objectiu 3) • Diferenciació dels tipus de cromosomes i les dotacions cromosòmiques. (Objectiu 4)

CRITERIS D’AVALUACIÓ PROVES D’AVALUACIÓ CRITERIS D’AVALUACIÓ Relacionar els orgànuls cel·lulars amb la funció que tenen. (Objectiu 2)

Activitats prova 1 1, 7

Identificar els components estructurals i ultraestructurals de la cèl·lula. (Objectius 1 i 2)

3

Entendre els canvis que tenen lloc en el nucli durant el cicle cel·lular. (Objectiu 4)

Activitats prova 2 1, 6 3 4

Diferenciar els tipus de cromosomes, així com les dotacions cromosòmiques. (Objectiu 4)

6

5

Conèixer l’estructura i la funció dels orgànuls membranosos energètics. (Objectiu 2)

2

2

Conèixer la naturalesa i la localització del material genètic. (Objectiu 4)

4, 5


135

917280 _ 0134-0145.qxd

8 1

12/1/09

11:15

Página 136

AVALUACIÓ


Completa la taula següent marcant amb una X la casella adequada: Síntesi de proteïnes

Conté enzims hidrolítics

Addició d’oligosacàrids a les proteïnes

Emmagatzematge de substàncies

Vacúols Lisosomes Hialoplasma Reticle endoplasmàtic rugós 2

Per portar a terme les seves funcions, les cèl·lules necessiten energia. Indica quin és l’orgànul responsable de la producció energètica en les cèl·lules animals. Fes un esquema en què n’indiquis les parts, i explica l’origen d’aquest orgànul. 1

4

6

3

En el dibuix s’observa en detall una part de la cèl·lula propera al nucli. Indica com s’anomenen les estructures numerades.

4

Comenta la composició química i la funció de la substància granulosa indicada amb el número 4 a l’exercici anterior.

5

Dos cromosomes homòlegs són idèntics? Les dues cromàtides d’un cromosoma són idèntiques?

6

En el dibuix s’observen els cromosomes d’una cèl·lula diploide d’una espècie animal amb determinació sexual XX/XY. Indica si es tracta d’un mascle o d’una femella. Raona la resposta.

7

Marca la resposta correcta:

2

3

5

1. Quin d’aquests orgànuls no forma part dels sistemes de membranes? a) Reticle endoplasmàtic. c) Lisosomes. b) Aparell de Golgi. d) Mitocondris. 2. Quina d’aquestes estructures conté enzims hidrolítics per als processos de digestió cel·lular de les macromolècules? a) Els peroxisomes. c) Les vesícules de transició. b) Els vacúols. d) Els lisosomes. 3. Els polisacàrids de la paret cel·lular se sintetitzen... a) en el hialoplasma. c) en l’aparell de Golgi. b) en el reticle endoplasmàtic rugós. d) en el nucli. 4. Quina d’aquestes funcions cel·lulars no es porta a terme en el nucli cel·lular? a) La replicació del DNA. c) L’obtenció d’energia. b) La transcripció o síntesi de l’RNA. d) Totes les funcions indicades es donen en el nucli cel·lular. 5. L’extrem de cada braç d’un cromosoma es denomina: a) NOR o zona de l’organitzador nucleolar. c) Centròmer. b) Telòmer. d) Satèl·lit.

136


917280 _ 0134-0145.qxd

8 1

12/1/09

11:15

Página 137

AVALUACIÓ


La figura representa una part d’una cèl·lula eucariota. Identifica les estructures numerades de l’1 al 10. Per a cada una de les funcions següents, indica una estructura o zona concreta de les cèl·lules eucariotes on poden tenir lloc: a) Fosforilació oxidativa.

3

4

5 6 7

2 1 8

b) Degradació de substàncies o estructures. c) Cicle de Krebs. d) Transport actiu.

10

9

e) Traducció. f) Fase lumínica de la fotosíntesi. g) Glucòlisi. 2

Identifica l’orgànul representat en el dibuix. Quins tipus de cèl·lula contenen aquests orgànuls? Posa el nom de cadascuna de les parts indicades a la figura. Indica quins processos es porten a terme en els números 2 i 4.

3

Fes un esquema d’un cromosoma metafàsic indicant-ne les parts.

4

Marca la resposta correcta:

4

1

3

2

1. La recuperació dels elements del reticle endoplasmàtic rugós es fa a partir... a) de l’aparell de Golgi. c) dels lisosomes. b) dels vacúols. d) de zones properes a l’embolcall nuclear. 2. Quina d’aquestes estructures conté enzims capaços de descompondre H2O2 i O2? a) Els peroxisomes. c) Les vesícules de transició. b) Els vacúols. d) Els lisosomes. 3. En el reticle endoplasmàtic llis té lloc un dels processos següents: a) La glucòlisi. c) La respiració cel·lular. b) El metabolisme dels lípids. d) La síntesi de proteïnes. 4. Les histones són... a) proteïnes nuclears associades al DNA. c) el material que constitueix el complex dels porus. b) la substància que constitueix el nuclèol. d) el material associat a l’RNA citoplasmàtic. 5. La regió del cromosoma que es fixa al fus acromàtic durant la mitosi es denomina: a) Satèl·lit. c) NOR. b) Telòmer. d) Centròmer.


137

917280 _ 0134-0145.qxd

8

12/1/09

11:15

Página 138


FITXA DE REFORÇ

1

En què consisteix la teoria endosimbiòtica sobre l’origen de les cèl·lules eucariotes?

2

Defineix breument el nucli cel·lular.

3

L’esquema següent representa un orgànul cel·lular. De quin orgànul es tracta? Quins números corresponen al nucleoplasma i a la cromatina? A quines parts corresponen els altres números? Quin és el nuclèol i quina és la seva funció? En quin tipus de cèl·lules podem trobar aquest orgànul? 4

1

6 2

3

4

5

En la figura s’observa un cromosoma d’una cèl·lula eucariota en metafase. Indica com s’anomenen les estructures numerades. 1

2

2 4

4 3 3 5

6

5

Explica breument els conceptes següents: homòleg, haploide, homogamètic.

6

En la figura següent es representa la dotació cromosòmica d’una cèl·lula 2n d’una espècie animal amb determinació sexual XX-XY. Identifica els parells de cromosomes homòlegs i indica si es tracta d’un mascle o d’una femella. Raona la resposta.

A

B

C

J

D I F

E

H

G

138


917280 _ 0134-0145.qxd

8

12/1/09

11:15

Página 139



1

Quina estructura tenen els porus de l’embolcall nuclear? Quines funcions desenvolupen?

2

En relació amb la figura següent: a. Què representa el conjunt dels dibuixos? b. Què representen els dibuixos indicats amb les lletres A, B i F? c. Quina o quines d’aquestes estructures es poden observar amb el microscopi òptic i quan s’observen? d. Quina finalitat té que l’estructura representada en A acabi donant lloc a l’estructura representada en F? A 2 nm

B 20 nm

C 30 nm

D 300 nm

E 700 nm

3

Comenta la funció del centròmer, del NOR (organitzador nucleolar) i dels telòmers.

4

Comenta breument el que s’observa en la imatge següent.

F 1.400 nm


139

917280 _ 0134-0145.qxd

8

30/12/08

12:50

Página 140

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT • D’aquesta manera no hi ha interferències entre les reaccions químiques que tenen lloc en cadascun dels compartiments. ACTIVITATS 8.1. Les riboforines són les molècules proteiques que possibiliten la unió dels ribosomes a les membranes del reticle endoplasmàtic rugós. 8.2. Totes les cèl·lules que presenten una elevada activitat secretora d’enzims tenen un elevat nombre de ribosomes, ja que aquests són necessaris per a la síntesi de les proteïnes enzimàtiques. 8.3. Les dues subunitats ribosòmiques tan sols s’uneixen formant un ribosoma quan aquests tradueixen una molècula d’RNAm. De fet, tan sols quan la subunitat menor es fixa a una molècula d’RNAm s’hi uneix la subunitat més gran per formar un ribosoma complet unit a un RNAm. Un cop acabada la síntesi de la proteïna, les dues subunitats es tornen a separar i així queden en el citosol. 8.4. Normalment, el reticle endoplasmàtic rugós es troba format per una xarxa de sàculs aplanats units entre si, té un gran nombre de ribosomes que es fixen a la seva membrana gràcies a unes proteïnes específiques (riboforines), i les seves funcions bàsiques són la síntesi de proteïnes per mitjà dels ribosomes, la introducció d’aquestes molècules a l’interior dels sàculs, la glicosilació, l’emmagatzematge i el repartiment posterior per tota la cèl·lula a través de les vesícules. El reticle endoplasmàtic llis, en canvi, és una xarxa de sàculs i túbuls que s’estén per tot el citoplasma, està mancat de ribosomes a la membrana, i té com a funcions bàsiques la síntesi, a la cara externa de les membranes, de gairebé tots els lípids que constitueixen la membrana plasmàtica, la seva introducció a l’interior dels sàculs, l’emmagatzematge i el repartiment per mitjà de les vesícules a la resta d’orgànuls de la cèl·lula. 8.5. El reticle endoplasmàtic llis fa les funcions: • Síntesi, emmagatzematge i transport de lípids. • Destoxificació de les cèl·lules: transforma les substàncies tòxiques en productes menys tòxics i eliminables de la cèl·lula. • Participa en la contracció dels músculs estriats. 8.6. La cara cis de l’aparell de Golgi és la cara en la qual els sàculs formen una superfície plana o convexa. A més, és la cara més propera al nucli (pintat de color blau). Així doncs, la cara cis és la que es troba a la part esquerra del dibuix. La cara trans és la cara en la qual els sàculs formen una superfície còncava, els sàculs són gruixuts i als extrems es formen les vesícules. A més, és la més allunyada del nucli. Així doncs, la cara trans és la que està situada a la dreta del dibuix. 8.7. Les vesícules relacionades amb l’aparell de Golgi són de tres tipus: a) Vesícules de transició. Són les que provenen del nucli i del reticle endoplasmàtic, i aporten substàncies a l’aparell de Golgi.

140

b) Vesícules intercisternes. Són les que transporten el contingut dels sàculs, de cisterna en cisterna, des de la cara cis cap a la cara trans. c) Vesícules de secreció. Són les que acumulen a l’interior el contingut molecular de l’aparell de Golgi abans d’alliberar-lo a l’exterior. 8.8. De les funcions que fa l’aparell de Golgi destaquen el transport, la maduració, l’acumulació i la secreció de les proteïnes procedents del reticle endoplasmàtic rugós; la glicosilació de lípids i proteïnes, i la síntesi de proteoglicans o mucopolisacàrids. 8.9. Es considera dictiosoma la sèrie de quatre a vuit sàculs discoïdals disposats en paral·lel que, juntament amb les vesícules de secreció, formen l’aparell de Golgi. S’anomena cisterna cadascun dels sàculs discoïdals que formen el dictiosoma. 8.10. Els dos orgànuls pertanyen al sistema endomembranós cel·lular; l’aparell de Golgi es constitueix a partir de les membranes de les vesícules de transició que procedeixen del reticle endoplasmàtic. 8.11. La semblança és que les dues es formen a partir de l’aparell de Golgi. La diferència és que els lisosomes contenen enzims digestius que aniran als vacúols digestius i, en canvi, les vesícules de secreció són més grans, es fusionen amb la membrana plasmàtica, i alliberen el seu contingut a l’exterior. 8.12. Es considera lisosoma primari la vesícula que conté a l’interior enzims digestius, però en el qual no es produeix cap activitat enzimàtica digestiva. Es considera lisosoma secundari aquell a l’interior del qual sí que hi ha activitat digestiva a causa que els enzims digestius han pres contacte amb un substrat orgànic. 8.13. Es creu que les cadenes d’oligosacàrids, abundants a la cara interna de la membrana dels lisosomes, eviten que els enzims hidrolases ataquin i digereixin la membrana del lisosoma. 8.14. La clatrina és una proteïna filamentosa que constitueix un sistema reticular situat sota les membranes i que pot induir la formació de vesícules. Arrossega un sector de la membrana i forma una petita invaginació fins a aconseguir separar un tros de membrana per formar una vesícula. 8.15. La part proteica de les glicoproteïnes de la membrana plasmàtica té l’origen al reticle endoplasmàtic rugós, on els ribosomes les sintetitzen a partir de la informació continguda a l’RNAm. Un cop formades, penetren a l’interior dels sàculs del reticle, per passar després a quedarse a l’interior de les vesícules de transició que arriben a l’aparell de Golgi, on són glicosilades per mitjà de la unió de cadenes d’oligosacàrids. Més tard, a l’interior de les vesícules de secreció, arriben a la membrana plasmàtica, a la qual finalment s’integren. 8.16. Els lisosomes secundaris reben el nom d’heterofàgics o vacúols digestius quan el substrat que és digerit procedeix de l’exterior, generalment obtingut per fagocitosi, i es troba contingut en un fagosoma. S’anomenen au-


917280 _ 0134-0145.qxd

8

30/12/08

12:50

Página 141

SOLUCIONARI

tofàgics quan el substrat orgànic que és digerit és una estructura pròpia de la cèl·lula, per exemple un mitocondri vell, un sàcul, etc. El vacúol que el conté s’anomena autofagosoma.

Cloroplasts 1. Són polimorfs, però la forma més abundant és la lenticular.

8.17 S’anomena destoxificació els processos de degradació oxidativa que sofreixen determinades substàncies tòxiques a l’interior de la cèl·lula. Efectuen aquesta activitat el reticle endoplasmàtic llis i els peroxisomes.

2. N’hi ha entre vint i quaranta per cèl·lula, encara que de vegades tan sols n’hi ha un.

8.18. És un complex enzimàtic formador de molècules d’ATP. Se situa a la cara interna de les membranes mitocondrials internes i a la cara externa dels tilacoides dels cloroplasts. El pas de protons (H!) a través del complex ATP-sintetasa, que es produeix a favor del gradient químic de H!, proporciona l’energia necessària per a la formació d’ATP.

4. La membrana plastidial interna és llisa, però a dins hi ha nombrosos tilacoides.

8.19. El cicle de Krebs es duu a terme en la matriu mitocondrial i la cadena respiratòria, en la membrana interna del mitocondri. 8.20. La cadena respiratòria està formada per un conjunt de proteïnes localitzades a la membrana interna del mitocondri. Aquestes proteïnes transportadores (NADH-deshidrogenasa, ubiquinona, citocrom a, citocrom b i citocromooxidasa) es van transferint els electrons les unes a les altres, fins a l’oxigen, l’acceptor final dels electrons, que es redueix i forma aigua. Aquesta transferència d’electrons està acoblada a un bombeig de protons a través de la membrana mitocondrial interna, que és la font d’energia emprada en la fosforilació de l’ADP per formar ATP. 8.21. Els tilacoides o lamel·les són sàculs aplanats caracteritzats per contenir pigments fotosintètics a la seva membrana. L’espai interior que delimiten s’anomena lumen o espai tilacoidal. En els tilacoides té lloc la fase lumínica de la fotosíntesi. 8.22. La fase fosca o biosintètica. 8.23. Pertanyen al grup dels leucoplasts. L’altre tipus principal de plasts que hi ha són els cromoplasts, que contenen pigments. Els plasts, en general, tenen la capacitat de sintetitzar i emmagatzemar substàncies, com per exemple clorofil·la als cloroplasts, midó als amiloplasts i proteïnes als proteoplasts. 8.24.

Mitocondris 1. Són polimorfs, però la forma més abundant és la de bastonet. 2. Són molt abundants al citoplasma cel·lular. 3. Es troben en cèl·lules animals i vegetals. 4. La membrana mitocondrial interna presenta crestes internes. 5. Tenen com a activitat més important la respiració mitocondrial, encara que també fan altres activitats, com ara el cicle de Krebs, la b-oxidació, etcètera. 6. L’energia per a la formació d’ATP l’obtenen de l’oxidació del NADH i el FADH2 (transportadors de protons i electrons) procedents de la matèria orgànica ingerida.

3. Tan sols es troben a les algues i en algunes cèl·lules de les plantes.

5. Les activitats més importants són la fotosíntesi, la transformació d’energia lluminosa en energia química (ATP) i la síntesi de midó. 6. L’energia per a la formació d’ATP l’obtenen de l’energia lluminosa procedent del Sol. La molècula transportadora de protons i electrons és el NADPH.

8.25. L’RNA nucleolar (RNAn) es troba al nucli; l’RNA missatger (RNAm), a les zones de cromatina en què es transcriu un gen, i el DNA, a la cromatina. 8.26. Perquè al DNA del nucli és on hi ha la informació necessària per sintetitzar els enzims que necessita la cèl·lula per fer la digestió, per sintetitzar les proteïnes receptores de membrana, i per construir membranes, ribosomes, citosquelet, histones, etc. 8.27. Per mitjà de la fusió de les membranes de les cèl·lules contigües, amb la qual cosa en un sol citoplasma hi ha dos o més nuclis, fet que s’anomena síncit, o per mitjà d’una divisió, o unes quantes, del nucli sense que això vagi acompanyat de sengles divisions del citoplasma, i així apareix un plasmodi. 8.28. No en sentit estricte. Si la interfase és el període en el qual no es produeix la mitosi, no es pot dir que sigui una fase de la mitosi. El que sí que és correcte dir és que, com que el DNA es duplica durant el període S de la interfase (el que després es repartirà durant la mitosi), sense aquest procés interfàsic no hi podria haver mitosi. Vn (6/100) # 4.000 µ3) 8.29. RNP " $ $ $" $ $$ $ $ $ $$$ " Vc % V n 4.000 µ3 % (6/100) # 4.000 µ3

" 0,06383 8.30. No podria sortir l’RNAm i, per tant, no es podrien fabricar proteïnes. No podrien entrar les proteïnes dels tipus DNA-polimerases, RNA-polimerases, histones i proteïnes de l’RNAn; per tant, no es podria duplicar el DNA, ni formar la fibra de cromatina de 100 Å, ni l’RNAn ni les partícules preribosòmiques. 8.31. Per regular quines proteïnes poden entrar o sortir i quines no, i per regular la sortida de les subunitats ribosòmiques. 8.32. Que, com que en les cèl·lules eucariotes hi ha unes quantes molècules de DNA (a diferència de les procariotes, que tan sols en tenen una), aquestes, com que s’enrotllen sobre si mateixes per evitar la ruptura, proba-


141

917280 _ 0134-0145.qxd

8

30/12/08

12:50

Página 142

SOLUCIONARI

blement es condensarien en llocs diferents, amb la qual cosa seria més difícil coordinar la replicació del DNA, la recombinació genètica durant la meiosi i el repartiment dels cromosomes. 8.33. Perquè la làmina nuclear presenta punts d’unió amb les fibres de cromatina, que, en enrotllar-se sobre si mateixes, formen els cromosomes. Perquè les fibres de cromatina que formen els cromosomes tenen punts d’unió amb la làmina nuclear, i les proteïnes d’aquesta es poden associar a les de la membrana interna de l’embolcall nuclear. 8.34. DNA-polimerases, RNA-polimerases, ribonucleoproteïnes, histones i nucleòtids. Són les molècules necessàries per a la duplicació del DNA, per fer la síntesi d’RNA i per a la fabricació de subunitats ribosòmiques. 8.35. Gràcies a una xarxa proteica fibril·lar i al fet de trobar-se en estat de gel. 8.36. Perquè presenta les subunitats ribosòmiques de 60 S i de 40 S. 8.37. Perquè és necessari el segment de DNA on hi ha la informació sobre la manera com s’ha de sintetitzar l’RNA nucleolar. Hi ha més nuclèols a les cèl·lules secretores d’enzims perquè, com que són els enzims proteïnes, són necessaris molts ribosomes, i això implica un nuclèol gran i uns quants nuclèols petits, ja que l’RNA nucleolar després donarà lloc a uns quants RNA ribosòmics. 8.38. El filament de l’eix de les estructures plomoses és un gen d’RNAn, és a dir, un segment de DNA amb informació sobre RNAn. El DNA que hi ha entre una estructura plomosa i una altra és el DNA no transcrit. Cadascuna d’aquestes estructures és un gen d’RNAn que és transcrit. Les fibril·les petites corresponen als RNA de 45 S la síntesi dels quals s’acaba d’iniciar, i les grans, als que ja acaben. Si hi ha cent fibril·les, és que treballen 100 RNApolimerases. 8.39. Un elevat grau d’empaquetament d’un segment de la fibra de DNA es correspon amb la impossibilitat que els gens continguts en aquest segment siguin transcrits i, per tant, la cèl·lula es comportarà com si estigués mancada d’aquesta informació genètica. Això explica que dues cèl·lules amb una mateixa informació genètica tinguin característiques molt diferents, per exemple, una cèl·lula nerviosa i una cèl·lula muscular d’una mateixa persona. 8.40. En els humans no hi pot haver cèl·lules somàtiques amb un nombre senar de cromosomes, tret que s’hi hagi produït una mutació, com passa, per exemple, en la síndrome de Down, en què hi ha tres exemplars del cromosoma 21 en lloc de dos, que és el que és normal (un d’heretat del pare i un altre d’heretat de la mare), o en la síndrome de Klinefelter, en què hi ha dos cromosomes X i un cromosoma Y. En els gàmetes humans hi ha un nombre senar de cromosomes, concretament 23, en condicions normals. En altres espècies, hi ha casos en què les cèl·lules somàtiques dels adults d’un sexe tenen un nombre parell

142

de cromosomes, i les de l’altre sexe, un nombre senar. El primer pot generar gàmetes amb un nombre senar o amb un nombre parell de cromosomes. Per exemple, si les cèl·lules somàtiques tenen 48 cromosomes, els gàmetes tindran 24 cromosomes. El segon genera la meitat dels gàmetes amb un nombre parell i l’altra meitat amb un nombre senar. Per exemple, si té 47 cromosomes, generarà gàmetes amb 24 cromosomes i gàmetes amb 23 cromosomes. 8.41. Presenta un corpuscle de Barr, com les cèl·lules de les dones. 8.42. • Fosforilació oxidativa – Mitocondris. • Regulació de la pressió – Vacúol pulsàtil. • Glicosilació – Aparell de Golgi. • Síntesi de proteïnes – Ribosomes, reticle endoplasmàtic rugós. • Formació de colesterol – Reticle endoplasmàtic llis. • Degradació d’àcids grassos – Mitocondris. • Síntesi d’àcids grassos – Citosol. • Formació de proteoglicans – Aparell de Golgi. • Procés de fotosíntesi – Cloroplasts. • Formació de glicolípids – Aparell de Golgi. 8.43. a) Mitocondri (vegeu les parts a la pàgina 145 del llibre de l’alumne). La seva funció és la d’obtenir energia mitjançant el procés de la respiració cel·lular. b) Aparell de Golgi (vegeu les parts a la pàgina 140 del llibre de l’alumne). Les seves funcions principals són: • maduració, acumulació, transport i secreció de proteïnes procedents del reticle endoplasmàtic. • glicosilació de lípids i proteïnes. • síntesi de polisacàrids. 8.44. Les substàncies sintetitzades al reticle endoplasmàtic rugós són transferides al complex o aparell de Golgi, on són modificades. Els enzims hidrolítics que hi ha als lisosomes són sintetitzats al RER i després són modificats a l’aparell de Golgi, que és l’orgànul que genera la majoria dels lisosomes. 8.45. a) Aparell de Golgi. b) Membrana nuclear. c) Nuclèol. Es tracta d’una cèl·lula eucariota animal. En les cèl·lules animals se sol situar pròxim al nucli envoltant els centríols. 8.46. A és un ARNm, B són ribosomes, C és el lumen del RER, D és una vesícula de secreció i E és la proteïna segregada. El procés 1 és la síntesi de proteïnes i la seva introducció al RER. El procés 2 és la modificació inicial de les proteïnes introduïdes al RER, el seu transport i la seva modificació final a l’aparell de Golgi i la seva secreció (exocitosi). 8.47. La imatge representa la sortida a l’exterior del contingut de les vesícules de secreció. La secreció és especialment freqüent en les cèl·lules que formen les glàndules. El material del nucli és el que té la informació sobre qui-


917280 _ 0134-0145.qxd

8

30/12/08

12:50

Página 143

SOLUCIONARI

nes substàncies s’han de segregar i com i on s’han de sintetitzar. 8.48. 1) amb c), 2) amb a), 3) amb g), 4) amb e), 5) amb d), 6) amb b), 7) amb h), 8) amb f), 9) amb j), i 10) amb i). 8.49. 1) és F, 2) és F, 3) és C, 4) és F, 5) és C, 6) és F, 7) és F, 8) és C, 9) és F, 10) és F. 8.50. Vegeu els dibuixos del llibre. Els mitocondris estan a totes les cèl·lules eucariotes sense excepció i els cloroplasts només a les cèl·lules de les algues i de les parts verdes de les plantes. 8.51. Perquè produeixen energia en forma d’ATP en els processos de la fosforilació oxidativa i de fotofosforilació al cloroplast. 8.52. Vegeu el dibuix del llibre, pàgina 140. 8.53. Vegeu el dibuix del llibre, pàgina 142. INTERPRETACIÓ DE DADES

de la membrana cel·lular; aquesta disposició es deu a la presència d’un gran vacúol central que desplaça la resta d’estructures, com els cloroplasts i el nucli. 8.67. Al microscopi s’observen unes cèl·lules molt separades les unes de les altres; podem apreciar en el citoplasma una sèrie de grànuls vermellosos que són els cromoplasts. També s’hi observa el nucli arrodonit, i en les zones poc alterades per la compressió, grans vacúols incolors. 8.68. Els grànuls de midó es tenyeixen de color blau-violeta intens a causa del iode de la tinció de Lugol. Es poden observar les capes de creixement excèntriques que presenten els grànuls de midó al voltant d’un punt central o «fil». 8.69. Els vacúols ocupen gran part del volum cel·lular desplaçant el nucli a una posició lateral. Se’n pot deduir la presència malgrat que no queden tenyits, és a dir, es mostren incolors (vegeu la pàgina 36 del llibre). La tinció amb eosina pot delimitar-los millor perquè el citoplasma queda tenyit de color rosa.

