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Cierre de bloque I Investigación biológica PRUEBA I 1.

El ángstrom (Å) es una unidad de longitud muy utilizada en microscopía electrónica y equivale a: a) 10-8 cm (= 0,00000001 cm). b) 10-3 μm (= 0,000001 mm). c) 10-9 nm (= 0,000000001 nm). d) 10-10 mm (= 0,0000000001 mm). La respuesta correcta es la a): 10-8 cm (= 0,00000001 cm).

2.

Con un microscopio electrónico cuyo poder de resolución permita visualizar objetos hasta de 10 Å de tamaño: a) Podrán observarse, como máximo, cromosomas metafásicos. b) No podrá visualizarse la ultraestructura celular, pero sí algunas moléculas de proteínas. c) Como máximo podrán observarse los cloroplastos y las mitocondrias, pero sin distinguir sus detalles. d) Se podrán observar todas las estructuras celulares, incluso el ADN dúplex. La respuesta correcta es la d): Se podrán observar todas las estructuras celulares, incluso el ADN dúplex.

3.

Entre los bioelementos se encuentran Na, Mg, P, S, Cl, K y Ca. a) Podemos decir que forman parte de todos los organismos. b) El Mg únicamente se halla en las plantas verdes porque forma parte de la clorofila. c) El Ca y el P son exclusivos de los huesos de los vertebrados, formando fosfato tricálcico. d) El Cl, K y Na solo están en el medio interno de los animales porque regulan el equilibrio osmótico. La respuesta correcta es la a): Podemos decir que forman parte de todos los organismos.

4.

Los oligoelementos: a) Son bioelementos que están presentes en pocos (oligos, en griego) seres vivos. b) Pertenecen a los principios inmediatos de los vegetales inferiores: algas y musgos. c) Constituyen un grupo de elementos químicos muy escasos e indispensables para todos los seres vivos. d) Son elementos metálicos escasos y necesarios para todos los organismos y son las vitaminas. La respuesta correcta es la c): Constituyen un grupo de elementos químicos muy escasos e indispensables para todos los seres vivos.

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º 5.

Para separar los componentes de una célula, como los ribosomas y las mitocondrias, se usa:

a) La ultracentrifugación, que es el método más adecuado, de modo que los objetos más gruesos se sedimentarán los primeros, y los más finos, los últimos. b) Preferentemente, la precipitación química, añadiendo reactivos que los agrupen y aglutinen. c) La electroforesis, que es preferible porque tanto las mitocondrias como los ribosomas tienen abundantes proteínas. d) La deshidratación del extracto celular, que es el mejor método, eliminando a baja presión el agua constituyente de la muestra y sometiendo a electroforesis el resto seco. La respuesta correcta es la a): La ultracentrifugación, que es el método más adecuado, de modo que los objetos más gruesos se sedimentarán los primeros, y los más finos, los últimos.

6.

En el ADN dúplex es fundamental el puente de hidrógeno. El apareamiento selectivo entre las bases púricas y pirimidínicas es el siguiente:

a) Adenina con uracilo y citosina con guanina. b) Citosina con timina y adenina con guanina. c) Timina con adenina y citosina con guanina. d) Guanina con adenina y timina con uracilo. La respuesta correcta es la c): Timina con adenina y citosina con guanina.

7.

Las sales minerales son principios inmediatos de la materia viva: a) Porque son constituyentes de la misma, en forma de iones disueltos o de estructuras sólidas de los seres vivos, y se pueden separar mediante métodos físicos. b) Solo cuando existen en disolución iónica, porque las estructuras sólidas cristalinas no tienen vida. c) Únicamente si están asociadas a otras moléculas más complejas, como ocurre con el calcio en los huesos. d) Solo si forman disoluciones iónicas estables sin presencia de proteínas, porque estas producen disoluciones coloidales. La respuesta correcta es la a): Porque son constituyentes de la misma, en forma de iones disueltos o de estructuras sólidas de los seres vivos, y se pueden separar mediante métodos físicos.

