Guia Essencial de Biologia: Metabolisme, Immunologia i Enginyeria Genètica

Conceptes Fonamentals de Biologia Cel·lular i Molecular

Processos Metabòlics Essencials

A continuació, es detallen alguns processos metabòlics clau amb la seva localització i rendiment energètic:

• Glicòlisi: Procés anaeròbic que té lloc al citoplasma, amb un rendiment net de 2 ATP.
• Respiració Aeròbia: Procés aeròbic que es desenvolupa principalment al citoplasma i mitocondris, generant 36-38 ATP.
• Fermentació Làctica: Procés anaeròbic que ocorre al citosol, amb un rendiment de 2 ATP.
• Fermentació Alcohòlica: Procés anaeròbic que es realitza al citosol, produint 2 ATP.

Cicle de Replicació Viral

El cicle de vida dels virus es pot dividir en diverses fases:

1. Adhesió i Entrada: El virus s'uneix a la membrana cel·lular de l'hoste i penetra dins la cèl·lula.
2. Replicació i Síntesi: Un cop dins la cèl·lula, el genoma del virus es replica i es sintetitzen les proteïnes víriques utilitzant la maquinària cel·lular de l'hoste.
3. Assemblatge i Alliberament: Les noves partícules víriques s'assemblen i s'alliberen al medi extracel·lular, sovint provocant la lisi o trencament de la membrana cel·lular.

Bacteris i Diarrea del Viatger

El procés mitjançant el qual un bacteri Escherichia coli (E. coli) adquireix un plasmidi que li permet causar la diarrea del viatger és la conjugació, un mecanisme de transferència genètica horitzontal entre bacteris.

Respostes Immunitàries i Components del Sistema

Resposta Immunitària a Antígens

La resposta a un antigen és significativament major després d'una segona exposició per les següents raons:

• El sistema immunitari ha estat sensibilitzat en la primera exposició.
• Això genera cèl·lules de memòria, que permeten una resposta immunitària molt més ràpida i intensa en la segona exposició a l'antigen (coneguda com a resposta secundària).
• En contrast, si un antigen és nou per al sistema immunitari, la resposta inicial és més lenta i menys intensa (resposta primària).

Cèl·lules Productores d'Anticossos

Les cèl·lules responsables de la producció d'anticossos són els limfòcits B. Quan aquests s'activen, es diferencien en plasmòcits, que són les cèl·lules especialitzades en la secreció massiva d'anticossos.

Components Clau del Sistema Immunitari i la seva Funció

• Sistema del Complement: És un conjunt de proteïnes plasmàtiques que s'activen en cascada. La seva funció principal és destruir patògens directament (per lisi cel·lular) o ajudar altres cèl·lules immunitàries. També facilita la fagocitosi i promou la inflamació.
• Cèl·lules Assassines (Limfòcits T Citotòxics): Aquestes cèl·lules identifiquen i destrueixen cèl·lules infectades per virus o cèl·lules alterades (com les tumorals). Alliberen substàncies com la perforina, que perfora la membrana cel·lular de la cèl·lula diana, induint la seva mort. Els limfòcits T citotòxics són un tipus de glòbul blanc fonamental del sistema immunitari adaptatiu.

Enzimologia: Activitat de l'Amilasa Salival i Mutacions

Factors que Afecten l'Activitat de l'Amilasa Salival

L'amilasa salival presenta la seva temperatura òptima al voltant de 37 °C (temperatura corporal humana). La seva activitat pot veure's afectada per:

• Temperatura Baixa: A temperatures massa baixes, l'activitat enzimàtica disminueix significativament perquè les molècules es mouen més lentament, dificultant les col·lisions efectives entre l'enzim i el substrat (midó).
• Temperatura Alta: A temperatures massa altes (50 °C o més), l'enzim es desnaturalitza. Això vol dir que perd la seva estructura tridimensional específica, la qual cosa anul·la la seva capacitat de reconèixer el substrat i catalitzar la reacció.

Efecte de les Mutacions en l'Activitat Enzimàtica

No necessàriament tots els canvis en la seqüència genètica (mutacions) anul·len la funcionalitat d'un enzim. Alguns canvis poden ser neutres, especialment si no afecten la zona activa de l'enzim o la seva estructura global. No obstant això, si una mutació altera la forma de la zona activa o la conformació tridimensional general de l'enzim, això sí que pot inhibir o anul·lar completament la seva activitat. Per tant, només certs canvis específics poden tenir un impacte negatiu en la funcionalitat enzimàtica.

La Fotosíntesi: Procés Vital

Definició i Organismes Fotosintètics

La fotosíntesi és un procés fonamental pel qual les cèl·lules utilitzen l'energia de la llum solar per transformar diòxid de carboni (CO₂) i aigua (H₂O) en glúcids (sucres) i oxigen (O₂).