8.57. 47 cromosomes. 8.58. Es tracta dels cromosomes d’una cèl·lula diploide perquè hi ha dos exemplars de cada tipus. El valor de 2n és 48 cromosomes, encara que aquesta persona té 47 cromosomes.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1.

Síntesi de proteïnes

8.59. Es tracta d’un home, perquè té el cromosoma Y, i aquest cromosoma conté el gen de la informació determinant dels testicles.

Vacúols

8.60. Hi ha 24 tipus de cromosomes. El valor de n és 24. Si fos de l’altre sexe, el valor de n seria 23.

Reticle endoplasmàtic rugós

8.63. Els criteris que s’han seguit per formar els set grups de cromosomes són la mida i, dins de la mateixa mida, la posició del centròmer. 8.64. A: cromosomes molt llargs i metacèntrics. B: cromosomes llargs i submetacèntrics. C: cromosomes mitjans i metacèntrics o submetacèntrics. D: cromosomes mitjans i acrocèntrics o telocèntrics. E: cromosomes petits i metacèntrics o submetacèntrics. F: cromosomes molt petits i metacèntrics. G: cromosomes molt petits i acrocèntrics.

x

Lisosomes Hialoplasma

8.61. Cada cromosoma té dues cromàtides. Pertanyen a la profase. 8.62. Els cromosomes del requadre petit són els heterocromosomes o cromosomes sexuals. La resta són els autosomes o cromosomes autosòmics.

Conté enzims hidrolítics

x

Addició d’oligosacàrids a les proteïnes

Emmagatzematge de substàncies

x

Vacúols Lisosomes Hialoplasma Reticle endoplasmàtic rugós

x

2. Es tracta del mitocondri. Vegeu l’estructura del mitocondri a la pàgina 145 del llibre de l’alumne. Actualment es considera que els mitocondris es van originar a partir de bacteris fagocitats per cèl·lules, que no van ser digerits, sinó que es van quedar en simbiosi en el citosol (endosimbiosi). En aquest medi disposaven de prou matèria orgànica i, a canvi, cedien part del seu ATP a la cèl·lula hoste, que així tenia més possibilitats de supervivència.

8.65. Per longitud i forma, el cromosoma X pertany al grup C i el cromosoma Y pertany al grup E o al G.

3. 1. Reticle endoplasmàtic rugós. 2. Nuclèol. 3. Nucleoplasma/cromatina. 4. Embolcall nuclear. 5. Porus de l’embolcall nuclear.

LABORATORI. PRACTICA

4. La cromatina, anomenada així perquè es tenyeix fortament amb certs colorants, està constituïda per DNA, proteïnes i una mica d’RNA. Entre les proteïnes hi ha les histones, que tenen un percentatge elevat d’aminoàcids bàsics i, a més

8.66. Els cloroplasts presenten forma més o menys esfèrica i apareixen col·locats en la perifèria de la cèl·lula a prop


143

917280 _ 0134-0145.qxd

8

12/1/09

11:15

Página 144

SOLUCIONARI

d’empaquetar el DNA, neutralitzen el fort caràcter àcid dels àcids nucleics. Sembla que també controlen l’activitat dels gens. 5. Els cromosomes homòlegs són iguals pel que fa a la morfologia, la forma, la mida i les característiques, però difereixen en la informació genètica que contenen, ja que tenen informació per als mateixos caràcters, però no necessàriament la mateixa informació; la raó és que, en provenir cadascun d’un progenitor, un dels progenitors ha pogut aportar un gen per a un caràcter i l’altre un gen diferent. Les dues cromàtides d’un cromosoma són idèntiques, ja que cadascuna conté una molècula de DNA originada per replicació semiconservativa de la molècula original. L’única excepció té lloc en el cas de cromosomes meiòtics després dels processos de recombinació. 6. Es tracta d’un mascle, ja que té tots els cromosomes iguals dos a dos excepte un dels parells, que són diferents, i són, per tant, els heterocromosomes (XY). 7. 1-d; 2-d; 3-c; 4-c; 5-b. PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. 1. Vesícula d’endocitosi. 2. Membrana plasmàtica. 3. Aparell de Golgi. 4. Porus de l’embolcall nuclear. 5. Nucleoplasma/cromatina. 6. Nuclèol. 7. Embolcall nuclear. 8. Reticle endoplasmàtic rugós. 9. Centrosoma. 10. Mitocondri. a. Membrana interna del mitocondri. b. Lisosomes. c. Matriu mitocondrial. d. Membrana plasmàtica. e. Ribosomes. f. Tilacoide del cloroplast. g. Citosol. 2. Es tracta del cloroplast. Es troba a la cèl·lula vegetal i a la de les algues. 1. Doble membrana. 2. Estroma. 3. Grànul. 4. Tilacoide. Al número 2 (estroma) té lloc la fase fosca de la fotosíntesi; al número 4 (tilacoide) té lloc la fase lumínica de la fotosíntesi. 3. Telòmer

Cromàtides

Constricció secundària

Telòmer Braços

Cinetocor Organitzador nucleolar

Centròmer Organitzador nucleolar

Satèl·lits Cromosoma metafàsic

4. 1-d; 2-a; 3-b; 4-a; 5-d. FITXA DE REFORÇ 1. Actualment es considera que els mitocondris i els cloroplasts presents a les cèl·lules eucariotes procedeixen de primitius procariotes que es van incorporar en simbiosi en el citosol de la cèl·lula (endosimbiosi) i van originar una cèl·lula més complexa que ha derivat en la cèl·lula eucariota actual.

144

2. El nucli cel·lular és la part de la cèl·lula que conté la informació genètica. És a dir, la informació necessària perquè es puguin dur a terme les funcions cel·lulars i, més concretament, la informació per a la síntesi de les proteïnes. 3. Es tracta del nucli. 1. Nucleoplasma 2. Cromatina 3. Nuclèol. La funció del nuclèol és sintetitzar l’RNAn (nucleolar), que després es converteix en els diferents RNAr, que són imprescindibles per a la formació dels ribosomes. 4. 1) Centròmer. 2) Braços. 3) Cromàtides. 4) Telòmers. 5) Satèl·lit. 6) NOR (zona de l’organitzador nucleolar). 5. Homòleg: es diu de dos cromosomes que són idèntics quant a mida i morfologia. Cadascun dels cromosomes que formen un parell d’homòlegs prové d’un dels dos progenitors i tots dos contenen informació per als mateixos caràcters, encara que aquesta informació pot ser diferent. Haploide: cèl·lula que conté n cromosomes, és a dir, que té un cromosoma de cada parell d’homòlegs. Aquest concepte també s’aplica als organismes que presenten cèl·lules haploides. Homogamètic: el sexe homogamètic és el que té els cromosomes sexuals iguals. En l’espècie humana és homogamètica la dona, ja que els seus cromosomes sexuals són XX. 6. A-H; B-D; C-G; F-J; E-I. Es tracta d’un mascle, ja que un dels parells (E-I) té els cromosomes diferents; es tracta, per tant, del parell XY o YX. FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Els porus de l’embolcall nuclear tenen de 500 a 700 Å de diàmetre amb una complexa estructura formada per 8 partícules esfèriques de naturalesa proteica. Els porus permeten el pas de grans molècules (RNA, proteïnes) i impedeixen diferències osmòtiques entre el nucli i el citoplasma. 2. a. Empaquetament del DNA que dóna lloc als cromosomes; diferents graus de condensació de la cromatina. b. A: molècula de DNA de cadena doble; B: nucleosomes (DNA+histones); F: cromosoma. c. Els cromosomes durant la divisió cel·lular mitòtica i meiòtica. d. Empaquetar el llarg filament de DNA que constitueix el genoma en els cromosomes, facilitant el repartiment equitatiu del material genètic en les divisions cel·lulars. 3. Centròmer: és la regió que es fixa al fus acromàtic durant la mitosi. Es troba en un estretament anomenat constricció primària, que divideix cada cromàtide del cromosoma en dos braços. En el centròmer hi ha els cinetocors: zones discoïdals situades a tots dos costats del centròmer que durant la divisió cel·lular tenen com a funció fer que els microtúbuls del fus s’uneixin als cromosomes. Els cinetocors són també centres organitzadors de microtúbuls, igual que els centríols o el centrosoma de les cèl·lules vegetals. NOR (organitzador nucleolar): en alguns cromosomes hi ha la regió de l’organitzador nucleolar (NOR). S’hi situen els gens que es transcriuen com a RNAr, amb la qual cosa es promou la formació del nuclèol i dels ribosomes. Aquesta zona no s’espiralitza tant i per aquest motiu es veu més clara.


917280 _ 0134-0145.qxd

8

12/1/09

11:15

Página 145

SOLUCIONARI

Telòmers: l’extrem de cada braç del cromosoma es denomina telòmer. El DNA dels telòmers no es transcriu i en cada procés de divisió cel·lular s’escurça. Quan els telòmers desapareixen, el cromosoma es continua escurçant i la cèl·lula perd informació genètica útil i degenera. Els telòmers són, per tant, una mena de «rellotge cel·lular» que determina el nombre de cicles cel·lulars que pot tenir una cèl·lula. A les cèl·lules canceroses, un enzim, la telomerasa, regenera

els telòmers; sembla que aquesta és la raó que aquestes cèl·lules es puguin dividir indefinidament. 4. Es tracta d’un ideograma o distribució ordenada del cariotip d’una cèl·lula. Aquesta ordenació es fa en funció de la mida dels cromosomes, de més gran a més petit, i per la posició del telòmer. Es tracta de l’ideograma del cariotip humà, ja que presenta 46 cromosomes, 22 parells d’autosomes i un parell XY, els heterocromosomes.


145

917280 _ 0146-0158.qxd

9

29/12/08

15:42

Página 146

La reproducció i la relació de la cèl·lula eucariota

MAPA DE CONTINGUTS LA REPRODUCCIÓ

divisió cel·lular

implica una

pot ser

que dóna lloc a

cèl·lules somàtiques

cèl·lules reproductores

fan la

fan la

mitosi

meiosi

origina cèl·lules diploides (2n)

comprèn

inclou dues

origina

té lloc

cariocinesi

divisions meiòtiques

cèl·lules reproductores

la recombinació genètica

sexual

són

permet

permet

citocinesi

segons quan ocorre es distingeixen cicles biològics poden ser

cicle haploide

cicle diploide

meiòspores

gàmetes

són cèl·lules haploides (n)

asexual

es poden donar

variabilitat genètica

mutacions

permet

permeten

l’evolució de l’espècie

cicle diplohaploide

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. Aquesta unitat amplia una part dels continguts estudiats en les unitats anteriors. Hem de comprovar que els alumnes ja saben què és un cromosoma i la importància biològica que té. Cal destacar el paper de la mitosi en el creixement dels organismes (alguns alumnes creuen que el creixement consisteix en el creixement de les cèl·lules). També cal treballar paral·lelament la mitosi i la meiosi.

146


genera individus idéntics

917280 _ 0146-0158.qxd

9

29/12/08

15:42

Página 147

La reproducció i la relació de la cèl·lula eucariota

OBJECTIUS 1. Descriure i diferenciar els tipus de divisió cel·lular. 2. Identificar estructures i processos relacionats amb la reproducció cel·lular en preparacions microscòpiques i microfotografies. 3. Analitzar la funció de la sexualitat en l’intercanvi de material genètic i la seva importància en el procés evolutiu.

4. Caracteritzar els processos de reproducció asexual i sexual, i els respectius avantatges i inconvenients. 5. Explicar el concepte de cicle biològic en relació amb la meiosi a partir d’alguns exemples de cicles d’animals i vegetals.

CONTINGUTS • Coneixement del cicle cel·lular i les seves fases. (Objectiu 1) • Descripció del procés de divisió cel·lular per mitosi i reconeixement del paper que té en el creixement dels organismes. (Objectius 1 i 2) • Comparació i interpretació dels processos de mitosi i meiosi, tot situant-los en el cicle cel·lular i en els organismes, i coneixent-ne el significat biològic. (Objectius 1 i 2) • Diferenciació dels tipus de cicles biològics. (Objectiu 5) • Caracterització dels tipus de reproducció dels organismes. (Objectiu 4) • Reconeixement de la importància biològica de la reproducció sexual. (Objectiu 3)

CRITERIS D’AVALUACIÓ PROVES D’AVALUACIÓ CRITERIS D’AVALUACIÓ Conèixer les fases del cicle cel·lular. (Objectiu 1 i 2) Identificar fases de la reproducció cel·lular tant per mitosi com per meiosi. (Objectiu 2) Diferenciar els processos de la mitosi i la meiosi. (Objectiu 1)

Activitats prova 1

Activitats prova 2

1, 2

5

5

1, 3

4, 5

4 4

Comprendre la importància biològica de la meiosi. (Objectiu 3)

6

Deduir les conseqüències de la mitosi i de la meiosi per a l’individu i l’espècie. (Objectiu 4)

4

Diferenciar els tipus de cicles biològics. (Objectiu 5)

7


147

917280 _ 0146-0157.qxd

9

12/1/09

11:17

Página 148

AVALUACIÓ


1

Quines etapes es poden distingir en la vida cel·lular?

2

El dibuix representa el cicle cel·lular. Posa el nom de les etapes numerades sabent que a és la citocinesi.

3

Completa aquesta taula en què es comparen alguns aspectes relacionats amb la mitosi i la meiosi. Mitosi

Meiosi

Tipus de cèl·lules implicades Anafase de la mitosi i anafase I de la meiosi Resultat del procés

4

El dibuix representa esquemàticament una cèl·lula d’una espècie amb 2n = 6 cromosomes. Es tracta d’una cèl·lula en mitosi o en meiosi? En quina fase està? Raona les respostes.

5

La recombinació genètica és un procés molt important de la meiosi. Indica en quina fase de la meiosi té lloc i explica’n la importància biològica.

6

Basant-te en l’esquema d’un cicle diplohaploide respon les preguntes. a) On situaries l’esporòfit i el gametòfit (a, b, c, d)? b) Quines de les estructures a, b, c, d i e són les espores, el zigot i els gàmetes? c) Quines, entre les estructures a, b, c, d i e tenen n cromosomes i quines en tenen 2n? n n n n

148

d) En quin moment del cicle situaries la fecundació i la meiosi?


917280 _ 0146-0157.qxd

9 1

12/1/09

11:17

Página 149

AVALUACIÓ

PROVA D’AVALUACIÓ 2 2

Posa el nom de les estructures cel·lulars que s’observen en el dibuix.

1

3

4

2

Observa la micrografia i respon les preguntes marcant la resposta correcta en cada cas: 1) En quina fase es troba la cèl·lula assenyalada amb una b?

a

a) Profase. b) Metafase. c) Anafase. d) Telofase. 2) Quina cèl·lula és més probable que es trobi en profase?

b

a) La a. b) La b. 3) Quina cèl·lula és més probable que es trobi en metafase? a) La a. b) La b. c) No hi ha cap cèl·lula en metafase.

4) Si les cèl·lules de la fotografia tenen en el període G1 de la interfase 2n = 8 cromosomes amb una cromàtide, quants cromosomes tindrà b? a) 8 cromosomes amb una cromàtide cadascun. b) 8 cromosomes amb dues cromàtides. c) 16 cromosomes amb una cromàtide cadascun. d) 16 cromosomes amb dues cromàtides cadascun. 3

Observa el dibuix i respon les preguntes marcant la resposta correcta: 1) Com s’anomenen les estructures encerclades i en quina fase de la meiosi tenen lloc? a) Entrecreuaments; tenen lloc en la profase II. b) Quiasmes; tenen lloc durant el diplotè en la profase I. c) Sobrecreuaments; tenen lloc en l’anafase I. d) Aquestes figures corresponen a la mitosi i no a la meiosi. 2) Quines conseqüències tenen per als éssers vius els processos que es mostren en la imatge? a) La reducció del nombre de cromosomes a la meitat. b) La formació de gàmetes i espores. c) El manteniment invariable del nombre de cromosomes dins les espècies. d) La reestructuració del material genètic mitjançant intercanvis de fragments cromosòmics entre cromàtides de cromosomes homòlegs.

4

En el gràfic de la figura s’observa la variació en la quantitat de DNA del nucli cel·lular. Comenta’l entre 3 i 6 ua (ua = unitats arbitràries de temps).

Quantitat de DNA en pg 8

4

0

5

10

15

temps en ua ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

149

917280 _ 0146-0157.qxd

9

12/1/09

11:17

Página 150


FITXA DE REFORÇ

1

Defineix el cicle cel·lular i indica’n les fases.

2

Descriu breument la mitosi i indica’n el significat biològic.

3

Les figures mostren tres cèl·lules (A, B i C) d’una espècie animal amb 2n = 6 cromosomes. En quina fase de la mitosi o de la meiosi es troba cadascuna? Raona la resposta.

A

4

B

C

Observa la figura i respon les preguntes marcant la resposta correcta en cada cas. 1) A quina fase del cicle cel·lular correspon la indicada amb el número 4? a) A la fase G2 de la interfase. b) A l’anafase de la mitosi. c) Al període S de la interfase. d) A la telofase. 2) A quina de les fases del cicle cel·lular correspon la numerada amb el número 6. a) A la profase.

Interfase

Divisió

b) A l’anafase. c) Al període G2 de la interfase. d) A la telofase. 3) Indica quants cromosomes i amb quantes cromàtides tindrà una cèl·lula 2n = 6 durant la fase o període que porta el número 3. a) 6 cromosomes amb una cromàtide cadascun. b) 6 cromosomes amb dues cromàtides. c) 12 cromosomes amb una cromàtide cadascun. d) 12 cromosomes amb dues cromàtides cadascun. 4) Indica quants cromosomes i amb quantes cromàtides tindrà una cèl·lula 2n = 6 durant la fase o període que porta el número 5. a) 6 cromosomes amb una cromàtide cadascun. b) 6 cromosomes amb dues cromàtides. c) 12 cromosomes amb una cromàtide cadascun. d) 12 cromosomes amb dues cromàtides cadascun.

150


917280 _ 0146-0157.qxd

9 1

12/1/09

11:17

Página 151



En la figura s’observen cèl·lules del meristema de l’arrel de l’all. Indica, ordenadament, segons l’ordre temporal en què es produeixen, com s’anomenen les diferents figures de la divisió cel·lular que s’hi observen. 4 3 5 1

2

2

Els espermatozoides de l’espècie humana són cèl·lules haploides. Si se n’analitza el contingut, s’observa que normalment el 50% dels espermatozoides contenen una mica més de DNA que l’altre 50%. Creus que això pot ser possible? Justifica la resposta.

3

Observa el gràfic següent, que correspon a la variació de la quantitat de DNA d’una cèl·lula que ha experimentat un cicle cel·lular, i respon les preguntes marcant la resposta correcta en cada cas. Quantitat de DNA en pg c

d

b

8

a 4

0

5

10

15

temps en ua

1) Quina de les lletres de la a la d es correspon amb la fase G2? a) La a.

b) La b.

c) La c.

d) La d.

2) Quina de les lletres de la a la d es correspon amb el període S de la interfase? a) La a.

b) La b.

c) La c.

d) La d.


151

917280 _ 0146-0158.qxd

9

29/12/08

15:42

Página 152

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT • Són quatre fases: la profase, la metafase, l’anafase i la telofase. ACTIVITATS 9.1. Diferenciació cel·lular.

9.14. És el dibuix de la pàgina 167 del llibre de l’alumne que té com a títol Principi de l’anafase.

9.2. Els lisosomes.

9.15. En la profase. El valor de n és 4.

9.3. La fórmula és:

9.16. La resta de les cèl·lules es troba en divisió, és a dir, en el període M. Inverteixen en aquesta activitat 1,20 hores [(24 hores) X (100 $ 75 $ 5 $ 15 ! 5) / 100 ! 1,20 hores)].

Vn % %% % % RNP ! Vc $ Vn 4/3 # 13 %% % % % 0,02 ! % 4/3 # r 3 $ 4/3 # 13

r ! 3,708 "m

V ! 4/3 #r3

V ! 213,55 "m3

9.4. Perquè molts tipus de cèl·lules canceroses tenen receptors de membrana sensibles a hormones específiques, que actuen com a activadors mitòtics, és a dir, com a promotors de la seva divisió. 9.5. Cariocinesi i mitosi són termes sinònims que es refereixen a la divisió del nucli. La citocinesi és la divisió del citoplasma. La fase M és sinònim de divisió cel·lular i comprèn una cariocinesi i una citocinesi. 9.6. Fase G1 $ Fase G0 $ Punt R $ Fase S $ Fase G2. 9.7. És el procés comprès entre el naixement d’una cèl·lula, el seu creixement i, al final, la seva divisió en dues cèl·lules filla. Comprèn una etapa denominada interfase, en què presenta un nucli, i una etapa denominada divisió cel·lular o període M, en què no presenta nucli, sinó cromosomes. 9.8. Es poden observar cromosomes amb dues cromàtides a la profase i a la metafase. Es poden observar cromosomes amb només una cromàtide a l’anafase i a la telofase. No s’observen cromosomes a la interfase. 9.9. Pel que fa als animals, poden anar bé les cèl·lules dels embrions, els epitelis de les cavitats digestives i pulmonars, i els teixits de les ferides que cicatritzen, ja que les cèl·lules de tots aquests teixits presenten un alt grau de divisió. Pel que fa als vegetals, per la mateixa raó, són apropiats els meristemes que hi ha al final de les arrels i les tiges joves. 9.10. Sí, totes en tenen el mateix nombre i el mateix tipus. 9.11. Un cromosoma profàsic o metafàsic té dues cromàtides. En canvi, un cromosoma anafàsic o telofàsic tan sols està constituït per una cromàtide; per tant, en aquests últims cromosoma i cromàtide és el mateix. Centrosoma és el conjunt de material pericentriolar i diplosoma. Centròmer és la constricció primària d’un cromosoma. 9.12. Durant la profase mitòtica hi ha 46 cromosomes, i durant el temps que dura l’anafase mitòtica n’hi ha 92.