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8.

Para poder observar bien una muestra de tejido animal en el caso del microscopio óptico con luz ordinaria: a) Es necesario deshidratar la muestra para evitar la formación de burbujas que entorpecen la visión de la imagen. b) Lo mejor es utilizar reactivos que tiñan algunas partes de las células y, después, deshidratar la muestra para incluirla en un líquido refringente. c) No es necesario teñir la muestra porque todas las células animales tienen pigmentos con color propio (por ejemplo, los cromosomas), pero sí hay que deshidratarla. d) Hay que observar la muestra en fresco, o sea, recién extraída del animal, y sin teñirla, porque así se perciben bien los detalles de las células tal y como estaban en el organismo vivo. La respuesta correcta es la b): Lo mejor es utilizar reactivos que tiñan algunas partes de las células y, después, deshidratar la muestra para incluirla en un líquido refringente.

9.

El microscopio electrónico de barrido: a) Por su gran aumento (× 500 000) fue el que permitió a Watson y Crick descubrir la estructura de doble hélice del ADN. b) A pesar de su nombre, no utiliza un chorro de electrones sino de fotones de alta energía que, por el fenómeno de la difracción, forman imágenes que se recogen en una pantalla. c) Consigue imágenes de la superficie de células o de ciertos organismos con mucho mayor detalle que la lupa binocular. d) Es el único microscopio electrónico que produce imágenes en color. La respuesta correcta es la c): Consigue imágenes de la superficie de células o de ciertos organismos con mucho mayor detalle que la lupa binocular.

PRUEBA II 1.

Se presenta una fotografía en blanco y negro de una sola célula eucariótica y simplemente nos indican que se ha obtenido al microscopio, sin más especificaciones. a) El hecho de que sea en blanco y negro ¿significa que ha sido obtenida con el microscopio electrónico? ¿Por qué? b) ¿En qué rasgos fundamentales hay que fijarse para decidir con qué tipo de microscopio ha sido realizada? c) Si se acuerda que ha sido obtenida con microscopio electrónico, ¿qué se puede observar para determinar si se ha utilizado el de transmisión o el de barrido? d) Como se trata de una célula eucariótica, ¿qué criterios se emplearían para decidir si es una célula animal o vegetal? a) No necesariamente, pues puede tomarse una fotografía en blanco y negro con el microscopio óptico. b) Como la fotografía es de una sola célula eucariótica, nos fijaremos en los detalles de la imagen. Si se aprecian formaciones membranosas en el citoplasma (mitocondrias, retículo endoplasmático, etc.) entonces se tratará de la sección de una célula observada con el microscopio electrónico de transmisión. Si se pueden ver muchos detalles, pero solo de la superficie externa de la célula, con sus rugosidades vistas con mucha nitidez y con aspecto de relieve, entonces se habrá obtenido con el microscopio electrónico de barrido. Si únicamente se aprecian el contorno de la célula y el núcleo, sin detalles, se habrá tomado con el microscopio óptico. c) Se trata de un microscopio electrónico de barrido si se aprecian muchos detalles, pero solo de la superficie externa de la célula, con sus rugosidades vistas con mucha nitidez y con aspecto de relieve. d) Si es una célula vegetal y se ve entera, se apreciará con claridad, incluso con el microscopio óptico, la pared celular celulósico-péctica.

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º 2.

Alguien te dice que la ultracentrifugación sirve también para separar los componentes de una disolución iónica verdadera. Es decir, que si la aplicas a una disolución de sal común, los aniones de cloro irán al fondo (porque tienen mayor masa atómica) antes que los cationes de sodio, que quedarán encima de los aniones. ¿Qué le contestarías? Razona tu respuesta. Esto no es cierto. La estabilidad de las soluciones iónicas es enorme e independiente de la fuerza de la gravedad, aunque esta se haya incrementado mediante la ultracentrífuga. Tanto los aniones como los cationes están envueltos por multitud de moléculas de agua unidas mediante puentes de hidrógeno, y esta envoltura mantiene separados los iones en el seno del agua.

3.

El grosor de la membrana plasmática es de unos 80 Å. Hablando con tus compañeros, alguien afirma que si pusiéramos 10 000 membranas, una encima de otra, apenas llegarían al grosor de una hoja de papel. ¿Qué opinas? Arguméntalo. Esto es cierto. La membrana plasmática tiene un grosor de unos 80 Å, y el espesor de una hoja de papel ordinario es de 0,1 mm aproximadamente. Para saberlo con suficiente exactitud, basta con medir la altura de un montón de 100 o más hojas. Como 1 mm equivale a 107 Å, queda claro que 0,1 mm equivale a 10 000 veces 100 Å. Como la membrana plasmática no llega a tener este grosor, lo que se afirma es correcto.

4.

Debido a una grieta en la terraza, se produce una gotera en el techo del último piso. Una vez reparada la grieta y seca la gotera, hay que pintar de nuevo el techo de la habitación porque han quedado varias manchas concéntricas de contorno irregular y de varios tonos de color. Responde a las siguientes cuestiones. a) ¿Qué es lo que ha causado las manchas que han aparecido en el techo de la habitación? b) ¿A qué crees que se debe que, dependiendo de su distancia al centro de la gotera, sean de distinto color? c) Aunque pueda parecer extraño, ¿este fenómeno tiene algo que ver con la cromatografía? Razona tu respuesta con argumentos científicos. a) Las manchas en el techo por la gotera se deben a las sustancias que el agua llevaba en suspensión. b) El que sean de distinto color se debe a la diversa naturaleza de las micropartículas que estaban en suspensión en el agua de la gotera. Puede haber óxidos de las tuberías, o partículas del enlucido del techo, o de la pintura. Cada partícula habrá recorrido una determinada distancia según su tamaño y según su afinidad por el agua o por el sustrato sólido del techo. c) Sí que tiene que ver con el fundamento de la cromatografía. Este método físico de separación de biomoléculas (como pigmentos vegetales y aminoácidos) se basa en la diferente afinidad de dichas moléculas por la trama porosa del soporte sólido donde se realiza, o por el disolvente que sigue avanzando por capilaridad a través de dicha trama.

5.

Con respecto a los métodos de estudio de la materia viva, contesta a estas preguntas. Para ello puedes realizar dibujos. a) ¿Cuáles son las ventajas que tiene el microscopio óptico para la investigación? b) ¿Cuáles son los inconvenientes del microscopio electrónico de transmisión? c) ¿Cuál es la finalidad de la cromatografía? ¿Para qué se usa? d) ¿Cuál es la finalidad de la ultracentrifugación? a) Permite la observación in vivo y en colores. b) No permite ninguna de las dos visualizaciones anteriores. c) Separar sustancias semejantes de una disolución mediante impregnación y migración diferencial de las mismas en un soporte permeable. Por ejemplo, la separación de los pigmentos vegetales disueltos en alcohol. d) Separar sustancias o partículas subcelulares de semejante peso molecular, suspendidas en un líquido mediante sedimentación diferencial; para ello se someten a una fuerza mucho mayor que la gravitatoria, producida por el giro veloz de la ultracentrifugadora.

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6.