152

9.13. En la metafase mitòtica se’n poden observar tres parelles; durant el temps que dura l’anafase mitòtica se’n poden observar sis parelles (tres parelles que van a un pol i tres parelles que van al pol oposat). Durant la interfase no es pot observar cap cromosoma perquè l’ADN està desempaquetat.

9.17 Aquest procés es produeix gràcies a l’escurçament dels microtúbuls cinetocònics i, d’altra banda, per l’allargament del fus mitòtic, gràcies al creixement dels microtúbuls polars i al lliscament dels d’un pol respecte als de l’altre pol. 9.18. A partir de l’allargament de la zona clara, que és un centre organitzador de microtúbuls. 9.19.

Cèl·lula somàtica •

• Cèl·lula haploide

Cromosoma anafàsic •

• Cèl·lula diploide

Gàmeta • Cromosoma metafàsic • Microtúbuls •

• Una cromàtide • Material pericentriolar • Dues cromàtides

9.20. Vegeu el quadre de la pàgina 175 del llibre. 9.21. Les cromàtides germanes són les dues cromàtides d’un cromosoma profàsic o metafàsic. Les cromàtides homòlogues són les cromàtides de dos cromosomes homòlegs. 9.22. Sí. Els gàmetes són cèl·lules humanes i tenen 23 cromosomes. Les cèl·lules somàtiques humanes tenen 24 tipus de cromosomes (22 tipus d’autosomes, 1 cromosoma de tipus X i 1 cromosoma de tipus Y). Amb 22 tipus de cromosomes no hi ha cap cèl·lula humana normal (sí que n’hi pot haver si es produeix una mutació cromosòmica en un gàmeta). 9.23. Es troba en la telofase II de la meiosi. 9.24. Perquè, com que són organismes immòbils i distanciats els uns dels altres, la fecundació encreuada en el medi terrestre és més difícil que en el cas dels animals, i necessita la intervenció del vent o dels insectes. 9.25. Un estímul cel·lular és una variació del medi ambient, extern o intern, que provoca una resposta de la cèl·lula. 9.26. Un tactisme és una resposta que implica un moviment de la cèl·lula, mentre que un tropisme només implica una orientació de la cèl·lula. 9.27. Els moviments de ciclosi i els ameboides són corrents d’endoplasma que estan en estat de sol. Es diferencien en el fet que en els de ciclosi no hi ha conversió d’ectoplasma en estat de gel a ectoplasma en estat de sol i, en canvi, en els moviments ameboides sí.


917280 _ 0146-0158.qxd

9

29/12/08

15:42

Página 153

SOLUCIONARI

9.28. Són substàncies químiques que es formen com a resultat de l’arribada a la cèl·lula d’un estímul, i que després arriben a altres llocs de la cèl·lula i provoquen una resposta cel·lular. Un exemple de segon missatger és l’AMP cíclic.

cli inicial, en la qual no és segura una distribució igual dels cromosomes prèviament duplicats. d) Les cèl·lules dels animals presenten mitosi astral, és a dir, amb intervenció d’àsters, i la citocinesi és per estrangulació o per fissuració. Les cèl·lules dels vegetals, en canvi, presenten mitosi anastral, és a dir, sense intervenció d’àsters, en el lloc dels quals intervenen els casquets polars, i la citocinesi és per septació.

9.29. Segons la hipòtesi del lliscament, el cili es corba en lliscar un doblet sobre un altre. L’energia per fer aquest lliscament la subministra l’ATP en presència de Ca2+ i Mg2+. 9.30.

Disponibilitat d’espai • Procentríol • Punt R • Fibra de 300 Å •

• Telofase • Metafase • Profase tardana • Profase primerenca

El nuclèol desapareix •

• Fase G2

Cinetocor •

• Fase G1

Microtúbuls interzonals •

• Fase S

Placa equatorial cel·lular •

• Estímul de reproducció

9.31. Els dibuixos corresponen, d’esquerra a dreta, a la metafase, al final de la profase, a la telofase, a l’anafase i al principi de la profase. 9.32. A la figura de l’esquerra (final de la profase) corresponen els conceptes següents: cromosomes orientats per les fibres del fus, fibres cromosòmiques constituïdes per microtúbuls cinetocòrics, les dues cromàtides d’un cromosoma i profase (podeu consultar-ne la disposició a la pàgina 167 del llibre). A la figura de la dreta (inici de la telofase) corresponen els conceptes següents: cilindres de substància densa, microtúbuls interzonals, anell contràctil, solc de divisió i telofase (podeu consultar-ne la disposició a la pàgina 167 del llibre). 9.33. a) Després de dues divisions mitòtiques es formen 4 cèl·lules, després de cinc divisions mitòtiques es formen 32 cèl·lules, i després de deu divisions se’n formen 1.024. La fórmula és: 2 n , sent n el nombre de divisions. Després de vint divisions mitòtiques es formen 1.048.576 cèl·lules. b) En la fase G1 hi haurà 0,8 pg d’ADN, en la metafase n’hi haurà el doble, és a dir, 1,6 pg, i en l’anafase n’hi haurà 1,6 pg. c) La mitosi és un procés que dóna lloc a dos nuclis amb el mateix nombre de fibres d’ADN que la cèl·lula mare. L’endomitosi, en canvi, no és una divisió del nucli, sinó un procés que dóna lloc al mateix nucli però amb un nombre de fibres d’ADN múltiple de l’inicial. La pleuromitosi és un procés similar a la mitosi, però que es duu a terme dins del nucli, és a dir, sense la ruptura de l’embolcall o coberta nuclear; hi ha duplicació dels cromosomes, repartició en dos pols dins del nucli i, finalment, estrangulació del nucli amb el resultat de dos nuclis amb el mateix nombre de cromosomes que el nucli inicial (el mateix resultat que la mitosi). L’amitosi és la divisió del nucli en dos nuclis fills mitjançant l’estrangulació del nu-

9.34. Un cromosoma profàsic te dues cromàtides, mentre que l’anafàsic només presenta una cromàtide. 9.35. Se situen a la placa equatorial perquè les seves fibres cinetocòriques d’un costat creixen tant com les de l’altre costat, i totes dues arriben gairebé als pols de la cèl·lula. Això passa en la metafase. 9.36. Si la cèl·lula inicial només tingués un nucli es formaria una cèl·lula amb dos nuclis. 9.37. Si la cèl·lula inicial només tingués un nucli es formaria un citoplasma sense nucli, que es degradaria en poc temps, i en quedaria la mateixa cèl·lula inicial però amb un citoplasma més petit. 9.38. Es produeix l’empaquetament de les fibres de cromatina de 100 Å en fibres de cromatina de 300 Å, després en forma de prominències de 600 Å, i després els altres nivells d’empaquetament, encara poc coneguts, fins que es forma el cromosoma. 9.39. En les cèl·lules vegetals l’origen de les fibres del fus mitòtic és la zona clara que després dóna lloc als dos casquets polars. En les cèl·lules animals l’origen de les fibres del fus mitòtic és el material pericentriolar que envolta cadascun dels dos diplosomes. 9.40. No es diu mitosi perquè el seu DNA no té estructura de cromosoma, perquè no hi ha trencament de l’embolcall nuclear ni cap fus de microtúbuls. 9.41. El DNA bacterià no arriba a formar un cromosoma perquè, ja des d’un principi, no està associat a histones formant la fibra de cromatina de 100 Å, que després, per enrotllament sobre si mateixa, podria donar lloc a un cromosoma. 9.42. En el període S. 9.43.

PROFASE MITÒTICA


153

917280 _ 0146-0158.qxd

9

29/12/08

15:42

Página 154

SOLUCIONARI • És certa si, com la pregunta anterior, es refereix a l’espècie humana. En canvi, si la frase inclou tots els organismes, aleshores és falsa, perquè les cèl·lules mare de les meiòspores també experimenten meiosi. • És falsa. Els anterozoides i les oosferes de molses i falgueres es formen per mitosi, ja que el gametòfit és haploide.

ANAFASE MITÒTICA

• És falsa. Si bé les espores sorgides per mitjà de la mitosi (mitòspores) són una forma de reproducció asexual, hi ha un altre tipus d’espores, les sorgides per meiosi (meiòspores), que són una forma de reproducció sexual, perquè els descendents als quals dóna lloc són genèticament molt diferents del seu progenitor (les seves cèl·lules tenen la meitat de cromosomes que les del progenitor). • Si és un cromosoma metafàsic d’una mitosi, les seves dues cromàtides porten el mateix missatge genètic, excepte si hi ha hagut mutacions. Si és un cromosoma metafàsic d’una meiosi, les seves cromàtides, independentment de si hi ha hagut mutacions o no, porten missatges genètics diferents a causa de la recombinació genètica a l’atzar. 9.46. En l’anafase II, com que encara no s’ha dividit el citoplasma, hi ha 46 cromosomes. En la metafase I també hi ha 46 cromosomes. 9.47. (1) diplohaploides, (2) sexual, (3) diploide, (4) haploide.

PROFASE I MEIÒTICA

INTERPRETACIÓ DE DADES 9.50. Abans de començar la mitosi, en la fase S de la interfase, el DNA es duplica, per tant, al final de la fase S en tindrà el doble, és a dir, 1 pg. Com que la metafase té lloc abans de la divisió del citoplasma (citocinesi), en la metafase tindrà 1 picogram de DNA. 9.51. a) La cèl·lula del dibuix A correspon a una mitosi perquè s’han separat les dues cromàtides que abans formaven un únic cromosoma, i no pot ser una segona divisió meiòtica, perquè al final hi ha dos exemplars del tipus de cromosoma clar i dos del tipus de cromosoma fosc. Si fos una meiosi, només quedaria un exemplar de cada tipus. ANAFASE I MEIÒTICA

9.44. Es podrien formar 23 ! 8 gàmetes diferents. La raó és que si la cèl·lula inicial té 6 cromosomes és que 2n ! 6, és a dir, n ! 3. Si anomenem aquests cromosomes amb les lletres a, b i c, els 6 cromosomes es poden simbolitzar a, a’, b, b’, c i c’. Per tant, com que els gàmetes tan sols tenen un exemplar de cada tipus, les possibles tríades diferents són 8, que són abc, abc’, ab’c, ab’c’, a’bc, a’bc’, a’b’c i a’b’c’. 9.45. • És falsa. Les cèl·lules sexuals són les que es poden unir per formar un nou individu, és a dir, són els espermatozoides i els òvuls, i aquestes cèl·lules no experimenten mai la meiosi. Les que sí que ho fan són les cèl·lules mare de les cèl·lules sexuals.

154

La cèl·lula del dibuix B correspon a una meiosi perquè s’han separat cromosomes amb dues cromàtides i això només passa a la meiosi. Correspon a l’anafase I, perquè els cromosomes s’estan desplaçant des de la placa o pla equatorial fins als pols i tenen dues cromàtides. En l’anafase II només tenen una cromàtide. A més, en el dibuix es pot observar que algunes de les cromàtides tenen un segment del tipus de cromosoma clar i un altre segment del tipus de cromosoma fosc, la qual cosa vol dir que prèviament hi ha hagut una recombinació genètica com a resultat d’un entrecreuament de cromàtides de cromosomes homòlegs. b) Es troba en anafase, ja que els cromosomes s’estan desplaçant des de la placa o pla equatorial fins als pols.


917280 _ 0146-0157.qxd

9

12/1/09

11:17

Página 155

SOLUCIONARI

9.52. a) Es tracta d’una mitosi, perquè les cèl·lules meristemàtiques d’una arrel mai no es divideixen per meiosi. En les plantes, la meiosi només es dóna per generar cèl·lules reproductores sexuals. b) Identificació de les quatre imatges centrals: 1a (al centre, la més gran): anafase.

Meiosi Tipus de cèl·lules implicades

Cèl·lules reproductores.

Anafase de la mitosi i anafase I de la meiosi

Separació de cromosomes homòlegs que formen els bivalents, cadascun format per dues cromàtides, que es dirigeixen cap als pols de la cèl·lula.

Resultat del procés

Divisió reduccional que comporta la formació de quatre cèl·lules filles haploides (n) i amb diferent informació genètica.

2a (dreta de la línia central): interfase. 3a (línia inferior a l’esquerra): profase. 4a (línia inferior a la dreta): metafase. c) Ordre: 2a, 3a, 4a, 1. 9.53.

Tipus de cicle

Fecundació Meiosi

Mitosi

Cicle A

Diploide

2

1

3

Cicle B

Haploide

5

6

4

9

11

7, 8 i 10

4. Es tracta d’una cèl·lula en anafase I de la meiosi perquè a tots dos pols de la cèl·lula hi van cromosomes sencers amb les seves dues cromàtides en lloc de cromosomes formats per una sola cromàtide, com passa en l’anafase de la mitosi.

Cicle A

Animals, protozous, algunes algues i fongs

5. Es produeix en la profase I de la meiosi, en el paquitè. Durant aquest procés es produeixen trencaments entre cromàtides properes de cromosomes homòlegs que intercanvien material cromosòmic. Això suposa una redistribució cromosòmica del material genètic i, per tant, augmenta la variabilitat genètica de la descendència.

Cicle B

Algunes algues i fongs

6. a. L’esporòfit en d i el gametòfit en a.

Cicle C

Plantes, algunes algues i fongs

Cicle C Diplohaploide

Tipus d’organismes que segueixen aquest cicle

b. Les espores: e; el zigot: c i els gàmetes: b. c. Tenen n cromosomes: e, a i b, i 2n cromosomes: c i d. d. La fecundació en 5, la meiosi en 2.

LABORATORI 9.54. Consulteu les imatges sobre mitosi que apareixen a la unitat. 9.55. Es tracta d’observar els tactismes i els exemples que s’esmenten en l’enunciat d’aquesta pràctica.

PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. 1) Membrana plasmàtica. 2) Centrosoma. 3) Microtúbuls del fus acromàtic. 4) Cromosoma. 2. 1) c. 2) b. 3) c. 4) c.

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. Naixement, creixement, diferenciació i reproducció, mort. 2. 1) Anafase. 2) Telofase. 3) G1. 4) S.

3. 1) b. 2) d. 4. Entre 3 i 6 ua la quantitat de DNA del nucli cel·lular s’ha duplicat i ha passat de 4 a 8 pg. Això és degut al fet que durant aquest temps s’ha produït la fase S de la interfase o fase de replicació del DNA. FITXA DE REFORÇ

5) G2. 6) Profase. 7) Metafase. Les fases 3, 4 i 5 pertanyen a la interfase i les fases 6, 7, 1 i 2 pertanyen a la divisió. 3.

Mitosi Tipus de cèl·lules implicades

Cèl·lules somàtiques.

Anafase de la mitosi i anafase I de la meiosi

Separació de cromàtides germanes que es dirigeixen cap als pols de la cèl·lula.

Resultat del procés

Formació de dues cèl·lules filla idèntiques a la cèl·lula mare.

1. El cicle cel·lular són les fases per les quals transcorre una cèl·lula des que s’origina per divisió d’una de preexistent, fins que es divideix i dóna origen a dues cèl·lules filla. Les fases que inclou el cicle cel·lular són: interfase (G1, S, G2) i mitosi (M). 2. Descripció de la mitosi: Profase: condensació de cromosomes i desaparició de l’embolcall nuclear. Metafase: desaparició del nucli i ordenació dels cromosomes en el pla equatorial de la cèl·lula. Anafase: desplaçament de les cromàtides cap als pols de la cèl·lula.


155

917280 _ 0146-0158.qxd

9

29/12/08

15:42

Página 156

SOLUCIONARI

Telofase: descondensació del material genètic i reaparició de l’embolcall nuclear. Significat biològic de la mitosi: obtenir cèl·lules filla amb idèntica informació genètica que la cèl·lula mare, així com permetre el creixement i el recanvi cel·lular en els organismes pluricel·lulars. 3. A. En la metafase de la mitosi. Els cromosomes es troben en el pla equatorial i els homòlegs no estan aparellats. B. En la metafase I de la meiosi, ja que els cromosomes apareixen aparellats i encara s’observen els quiasmes. C. En la profase I de la meiosi (zigotè). En aquesta etapa els cromosomes homòlegs s’aparellen punt per punt en tota la seva longitud. Aquest aparellament pot començar o bé pel centre o bé pels extrems i continuar a tot el llarg.

156

Quan els homòlegs s’aparellen cada gen queda juxtaposat amb el seu homòleg. 4. 1) c. 2) a. 3) a. 4) b. FITXA D’AMPLIACIÓ 1. 4) Interfase. 1) Profase. 3) Metafase. 2) Anafase. 5) Telofase. 2. Un 50% dels espermatozoides porten 22 autosomes i un cromosoma X i l’altre 50%, 22 autosomes i un cromosoma Y. Com que a l’espècie humana el cromosoma X és molt més gran que el cromosoma Y, la meitat dels espermatozoides (els que porten el cromosoma X), tenen una mica més de DNA que els que porten el cromosoma Y. 3. 1) c. 2) b.


917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 158

La duplicació del DNA i la biosíntesi de les proteïnes

MAPA DE CONTINGUTS EL DNA

es duplica segons

s’expressa per

la hipòtesi semiconservadora

teoria «un gen – un enzim»

pot ser

in vitro

primer té lloc

es regula per

la transcripció

l’operó

es forma

format per

in vivo es forma RNAm filament conductor

gens estructurals

gens reguladors

després fragments d’Okazaki

la traducció

que funcionen segons

que donen lloc a mitjançant

inductors

repressors

filament retardat els ribosomes

es forma

controlats per l’AMPc

la cadena d’aminoàcids

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. Cal recordar als alumnes la composició química dels àcids nucleics, tant el desoxiribonucleic com el ribonucleic, així com l’estructura primària de les proteïnes i la formació de l’enllaç peptídic. 2. Convé deixar clar que totes les cèl·lules d’un organisme tenen el mateix material genètic, ja que totes procedeixen d’una única cèl·lula original, i que en la traducció s’expressen fragments de DNA diferents segons el tipus de cèl·lula. 3. És important també fer atenció que la síntesi d’enzims o d’altres proteïnes només es duu a terme a la cèl·lula quan és necessari produir-ne; altrament es faria una despesa inútil que, a més, podria ser perjudicial per a l’organisme. Els sistemes de control són mecanismes semblants a l’operó.

158


917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 159

La duplicació del DNA i la biosíntesi de les proteïnes

OBJECTIUS 1. Comprendre la necessitat de la duplicació del DNA, les hipòtesis proposades per explicar aquesta duplicació i l’experiment de Meselson i Stahl. 2. Descriure el procés de la síntesi de DNA i la solució proposada a la problemàtica del sentit de creixement dels nous filaments. 3. Descriure el mecanisme de la duplicació del DNA en bacteris i en eucariotes. 4. Interpretar la teoria «un gen - un enzim». 5. Conèixer com es porta a terme l’expressió del missatge genètic.

6. Descriure el mecanisme de la transcripció i saber les diferències entre el mecanisme de la transcripció en procariotes i en eucariotes. 7. Comprendre la clau genètica o relació entre la seqüència de nucleòtids i la seqüència d’aminoàcids. 8. Descriure el mecanisme de la traducció o biosíntesi de les proteïnes. 9. Conèixer els mecanismes més importants de regulació de l’expressió gènica.

CONTINGUTS • Explicació de la necessitat de la duplicació del DNA i descripció de les hipòtesis sobre aquesta duplicació. L’experiment de Meselson i Stahl. (Objectiu 1) • Descripció de la síntesi de DNA i de la solució proposada a la problemàtica del sentit de creixement dels nous filaments. (Objectiu 2) • Descripció del mecanisme de la duplicació del DNA en bacteris i en eucariotes. (Objectiu 3) • Formulació de la teoria «un gen - un enzim». (Objectiu 4) • Descripció de l’expressió del missatge genètic. (Objectiu 5) • Descripció del mecanisme de la transcripció en procariotes i en eucariotes. (Objectiu 6) • Interpretació de la clau genètica. La relació entre la seqüència de nucleòtids i la seqüència d’aminoàcids. (Objectiu 7) • Descripció del mecanisme de la traducció o biosíntesi de les proteïnes. (Objectiu 8) • Descripció de la regulació de l’expressió genètica. (Objectiu 9) • Documentació i recerca d’informació sobre temes de la ciència de la biologia. • Consideració i reconeixement de la biologia com a ciència canviant i dinàmica, amb diferents àrees de coneixement. • Desenvolupament d’una actitud crítica davant la informació obtinguda.


Activitats prova 1

Activitats prova 2

Conèixer les hipòtesis proposades per explicar la duplicació del DNA i l’experiment de Meselson i Stahl. (Objectiu 1)

1

1

Conèixer el procés de la síntesi de DNA i la solució proposada a la problemàtica del sentit de creixement dels nous filaments. (Objectiu 2)

2

2

3, 4

3, 4

Conèixer el mecanisme de la duplicació del DNA. (Objectiu 3) Explicar la teoria «un gen - un enzim». (Objectiu 4)

6

6

Saber com es porta a terme l’expressió del missatge genètic. (Objectiu 5)

5

5, 7

5, 7

5, 8

Relacionar la seqüència de nucleòtids i la seqüència d’aminoàcids. (Objectiu 7)

5

5

Conèixer el mecanisme de la traducció o biosíntesi de les proteïnes. (Objectiu 8)

5, 8

5

9

9

Conèixer el mecanisme de la transcripció i saber les diferències entre el mecanisme de la transcripció en procariotes i en eucariotes. (Objectiu 6)

Conèixer els mecanismes més importants de regulació de l’expressió gènica. (Objectiu 9)


159

917280 _ 0158-0171.qxd

10

12/1/09

11:18

Página 160

AVALUACIÓ


1

Explica les diferències que hi ha entre les tres hipòtesis proposades sobre la duplicació del DNA.

2

Què són els segments d’Okazaki? Quin significat biològic tenen?

3

Quines són les diferències principals en la duplicació del DNA de les cèl·lules eucariotes respecte a la duplicació del DNA de les cèl·lules procariotes?

4

En un bacteri, un fragment de DNA monocatenari s’ha acabat d’alliberar d’una molècula de DNA pels enzims helicasa i topoisomerasa II o girasa. La seva seqüència de nucleòtids és la següent:

b) A continuació, escriu la seqüència de nucleòtids que sintetitzarà la DNA-polimerasa III, que serà el filament de creixement continu o filament conductor. c) Finalment, representa la substitució de nucleòtids que realitzarà la DNA-polimerasa I. 5

160

S’ha aconseguit aïllar una proteïna humana que intervé en el metabolisme hepàtic, un fragment de la qual és el que està representat a la taula de la dreta. Completa la taula segons els teus coneixements i el codi genètic.

Primera lletra (extrem 5’)

a) Escriu la seqüència de 10 nucleòtids de l’encebador o primer que sintetitzarà la primasa.

UUU UUC U UUA UUG

phe UCU UCC leu UCA UCG

CUU CUC C CUA CUG

leu

G

ser

UAU UAC UAA UAG

tyr UGU UGC stop UGA stop UGG

CCU CCC CCA CCG

CAU CAC CAA CAG

his

pro

AUU AUC A AUA AUG

ACU ACC ACA met ACG

thr

GUU GUC G GUA GUG

GCU GCC GCA GCG

ile

val

ala

AAU AAC AAA AAG GAU GAC GAA GAG

gln asn lys asp glu

U C stop A trp G cys

U C A G

CGU CGC CGA CGG

arg

AGU AGC AGA AGG

U C arg A G

GGU GGC GGA GGG

U gly C A G

ser

Tercera lletra (extrem 3’)

5’ - ATTTCGGAAACGGTAAGTTCCTGGC - 3’

Segona lletra C A

U

Clau genètica. Glu

Ser

Ala

Gly

fragment proteïna

___ ___ ___

___ ___ T

G ___ ___

___ ___ ___

DNA

___ ___ ___

___ ___ A

___ ___ ___ ___ ___ ___

DNA

___ ___ A

___ ___ U

___ ___ U

___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___

___ ___ U

RNAm

___ ___ A

RNAt

6

L’albinisme és una alteració genètica per la qual els individus que la pateixen són incapaços de fabricar melanina. Actualment es coneix la cadena metabòlica de la formació de la melanina: per l’oxidació de l’aminoàcid fenilalanina es forma dioxifenilalanina (dopa), que per efecte de la dopaoxidasa es transforma en melanina. El gen en homozigosi és incapaç de fabricar dopaoxidasa i, per tant, no es forma melanina. A partir d’aquest procés aplica la teoria «un gen - un enzim».

7

Què són els introns i els exons en el procés de la transcripció en eucariotes? En quina fase de la transcripció se separen?

8

Es considera que en el procés de la traducció es poden distingir tres fases importants: fase d’iniciació, fase d’elongació i fase d’acabament. Digues quins codons són els responsables de cada fase i què succeeix en cada fase pel que fa als aminoàcids.

9

El bacteri Escherichia coli sintetitza els aminoàcids necessaris, per exemple la histidina, si es cultiva en un medi que no en conté. En canvi, aquesta síntesi deixa de produir-se quan l’aminoàcid en qüestió es troba en el medi de cultiu. Quin sentit biològic té aquesta mena de comportament? Explica aquest mecanisme en termes de control genètic. Quin nom rep el model que ho explica? ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280 _ 0158-0171.qxd

10

12/1/09

11:18

Página 161

AVALUACIÓ


1

En què es van basar Meselson i Stahl per confirmar la hipòtesi semiconservadora?

2

Un problema amb què es van trobar els investigadors que estudiaven la duplicació del DNA va ser que l’enzim DNA-polimerasa només podia afegir nous nucleòtids a les cadenes de DNA en direcció 5’→ 3’. Com es va resoldre finalment aquest enigma si les cadenes de DNA són antiparalel·les?

3

En el mecanisme de la duplicació del DNA intervenen tot un seguit d’enzims. Alguns dels més importants són els següents: helicasa, topoisomerasa II o girasa, primasa, DNA-polimerasa III i DNA-polimerasa I. Digues la funció de cadascun d’aquests enzims.

4

En el procés de replicació del DNA, esmenta les diferències entre filament de creixement continu, filament de creixement discontinu, filament conductor i filament retardat.

5

L’alcaptonúria és una malaltia hereditària humana per la qual els individus que la pateixen presenten artritisme i ennegriment dels cartílags i de l’orina quan aquesta entra en contacte amb l’aire. Actualment es coneix que el motiu de l’ennegriment és l’àcid homogentísic, el qual no es transforma en altres substàncies en individus que tenen el gen responsable en homozigosi. A partir d’aquest procés aplica la teoria «un gen - un enzim». A partir dels teus coneixements i de la taula del codi genètic, completa la taula següent. Es tracta d’un organisme eucariota amb DNA bicatenari.


U

ser


U C stop A trp G

his

pro

CAU CAC CAA CAG

CGU CGC CGA CGG

U arg C A G

AGU AGC AGA AGG

U C arg A G

GGU GGC GGA GGG

gly


CUU CUC C CUA CUG

leu

CCU CCC CCA CCG

AUU AUC A AUA AUG

ACU ACC ACA met ACG

thr

GUU GUC G GUA GUG

val

GCU GCC GCA GCG

ala

ile

G

UAU UAC UAA UAG

UUU UUC U UUA UUG


gln asn lys asp glu

cys

ser

U C A G


6

Segona lletra C A

Clau genètica.

___ ___ ___

___ ___ ___

C ___ ___

___ ___ ___

DNA

___ ___ ___

A A A

___ ___ ___

___ ___ ___

DNA

___ ___ ___

___ ___ A

___ U C

___ ___ ___

RNAm

___ ___ ___

___ ___ ___

___ ___ ___

U C A

anticodó RNAt

Met

_________

_________

_________

aminoàcid

7

Quines són les dues fases imprescindibles en l’expressió del missatge genètic, des del DNA del nucli fins a la formació de proteïnes? Explica en què consisteix cada fase i en quin compartiment cel·lular té lloc.

8

Si es barregen la cadena de DNA i l’RNAm que se’n deriva del procés de la transcripció es verifica una unió de les dues cadenes per les seves bases complementàries, però aquesta unió és imperfecta. A què són degudes aquestes imperfeccions? Explica-ho.

9

El bacteri Escherichia coli sintetitza els enzims necessaris per metabolitzar la lactosa si es cultiva en un medi que en conté. En canvi, la síntesi enzimàtica deixa de produir-se quan la lactosa desapareix del medi de cultiu. Quin sentit biològic té aquesta mena de comportament? Explica aquest mecanisme en termes de control genètic. Quin nom rep el model que ho explica? ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

161

917280 _ 0158-0171.qxd

10

12/1/09

11:18

Página 162


FITXA DE REFORÇ

1

Fes un esquema de la disposició, a nivell molecular, de les dues cadenes de DNA assenyalant els extrems 5’ i 3’ de cada cadena, i digues en quin sentit poden créixer aquestes cadenes.

2

La duplicació del DNA és un procés biològic que requereix molta energia, ja que s’han d’unir els nucleòtids per formar àcids nucleics. Quina és la font d’aquesta energia?

3

Suposem la seqüència següent d’una cadena de DNA:

c) Escriu la seqüència d’aminoàcids resultant.

G

ser

UAU UAC UAA UAG


U C stop A trp G

CCU CCC CCA CCG

his

pro

CAU CAC CAA CAG

CGU CGC CGA CGG

U arg C A G

AUU AUC A AUA AUG

ACU ACC ACA met ACG

thr

AGU AGC AGA AGG

U C arg A G

GUU GUC G GUA GUG

GCU GCC GCA GCG

GGU GGC GGA GGG

U gly C A G

UUU UUC U UUA UUG


CUU CUC C CUA CUG

leu

ile

val

ala


gln asn lys asp glu

cys

ser

Clau genètica. 4

Fem créixer Escherichia coli en un medi de cultiu normal. A continuació sembrem un bacteri en un medi que conté bases marcades amb un isòtop radioactiu i es comença a replicar fins a produir quatre bacteris descendents. Fes un esquema en què representis les diverses molècules de DNA tot indicant amb colors diferents quines són les cadenes normals i quines són les cadenes marcades.

5

Es transcriu un fragment d’una cadena d’una molècula de DNA. Aquest fragment conté el 31% de guanina, el 19% de timina, el 19% d’adenina i el 31% de citosina. Quin serà el percentatge de bases de l’RNA transcrit? Raona la resposta.

6

En què consisteixen els processos de transcripció i traducció? En quin compartiment cel·lular es donen? Quina importància biològica tenen?

7

En un ribosoma que està portant a terme el procés de la traducció es distingeixen tres regions o centres. Digues quins són i quina funció fa cadascun. Fes-ne un dibuix.

8

Entre quins grups funcionals té lloc la unió d’aminoàcids entre si? Representa l’enllaç i digues-ne el nom.

9

La cadena següent és una seqüència de nucleòtids que es transcriu i codifica un fragment d’una proteïna. 3’ AGCTTAGCGTTGACCGTA 5’ a) Indica la seqüència de l’RNAm. b) Indica la seqüència d’aminoàcids. c) Indica l’anticodó del primer i del darrer RNAt.

162



b) Escriu la seqüència de l’RNAm.


TTGCAGAACGGT a) Escriu la seqüència de la cadena complementària.

Segona lletra C A

U

917280 _ 0158-0171.qxd

10

12/1/09

11:18

Página 163



1

Per què Meselson i Stahl van descartar les hipòtesis conservadora i dispersiva en la duplicació del DNA?

2

Quins components són necessaris perquè es pugui portar a terme la síntesi de DNA in vitro?

3

Enumera els enzims que intervenen en la duplicació del DNA bacterià i indica la funció que fan.

4

L’alcaptonúria és una malaltia humana hereditària que només presenten els individus que tenen el gen responsable en homozigosi. Digues, tot raonant-ho, com ha de ser el genotip dels pares perquè si cap d’ells no té la malaltia algun dels seus fills la presenti.

5

Fes un esquema de l’aminoacil RNAt en què indiquis on està enllaçat l’aminoàcid, on es troba l’anticodó i la situació dels extrems 5’ i 3’.

6

En què consisteix la hipòtesi de la col·linearitat proposada per Francis Crick? Quins processos s’hi diferencien? Explica en què consisteix cada un.

7

Què s’entén per retrotranscripció? En quins éssers vius es pot donar? Quina importància pot tenir aquest procés per a aquests organismes?

8

Tot i que té similituds, quines diferències fonamentals trobes entre la transcripció i la duplicació del DNA?

9

Fes una relació de tots els enzims que intervenen en la transcripció en les cèl·lules eucariotes i indica la funció que hi fan.

10 Quin és el raonament inicial pel qual es dedueix que en el codi genètic cada tres bases o nucleòtids

codifiquen per a un aminoàcid? Fes-ne els càlculs. Dóna el mateix nombre de combinacions de tres bases nitrogenades que d’aminoàcids? Com podem explicar-ho? 11 Com actua l’AMP cíclic en el control de la biosíntesi de les proteïnes? Què fa que quan augmenten els nivells

de glucosa en el medi no es produeixen enzims per al metabolisme de la lactosa?


163

917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 164

SOLUCIONARI A

T

A

T

G

C

C

G

C

G

A

T

A

T

CG

G

10.2. Si la hipòtesi correcta fos la conservadora, el nou DNA tindria els dos filaments constituïts per bases nitrogenades amb N14; per tant, ocuparia la posició superior, la del N14, i hi hauria DNA15 i DNA14, però no DNA14-15. Aquesta hipòtesi es va descartar perquè no s’hi va trobar ni DNA15 ni DNA14, sinó tan sols DNA14-15. 10.3. Si la hipòtesi correcta fos la dispersora, en la segona replicació i la tercera el nou DNA tindria els dos filaments constituïts per bases nitrogenades amb N15 i N14; per tant, ocuparien la posició intermèdia (tan sols hi hauria DNA14-15). Aquesta hipòtesi es va descartar perquè no tan sols s’hi va trobar DNA 14-15, sinó també DNA14. 10.4. L’explicació és la següent: per unir els nous nucleòtids fa falta energia, i aquesta s’obté dels enllaços entre el primer i el segon fosfat dels nucleòtids trifosfat. 10.5. És un enllaç entre el carboni 3’ del darrer nucleòtid del DNA en creixement (l’anomenat extrem 3’) i el carboni 5’ del nucleòtid que s’hi afegeix; per tant, és un enllaç 3’ ! 5’. Això explica que el filament creixi en direcció 5’ ! 3’. 10.6. El DNA complementari és 3’... TGAGTCCAT ...5’. 10.7. Hi ha el 18 % de A, i com que A i T sumen el 36 %, G i C sumen el 64 % (100! 36 " 64), i com que hi ha d’haver la mateixa quantitat de G que de C, hi ha el 32 % de G i el 32 % de C. 10.8. Els fragments d’Okazaki són segments constituïts per una petita quantitat de nucleòtids d’RNA a l’extrem 5’, seguits d’una gran quantitat de nucleòtids de DNA. Als bacteris hi ha uns 50 nucleòtids d’RNA i de 1.000 a 2.000 nucleòtids de DNA. A les cèl·lules eucariotes, els fragments d’Okazaki tan sols poden contenir de 100 a 200 nucleòtids en total. 10.9. Un dels errors és que a la zona d’inici s’han de formar uns cinquanta nucleòtids d’RNA i, per tant, hi ha d’haver uracils i no pas timines. El segon error és que falta dibuixar l’altre filament que s’està formant. Com que aquest és de creixement continu, a mesura que es desenrotlla la doble hèlix, a l’extrem 3’ constantment es van afegint nucleòtids de DNA.

164

A T T A

G C C G A T G C T A C G C G T A

T U A G C

C G

A T G C U A C G C G U A

!

10.1. Una s’anomena conservadora perquè la doble hèlix inicial es conserva. L’altra hipòtesi s’anomena semiconservadora perquè en cadascuna de les dobles hèlixs resultants, un dels filaments és antic i l’altre és un filament acabat de sintetitzar.

" "

ACTIVITATS

!

• Una estructura en doble hèlix permet que els dos filaments se separin i serveixin de motlle per sintetitzar el filament complementari i així obtenir dues molècules idèntiques, una per cadascuna de les cèl·lules filles.

!

INICI D’UNITAT

10.10. Enzim DNA-polimerasa III Helicasa RNA-polimerasa DNA-ligasa Primasa Topoisomerasa II Topoisomerasa I DNA-polimerasa I Funció Afegeix nucleòtids de DNA a l’extrem 3’ d’un segment curt d’RNA, que li serveix d’encebador. Trenca els ponts d’hidrogen entre els dos filaments complementaris. Sintetitza RNA sobre un DNA patró. Uneix fragments de DNA. Sintetitza nucleòtids d’RNA, que serveixen com a punt d’inici a la DNA-polimerasa III. Elimina les tensions de la doble hèlix tallant els dos filaments. Elimina les tensions de la doble hèlix tallant un dels filaments. Elimina els nucleòtids d’RNA que hi troba, i després els reemplaça per nucleòtids de DNA. Processos en què intervé Replicació del DNA Replicació del DNA i síntesi de l’RNA Replicació del DNA i síntesi de l’RNA Replicació del DNA Replicació del DNA Replicació del DNA i síntesi de l’RNA Replicació del DNA i síntesi de l’RNA Replicació del DNA 10.11. Se sintetitza de manera discontínua perquè no hi ha cap enzim DNA-polimerasa capaç d’unir nucleòtids a l’extrem 5’ del DNA. Perquè aquest pugui créixer més enllà de l’extrem 5’, es necessita que sobre un punt del


917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 165

SOLUCIONARI DNA patró, situat a uns 1.000 nucleòtids més enllà d’aquest extrem 5’, s’iniciï la síntesi d’un fragment en direcció 5’ ! 3’, fins que arribi a contactar amb l’extrem 5’ del DNA que es vol fer créixer, i després que un DNAligasa empalmi els dos extrems.

10.12. El filament discontinu tarda més a sintetitzar-se (per això s’anomena filament retardat) que el filament continu perquè la síntesi s’atura constantment, esperant que l’enzim helicasa arribi a trencar els ponts d’hidrogen de 1.000 parells de nucleòtids, i que es torni a iniciar la síntesi d’un nou fragment d’Okazaki. 10.13. Tal com Cairns havia observat, com que les dues cadenes creixien en la mateixa direcció, una ho havia de fer en sentit 5’ ! 3’ (la qual cosa no implica cap problema perquè aquesta és la direcció de tots els DNA-polimerases); però, en canvi, com que el filament complementari és antiparal·lel, aparentment creixia en sentit 3’ ! 5’, cosa que era impossible, ja que cap DNA-polimerasa és capaç de fer-ho. Els fragments que s’hi van trobar eren l’evidència que, en realitat, aquest filament no creixia des de l’extrem 5’ per addició de nucleòtids, sinó per l’addició de fragments que havien estat sintetitzats en la direcció contrària (la que segueixen els DNA-polimerases). Seria com la direcció de creixement d’una cua de persones, que és just la contrària que la direcció en què caminen les persones que la fan créixer. 10.14. Procariotes 1. El DNA no està enrotllat sobre histones formant nucleosomes; per tant, no necessita desenrotllar-se per poder ser llegit. 2. Tan sols hi ha una bombolla de replicació. 3. Els fragments d’Okazaki presenten de 1.000 a 2.000 nucleòtids del DNA. Eucariotes 1. El DNA està enrotllat sobre histones formant nucleosomes, per la qual cosa s’ha de desenrotllar per ser llegit. 2. Hi ha moltes bombolles de replicació o replicons (3.500 al genoma de Drosophila). 3. Els fragments d’Okazaki tan sols presenten de 100 a 200 nucleòtids del DNA. 10.15.

A

B

C

D

E

G

Mutant 1

#

#

#

$

#

$

Mutant 2

#

$

#

$

#

$

Mutant 3

#

#

#

#

#

$

Mutant 4

#

$

$

$

#

$

Mutant 5

$

$

$

$

#

$

Mut 5

Mut 4

Mut 2

Mut 1

|

|

|

|

E

!

A

!

C

!

B

!

Mut 3 | D

!G

L’ordre de les substàncies és: E, A, C, B, D i G. 10.17. RNAm: 5’... A U G U U C A U G A A C A A A G A A ... 3’ 10.18. RNAm: 3’... A U G U U C A U G A A C A A A G A A ... 5’ Aquest RNAm és totalment diferent del del problema anterior, ja que si es posa en el mateix sentit de lectura és: RNAm: 5’... A A G A A A C A A G U A C U U G U A ... 3’ 10.19. Les seqüències de consens del DNA són o TTGACA o TATAAT. La segona està constituïda pel segon i el tercer triplet, comptats a partir de l’extrem 3’. D’altra banda, com que l’RNAm se sintetitza en direcció 5’ ! 3’ i se sol iniciar amb el triplet 5’...AUG -..., el triplet de DNA complementari ha de ser un 3’...TAC -... Aquest apareix en el setè triplet, és a dir, a deu nucleòtids de la possible seqüència de consens esmentada abans, per la qual cosa es confirma com a tal. Seqüència de consens

DNA: 3’...T C T - T A T - A A T - A T C - G T A Inici síntesi RNAm

- G C A - T A C - A G C - T A G - A A C - G A T - ...5 ’ RNAm: 5’... A U G - U C G - A U C - U U G - C U A - ...3 ’

DNA-polimerasa Helicasa

Proteïnes estabilitzadores Primasa DNA-polimerasa III DNA-polimerasa I DNA-ligasa

10.16.

10.20. No, perquè els gens de les cèl·lules eucariotes presenten introns intercalats en el gen, mentre que els gens de les cèl·lules procariotes no presenten introns. Com que els introns també es transcriuen, els transcrits primaris de les cèl·lules eucariotes són molt més llargs que els de les cèl·lules procariotes. Després de la maduració (extracció dels introns) sí que tindran la mateixa longitud. 10.21. a) Són possibles els triplets CCC, CCU, CUC, UCC, CUU, UCU, UUC, UUU. b) De triplets CCC, n’hi haurà 0,7 ! 0,7 X 0,7 " 0,343, és a dir, el 34,3 %.


165

917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 166

SOLUCIONARI c) De triplets amb dos U i una C, n’hi haurà P(CUU) + P(UCU) ! P(UUC) " " 0,7 # 0,3 # 0,3 ! 0,3 X 0,7 # 0,3 ! 0,3 # 0,3 # 0,7 " 0,189, és a dir, el 18,9 %.

10.22. Si conté nucleòtids de U i de A, s’han format els triplets AAA, AAU, AUA, UAA, AUU, UAU, UUA i UUU. Com que el triplet UAA indica final de la síntesi, cada vegada que per atzar es troba format, en traduir-lo finalitzarà la síntesi de la cadena polipeptídica; per això n’han resultat cadenes molt curtes. 10.23. Tan sols un dels filaments porta la informació per a la síntesi de proteïnes; per tant, si hi ha 12.000 nucleòtids, hi ha 4.000 triplets, i conseqüentment es traduirà en 4.000 aminoàcids. D’altra banda, una proteïna de 20.000 daltons (1 dalton és 1 uma o unitat de massa atòmica), com que cada aminoàcid pesa de mitjana 100 daltons, té 200 aminoàcids. Així doncs, aquest DNA pot codificar 20 d’aquestes proteïnes (4.000 : 200 " 20).

DNA possibles: 3’...

b) Són complementaris, antiparal·lels i enrotllats de manera plectonímica, és a dir, que per separar-los cal desenrotllar l’un respecte de l’altre.

RNAm:

DNA possibles: 3’...

CCA - ACA - CCA - CGA - TCA CCG ACG CCG CGG TCG CCT CCT CGT AGA CCC CCC CGC AGG AGT AGC

10.31. Si no es produís la mutació sortiria: DNA: RNAm:

Aminoàcids ordenats:

3’... AAT - ACA - AAT ...5’ 5’... UUA - UGU - UUA ...3’ Leu - Cys - Leu

d) S’anomenen mutacions.

RNAm:

b) A un DNA, ja que té T. c) A un RNA, ja que té U. d) No es pot dir si és un DNA o un RNA, ja que no hi ha ni U ni T. 10.28.

3’ ... AAT - A C A - AAT ...5’ 5’ ... UUA - U«C»U - UUA ...3’ Leu - «Ser» - Leu’

DNA:

Aminoàcids:

Per tant, si es modifiqués, el segon aminoàcid en lloc d’una cisteïna seria una serina. 10.32. A partir del U que apareix a l’RNAm i de la T que apareix al DNA es dedueix que la columna de DNA que es transcriu és la primera. Com que a l’enunciat es diu que la lectura de la cadena és de dalt a baix, i l’RNAm és sintetitzat llegint la cadena de DNA a partir de l’extrem 3’, aquest es troba a dalt. Per tant: DNA de doble cadena

RNAm

RNAt

3’ - C

5’ - G

5’ - G

3’ - C

G

C

C

G

T

A

A

U - 5’

A

T

U

3’ - A

DNA: RNAm:

5’... C T T C G T C A A A T G ...5’ 5’... G A A G C A G U U U A C ...3’

C

G

G

C

RNAm:

5’... G A A - G C A - G U U - U A C ...3’ Glu - Ala - Val - Tyr !

C

G

G

C - 5’

A

T

U

3’ - A

C

G

G

C

T

A

A

U - 5’

G

C

C

3’ - G

C

G

G

C

A - 5’

T - 3’

U - 3’

A - 5’

Aminoàcids:

10.29. Aminoàcids: RNAm:

H2N - Cys - Gly - Met - Ala - COOH 5’... UGU - GGU - AUG - GCU ...3’ UGC GGC GCC GGA GCA GGG GCG

... 5’

En total hi ha 4 · 2 · 4 · 4 · 6 " 768 possibles seqüències diferents de DNA que informen sobre aquest mateix polipèptid.

Si es produeix la mutació, sortirà:

10.27. a) A un DNA, ja que té T.

166

H2N - Gly - Cys - Gly - Ala - Ser - COOH 5’... GGU - UGU - GGU - GCU - AGU ... 3’ GGC UGC GGC GCC AGC GGA GGA GCA UCU GGG GGG GCG UCC UCA UCG

Aminoàcids:

c) Sí. L’aparició de noves informacions és l’única possibilitat que sorgeixin millores heretables. 10.26. Perquè a les cèl·lules dels teixits especialitzats no s’expressen tots els gens, sinó que a les cèl·lules d’un teixit determinat s’expressen uns gens, i a les cèl·lules d’un altre teixit, se n’expressen uns altres. Justament és gràcies a aquestes diferències d’expressió que és possible l’existència de teixits especialitzats, malgrat que totes les cèl·lules somàtiques d’un individu hereten el mateix DNA que tenia el zigot, que va ser la primera cèl·lula de l’individu.

...5’

10.30.

10.24. La solució és: a) amb 5, b) amb 7, c) amb 1, d) amb 3, e) amb 8, f) amb 2, g) amb 4, h) amb 6. 10.25. a) A uns 1.000 nucleòtids per minut.