Los bioelementos que constituyen la materia viva pertenecen al conjunto de elementos químicos que forman el universo. Entre ellos, hay grandes diferencias en cuanto a su abundancia en los organismos. Por otra parte, aludiendo a la frase “somos polvo de estrellas”, en las reacciones nucleares de estrellas como el Sol se van generando los elementos químicos hasta el hierro, cuyo número atómico es 26. Con estos conocimientos, explica: a) La relación que existe entre la abundancia y la importancia de los diferentes bioelementos. b) ¿Cómo se justifica que también haya en los seres vivos bioelementos de mayor número atómico que el hierro, como es el caso del cobalto, el cobre y el cinc? a) La importancia de los bioelementos no guarda relación con la abundancia de los mismos, y esto es un principio fundamental en biología. Sirva como ejemplo el hierro, con un 0,01 % de masa en la materia viva y que, si desapareciera de nuestros hematíes, moriríamos por la deficiencia del transporte de oxígeno en nuestra sangre. b) La presencia en la materia viva de los oligoelementos mencionados no deja de plantear serios interrogantes. Según parece, los elementos de mayor número atómico que el hierro se sintetizaron en condiciones de extraordinaria energía, como es el caso de las supernovas. Aunque no sepamos exactamente cómo llegaron a la Tierra, esos elementos existen en nuestro planeta, y esto hace posible que, también sin saber cómo, fueran incorporados en la materia viva. Por consiguiente, la expresión “somos polvo de estrellas” es más verdadera de lo que parece.

7.

En un laboratorio bien equipado para el análisis de proteínas, aminoácidos, pigmentos vegetales, etc., tienen que averiguar cuántas proteínas diferentes hay en una muestra líquida que les han entregado, advirtiéndoles que además de proteínas hay otras sustancias solubles en agua. De pronto, se quedan sin suministro eléctrico. Como es de día y la luz natural que entra por las ventanas tiene suficiente intensidad, deciden no esperar y, para ganar tiempo, someten la muestra a una cromatografía. Responde a las siguientes preguntas. a) ¿Crees que podrán obtener algún resultado útil?, ¿de qué tipo sería? b) ¿Opinas que habría sido mejor esperar a que volviera el suministro eléctrico y aplicar una electroforesis? ¿Por qué? a) Es muy dudoso que obtengan algún resultado útil. Tampoco nos dan ningún dato acerca de esas “otras sustancias solubles en agua”. Ciñéndonos a las proteínas sabemos que, por lo general, tienen un elevado peso molecular y por ello su migración a través de la trama porosa del soporte sería mucho más lenta que en el caso de las pequeñas moléculas de pigmentos. Además, también es muy dudoso que las distancias desde el origen sean lo suficientemente diferentes como para decidir que se trata de proteínas distintas. b) Sin duda, lo mejor es esperar a que haya suministro eléctrico. La razón principal es que las moléculas de proteínas disueltas en agua y a un pH suficientemente alejado de su punto isoeléctrico tendrán una carga eléctrica neta. Por eso, el método útil para separarlas en una trama a través de la cual pueden migrar es someterlas a un campo eléctrico, es decir, aplicar el procedimiento de la electroforesis.

8.

Los avances de la citología han estado ligados a los correspondientes progresos tecnológicos. a) Indica los dos instrumentos más utilizados para el estudio morfológico de las células, especificando las fuentes de emisión y los aumentos máximos posibles. b) ¿Cuál de ellos no emplearías para la observación de células vivas? a) Los dos instrumentos más utilizados para el estudio morfológico de las células son el microscopio óptico y el microscopio electrónico. b) El microscopio óptico utiliza como fuente de emisión los fotones de la luz visible, y alcanza un máximo de 2500 aumentos. El microscopio electrónico utiliza como fuente de emisión un haz de electrones. El máximo es de 500 000 aumentos en el microscopio electrónico de transmisión (MET), y de 20 000 en el microscopio electrónico de barrido (MEB). c) Para la observación de células vivas no se utilizaría el microscopio electrónico, ya que siempre es necesario emplear técnicas de fijación y deshidratar la muestra; además, se produce un aumento de la temperatura por el bombardeo de electrones.

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º 9.