ACA - CCA - TAC - CGA ACG CCG CGG CCT CGT CCC CGC

Aminoàcids

Ala

Trp

Interrupció


Arg

917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 167

SOLUCIONARI 10.39. L’alumne ha de fer un dibuix similar a aquest:

10.33. DNA: a) RNAm: 5’ RNAm orientat: b) Aminoàcids:

5’ ... TCA - CCG - TAT - GAG - AAT - CAT ... 3’ 3’ ... AGU - GGC - AUA - CUC - UUA - GUA ...

a

RNAp

5’ ... AUG - AUU - CUC - AUA - CGG - UGA ... 3’ Met - Ile - Leu - Ile - Arg «Fi»

repressor # corepressor

RNAm

10.34. DNA

RNAm

ARNt

3’ - T

5’ - A

3’ - U

A

U

A

C

G

C - 5’

A

U

3’ - A

C

G

C

C

G

C - 5’

A

U

3’ - A

C

G

C

T

A

U - 5’

A

U

A

C

G

C

T - 5’

A - 3’

U - 5’

Aminoàcids histidina (corepressor) L’operó his en presència d’histidina Met

RNAp b RNAm

Trp

repressor inactiu Interrupció L’operó his en estat normal enzim Interrupció

b) Si es coneix l’aminoàcid incorporat, es podria conèixer el codó en dos casos: Met i Trp.

met tyr

ala

5’... A U C C U C A U G ...3’

DNA (transcrita):

3’... T A G G A G T A C ...5’

DNA (complementària):

5’... A T C C T C A T G ...3’

10.37. Com que cada RNAm dóna lloc a vuit proteïnes, n’hi haurà prou que el gen sigui transcrit 750 vegades (6.000 / 8 ! 750).

a) L’RNA transcrit primari ja és l’RNAm? b) La transcripció i la traducció es fan en compartiments diferents? c) La transcripció i la traducció són simultànies?

Euc.

met his

his

arg

arg

E

GTP

P A AUG GCC

tyr

ala

arg

10.36. Si és d’una cèl·lula procariota, la seqüència serà: RNAm:

Translocació ribosomal. L’RNAt que ha perdut la cadena polipeptídica passa al centre E i surt del ribosoma

La cadena polipeptídica passa a l’últim RNAt que ha arribat

c) Els aminoàcids que se substitueixen més fàcilment són els mateixos que en els dos casos anteriors: Met i Trp.

Proc.

enzim

10.40.

10.35. a) Si tan sols es coneguessin els dos primers nucleòtids del codó, es podria conèixer l’aminoàcid incorporat en els casos següents: Ala, Arg, Gly, Leu, Pro, Ser, Thr i Val.

10.38.

enzim

CGC UAU

E

GDP

AGG CAC

P A

AGG

AUG GCC

CGC UAU

CAC

10.41. 2.000 proteïnes " 150 aminoàcids/proteïna ! 300.000 aminoàcids. Com que cada aminoàcid necessita 3 nucleòtids d’informació, això significa 900.000 nucleòtids. Com que cada 10 nucleòtids signifiquen 34 Å, els 900.000 nucleòtids tenen una longitud de 3.060.000 Å. 10.42.

SÍ

NO

SÍ

NO

SÍ

NO

DNA:

5’... T A C A A G T A C T T G T T T C T T ...3’

RNAm:

3’... A U G U U C A U G A A C A A A G A A ...5’

RNAm:

5’... A A G - A A A - C A A - G U A - C U U - G U A ...3’

Aminoàcids:

Lys - Lys - Glu -

Val - Leu - Val

!

10.43. Si les dues guanines (G) del DNA s’han canviat per dues citosines (C), en l’RNAm les dues citosines (C)


167

917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 168

SOLUCIONARI ara seran dues guanines (G); per tant, aquest RNAm i la seqüència d’aminoàcids ara serà:

RNAm: 5’... A A G - A A A - G A A - G U A - C U U - G U A ...3’ Aminoàcids: Lys - Lys - Glu - Val - Leu - Val !

10.44. DNA: Nou DNA: RNAm:

5’... T A C A A G T A C T T G T T T C T T ...3’ 5’... T A C A A T A C T T T T T C T T ...3’ 3’... A U G U U A U G A A A A A G A A ...5’

RNAm: Aminoàcids:

5’... A A G - A A A - A A G - U A U - U G U - A ...3’ Lys - Lys - Lys - Tyr - Cys - !

10.45.

e) Aa5 és Lys, aa6 és Ser i aa7 és Val. f) Els triplets assenyalats amb una E s’anomenen codó i els assenyalats amb la F s’anomenen anticodó. g) Es troba a l’aminoàcid aa1. h) Es formaria el triplet UAG, que és un triplet d’aturada, i la síntesi de proteïna quedaria interrompuda. LABORATORI

H2N - Lys - Met - Glu - COOH Aminoàcids: H2N - Lys - Met - Glu - COOH RNAm:

5’... AAA - AUG - GAA ... 3’ o o AAG GAG

DNA possibles: 3’... TTT - TAC - CTT ...5’ 3’... TTC - TAC - CTT ...5’ 3’... TTT - TAC - CTC ...5’ 3’... TTC - TAC - CTC ...5’

10.46.

HOOC - Lys - Met - Glu - NH2 Aminoàcids: H2N - Glu - Met - Lys - COOH RNAm:

5’... GAA - AUG - AAA ...3’ o o GAG AAG

DNA possibles: 3’... CTT - TAC - TTT ...5’ 3’... CTC - TAC - TTT ...5’ 3’... CTT - TAC - TTC ...5’ 3’... CTC - TAC - TTC ...5’

INTERPRETACIÓ DE DADES 10.51. a) S’han trencat els enllaços fosfoestèrics que unien els nucleòtids dels dos extrems del fragment separat en un filament, i els enllaços d’hidrogen que mantenien unides les seves bases nitrogenades amb les bases nitrogenades de l’altre filament. b) A partir de l’extrem 3’ s’hi afegiria un nucleòtid de A, un altre de G, un altre de G i un altre de T, successivament. c) Ho faria el DNA-polimerasa I. 10.52. a) S’està sintetitzant una proteïna. b) A és RNAt, B és RNAm, C és la subunitat ribosòmica gran i D és la subunitat ribosòmica petita. c) G’ és 5’, H’ és 5’ i I’ és 3’.

168

d) El centre M és el lloc P o centre peptidil i el centre N és el lloc A o centre acceptor d’aminoàcils-RNAt.

10.53. Resposta model. John Craig Venter va néixer el 14 d’octubre de 1946 a Salt Lake City (USA). És biòleg i home de negocis. Va treballar al National Institute of Health on va aprendre la tècnica d’identificar ràpidament els RNAm de la cèl·lula i la va utilitzar per identificar gens del cervell humà, la qual cosa va voler patentar però no ho va aconseguir. Al 1999 va començar el seu propi Projecte Genoma Humà amb propòsits comercials. Ha fundat diferents instituts i empreses dedicades a l’ús de microorganismes modificats genèticament per a la producció de combustibles alternatius. A l’octubre del 2007 va anunciar que havia creat un cromosoma artificial a partir d’elements químics. Darrerament ha centrat les seves investigacions a obtenir un genoma complet d’ésser viu. 10.54. Resposta model. Vida artificial? La prestigiosa revista Science ha publicat recentment que l’equip d’un investigador nord-americà, el Dr. Craig Venter, ha sintetitzat artificialment el primer genoma complet d’un ésser viu, Mycobacterium genitalium, un bacteri que pot viure a les vies genitals dels animals. Encara que en principi es pensava que aquest organisme era el més senzill i amb el DNA més curt que existia, recentment s’han descobert dos bacteris més petits i amb un DNA encara més curt. L’interès per conèixer el genoma mínim o DNA més petit en un ésser viu prové de l’objectiu d’arribar a «crear» organismes amb unes propietats determinades que a nosaltres ens interessin. Els avantatges que tindria la consecució d’aquests éssers vius serien que, per exemple, podrien solucionar molts problemes mediambientals actuals, com la transformació o emmagatzematge de diòxid de carboni, producció de biocombustibles, neteja de contaminants... Però aquests tipus d’organismes sintètics també podrien representar perills per a la humanitat, com per exemple, que a més dels efectes beneficiosos en produeixin altres de perjudicials de manera col·lateral, que per mutacions o recombinacions genètiques es formin altres éssers vius que no poguéssim controlar i fossin perjudicials... Sembla segur que són necessàries més recerques en aquest sentit.


917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 169

SOLUCIONARI



1. Semiconservadora: cada molècula filla està formada per una cadena de la molècula mare que actua com a motlle i una cadena acabada de formar. Conservadora: la nova molècula de DNA és completament nova i la molècula original roman intacta. Dispersiva: no es conserven les cadenes originals, es barregen fragments de les dues cadenes.

1. Fent viure bacteris prèviament en un medi normal i posteriorment en un medi amb nitrogen pesant. Tot el DNA acabat de sintetitzar pels bacteris introduïts en el medi amb nitrogen pesant tenia una densitat intermèdia entre el DNA pesant i el DNA no pesant, a la següent generació de bacteris apareixien dos tipus de DNA, un d’híbrid i un altre de lleuger, i a la tercera generació la proporció de DNA híbrid era més petita.

2. Són fragments d’RNA sintetitzats per la RNA-polimerasa, que no necessita encebador, i després per la DNA-polimerasa, en direcció 5’ → 3’ sobre diferents regions del filament patró de DNA, per poder solucionar el problema de la síntesi de DNA en direcció 5’ → 3’, quan el sentit de la cadena de DNA és l’oposat. 3. El DNA dels eucariotes està associat a les histones, per la qual cosa se’n complica la replicació. La longitud del DNA eucariòtic és molt més gran i en general no té un sol origen de replicació, sinó aproximadament un centenar. Aquestes diferències fan que el procés en eucariotes sigui més lent. 4. a) 3’ UCAAGGACCG 5’. b) 3’ TAAAGCCTTTGCCAU 5’. c) 3’ TCAAGGACCG 5’. 5.

Glu

Ser

Ala

Gly

fragment proteïna

GAA

TCT

GCT

GGT

DNA

CTT

AGA

CGA

CCA

DNA

GAA

UCU

GCU

GGU

RNAm

CUU

AGA

CGA

CCA

RNAt

6. Cada gen codifica per un enzim que té una funció concreta en el metabolisme. Si un gen en homozigosi, per exemple, fa que no se sintetitzi un enzim determinat, no es farà una reacció bioquímica i això provocarà un efecte, ja sigui defecte o malaltia. Hi ha, per tant, un paral·lelisme entre gen i caràcter i entre gen i substància. 7. Introns: seqüències d’RNA sense sentit que s’eliminen. Exons: seqüències que no s’eliminen. Fase de maduració. 8. Fase d’iniciació: AUG; l’aminoàcid metionina comença la cadena proteica. Fase d’elongació: els codons responsables són tots menys el d’inici i els d’acabament; es van incorporant els aminoàcids a la cadena polipeptídica. Fase d’acabament: UAA, UAG, UGA; no hi ha cap RNAt l’anticodó del qual en sigui complementari, i no s’hi afegeix cap aminoàcid. 9. Estalviar recursos, no fabricar aminoàcids si ja n’hi ha al medi. L’operó té un repressor que en estat normal és inactiu, per la qual cosa es fabriquen constantment els enzims necessaris per produir la histidina; però, si hi ha histidina en el medi, el repressor es torna actiu i es fixa sobre l’operador i es reprimeix la síntesi d’histidina. Repressió enzimàtica.

2. Amb els segments d’Okazaki: fragments d’RNA sintetitzats per la RNA-polimerasa, que no necessita encebador, i després per la DNA polimerasa, en direcció 5’ → 3’ sobre diferents regions del filament patró de DNA; posteriorment, després de perdre la porció d’RNA, es fusionen entre si, i fan la sensació que el nou filament de DNA creix en direcció 3’ → 5’. 3. Helicasa: separa les cadenes de DNA; topoisomerasa II o girasa: talla les dues cadenes del DNA; primasa: RNA-polimerasa que sintetitza un fragment curt d’RNA que actua com a encebador; DNA-polimerasa III: comença a sintetitzar un filament de DNA; DNA-polimerasa I: substitueix els nucleòtids d’RNA per nucleòtids de DNA. 4. Filament de creixement continu: nou filament de DNA sintetitzat per la DNA-polimerasa III en direcció 5’ → 3’; filament de creixement discontinu: nova cadena de DNA formada per la DNA-ligasa a partir de la unió dels fragments d’Okazaki: filament conductor: és el filament de creixement continu; filament retardat: és el filament de creixement discontinu. 5. Cada gen codifica per un enzim que té una funció concreta en el metabolisme. Si un gen en homozigosi, per exemple, fa que no se sintetitzi un enzim determinat, no es farà una reacció bioquímica i això provocarà un efecte, ja sigui defecte o malaltia. Hi ha, per tant, un paral·lelisme entre gen i caràcter i entre gen i substància. 6.

TAC

TTT

CAG

TCA

DNA

ATG

AAA

ATC

AGT

DNA

AUG

AAA

GUC

AGU

RNAm

UAC

UUU

CAG

UCA

anticodó RNAt

Met

Lys

Val

Ser

aminoàcid

7. Transcripció: pas de DNA a RNAm; es dóna al nucli. Traducció: pas d’RNAm a seqüència d’aminoàcids; es dóna al citoplasma. 8. A la presència dels introns: seqüències d’RNA sense sentit que s’eliminen a la fase de maduració i només romanen els exons: seqüències que no s’eliminen. 9. Estalviar recursos, no fabricar enzims si al medi no hi ha lactosa. El repressor produït pel gen regulador s’associa a la zona operadora i impedeix que la RNA-polimerasa transcrigui els gens estructurals; si hi ha lactosa, aquesta s’associa amb el repressor el qual esdevé inactiu i, per tant, es transcriuen els gens estructurals. Inducció enzimàtica.


169

917280 _ 0158-0171.qxd

10

30/12/08

12:55

Página 170

SOLUCIONARI

FITXA DE REFORÇ 3

T

A…

3

3

G

3

C

3

3

P

T

A…

3

5

P

5

2. DNA-polimerasa, desoxiribonucleòtids-5-trifosfats d’adenina, timina, guanina i citosina, ions Mg2+ i una molècula de DNA.

P

G…

5

P

5

P

C…

3

5

P

5

P

P

5

dia entre el DNA pesant i el DNA no pesant, per tant es tractava d’un DNA híbrid i es descartava la hipòtesi conservadora. En la següent generació de bacteris apareixien dos tipus de DNA, un d’híbrid i un altre de lleuger, i a la tercera generació la proporció de DNA híbrid era més petita, i així es descartava la hipòtesi dispersiva.

5

1.

3

Les cadenes només poden créixer en sentit 5’ → 3’. 2. Els mateixos nucleòtids, que en principi tenen la forma de nucleòtids trifosfat, perden dos dels seus grups fosfat, cedeixen l’energia d’aquests enllaços. 3. a) AACGTCTTGCCA.

3. Helicasa: separa les cadenes de DNA; topoisomerases: eliminen les tensions de les cadenes de DNA; RNA-polimerasa: sintetitza un fragment curt d’RNA que actua com a encebador; DNA-polimerasa III: comença a sintetitzar un filament de DNA; DNA-polimerasa I: substitueix els nucleòtids d’RNA per nucleòtids de DNA; DNA-ligasa: empalma entre si els diferents fragments. 4. Heterozigòtic, de manera que els dos gens recessius, un del pare i un de la mare, es puguin trobar en homozigosi en algun descendent.

b) AACGUCUUGCCA. c) lys - val - leu - pro. 4.

5. Vegeu l’esquema de la pàgina 201 del llibre de l’alumne. L’anticodó es troba a la part més inferior de la molècula, gairebé plana. 6. Correspondència entre una seqüència de nucleòtids del DNA i la seqüència d’aminoàcids de la proteïna que codifica. Transcripció i traducció. Transcripció: pas de DNA a RNAm; es dóna en el nucli. Traducció: pas d’RNAm a seqüència d’aminoàcids; es dóna en el citoplasma.

Cadena normal Cadena marcada

5. 31% de guanina, 19% d’uracil, 19% d’adenina i 31% de citosina. Perquè a l’RNA en lloc de timina hi ha uracil. 6. Transcripció: pas de DNA a RNAm; es dóna en el nucli. Traducció: pas d’RNAm a seqüència d’aminoàcids; es dóna en el citoplasma. 7. Centre peptidil o centre P, on se situa el primer aminoacilRNAt; centre acceptor o centre A, on se situen els aminoacils-RNAt següents; centre de sortida o centre E, on se situa l’RNAt sense aminoàcid. Dibuix: vegeu la pàgina 202 del llibre de l’alumne. 8. Entre el grup carboxílic (COOH) i el grup amina (NH2). CO – NH, amb alliberació d’una molècula d’aigua. S’anomena enllaç peptídic. 9. a) 5’ UCGAAUCGCAACUGGCAU 3’. b) ser - asn - arg - asn - trp - his. c) AGC; GTA. FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Tot el DNA acabat de sintetitzar pels bacteris introduïts en el medi amb nitrogen pesant tenia una densitat intermè-

170

7. Síntesi de DNA a partir d’RNA. La poden fer alguns virus. Es tracta de virus amb RNA com a material genètic i en sintetitzar DNA a partir de l’RNA, poden modificar el DNA de les cèl·lules hostes. 8. Bàsicament que en la transcripció es necessiten ribonucleòtids trifosfats de A, C, G i U, i RNA-polimerases, i en la duplicació del DNA es necessiten DNA-polimerasa, desoxiribonucleòtids-5-trifosfats de A, C, G i T. 9. RNA-polimerasa: encarregada de la síntesi pròpiament; poli-A-polimerasa: afegeix a l’extrem final 3’ la cua de poli-A; RNPpn: duu a terme la maduració o separació dels introns; RNA-lligases: empalmen els exons. 10. Si una base codifiqués per a un aminoàcid, només es podrien utilitzar 4 aminoàcids (n’hi ha 20). Si cada dues bases codifiquessin per a un aminoàcid es podrien codificar 16 aminoàcids. Cada tres bases codifiquen per a un aminoàcid perquè així se’n poden codificar 64. Com que tenim 20 aminoàcids, hi ha triplets d’acabament, un triplet d’inici i molts aminoàcids poden ser codificats per diferents triplets, la qual cosa dóna més seguretat al procés. 11. L’AMPc associat al CAP té una gran afinitat per una zona del promotor i sense la seva presència la RNA-polimerasa no s’hi pot acoblar. Quan augmenta el nivell de glucosa a la cèl·lula disminueix el nivell d’AMPc perquè no hi ha prou fosfat per formar-lo, ja que aquest s’usa en passar la glucosa a glucosa-6-fosfat.


917280 _ 0158-0171.qxd

1

30/12/08

12:55

Página 171

SOLUCIONARI

Notes


171

917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 172

Les mutacions, els gens i l’enginyeria genètica

MAPA DE CONTINGUTS EL DNA conté gens

s’hi produeixen mutacions

poden ser

poden desenvolupar

naturals

es poden modificar per

es desxifren pel

enginyeria genètica

projecte Genoma Humà

pot millorar

pot tenir

teràpia de malalties

riscos

producció agrícola i animal

implicacions ètiques

càncer induïdes per agents mutàgens segons on tenen lloc gèniques cromosòmiques genòmiques

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. Per assimilar correctament aquesta unitat cal assegurar-se que l’alumnat recorda bé la composició química dels àcids nucleics, sobretot pel que fa a les seqüències de bases. S’ha de tenir en compte que en el DNA hi ha escrits els caràcters genètics de cada individu segons un llenguatge químic. 2. Convé deixar clar que totes les cèl·lules d’un organisme tenen el mateix material genètic, ja que totes procedeixen d’una única cèl·lula original, per la qual cosa qualsevol variació genètica que es doni en aquesta cèl·lula original es trobarà en totes les cèl·lules de l’organisme. 3. També convé fer pensar a l’alumnat en les connotacions ètiques derivades de l’aplicació de l’enginyeria genètica, plantejant a l’aula qüestions com ara: fins a quin punt es pot arribar en la manipulació de gens humans, de gens animals o de gens vegetals?, l’accés a la informació relativa a cada individu ha de ser lliure, confidencial?... 4. Pot ser interessant completar el treball de la unitat amb debats, comentaris sobre esdeveniments científics i notícies relacionades amb les qüestions treballades, per tal d’ajudar l’alumnat a entendre les implicacions de la ciència en la societat.

172


917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 173

Les mutacions, els gens i l’enginyeria genètica

OBJECTIUS 1. Comprendre les lleis i els mecanismes moleculars i cel·lulars de l’herència. 2. Valorar la importància de les aportacions de la biologia en els camps de la biotecnologia i la reproducció assistida. 3. Situar els coneixements biològics en el marc general de la ciència, de la tècnica i de la tecnologia, i en la perspectiva dels problemes que té plantejats la humanitat.

4. Analitzar el paper de les mutacions en l’evolució i les conseqüències que tenen en l’espècie humana. 5. Analitzar algunes aplicacions i limitacions de la manipulació genètica en vegetals, animals i en l’ésser humà, així com les implicacions ètiques, i valorar l’interès de la investigació del genoma humà en la prevenció de malalties hereditàries.

CONTINGUTS • Reconeixement del paper del DNA com a portador de la informació genètica i la naturalesa del codi genètic, relacionant les mutacions amb alteracions en la informació i amb la variabilitat dels éssers vius i amb la salut de les persones. (Objectiu 1) • Descripció de la morfologia dels cromosomes i anàlisi dels cariotips. (Objectius 1 i 4) • Significació de les mutacions gèniques, cromosòmiques i genòmiques, així com les conseqüències que tenen en l’espècie humana (Objectiu 4) • Valoració argumentada d’algunes aportacions de l’enginyeria genètica en la salut humana: dilemes ètics en relació amb la detecció precoç de malalties genètiques i la teràpia gènica. (Objectius 2, 3 i 5)


Activitats prova 1

Activitats prova 2

Solucionar problemes relacionats amb el mecanisme de síntesi de proteïnes. (Objectiu 1)

6

3

Descriure la morfologia dels cromosomes i analitzar cariotips. (Objectius 1 i 4)

7

5, 6, 7

Diferenciar els tipus de mutacions. (Objectiu 4)

5

4

1, 2, 3, 4

1, 2

Descriure adequadament els conceptes principals de l’enginyeria genètica. (Objectius 2, 3 i 5)


173

917280de172a183.qxd

11

13/1/09

09:29

Página 174

AVALUACIÓ


1

Defineix els conceptes d’enginyeria genètica, tecnologia del DNA recombinant i biotecnologia.

2

Què són els enzims de restricció? Quina funció tenen?

3

Quin nom té el procés d’obtenció d’individus a partir de cèl·lules somàtiques?

4

Marca la millor resposta d’entre les quatre opcions: 1) Quina d’aquestes molècules no intervé en els processos d’enginyeria genètica? a) DNA ligases b) enzims de restricció c) plàsmids d) DNA polimerases 2) Com es pot introduir el DNA d’una cèl·lula en una altra cèl·lula diferent? a) mitjançant la infecció amb virus b) mitjançant cromosomes artificials de llevats c) mitjançant plàsmids bacterians d) Totes les respostes són correctes. 3) Quines característiques ha de tenir un hoste per a un vector de clonació? a) Ha de tenir capacitat de creixement ràpid en un medi econòmic. b) No ser perjudicial o patogen. c) Tenir els enzims adequats per a la replicació del vector. d) Ser capaç d’acceptar el DNA exogen. e) Totes les respostes són correctes. 4) La transferència de gens... a) pot fer-se entre individus d’espècies diferents, però sempre que siguin evolutivament propers. b) pot fer-se entre dues espècies qualsevol. c) ha de fer-se sempre entre individus de la mateixa espècie. d) pot fer-se entre dues espècies qualsevol, però amb el mateix nombre de cromosomes. 5) Quin nom rep la molècula de DNA en la qual s’han introduït gens estranys? a) DNA manipulat b) DNA transgènic c) DNA clonat d) DNA recombinant

174

5

Indica dos tipus de mutacions gèniques (alteracions de la seqüència del DNA) i digues en què consisteixen.

6

La figura de la dreta mostra la seqüència d’aminoàcids de part d’un polipèptid codificat per un gen normal, així com els corresponents segments de polipèptids codificats per tres mutacions diferents d’aquest gen. Quins tipus de mutacions es poden haver produït en cada cas? ! BIOLOGIA 1r BATXILLERAT ! MATERIAL FOTOCOPIABLE ! © GRUP PROMOTOR / SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. !

917280de172a183.qxd

11

13/1/09

09:29

Página 175

AVALUACIÓ


1

En què consisteix la clonació molecular?

2

Marca la millor resposta d’entre les quatre opcions: 1) Els enzims de restricció... a) són exonucleases. b) afegeixen DNA al gens. c) tallen molècules de DNA en punts precisos. d) totes les respostes anteriors són falses. 2) La teràpia gènica... a) introdueix DNA aliè a l’interior d’un procariota amb finalitat terapèutica. b) usa òrgans animals d’altres espècies. c) podria guarir una malaltia hereditària. d) és la producció d’antibiòtics per clonació molecular. 3) Per passar els gens d’una espècie a l’altra, l’enginyeria genètica utilitza especialment... a) la conjugació i la transducció b) la transducció i la transformació c) la conjugació i la transformació d) l’intercanvi entre introns i exons 4) La biotecnologia... a) és més moderna que l’enginyeria genètica. b) usa microorganismes i plantes, però no animals. c) s’usa en la producció de medicaments. d) Totes les respostes anteriors són correctes.

3

Indica quines classes de mutacions cromosòmiques estructurals coneixes i explica breument en què consisteixen.

4

En la figura de la dreta es representen les dotacions cromosòmiques de les cèl·lules de diferents individus (1, 2, 3 i 4) d’una espècie vegetal (2n ! 6). Indica quins tipus de mutacions els afecten.

C

B

C

A

L’estudi citogenètic d’un nen amb síndrome de Down va demostrar que tenia una dotació cromosòmica normal (2n ! 46). Ara bé, un dels cromosomes de la parella 14 era més llarg del normal. En analitzar els cariotips dels pares es va observar que, mentre que el pare tenia una dotació cromosòmica normal, la mare tenia l’anomalia que s’observa en la figura. Quina classe d’anomalia és? Justifica la resposta.

B

A

1

5

A

B

C

2 C

B A

B

C A

A

A

B

A

B C

C

C

A B

3

mare

4

pare


175

917280de172a183.qxd

11

13/1/09

09:29

Página 176


FITXA DE REFORÇ

1

Què són les mutacions? Quins avantatges poden aportar als éssers vius?

2

Digues les diferències que hi ha entre les mutacions gèniques, les cromosòmiques i les genòmiques.

3

Explica què succeeix en la meiosi que fa que a partir d’una cèl·lula mare es formin dues cèl·lules filla amb la meitat del nombre de cromosomes que la cèl·lula mare, i com aquest tipus de divisió cel·lular pot originar mutacions genòmiques.

4

Defineix els conceptes següents: letal, agent mutagen, dotació haploide, dotació diploide, gen.

5

Els agents mutàgens es poden dividir en dos grans grups. Digues quins són aquests grups i per què es caracteritzen, i posa dos exemples de cada grup.

6

Explica com els gens que estan al DNA controlen els caràcters dels éssers vius.

7

Què és la biotecnologia? Esmenta les aplicacions clàssiques de la biotecnologia que coneguis.

8

En l’aplicació de l’enginyeria genètica a la teràpia de malalties humanes es distingeix entre teràpia de la cèl·lula somàtica i teràpia de la cèl·lula germinal. Explica la diferència que hi ha entre aquests dos tipus de teràpia i les conseqüències que se’n deriven.

9

Explica l’esquema següent d’enginyeria genètica i posa el nom a les parts assenyalades amb línies.

10 Què és el cicle cel·lular? Què passa en el cicle cel·lular de les cèl·lules cancerígenes? 11 Quines són les causes considerades més importants de l’aparició del càncer?

Què tenen en comú totes aquestes causes?

176


917280de172a183.qxd

11

13/1/09

09:29

Página 177



1

Segons alguns estudis, en l’espècie humana la taxa de mutació germinal és d’un gen mutat per cada 50.000 gens. Si aquesta espècie conté uns 25.000 gens en cada dotació haploide de cromosomes, indica el percentatge aproximat d’individus que posseiran de mitjana un gen mutat en cada generació.

2

Un agent mutagen és l’àcid nitrós, que transforma la base nitrogenada adenina en hipoxantina (H), amb la particularitat que aquesta darrera s’aparella amb la citosina en lloc de la timina. Quins canvis tindran lloc en la molècula de DNA i en la proteïna resultant si es dóna la mutació dita en la segona adenina de la cadena superior de la molècula de DNA següent i suposant que es transcrigui la cadena inferior: 3’ TTCGATCGCTAT 5’


UUU UUC U UUA UUG


CUU CUC C CUA CUG

leu

CCU CCC CCA CCG

AUU AUC A AUA AUG

ACU ACC ACA met ACG

GUU GUC G GUA GUG

GCU GCC GCA GCG

ile

val

G

ser

UAU UAC UAA UAG


CAU CAC CAA CAG

his

pro

thr

ala


gln asn lys asp glu

U C stop A trp G cys

U C A G

CGU CGC CGA CGG

arg

AGU AGC AGA AGG

U C arg A G

GGU GGC GGA GGG

U gly C A G

ser


5’ AAGCTAGCGATA 3’

Segona lletra C A

U

Clau genètica. 3

Les cèl·lules tenen diversos sistemes de reparació de les mutacions gèniques del DNA, un dels més coneguts és la reparació amb escissió. Indica els enzims que intervenen en aquest tipus de reparació juntament amb la funció que fa cadascun.

4

Explica en què consisteixen els canvis tautomèrics en les mutacions gèniques.

5

Quins són els efectes de les radiacions ionitzants en els àcids nucleics?

6

Les cèl·lules eucariotes tenen entre el 10% i el 50% de DNA altament repetitiu, que se sap que és genèticament inactiu. Quin origen se suposa que deu tenir aquest DNA altament repetitiu?

7

Què són les endonucleases de restricció? Quina importància tenen en l’enginyeria genètica?

8

El DNA eucariòtic presenta introns i exons, mentre que en el DNA bacterià no hi ha introns. Si es vol introduir un gen eucariòtic en un bacteri, quina tècnica s’utilitza per evitar la introducció d’introns o fragments sense informació genètica en el DNA bacterià?

9

En l’aplicació de l’enginyeria genètica en la teràpia de malalties humanes s’utilitzen les anomenades vacunes recombinants. Explica quina característica tenen aquestes vacunes i com s’obtenen.

10 En l’enginyeria genètica moltes vegades és necessari utilitzar un marcador associat al gen que volem introduir

en una cèl·lula per poder comprovar si aquest gen s’ha introduït realment en la cèl·lula o no. Posa dos exemples de gens marcadors. 11 En la lluita contra el càncer es comencen a utilitzar els anticossos monoclonals. Explica què són aquests

anticossos i com s’aconsegueix produir-ne.


177

917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 178

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT

11.9. Perquè l’individu en té prou amb el gen al·lel contingut en el cromosoma homòleg.

• Perquè la recombinació només genera noves combinacions de gens, però no nous gens. Si no fos per la mutació, els organismes actuals tindrien els mateixos gens que les primeres formes de vida, és a dir, serien molt semblants a aquests o, el que és més probable, la vida hauria desaparegut. Les mutacions, malgrat que generalment comporten un perjudici a l’individu, a través de la transformació d’unes espècies en unes altres, han permès la continuïtat de la vida al llarg de milions anys. També han possibilitat l’aparició de formes cada vegada més complexes, fins a l’ésser humà, que és capaç d’adonar-se de tot aquest camí.

11.10. Perquè per contenir informació sobre estructures i funcionaments més complexos cal tenir més DNA. 11.11. O no tindrà la zona que va canviar de lloc o la tindrà duplicada. (Contindrà també la zona homòloga de l’altre cromosoma). 11.12. Perquè presenten fulles i fruits més grans, i aquests sovint estan mancats de llavors, per això són més fàcils de menjar. Els triploides són estèrils perquè com que hi ha tres exemplars de cada tipus de cromosoma, durant la meiosi, el cromosoma senar no troba un cromosoma homòleg per fer la sinapsi, per la qual cosa la meiosi s’interromp i no es formen les cèl·lules reproductores. Els tetraploides generalment són fèrtils perquè, com que hi ha quatre exemplars de cada tipus de cromosoma, sí que es poden aparellar de dos en dos per fer la sinapsi.

ACTIVITATS 11.1. Són alteracions totalment a l’atzar, és a dir, no van dirigides cap a una finalitat concreta. 11.2. Les mutacions generalment empitjoren la informació inicial, ja que una alteració sense sentit normalment dóna lloc a una informació defectuosa. Malgrat tot, són la base de l’evolució, perquè sense les mutacions, només existiria la informació dels primers tipus d’organismes vius.

11.13. Quan apareix amb certa recurrència en la genealogia d’una família és perquè els individus, malgrat que no pateixen la síndrome de Down, presenten una translocació d’un segment del cromosoma 21 a un altre tipus de cromosoma. Quan en la descendència s’ajunten dos cromosomes 21 normals i un exemplar del cromosoma portador del segment del cromosoma 21, apareix un nou cas de síndrome de Down. En les famílies en les quals la síndrome de Down apareix espontàniament, sense que hi hagi antecedents amb més freqüència del que és normal, és perquè durant la meiosi hi ha hagut un error en la distribució dels cromosomes, i els dos exemplars del cromosoma 21 han anat a parar junts a un dels gàmetes, el que després ha participat en la formació del zigot del nou individu.

11.3. La causa pot ser que hagi estat una mutació en una cèl·lula embrionària inicial. 11.4. La causa és que només en la població que existia en aquella illa es va produir la sèrie de mutacions que van configurar la nova espècie. 11.5. Si en lloc d’una A hi ha una G, és una transició; si hi ha una T en lloc d’una C, és una transició; si en lloc d’una G hi ha una C, és una transversió, i si falta un nucleòtid de C, és una deleció. Aquesta última és la més important, ja que implica que a partir d’ella tindrà lloc un corriment en l’ordre de lectura.

10.14. Es tracta d’una aneuploïdia del tipus tetrasomia.

11.6. En el triplet CGG.

10.15. Seria una euploïdia del tipus triploïdia.

10.7. En els triplets de DNA 5’ - GGG - 3’ i 5’ - AGG - 3’. Aquests codifiquen els triplets d’RNAm 5’ - CCC - 3’ i 5’ - CCU - 3’, que es tradueixen per prolina. Tan sols que canviï el nucleòtid intermedi de G per un nucleòtid de A, sortiran els nucleòtids d’RNAm 5’ - CAC - 3’ i 5’ - CAU - 3’, que es tradueixen per histidina.

11.16. Perquè els rajos X (RX) són un important agent mutagen, mentre que els ultrasons que s’utilitzen en les ecografies no ho són. L’aparició de mutacions en cèl·lules òssies, musculars o epidèrmiques, tret que aquestes

!

| | | | | A C A T C .. ... .. .. ...

!

DNA del progenitor

T G | |

!

! ! Segona duplicació del DNA

| | | | | A C A T C .. ... .. .. ... T G T A G | | | | |

! !

Resultat de la primera generació

Tipus silvestre

T | | A ..

G | | C ...

T | | G ...

A | | T ..

G | ! | C ... Mutant

T | | A ..

G | | C ...

C | | A ..

A | | T ..

G | ! | C ... Tipus silvestre

T G T A G | | | | |

!

!

| | A C .. ...

T G C A G | | | | |

!

!

T G T A G | | | | |

Duplicació del DNA

| | | | | A C A T C .. ... .. .. ...

!

!

| | | | | A C A T C .. ... .. .. ...

! | | | T C .. . A .. G .. C A | |! | | A | | .. T .. C T A ... | | G | !

!

Forma tautomèrica de l’adenina

!

11.8. Es tracta de mutacions puntuals del tipus transicions.

!

| | | | | A C A T C .. ... .. .. ... T G T A G | | | | |

Tipus silvestre

!

Resultat de la segona generació

178


917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 179

SOLUCIONARI cèl·lules quedin transformades en cèl·lules cancerígenes, no són perilloses, ja que si moren són substituïdes ràpidament per les descendents de les cèl·lules acompanyants. En canvi, una cèl·lula afectada en un embrió, com que pot ser l’origen de tot un òrgan, pot comportar tot un òrgan anormal. Per la mateixa raó, les substàncies que afavoreixen les mutacions, com ara el tabac i l’alcohol, estan desaconsellades a les dones gestants.

11.17. Es pot evitar no fumant, si no consumim aliments fumats ni pa torrat massa cremat. 11.18. Recó és la part més petita d’una informació genètica capaç de recombinar-se. Mutó és la part més petita d’una informació genètica capaç de mutar. Cistró és la part més petita d’una informació genètica capaç de codificar una funció. 11.19. El recó i el mutó corresponen a un nucleòtid i, per tant, són més petits que el cistró, que equival a un gen. 11.20. Els que codifiquen RNA diferents de l’RNA missatger, és a dir, els que codifiquen RNA nucleolar, RNA de transferència, etc. 11.21. Són gens continguts en una mateixa seqüència de nucleòtids. Les informacions que duen són diferents perquè un gen comença en un nucleòtid, i l’altre, al nucleòtid següent. 11.22. Perquè la cèl·lula necessita constantment una gran quantitat d’aquestes molècules per tenir un funcionament normal. 11.23. Es considera que poden ser essencials en l’aparellament mecànic i en la secreció dels cromosomes durant la mitosi i la meiosi. 11.24. La possible explicació és que al DNA de les cèl·lules hi ha les informacions pròpies de les espècies antecessores en el procés evolutiu, que ara ja no són funcionals. D’altra banda, la selecció natural no elimina les duplicacions que no comporten deficiències, i això és un avantatge, perquè augmenten la quantitat de DNA susceptible de mutar i aportar nous gens beneficiosos. 11.25. Permeten generar més productes (proteïnes, RNAt, RNAr, etc.). 11.26. Com que els gens duplicats són una mica diferents entre si, generen una pluralitat de proteïnes similars però no idèntiques, que en el cas d’un canvi en les condicions ambientals, augmenten la probabilitat que n’hi hagi alguna de prou apta per a les noves condicions. 11.27. Codifiquen substàncies que eren necessàries en les formes antecessores però que ara ja no es necessiten. 11.28. Perquè amb aquests antibiòtics es pot constatar si els nous gens s’han incorporat o no al genoma del bacteri. Si els bacteris ja no moren, és que han incorporat aquests gens. 11.29. Perquè, com que els gens de les cèl·lules eucariotes presenten introns i com que als bacteris no hi ha processos de maduració de l’RNA missatger, també es traduiran els introns. Com que l’RNA missatger madur es-

tà mancat d’introns, el DNA complementari sintetitzat per la retrotranscriptasa sí que es pot incorporar al genoma bacterià i així donar lloc al polipèptid volgut. 11.30. La conjugació i la transducció. 11.31. S’hauria d’afegir una DNA-polimerasa convencional després de cada escalfament a 80 ºC per separar la doble hèlix, ja que l’anterior DNA-polimerasa s’hauria desnaturalitzat. Això faria que aquesta tècnica fos massa laboriosa. 11.32. S’ha d’afegir lactosa al medi. 11.33. Perquè, a diferència del que passa en les plantes, no es coneix cap organisme que introdueixi plasmidi a les cèl·lules humanes. 11.34. Perquè el retrovirus utilitzat per fer arribar el gen correcte provocava la transformació cancerosa de les cèl·lules d’alguns pacients. 11.35. Perquè, a més, s’ha d’aconseguir que el gen introduït s’expressi i que no provoqui altres alteracions en els pacients. 11.36. Perquè, com que la fecundació de la major part dels peixos és externa, és molt més fàcil la introducció de nous gens abans que s’uneixin el nucli de l’espermatozoide i el nucli de l’òvul. 11.37. Perquè els bacteris normalment ja incorporen material genètic a través dels pèls sexuals, mentre que les cèl·lules de les plantes i els animals no. Aquest material s’incorpora fàcilment al genòfor (DNA) bacterià, i el seu cultiu és més fàcil i econòmic que el de les plantes o el dels animals. 11.38. Perquè així se’n pot controlar l’expressió. Per exemple, si s’ha inserit juntament amb els gens estructurals a l’operó lac, n’hi haurà prou d’afegir lactosa al medi perquè aquest gen sigui transcrit. 11.39. És un organisme en les cèl·lules del qual hi ha inserit un o més gens d’una altra espècie. 11.40. La solució és: 1) amb g, 2) amb h, 3) amb j, 4) amb b, 5) amb i, 6) amb f, 7) amb e, 8) amb c, 9) amb a i 10) amb d. 11.41. Les conclusions principals són: a) Que els organismes més senzills, com Escherichia coli i Saccharomyces cerevisiae, que són organismes unicel·lulars, procariotes i eucariotes respectivament, tenen menys milions de nucleòtids que els pluricel·lulars, com ara tota la resta. b) Que si es consideren els tres grups següents: unicel·lulars procariotes, unicel·lulars eucariotes i tots els pluricel·lulars, hi ha una relació directa entre el nombre de milions de nucleòtids i el nombre de gens. c) Que en els organismes pluricel·lulars eucariotes no s’observa la relació abans esmentada, ja que hi ha organismes amb un nombre de nucleòtids molt diferent i que, en canvi, tenen un nombre de gens semblant.


179

917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 180

SOLUCIONARI

11.42. Com que es tracta d’una cèl·lula diploide hi ha 46 cromosomes, per tant, hi ha 2 ! 25 " 103 # 5 · 104 gens. Per calcular el nombre de nucleòtids total: 2 ! 3 · 109 # # 6 " 109 nucleòtids. 11.43. Perquè així es pot disposar d’un referent de DNA normal amb el qual poder comparar el DNA de persones afectades de malalties genètiques i poder deduir on hi ha la diferència. Això és el primer pas per arribar a la curació per mitjà de teràpia gènica. 11.44. Escherichia coli i Drosophila melanogaster són les dues espècies més utilitzades en tots els laboratoris del món per fer estudis de genètica. Saccharomyces cerevisiae també és molt utilitzat en aquests experiments i, a més, també és molt utilitzat en la indústria. També s’utilitza molt Arabidopsis thaliana. Caenorhabditis elegans es va escollir perquè tenia només 859 cèl·lules i Homo sapiens per l’interès en el món de la medicina. 11.45. Que sorgeixin plagues, que desapareguin espècies naturals (salvatges i agrícoles) perquè són menys competitives, que neixin nous bacteris i virus patògens per a l’espècie humana i per a altres espècies, i que es contaminin les aigües amb substàncies tòxiques noves produïdes pels organismes transgènics. 11.46. Respecte de l’alimentació, l’avantatge que se n’obté és la fabricació d’espècies més rendibles (més producció neta) i més resistent a les malalties, a les inclemències del temps, a l’emmagatzematge i al transport. Respecte de la salut, cal esperar la curació dels individus afectats de malalties genètiques per mitjà de la inserció dels gens correctes, tant en ells com als seus descendents quan encara són embrions. 11.47. Tota actuació humana ha de tenir límits ètics, en tant que pot influir directament o indirectament en altres éssers humans. Per tant, per motius científics no és lícit experimentar amb éssers humans contra la seva voluntat o sense haver-los informat completament, o amb embrions humans aprofitant que no tenen voluntat, o posar greument en perill la seva vida innecessàriament, etc. Tampoc no és lícit fer experiments que puguin posar en perill l’equilibri ecològic del planeta. 11.48. Els especialistes en ètica són els qui han d’establir les normes ètiques. En primer lloc, els juristes, que han d’estar molt ben informats pels científics. Després, la societat ha d’aprovar aquestes normes, primer als parlaments de cada país i, finalment, als parlaments internacionals, ja que aquests temes afecten tota la humanitat. Els científics tan sols són responsables que allò que afirmen correspongui amb la realitat, i que durant la seva investigació no s’hagi atemptat contra la dignitat humana ni s’hagi posat en perill la humanitat. Els científics no són els responsables del mal ús que altres facin dels seus descobriments. 11.49. Mai no es pot tenir una seguretat absoluta del que pot passar. Atès que els efectes negatius dels organismes transgènics poden ser molt greus, ja que tan sols tenim una vida i tan sols un planeta per poder viurehi, s’han d’extremar les precaucions. Abans d’introduir

180

un gen a un ésser humà, calen anys d’experimentació del comportament d’aquest gen en animals de laboratori. Abans de la introducció d’una espècie transgènica al medi natural, calen anys d’experimentació de cultius en laboratoris aïllats del medi natural, i també és recomanable la inserció de gens que facilitin l’eliminació de l’espècie transgènica en cas de necessitat, etc. 11.50. La finalitat de la ciència és únicament conèixer millor la realitat. L’ús que es faci dels descobriments no és ni congruent ni incongruent amb la finalitat de la ciència. El fet que els pares, gràcies a la ciència, puguin decidir que el futur fill tingui la pell d’un color determinat, no té res a veure amb la finalitat de la ciència. Es pot comentar que tota tècnica implica riscos i, per tant, tan sols s’ha d’aplicar quan el benefici sigui molt gran, com ara la curació d’una malaltia, i aquest no és el cas. 11.51. Un principi bàsic de l’ètica és que no pel fet que una cosa sigui tècnicament possible, necessàriament ha de ser èticament acceptable. La dignitat humana fa que no sigui lícit aplicar als humans algunes tècniques que s’utilitzen en animals. Qualsevol persona té dret, tret d’una desgràcia irremeiable, a tenir un pare i una mare i a créixer en una família, en lloc de néixer i créixer en un laboratori. Les tendències més generals en bioètica són les següents: no considerar correcte la utilització de tècniques encaminades a la millora de la raça (l’anomenat «fill a la carta»), tan sols acceptar l’enginyeria genètica en cas de perill de transmissió d’una malaltia al fill, i no admetre la clonació ni la partenogènesi encaminades a produir individus genèticament idèntics al seu progenitor, ni el desenvolupament d’embrions fora de l’úter matern, ni la hibridació d’humans amb altres espècies. En la legislació espanyola es prohibeix la congelació i l’experimentació amb embrions de més de catorze dies, atès que, a partir d’aquesta data, ja no es donen casos de divisió de l’embrió en dos embrions (que donaria germans univitel·lins), ni la unió de dos en un, per la qual cosa ja és segur que es té un sol individu (vegeu la pàgina 236 del llibre). INTERPRETACIÓ DE DADES 11.52. Perquè tan sols en un dels quatre casos hi ha informacions relacionades amb el cromosoma 21 que estan per triplicat. 11.53. Poden produir bucles les delecions intercalades i les duplicacions intercalades. Poden produir terminacions esglaonades les delecions finals i les duplicacions finals. Els bucles estan formats per un sol filament, mentre que les nanses d’inversió estan constituïdes pels dos filaments. Els bucles apareixen quan un dels filaments és més curt que l’altre, mentre que les nanses apareixen quan tots dos tenen la mateixa llargada i tan sols difereixen en la direcció d’un dels segments. 10.54. a) abcdedefghij: hi ha hagut una mutació cromosòmica, concretament una duplicació del segment de.


917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 181

SOLUCIONARI b) abcfedghij: hi ha hagut una mutació cromosòmica, concretament una transposició ( ! translocació no recíproca) del segment fe entre el segment c i el segment d.

• Perquè canvia un aminoàcid que implica una proteïna que modifica moltes altres proteïnes, la qual cosa comporta que la cèl·lula iniciï un procés de divisió cel·lular accelerat.

c) abcdeghij: hi ha hagut una mutació cromosòmica, concretament la deleció del segment f.