Considera de qué modo los avances tecnológicos han influido en los avances de las ciencias experimentales como, por ejemplo, la biología. En el ámbito de la biología celular, ¿qué descubrimientos te parecen trascendentales? El pensamiento científico debe cumplir, obligatoriamente, una serie de requisitos: la fiabilidad de los datos obtenidos, la posibilidad de reproducir los mismos, la precisión de las técnicas de medición, la objetividad del experimentador, etc. El conocimiento basado en el método científico es un saber cierto, verificable y objetivo. En biología, el método utilizado es la experimentación, cuyos resultados permiten formular modelos y teorías. Las teorías son modelos contrastados y consolidados que explican un fenómeno y representan una base para futuras investigaciones. El conocimiento científico se incrementa con el conocimiento de las diferentes teorías, y tiene una clara dependencia de la evolución tecnológica. La obtención de datos requiere una observación minuciosa de la realidad con métodos precisos. El avance tecnológico permite disponer de técnicas y aparatos que facilitan la investigación científica. La recogida de datos no tiene solo origen en el mundo de la naturaleza, sino también en las observaciones previas realizadas por otros científicos. El progreso de las comunicaciones en la actualidad facilita enormemente la actividad científica, que ha experimentado un notable cambio con la aparición de internet. La red de redes permite a la comunidad científica disponer de forma gratuita de gigantescas bases de datos de secuencias genéticas, estructuras de proteínas y fondos bibliográficos. Los grandes conocimientos que se tienen hoy día sobre citología no hubieran sido posibles sin el extraordinario desarrollo que han experimentado las técnicas para poder observar aquello que el ojo humano no es capaz de apreciar. Desde la construcción del primer microscopio hasta las modernas técnicas de microscopía electrónica han pasado casi cuatrocientos años. La elaboración de la teoría celular no hubiera sido posible sin la aparición del microscopio óptico. El conocimiento de la estructura celular ha avanzado al utilizar microscopios ópticos con mayor poder de resolución; además, el análisis ultraestructural de la célula ha sido posible desde el descubrimiento del microscopio electrónico.

10. Después de varios días de lluvia amanece un día soleado. En unos jardines se recoge de uno de los charcos un poco de agua, pero también algo del mucílago verdoso que se había formado. Como hay posibilidad de observarlo al microscopio óptico, se realiza una preparación. Responde a las siguientes cuestiones. a) Si se observa la muestra sin teñirla, ¿crees que se verá algo?, ¿por qué? b) Si a la muestra recogida se añade alcohol etílico en igual proporción, ¿habrá cambiado algo? En caso afirmativo, razónalo. c) ¿Se notará el cambio al observarla al microscopio? d) Si en vez de alcohol se hubiera añadido un colorante vital (por ejemplo, rojo neutro) y se visualizara al microscopio, ¿qué cambios se observarían y qué no habría cambiado? a) Es muy posible que, junto con el mucílago verdoso, constituido seguramente por algas unicelulares filamentosas (del género Spirogyra), haya también protozoos ciliados (Paramecium, Vorticella…) que por su considerable tamaño (de 100 a 200 micrómetros), por su cutícula y por sus cilios vibrátiles ofrecerán suficiente contraste para ser observados al microscopio óptico en fresco y sin teñir. Por su parte, las algas presentarán el característico color verde de sus cloroplastos. Por tanto, es acertado observar la muestra sin teñirla. b) Añadir alcohol etílico en igual proporción equivale a sumergir esos organismos en una solución alcohólica al 50 %, que ya resulta incompatible con la vida. Los protozoos habrán dejado de moverse, pero todavía podrán observarse. c) Quizá la avidez del alcohol por el agua habrá podido producir una cierta retracción en las células, de protozoos y de algas, aunque esto sucede con mayor intensidad a concentraciones alcohólicas más elevadas. d) El rojo neutro, siendo un colorante vital soluble en agua, no habrá causado la muerte de los organismos. Esperamos, como resultado, que se haya teñido el núcleo de las células, tanto en los protozoos como en las algas. No es probable que se observen más cambios.

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