11.60. • El fet de tenir en el carboni 3 un radical –H en lloc d’un radical –OH i, per tant, no poder establir un enllaç amb cap altre nucleòtid.

d) abcfghdeij: hi ha hagut una mutació cromosòmica, concretament una transposició ( ! translocació no recíproca) del segment de entre el segment h i el segment i. 11.55. Perquè D. pseudobscura i D. willistoni comparteixen una mateixa fusió entre el cromosoma blau i el cromosoma negre de D. virilis. Això indica avantpassats comuns. • Perquè les espècies diferents no poden tenir descendència entre si i, per tant, és impossible que tres espècies diferents hagin evolucionat fins a generar una mateixa nova espècie. 10.56. a) La base nitrogenada que adopta una forma tautomèrica és la guanina de la cadena superior. b) Es passa del parell de bases G-C al parell de bases A-T. c) El descendent mutant és el segon. d) Es tracta d’una mutació puntual de substitució de bases tipus transició. Pot no tenir importància o pot tenir-ne molta si aquest canvi indica un aminoàcid diferent que conforma el centre catalític d’un enzim o si implica un triplet d’aturada de la síntesi de la proteïna. 11.57. • Presenten menys DNA sense informació els bacteris seguits dels llevats. • Presenten més DNA sense informació (no gens) els vertebrats. • El valor que està més estretament relacionat amb la complexitat és la inversa del nombre de gens per nombre de nucleòtids (Mb). 11.58. al·lels: L: llis l: rugós Ll

F1

↓ LL Ll Ll ll 3/4

Genotips de la descendència Fenotip

11.61. Resposta lliure. PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. L’enginyeria genètica i la tecnologia del DNA recombinant poden considerar-se sinònims. Consisteixen a aïllar fragments de DNA (gens) i transferir-los a altres organismes. La biotecnologia, en canvi, consisteix en l’aprofitament dels recursos biològics per mitjà del control o la modificació dels organismes. 2. Els enzims de restricció tallen les molècules de DNA en punts precisos després que, en recórrer-les, localitzen les seqüències precises de bases (particulars de cada enzim de restricció) que indiquen el lloc d’actuació. Són endonucleases. La seva utilitat és la de tallar el DNA donant que s’ha seleccionat, un cop identificat el gen que es transfereix. Això és fonamental per fer l’empelt de gens. 3. Clonació. 4. 1) d

2) d

3) e

4) b

5) d.

5. Les mutacions gèniques poden ser: a) Substitucions de parells de bases. Aquestes poden ser: – Transicions: és el canvi en un nucleòtid de la seqüència del DNA d’una base púrica per una altra de púrica o d’una base pirimidínica per una altra de pirimidínica.

b) Pèrdua o inserció de nucleòtids. Aquest tipus de mutació produeix un corriment de l’ordre de lectura. Poden ser:

Ll

       

!

LABORATORI

– Transversions: és el canvi d’una base púrica per una de pirimidínica o viceversa.

L>l

P

• Un programa pot comparar seqüències de DNA i detectar seqüències repetides i, per tant, deduir que un fragment va a continuació de l’altre.

1/4

(75% llis; 25% rugós)

LL (25%) Ll (50%) Ll (25%) Llis

Llis

Rugós

11.59. • Els pollastres. • L’RNA. • Perquè uns tenen el protooncogen i els altres no el tenen.

– Addicions gèniques: és la inserció de nucleòtids en la seqüència del gen. – Delecions gèniques: és la pèrdua de nucleòtids. 6. Mutant 1: la mutació pot haver estat una substitució en el DNA en el triplet que codifica la His (CAU en l’ARNm) que ha donat triplet que codifica l’aminoàcid Asn (AAU en l’RNAm). Mutant 2: la mutació pot haver estat una inserció en el DNA en el triplet que codifica la His (CAU en l’RNAm) que ha donat el triplet CCA-U, la qual cosa ha originat un corriment de l’ordre de lectura.


181

917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 182

SOLUCIONARI

Mutant 3: la mutació pot haver estat una substitució en el DNA en el triplet que codifica la Tyr (UAU en l’RNAm) que ha donat el triplet que codifica una seqüència d’aturada (UAA en l’RNAm). PROVA D’AVALUACIÓ 2 1. La tècnica de la clonació molecular consisteix a introduir un fragment de DNA aliè a l’interior d’una cèl·lula per tal que s’hi repliqui, i obtenir, en un temps curt, un nombre elevat de còpies. 2. 1) c 2) c 3) b 4) c. 3. Mutacions cromosòmiques estructurals: són les que representen canvis en l’estructura interna dels cromosomes. Es poden agrupar en dos tipus: a) Les que suposen pèrdua o duplicació de segments o parts del cromosoma. • Deleció cromosòmica: és la pèrdua d’un segment d’un cromosoma. • Duplicació cromosòmica: és la repetició d’un segment del cromosoma. b) Les que suposen variacions en la distribució dels segments dels cromosomes. • Inversions: un segment cromosòmic d’un cromosoma es troba situat en posició invertida. • Translocació: un segment cromosòmic d’un cromosoma es troba situat en un altre cromosoma homòleg o no. 4. 1: monoploïdia o haploïdia, ja que presenta n cromosomes. 2: diploide. Individu amb una dotació cromosòmica normal 2n. 3: trisomia del parell A. 4: triploïdia. Individu amb una dotació cromosòmica 3n. 5. La mare presenta una anomalia que consisteix en la fusió d’un dels cromosomes del parell 21, amb un dels cromosomes del parell 14. Aquesta anomalia també pot considerarse com una translocació completa d’un dels cromosomes del parell 21 a un dels cromosomes del parell 14.

somes homòlegs, de manera que en separar-se aquestes parelles es formen dues cèl·lules amb una dotació haploide cada una; en la segona divisió meiòtica tan sols se separen les dues cromàtides de cada cromosoma. Una errada en el repartiment dels cromosomes entre les dues cèl·lules filla pot originar mutacions genòmiques. 4. Letal: que no és viable, que provoca la mort de l’individu; agent mutagen: factor que augmenta sensiblement la freqüència normal de mutació; dotació haploide: joc de cromosomes que només té un representant de cadascuna de les parelles de cromosomes homòlegs (n cromosomes); dotació diploide: conté parelles de cromosomes homòlegs (2n); gen: fragment de DNA que codifica per a una cadena polipeptídica. 5. Agents físics o radiacions: són radiacions electromagnètiques molt energètiques que tenen efectes sobre el DNA; exemples: les radiacions ultraviolades i els rajos X. Agents químics o substàncies químiques: són substàncies que reaccionen químicament amb el DNA i hi provoquen alteracions; exemples: l’àcid nitrós i el gas mostassa. 6. Un gen controla un caràcter per mitjà de la producció d’un enzim, que actua en una ruta metabòlica determinada, la qual cosa fa que es pugui portar a terme aquesta ruta metabòlica: és la teoria anomenada «un gen - un enzim». 7. La biotecnologia és la manipulació dels organismes amb l’objectiu d’obtenir productes útils per a l’espècie humana. Aplicacions clàssiques de la biotecnologia són: bacteris i fongs per obtenir aliments fermentats com el vi, el pa i els formatges; encreuaments de varietats d’animals i plantes per obtenir-ne de més favorables. 8. En la teràpia de la cèl·lula somàtica s’injecta el gen correcte en cèl·lules somàtiques i el canvi tan sols es produeix en aquestes cèl·lules i lògicament no és hereditari. En la teràpia de la cèl·lula germinal el gen correcte s’injecta a un òvul, a un espermatozoide o a un zigot, per la qual cosa totes les cèl·lules del nou individu i tots els seus descendents tindran la modificació. 9. Es tracta d’un esquema de reproducció de bacteris per duplicació. Al bacteri inicial se li ha injectat un plasmidi amb nous caràcters genètics que es replica autònomament i es reparteixen les còpies entre els bacteris fills. plasmidi replicant

FITXA DE REFORÇ 1. Les mutacions són alteracions a l’atzar del material genètic. Normalment són negatives per a l’individu i de vegades poden ser letals, però com a avantatge tenen que augmenten la variabilitat de l’espècie, de manera que si es produeix un canvi en l’ambient hi pot haver individus que s’hi adaptin. 2. Les mutacions gèniques són alteracions en la seqüència de nucleòtids d’un gen, per això també s’anomenen puntuals. Les mutacions cromosòmiques són mutacions que provoquen canvis en l’estructura interna dels cromosomes. Les mutacions genòmiques són alteracions en el nombre de cromosomes propi d’una espècie. 3. La meiosi consisteix en dues divisions cel·lulars consecutives. En la primera divisió meiòtica s’aparellen els cromo-

182

plasmidi

DNA bacteri bacterià duplicació bacteriana

10. El cicle cel·lular és la seqüència d’esdeveniments que tenen lloc al llarg de la vida d’una cèl·lula, des que es forma per divisió d’una cèl·lula progenitora fins que ella mateixa es divideix. En les cèl·lules cancerígenes el cicle cel·lular es descontrola i les cèl·lules no regulen ni el creixement ni la divisió.


917280de172a183.qxd

11

30/12/08

12:59

Página 183

SOLUCIONARI

11. Podríem considerar causes hereditàries (la qual cosa confirma la relació del DNA amb el càncer), virus, radiacions ultraviolades i rajos X, determinats tipus de dietes, el tabac i determinats productes químics. Totes aquestes causes tenen en comú que són agents mutàgens. FITXA D’AMPLIACIÓ 1. Hi haurà un gen mutat cada dues dotacions haploides de cromosomes, per tant, de mitjana cada individu tindrà un gen mutat, és a dir, el 100% d’individus de cada generació tindran un gen mutat (lògicament, incloent-hi els letals). 2. Canvis en el DNA: 5’ AHGCTAGCGATA 3’ 3’ TCCGATCGCTAT 5’ RNA format a partir del DNA normal: 5’ AAGCUAGCGAUA 3’ RNA format a partir del DNA mutat: 5’ AGGCUAGCGAUA 3’ Seqüència d’aminoàcids del DNA normal: lys – leu – ala - ile Seqüència d’aminoàcids del DNA mutat: arg – leu – ala – ile 3. Les endonucleases detecten l’error i produeixen dos talls, un a cada costat de l’error. Les exonucleases eliminen tots els nucleòtids del segment tallat. La DNA-polimerasa I sintetitza el fragment de manera correcta a partir d’un extrem en sentit 5’ → 3’. La DNA-ligasa uneix l’altre extrem a la molècula de DNA. 4. Els canvis tautomèrics tenen lloc durant la replicació del DNA i consisteixen en el fet que espontàniament es passa de la forma normal d’una base nitrogenada a la seva forma rara. Això té com a conseqüència un canvi de base complementària en la nova cadena de DNA. 5. Les radiacions ionitzants són molt energètiques i poden provocar la pèrdua d’electrons en alguns àtoms del DNA, que queden en forma d’ions molt reactius i poden provocar la

formació de formes tautomèriques, trencar els anells de les bases nitrogenades i trencar enllaços fosfodièster. 6. Actualment se suposa que l’origen del DNA altament repetitiu podria estar en virus que s’han anat multiplicant dins del DNA de la cèl·lula hoste, que no han representat cap perjudici per a la cèl·lula ni per a l’organisme i per la qual cosa han evitat l’efecte de la selecció contra ells. 7. Les endonucleases de restricció són uns enzims que recorren les molècules de DNA i les tallen en punts concrets i els petits filaments que aquests enzims tallen presenten en els dos extrems monofilaments curts: els filaments cohesius o «enganxosos». Aquests extrems faciliten la formació de DNA recombinant mitjançant una lligasa, a partir de dos DNA tallats pel mateix enzim de restricció. 8. En primer lloc, a partir del segment de DNA que interessa, s’ha d’obtenir RNAm madur, és a dir, sense introns. Mitjançant l’enzim transcriptasa inversa o retrotranscriptasa es produeix DNA a partir de l’RNAm madur. Posteriorment, el DNA obtingut s’ha de duplicar perquè es formi DNA de doble hèlix mitjançant la DNA-polimerasa i, finalment, s’ha d’introduir en un vector perquè el transporti a l’interior del bacteri. 9. Les anomenades vacunes recombinants són les que s’obtenen a partir de DNA recombinant. Per obtenir-les, primer es talla el gen que codifica la proteïna antigènica, després s’insereix en un plasmidi bacterià i el plasmidi híbrid resultant s’introdueix en el nucli d’una cèl·lula de llevat, la qual produeix la proteïna que s’utilitza en la fabricació de la vacuna. 10. Aquests marcadors poden estar formats per un gen de resistència a un antibiòtic, així, els bacteris que hagin incorporat el nou DNA podran viure en un medi amb aquest antibiòtic; per un gen de l’enzim luciferasa de les cuques de llum que descompon la luciferina i desprèn llum, en ser ruixada la planta amb aquesta substància. 11. Són uns anticossos que tenen com a objectiu, en ser introduïts en el malalt, destruir cèl·lules cancerígenes tumorals. La seva producció s’aconsegueix fusionant els limfòcits que els produeixen amb cèl·lules tumorals.


183

917280 _ 0184-0197.qxd

12

29/12/08

14:15

Página 184

La reproducció i el desenvolupament dels organismes pluricel·lulars

MAPA DE CONTINGUTS ELS ORGANISMES PLURICEL·LULARS

es poden reproduir

tipus de reproducció

de manera natural

per clonació

ASEXUAL o VEGETATIVA

de manera assistida per inseminació artificial

SEXUAL

fecundació in vitro es caracteritza per generar individus idèntics

pot ser per gemmació escissió

es caracteritza per

l’intercanvi d’informació pot ser entre

generar individus diferents

cèl·lules somàtiques

maternitat substitutòria

gametogènesi fecundació

gametangis

per

fragmentació

es divideix en les etapes següents

esporulació poliembrionia

gàmetes

desenvolupament embrionari

segons la morfologia

desenvolupament postembrionari

rizoma isogàmetes

anisogàmetes

tubercle bulb estaca capficament empeltament

ASPECTES QUE CAL TENIR EN COMPTE 1. Cal distingir entre reproducció i sexualitat. 2. És important diferenciar clarament entre reproducció asexual i reproducció sexual, i remarcar els avantatges i els inconvenients de cada tipus, les característiques i els individus que les poden presentar. 3. L’alumnat ha de conèixer les diferents tècniques de reproducció assistida, la clonació i els problemes ètics que se’n deriven.

184


917280 _ 0184-0197.qxd

12

29/12/08

14:15

Página 185

La reproducció i el desenvolupament dels organismes pluricel·lulars

OBJECTIUS 1. Diferenciar reproducció asexual de reproducció sexual. 2. Discriminar entre reproducció i sexualitat, i conèixer-ne exemples. 3. Conèixer les característiques de la reproducció asexual i les seves causes. 4. Estudiar els diferents tipus de reproducció asexual o vegetativa i saber-ne exemples concrets en els organismes. 5. Conèixer les característiques de la reproducció sexual i les seves causes. 6. Saber els diferents tipus de cèl·lules que intervenen en la reproducció sexual.

7. Conèixer els diferents tipus d’unions d’informacions genètiques. 8. Estudiar les diferents etapes en la reproducció sexual, i el lloc on es produeixen. 9. Informar-se de les tècniques més utilitzades per a la reproducció assistida i dels problemes legals que se’n deriven. 10. Saber què són les cèl·lules mare, els tipus que hi ha, les aplicacions que tenen i com es diferencien les cèl·lules.

CONTINGUTS • • • • • • • • • •

Diferenciació entre reproducció asexual i sexual. (Objectiu 1) Discriminació entre reproducció i sexualitat, i coneixement d’exemples. (Objectiu 2) Coneixement de les característiques de la reproducció asexual i de les seves causes. (Objectiu 3) Estudi dels diferents tipus de reproducció asexual o vegetativa, sabent-ne exemples concrets en els organismes. (Objectiu 4) Coneixement de les característiques de la reproducció sexual i de les seves causes. (Objectiu 5) Coneixement dels diferents tipus de cèl·lules que intervenen en la reproducció sexual. (Objectiu 6) Coneixement dels diferents tipus d’unions d’informacions genètiques. (Objectiu 7) Estudi de les diferents etapes de la reproducció sexual, i del lloc on es produeixen. (Objectiu 8) Informació sobre les tècniques més utilitzades per a la reproducció assistida i dels problemes legals que se’n deriven. (Objectiu 9) Coneixement de les cèl·lules mare, els tipus que hi ha i les aplicacions que tenen, i de com té lloc la diferenciació cel·lular. (Objectiu 10)


Activitats prova 1

Activitats prova 2

Diferenciar entre reproducció asexual i reproducció sexual. (Objectiu 1)

1

1

Discriminar entre reproducció i sexualitat, i conèixer-ne exemples. (Objectiu 2)

2

2

Conèixer les característiques de la reproducció asexual i les seves causes. (Objectiu 3)

3

3

Conèixer els diferents tipus de reproducció asexual o vegetativa i saber-ne exemples concrets en els organismes. (Objectiu 4)

4

4

Conèixer les característiques de la reproducció sexual i les seves causes. (Objectiu 5)

5

5

Saber els diferents tipus de cèl·lules que intervenen en la reproducció sexual. (Objectiu 6)

6

6

Conèixer els diferents tipus d’unions d’informacions genètiques. (Objectiu 7)

7

7

Saber les diferents etapes de la reproducció sexual, i el lloc on es produeixen. (Objectiu 8)

8

8

Conèixer les tècniques més utilitzades per a la reproducció assistida i els problemes legals que se’n deriven. (Objectiu 9)

9

9

10

10

Saber què són les cèl·lules mare, els tipus que hi ha, les aplicacions que tenen i com es diferencien les cèl·lules. (Objectiu 10)


185

917280 _ 0184-0196.qxd

12

12/1/09

10:49

Página 186

AVALUACIÓ


1

Explica els tipus de reproducció que hi ha i les característiques bàsiques de cadascun.

2

Hi pot haver sexualitat sense reproducció? Explica-ho.

3

Quin tipus de divisió cel·lular intervé en la reproducció asexual? Per què?

4

Digues tres tipus de reproducció asexual en animals. Explica’ls breument i posa exemples de cada tipus.

5

Quin tipus de divisió cel·lular s’ha de produir, en algun moment del cicle biològic de l’individu, per què hi hagi reproducció sexual? Per què?

6

Quines són les característiques de les cèl·lules que intervenen en la reproducció sexual dels animals? Com s’anomenen aquestes cèl·lules i els òrgans que les produeixen?

7

Com s’anomena la reproducció en què un individu s’origina a partir d’un òvul sense fecundar? Per què es considera un tipus de reproducció sexual? Posa’n un exemple.

8

On es produeix la fecundació en els humans i quines característiques presenten les dues cèl·lules reproductores en aquest moment?

9

En què consisteix el procés de la fecundació in vitro? En quins casos és aconsellable seguir aquest procediment?

10 Per què si totes les cèl·lules del nostre cos tenen els mateixos gens presentem tants tipus de cèl·lules

diferents?

186


917280 _ 0184-0196.qxd

12

12/1/09

10:49

Página 187

AVALUACIÓ


1

Quines són les principals diferències entre la reproducció sexual i l’asexual?

2

Hi pot haver reproducció sense sexualitat? Per què?

3

Com són entre si els individus que s’originen per reproducció asexual? I respecte del progenitor? Per què?

4

Digues tres tipus de reproducció asexual que puguin presentar els vegetals. Explica’ls breument.

5

Quina és la dotació cromosòmica de les cèl·lules que intervenen en la reproducció sexual? Per què?

6

Quines són les característiques de les cèl·lules que intervenen en la reproducció sexual dels vegetals? Com s’anomenen aquestes cèl·lules i els òrgans que les produeixen?

7

Quina diferència hi ha entre hologàmia i merogàmia? Digues un exemple de cada tipus.

8

Explica, de manera esquemàtica, les diferents etapes que se succeeixen després de la fecundació, en els humans, fins a la formació de l’embrió.

9

Si es detecta que la causa que una parella no pugui tenir fills és la poca producció d’espermatozoides per part del pare, quines solucions els donaries?

10 Descriu els diferents tipus de cèl·lules mare i explica la utilitat de cadascun.


187

917280 _ 0184-0196.qxd

12

12/1/09

10:49

Página 188


FITXA DE REFORÇ

1

Digues quins són els dos tipus de reproducció que poden presentar els organismes, i els avantatges i els inconvenients de cadascun.

2

Defineix els conceptes de reproducció i de sexualitat. Posa un exemple de cada cas, que exclogui l’altre.

3

Quins humans presenten en el seu procés de formació la reproducció asexual? Per què?

4

Explica, breument, en què consisteix cadascun d’aquests tipus de reproducció asexual: gemmació, escissió, fragmentació, esporulació i poliembrionia. Digues un exemple per a cada tipus.

5

Quins dos tipus de cèl·lules són els que intervenen en la reproducció sexual? Digues què els diferencia.

6

Relaciona els conceptes de les dues columnes: a) Meiòspora

1) Mascles i femelles morfològicament diferents.

b) Gàmeta

2) Macrogàmeta dels animals.

c) Isogàmia

3) Cèl·lula reproductora que no s’ha de fusionar amb cap altra.

d) Heterogàmetes

4) Individu capaç de produir els dos tipus de gàmetes.

e) Òvul

5) Cèl·lula reproductora que s’ha de fusionar amb una altra.

f) Anterozoide

6) Òrgan productor de gàmetes masculins.

g) Mascle

7) Unió de gàmetes iguals.

h) Testicle

8) Microgàmeta dels vegetals.

i) Dimorfisme sexual

9) Gàmetes diferents.

j) Hermafrodita

10) Individu que produeix microgàmetes.

7

En la reproducció sexual, quins tipus d’unions es poden produir? Posa un exemple de cada tipus.

8

Quines són les principals etapes de la reproducció sexual? Explica-les breument.

9

Quines són les tècniques més utilitzades en reproducció assistida? Explica-les breument.

10 Què són les cèl·lules mare, d’on es poden obtenir i què se’n fa?

188


917280 _ 0184-0196.qxd

12

12/1/09

10:49

Página 189



1

Quins avantatges comporta la reproducció sexual respecte de l’asexual? I a l’inrevés?

2

Explica un exemple de reproducció sense sexualitat i un de sexualitat sense reproducció.

3

Tots els individus que s’originin a partir d’un mateix progenitor, per reproducció asexual, seran sempre idèntics? Explica tot el que en sàpigues.

4

Digues diferents tipus de reproducció asexual per fragmentació que puguin presentar els vegetals. Explica tot el que en sàpigues.

5

Per a la reproducció sexual, sempre són necessaris dos progenitors? Posa’n algun exemple concret.

6

Diferencia individus monoics, dioics, masculins i femenins. Posa un exemple de cadascun.

7

Quin tipus de reproducció sexual poden presentar els fongs? Explica-ho breument.

8

Explica en quines etapes de la vida d’una femella es produeixen els diferents estadis de l’oogènesi. Explica’ls breument.

9

Una dona a la qual se li han extirpat els ovaris, pot ser mare? Explica les possibilitats que coneguis.

10 Una dona pot gestar un individu idèntic a ella? Explica tot el que en sàpigues.


189

917280 _ 0184-0197.qxd

12

29/12/08

14:15

Página 190

SOLUCIONARI

INICI D’UNITAT • Les cèl·lules mare són cèl·lules indiferenciades que es poden convertir en molts tipus de cèl·lules especialitzades segons com sigui l’ambient hormonal en què es trobin. En situarles al pàncrees van generar un llinatge de cèl·lules β productores d’insulina humana que també és eficaç en els ratolins i, per tant, aquests van millorar sensiblement.

ACTIVITATS 12.1. Exemples de reproducció sense sexualitat són tots els casos de reproducció asexual, és a dir, la gemmació en cnidaris, l’escissió dels pòlips, la fragmentació dels tubercles, etc. Un cas de sexualitat sense reproducció és la generació de cèl·lules sexuals (gàmetes i meiòspores) que després no donen lloc a cap nou individu. 12.2. L’escissió és una forma de reproducció asexual en els animals que consisteix a generar nous individus a partir d’una part de l’individu progenitor. La fragmentació és la forma de reproducció asexual similar que té lloc en els vegetals. 12.3. Sí, és el cas de la poliembrionia. A partir d’un sol embrió, que en principi només hauria de donar lloc a un sol nou individu, per separar-se en dues meitats apareixen dos individus, els anomenats bessons univitel·lins. 12.4. Sí. És el cas de la partenogènesi sexual. A partir d’un òvul, cèl·lula que té la meitat d’informació genètica que la mare, es forma tot un nou individu, també amb la meitat d’informació genètica en les seves cèl·lules que la seva mare. 12.5. La solució és: 1. va amb d., 2. va amb i., 3. va amb a., 4. va amb h., 5. va amb c., 6. va amb b., 7. va amb e., 8. va amb j., 9. va amb f., 10. va amb g. 12.6. En l’anisogàmia la diferència entre el gàmeta femení i el masculí simplement és de mida, en canvi, en l’oogàmia, és de mida i de forma, concretament el gàmeta femení és immòbil i el masculí té capacitat de mobilitat. 12.7. En l’alga Spyrogira hi ha una cèl·lula que, per mitjà de moviments ameboides, es desplaça fins arribar on hi ha la cèl·lula immòbil amb la qual es fusionarà, és a dir, es comporta com un gàmeta masculí mòbil. En canvi, en els fongs basidiomicets la plasmogàmia es dóna per contacte entre dues cèl·lules sense cap desplaçament d’una cap a l’altra. 12.8. Es tracta d’una partenogènesi zigofàsica o somàtica. Concretament, l’òvul és diploide perquè apareix després d’una sola divisió de la cèl·lula mare. 12.9. Com que els nous individus tornen a ser femelles diploides i han sorgit d’un òvul sense fecundar, aquest hauria de ser diploide; per tant, és una partenogènesi zigofàsica o somàtica. 12.10. A partir d’un espermatòcit de primer ordre es formen quatre espermatozoides; en canvi, a partir d’un oòcit de primer ordre tan sols es forma un òvul.

190

12.11. En l’espermatogènesi, durant la diferenciació cel·lular, l’anomenada fase d’espermiogènesi, una part del citoplasma de l’espermàtida degenera i, per això, l’espermatozoide resultant és una cèl·lula molt més petita. Durant l’anomenada fase de creixement es produeix un augment de mida de la cèl·lula en passar del darrer espermatogoni a la cèl·lula filla o espermatòcit I (creixement petit). En l’oogènesi no hi ha cap reducció de la mida del citoplasma en la línia que al final dóna lloc a l’òvul. Durant l’anomenada fase de creixement es produeix un augment de mida de la cèl·lula (per acumulació de vitel) en passar del darrer oogoni a la cèl·lula filla o oòcit I (creixement gran). Posteriorment, a causa de l’acumulació de vitel i a una distribució desigual del citoplasma entre el primer corpuscle polar i l’oòcit II, i després entre el segon corpuscle polar i l’ovòtida, la mida de la cèl·lula que donarà lloc a l’òvul va creixent. 12.12. L’espermatogènesi, ja que l’espermatozoide és una cèl·lula molt diferent (té un flagel molt llarg) de l’espermàtida (està mancada de flagel). 12.13. Vegeu els dibuixos de la pàgina 251 del llibre de l’alumne. 12.14. Després de l’amfimixi es forma el zigot i es duen a terme les successives divisions mitòtiques d’aquest, que donaran lloc a l’embrió i a la resta de les fases. 12.15. Gràcies a l’enzim hialuronidasa de l’espermatozoide. 12.16. El procés de segmentació és el procés de multiplicació del zigot. En una primera fase es forma una massa de cèl·lules (blastòmers) que donen lloc a la mòrula. A continuació apareix una cavitat interna, per l’increment de divisió de les cèl·lules perifèriques. Aquesta estructura s’anomena blàstula. 12.17. De l’ectoderma: epidermis i formacions tegumentàries, recobriment d’obertures i el sistema nerviós. Del mesoderma: l’aparell reproductor, l’excretor, el circulatori, el derma, l’esquelet i la musculatura. De l’endoderma: el tub digestiu i les glàndules annexes, i el revestiment intern dels pulmons. 12.18. Espermatòcit I (2n), espermatòcit II (n), ovogònia (2n), zigot (2n), òvul (n), oòcit I (2n), espermàtida (n), espermatozoide (n), espermatogoni (2n) i ovòtida (n). 12.19. Es tracta d’un desenvolupament indirecte amb metamorfosi complexa o holometabòlia. 12.20. El blastocel és la cavitat primària que apareix a l’exterior de la blàstula, en canvi, el celoma és la cavitat secundària que s’origina en la gastrulació triblàstica i està delimitada pel mesoderma. 12.21. Els músculs del mesoderma, l’aparell digestiu de l’endoderma i el cervell de l’ectoderma. 12.22. La metamorfosi senzilla és la que té lloc quan la larva es desenvolupa sense interrompre la seva alimentació i sense passar per períodes d’inactivitat. Aquesta és molt semblant a l’adult.


917280 _ 0184-0197.qxd

12

29/12/08

14:15

Página 191

SOLUCIONARI La metamorfosi complexa té lloc quan entre la fase de larva i la d’imago l’individu passa per la fase de pupa, durant la qual pateix una certa immobilitat, no s’alimenta, perd alguns teixits larvaris i se’n formen de nous.

12.23. És la que té lloc quan la larva és més complexa que l’adult. Sol donar-se en paràsits on la larva és de vida lliure. 12.24. Consisteix a generar a partir de les cèl·lules mare del pacient cèl·lules especialitzades correctes i trasplantar-les-hi. 12.25. Les cèl·lules mare adultes es troben en molts òrgans de l’adult i també als cordons umbilicals, en canvi, les cèl·lules mare embrionàries només es troben a l’interior dels embrions. 12.26. Un embrió clònic és un embrió obtingut a partir del nucli d’una cèl·lula del pacient que s’ha posat en un oòcit al qual prèviament s’ha extret el nucli. La finalitat és obtenir cèl·lules especialitzades correctes per trasplantar-les al pacient sense problemes d’histocompatibilitat. 12.27. Les cèl·lules mare embrionàries presenten el problema ètic que comporten la destrucció d’un embrió humà i que propicien l’aparició de tumors. Les cèl·lules mare adultes presenten el problema de no ser pluripotents i que algunes requereixen mantenir congelat el cordó umbilical tota la vida. 12.28. La diferenciació cel·lular és la transformació de les successives cèl·lules filla d’una cèl·lula mare a cèl·lules especialitzades d’un tipus determinat. 12.29. És degut al fet que en algunes cèl·lules s’expressen uns gens i en unes altres, uns altres gens. 12.30. Són els gens que codifiquen els cofactors de transcripció d’altres gens. 12.31. Són els agents que estimulen el gen inicial que regula la diferenciació cel·lular. Són els determinants citoplasmàtics i les hormones que actuen com a senyals inductors. 12.32. Són els gens que determinen el tipus d’òrgan que cal generar i controlen els gens responsables de produir-los. 12.33. L’apoptosi és l’activació controlada d’una sèrie de gens per part de la cèl·lula amb l’objectiu d’aconseguir-ne la destrucció. És necessària perquè l’embrió es desenvolupi correctament. 12.34. Com que ser d’un sexe o d’un altre o tenir una alçada o una altra no és cap malaltia, no seria ètic introduir factors de risc i recursos per aconseguir-ho. Respecte a l’alçada en cap moment es diu que els pares tinguin alguna malaltia. En el cas d’evitar que el nen o nena tingui una malaltia determinada sí que caldria fer tot l’esforç possible. 12.35. Tots els ciutadans, incloent-hi els científics, estem obligats a complir les lleis del país on vivim, per tant, aquest comportament s’hauria de considerar incorrecte, fins i tot encara que pensem que les lleis no són les adequades.

11.36. a) Perquè les cèl·lules musculars són cèl·lules diferenciades i els gens per produir insulina estan desactivats. b) Perquè les cèl·lules mare d’un embrió sobrant provocarien una resposta immunològica. c) La de substitució del nucli d’un òvul per un nucli d’una altra cèl·lula es diu transferència nuclear somàtica. d) L’embrió obtingut es diu embrió clònic. e) El nucli d’una cèl·lula muscular pot generar una cèl·lula pancreàtica perquè té la mateixa informació que ella, simplement s’ha de desdiferenciar (rejovenir fins ser una cèl·lula mare) perquè així es pugui transcriure. f) No hi ha possibilitats que el sistema immunològic rebutgi les cèl·lules pancreàtiques trasplantades perquè les proteïnes d’una cèl·lula depenen del DNA nuclear i el nucli procedeix d’una cèl·lula del pacient. g) Les cèl·lules pancreàtiques trasplantades tindran un DNA en els mitocondris que serà diferent del DNA dels mitocondris de les cèl·lules pancreàtiques pròpies, ja que estan en el citoplasma d’un oòcit donat. h) Es diu clonatge terapèutic. i) L’ús de cèl·lules mare embrionàries pot propiciar tumors, per tant, s’han de fer anàlisis freqüents. j) Hi ha governs i entitats que s’oposen a aquestes tècniques perquè impliquen la destrucció d’embrions i no hi ha seguretat que no siguin éssers humans. 11.37. a) Obtenir un clon de Floquet de Neu, és a dir, un goril·la genèticament idèntic a ell. b) Perquè com que el citoplasma del zigot només l’aporta l’òvul és convenient que aquest citoplasma sigui el més semblant possible al de les cèl·lules de l’individu receptor. c) Perquè el nucli d’un espermatozoide només conté la meitat de material genètic que tenen les cèl·lules somàtiques. d) No és necessari, ja que el citoplasma no aporta informació sobre les característiques de la pell. e) No es podria obtenir una femella albina a partir de les cèl·lules somàtiques de Floquet de Neu, perquè totes tenen els cromosomes que determinen el sexe masculí. f) Aquest experiment sí que és possible perquè es conserven congelades mostres de diferents teixits i òrgans de Floquet de Neu. g) El nou goril·la obtingut seria genèticament i morfològicament idèntic a Floquet de Neu. h) Es diuen divisió cel·lular, diferenciació cel·lular i morfogènesi. i) Es diuen determinants citoplasmàtics.


191

917280 _ 0184-0197.qxd

12

29/12/08

14:15

Página 192

SOLUCIONARI

12.38. (1) gònades, (2) testicles, (3) ovaris, (4) anterozoides, (5) anteridis, (6) oosferes, (7) arquegonis.

INTERPRETACIÓ DE DADES 12.43. Resposta lliure. 12.44. Resposta lliure.

LABORATORI 12.45. En la preparació d’òvuls, aquests s’observen com unes cèl·lules ataronjades i arrodonides. Els espermatozoides s’observen, a més augment, com unes cèl·lules molt petites, refringents i mòbils. 12.46. Els espermatozoides se senten atrets pels òvuls de la mateixa espècie per quimiotactisme positiu. Augmenten la seva mobilitat i es dirigeixen cap als òvuls. Però al cap de poca estona ja s’observa, entre els òvuls i els espermatozoides, una corona de separació. Això ens indicarà que aquests òvuls ja han estat fecundats.

7. És la partenogènesi. Es considera sexual perquè l’individu només té la meitat de la informació genètica del seu progenitor, per tant no és idèntic a ell. Ex.: les abelles. 8. La fecundació es produeix a les trompes de Fal·lopi de les dones. El gàmeta femení està en la fase d’oòcit II (n), després de la primera divisió meiòtica. El gàmeta masculí és l’espermatozoide (n), cèl·lula que deriva de la transformació de l’espermàtida (resultat de la meiosi). 9. Consisteix a obtenir oòcits madurs d’una dona, fecundarlos amb espermatozoides al laboratori i després introduirlos en un úter perquè prossegueixin el desenvolupament. S’utilitza en casos d’obstrucció de les trompes de Fal·lopi de la dona o de poca producció d’espermatozoides. 10. Perquè les característiques de les cèl·lules depenen de l’expressió dels gens. Aquesta expressió ve determinada per uns cofactors de transcripció que alhora estan codificats per uns gens reguladors. El gen que inicia el procés depèn de substàncies de l’òvul i de senyals que li arriben d’altres cèl·lules. La major part de la diferenciació cel·lular es produeix durant el procés embrionari. PROVA D’AVALUACIÓ 2

PROVA D’AVALUACIÓ 1 1. La reproducció pot ser sexual o asexual. Es parla de reproducció sexual quan s’originen individus amb informació genètica diferent de la del progenitor o progenitors i de reproducció asexual quan s’originen individus amb la mateixa informació genètica que el progenitor. 2. Sí, quan s’intercanvia material genètic entre individus, sense que es generi un nou individu. Per exemple, la conjugació en els paramecis, en què hi ha recombinació genètica entre els micronuclis de dos individus diferents. 3. En la reproducció asexual només hi ha processos de mitosi. Sempre s’originen cèl·lules amb la mateixa informació genètica. 4. Gemmació: generació de nous individus a partir de gemmes pluricel·lulars. Ex.: porífers, pòlips. Escissió: divisió longitudinal o transversal d’un organisme en dos o més fragments que es transformaran en nous individus. Ex.: porífers, cnidaris. Poliembrionia: quan en les primeres divisions del zigot les cèl·lules se separen i donen lloc a uns quants individus. Ex.: bessons univitel·lins. 5. S’ha de produir la divisió per meiosi, perquè s’ha de produir la recombinació del material genètic, per augmentar la variabilitat en la descendència, i s’ha de reduir el nombre de cromosomes a la meitat, perquè en produir-se la fusió de dues cèl·lules no es dupliqui el nombre de cromosomes. 6. Les cèl·lules reproductores animals són heterogamètiques. El macrogàmeta és la cèl·lula femenina, que s’anomena òvul i es produeix als ovaris. El microgàmeta és la cèl·lula masculina, que s’anomena espermatozoide i es produeix als testicles.

192

1. En la reproducció sexual són necessaris un o dos individus. Els organismes que s’originen no són genèticament idèntics ni entre si ni als seus progenitors. En la reproducció asexual només és necessari un sol progenitor i els nous individus són idèntics entre si i al seu progenitor. 2. Sí, perquè reproducció vol dir generació de nous individus i sexualitat és l’intercanvi de material genètic. 3. Els individus originats per reproducció asexual són idèntics entre si i al seu progenitor, perquè no hi ha hagut intercanvi ni reducció del material genètic. 4. La fragmentació és la generació de nous individus a partir d’un fragment del vegetal. Pot ser per: • rizomes: tiges subterrànies horitzontals de les quals surten nous individus. • esqueixos: fragments irregulars de la tija del vegetal. • bulbs: tiges subterrànies amb substàncies de reserva. 5. Són cèl·lules amb la meitat de la informació genètica, perquè elles o les estructures que se’n derivin s’hauran d’unir amb una altra cèl·lula similar per formar un nou individu. Si no es reduís el nombre de cromosomes, aquests s’anirien duplicant. 6. Són heterogàmetes, és a dir, hi ha el macrogàmeta o cèl·lula femenina, que s’anomena oosfera i s’origina en el gametangi femení o arquegoni, i el microgàmeta o cèl·lula masculina, que és l’anterozoide i s’origina en el gametangi masculí o anteridi. 7. Es tracta de dos tipus de reproducció a partir de la fusió dels gàmetes. L’hologàmia és quan els gàmetes no es diferencien dels adults. Ex.: alga Chlamydomonas. La merogàmia és quan els gàmetes són molt diferents dels adults i s’originen en els òrgans sexuals. Ex.: algunes algues, briòfits, pteridòfits, espermatòfits i metazous.


917280 _ 0184-0197.qxd

12

29/12/08

14:15

Página 193

SOLUCIONARI

8. Vegeu el dibuix de la pàgina 256 del llibre de l’alumne. 1a divisió mitòtica → 2a divisió mitòtica → mòrula → blàstula → gàstrula → embrió 9. Una de les solucions seria la fecundació in vitro, i l’altra, la inseminació artificial. 10. Les cèl·lules mare poden ser: • Totipotents: si poden generar un nou individu. Si es vol aconseguir un individu idèntic a un altre, o per fer proves de laboratori. • Pluripotents: si poden generar tots els tipus cel·lulars, però no un individu. Per aconseguir diferents tipus cel·lulars per trasplantar, en cas de malaltia. • Multipotents: si només poden generar uns determinats tipus de cèl·lules. La mateixa utilitat que les anteriors.

tes són cèl·lules que s’han de fusionar amb un altre, per originar un nou individu i les meiòspores per si soles ja generen un nou individu. 6. a-3, b-5, c-7, d-9, e-2, f-8, g-10, h-6, i-1, j-4. 7. Es poden unir els gàmetes: gametogàmia. Ex.: en els humans. Es poden unir les cèl·lules somàtiques: somatogàmia. Ex.: en els fongs basidiomicets. Es poden unir els gametangis: gametangiogàmia. Ex.: en els fongs ascomicets i zigomicets. 8. Les principals etapes de la reproducció sexual són: • Gametogènesi: formació dels gàmetes. • Fecundació: unió de gàmetes, originant el zigot. • Desenvolupament embrionari: successives divisions cel·lulars del zigot fins arribar al part o a l’eclosió de l’ou.

REFORÇ 1. La reproducció pot ser:

• Desenvolupament postembrionari: des del moment del part fins a la fase adulta.

• Sexual, amb intercanvi de material genètic i a partir d’un o dos individus.

9. Les tècniques més utilitzades en la reproducció assistida són:

Avantatges: variabilitat en la descendència, millor adaptació de l’espècie.

• Inseminació artificial: obtenció d’esperma per autoestimulació, que després s’introdueix a la vagina o a l’úter.

Inconvenients: els dos individus o les seves cèl·lules reproductores s’han de trobar.

• Fecundació in vitro: obtenció d’oòcits madurs d’una dona, que es fecunden amb espermatozoides al laboratori i posteriorment s’introdueixen a l’úter.

• Asexual, amb un sol progenitor i individus idèntics. Avantatges: amb un sol individu se’n poden generar de nous. Inconvenients: tots els individus són idèntics, per tant l’espècie no s’adaptarà a un medi canviant. 2. Reproducció: generació de nous individus. Sexualitat: intercanvi genètic. Un organisme es pot reproduir sense que hi hagi hagut intercanvi de material genètic. Ex.: un esqueix. Un individu pot intercanviar el material genètic sense generar-ne de nous. Ex.: conjugació en protozous. 3. Els bessons univitel·lins, perquè s’han originat a partir de la separació de les cèl·lules de les primeres divisions del zigot. 4. Gemmació: generació de nous individus a partir de gemmes pluricel·lulars. Ex.: porífers, pòlips. Escissió: divisió longitudinal o transversal d’un organisme, en dos o més fragments, que es transformaran en nous individus. Ex.: porífers, cnidaris. Fragmentació: generació de nous individus a partir d’un fragment vegetal. Ex.: les patates. Esporulació: generació de nous individus a partir d’una cèl·lula produïda per mitosi. Ex.: fong Penicillium. Poliembrionia: quan en les primeres divisions del zigot les cèl·lules se separen i donen lloc a uns quants individus. Ex.: bessons univitel·lins. 5. Els dos tipus de cèl·lules que poden intervenir en la reproducció sexual són: els gàmetes i les meiòspores. Els gàme-

• Maternitat substitutòria: introducció d’esperma o embrions a una dona perquè aquesta tiri endavant l’embaràs i el part. 10. Les cèl·lules mare són cèl·lules capaces de generar un nou individu (totipotents), tot tipus de cèl·lules d’un organisme (pluripotents) o uns determinats tipus de cèl·lules (multipotents). Es poden obtenir d’embrions de 5 dies (cèl·lules mare embrionàries), de la medul·la òssia, del teixit adipós, del cordó umbilical, de la placenta, del cervell... (cèl·lules mare adultes). S’utilitzen en agricultura per obtenir plantes iguals a una variant desitjada, o per formar teixits histocompatibles amb el receptor. AMPLIACIÓ 1. L’avantatge de la reproducció sexual és que es generen nous organismes diferents, per tant hi haurà variabilitat en la descendència, fet que facilitarà una millor adaptació de l’espècie al medi canviant. La reproducció asexual té l’avantatge respecte de la sexual que amb un sol individu es poden generar nous individus, i això pot ser en poc temps. A més, tots seran idèntics i ben adaptats a l’ambient. 2. Hi ha reproducció sense sexualitat quan hi ha reproducció asexual. Ex.: la gemmació dels pòlips. S’originen nous individus, sense intercanvi de material genètic.


193

917280 _ 0184-0197.qxd

12

29/12/08

14:15

Página 194

SOLUCIONARI

Hi ha sexualitat sense reproducció en la conjugació: intercanvi de material genètic entre els micronuclis de dos paramecis. No es generen nous individus, però els dos paramecis tenen diferent informació genètica que al principi.

7. Gametogàmia: reproducció amb isogàmetes (+ i -). Tenen la mateixa forma i mida, i són mòbils.

3. Seran idèntics si no hi ha hagut cap mutació o alteració del DNA durant el procés de mitosi.

Somatogàmia: unió de cèl·lules somàtiques. Primer es fusionen els citoplasmes i després els nuclis.

4. Multiplicació per rizomes: tiges subterrànies horitzontals que generen nous individus.

Gametangiogàmia: es fusionen els gametangis plurinucleats.

Multiplicació per tubercles: tiges subterrànies amb substàncies de reserva.

8. Fase de proliferació i multiplicació: per mitosi s’originen oogonis (2n). Etapa fetal.

Multiplicació per bulbs: tiges subterrànies, envoltades de fulles, que emmagatzemen substàncies de reserva. Es multipliquen i originen nous individus.

Fase de creixement: augmenta la mida dels oogonis per l’acumulació de vitel i es transformen en oòcits de 1r ordre (2n). Fins la pubertat.

Estolons: tiges reptants que tenen nusos on hi ha gemmes que arrelen i generen una nova planta.

Fase de maduració: cada oòcit de 1r ordre (durant l’etapa fèrtil de la dona, i una vegada al mes), per la primera divisió meiòtica, origina l’oòcit de 2n ordre (n) ric en vitel i el 1r corpuscle polar (n). Serà expulsat de l’ovari per ser fecundat. Amb la 2a divisió meiòtica l’oòcit de 2n ordre origina l’ovòtida (n) i el segon corpuscle polar, si ha estat fecundat per un espermatozoide.

Multiplicació per esqueixos: fragments de tiges que originen nous vegetals. 5. No, en el cas de la partenogènesi, a partir d’un sol individu amb un òvul sense fecundar, per tant ja no serà idèntic al seu progenitor. Ex.: les abelles. També en el cas que l’individu tingui els dos tipus de gònades i, per tant, pugui generar dos tipus de gàmetes, que es fecundaran. Ex.: organismes hermafrodites o plantes monoiques (pins). 6. Monoics: són els que són capaços de produir els dos tipus de gàmetes. Ex.: cargols, rosàcies... Dioics: els que presenten uns individus que poden produir els gàmetes masculins i uns altres, els gàmetes femenins. Ex.: humans.

194

Masculins: els que produeixen el microgàmeta. Ex.: home. Femenins: els que produeixen el macrogàmeta. Ex.: dona.

Finalment l’ovòtida es transformarà en l’òvul i els tres corpuscles polars degeneraran. 9. Podria ser mare gestant si per fecundació in vitro amb un òvul d’una donant, se li transfereixen embrions a les trompes o a l’úter. Seria també mare genètica si prèviament se li haguessin congelat òvuls i s’hagués seguit el mateix procés. 10. Sí, per la tècnica de clonació. S’extreu el nucli d’un òvul i se li introdueix el nucli d’una cèl·lula mare pròpia, totipotent (del seu cordó umbilical). Quan està en les primeres fases de l’embrió s’implanta a l’úter.


917280 _ 0184-0196.qxd

1

30/12/08

12:31

Página 195

SOLUCIONARI

Notes


195

917280 _ 0184-0196.qxd

196

30/12/08

12:32

Página 196


Solucionari 1r BIO BAT

Recommend Documents