Els organismes que realitzen la fotosíntesi inclouen:

• Plantes
• Algues
• Cianobacteris

Fases de la Fotosíntesi

La fotosíntesi es divideix en dues fases principals:

Fase Lluminosa (o Fase Clara):

Té lloc a les membranes dels tilacoides dels cloroplasts. Durant aquesta fase, l'energia lluminosa és captada i utilitzada per produir ATP (a partir d'ADP + Pi) i NADPH (a partir de NADP+). L'oxigen s'allibera com a subproducte.

Fase Fosca (o Cicle de Calvin):

Es desenvolupa a l'estroma del cloroplast. En aquesta fase, l'ATP i el NADPH generats en la fase lluminosa s'utilitzen per fixar el CO₂ i sintetitzar glúcids (com la glucosa). Els productes resultants són NADP+, ADP i Pi, que tornen a la fase lluminosa.

L'equació global de la fotosíntesi és:

6CO₂ + 6H₂O + Llum → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Evolució per Selecció Natural

Nanisme Insular: L'Exemple de les Cabres de Juan Fernández

El nanisme insular és un procés evolutiu impulsat per la selecció natural. En un entorn insular, com l'arxipèlag Juan Fernández, els recursos solen ser limitats i els depredadors habituals poden estar absents. En aquestes condicions, els individus de mida més petita tenen un avantatge selectiu, ja que necessiten menys recursos per sobreviure i reproduir-se. Amb el temps, aquesta pressió selectiva porta a una reducció generalitzada de la mida corporal de la població. És important destacar que, tot i que la deriva genètica pot tenir un paper en poblacions petites, el nanisme insular és principalment una adaptació al medi i, per tant, un resultat de la selecció natural, no un procés purament aleatori.

Adaptació per Selecció Natural: Peixos Espinosos

La diferència observada entre les poblacions de peixos espinosos és un clar exemple de selecció natural. En aigües amb presència de depredadors, els peixos amb una armadura pèlvica espinosa tenen més probabilitats de sobreviure, ja que aquesta estructura els proporciona una millor defensa. Per contra, en aigües profundes on no hi ha depredadors, els peixos amb menys armadura tenen un avantatge energètic: no han de dedicar recursos a formar aquestes estructures, cosa que els permet créixer més ràpidament o reproduir-se de manera més eficient. Aquesta pressió selectiva ha afavorit una variant genètica que atrofia l'armadura pèlvica en aquestes poblacions, demostrant l'adaptació a l'entorn.

Enginyeria Genètica: Producció de Rates Transgèniques

Mètode amb Vector Viral

Per produir rates transgèniques utilitzant un vector viral, se segueixen els següents passos:

1. S'aïlla el gen de la insulina humana mitjançant enzims de restricció. Es fan còpies d'aquest gen i s'introdueixen en adenovirus o retrovirus. És crucial que els gens responsables de causar malalties en aquests virus hagin estat eliminats, i que s'hagi afegit un promotor adequat al costat del gen de la insulina humana per assegurar la seva expressió.
2. S'estimula hormonalment l'ovulació d'una rata femella i s'extreuen els òvuls madurs.
3. Els òvuls són fecundats in vitro amb espermatozoides d'una rata mascle. Un cop fecundats, es permet que els virus infectin els zigots i introdueixin el gen de la insulina humana.
4. Es seleccionen els embrions que hagin incorporat el gen de la insulina humana, utilitzant un marcador genètic.
5. Els embrions seleccionats s'implanten en rates que actuaran com a mares adoptives.
6. Aquestes rates pariran cries transgèniques. Caldrà comprovar quines de les rates nascudes secreten insulina a la seva llet, ja que en eucariotes, l'expressió del gen podria no ser efectiva si s'ha inserit en un lloc inadequat del cromosoma.

Mètode de Microinjecció Pronuclear

Aquest mètode implica la injecció directa del gen en el zigot:

1. S'estimula hormonalment l'ovulació d'una rata femella i s'extreuen els òvuls madurs.
2. Els òvuls són fecundats in vitro amb espermatozoides d'una rata mascle.
3. Quan es forma el pronucli femení del zigot, s'hi injecta una solució d'ADN que conté el gen de la insulina humana, prèviament aïllat amb enzims de restricció i clonat amb PCR.
4. Es seleccionen els embrions que hagin incorporat el gen de la insulina humana, per exemple, utilitzant un gen de bioluminescència com a marcador.
5. Els embrions seleccionats s'implanten en rates que faran de mares adoptives, gestant la rata transgènica.
6. Aquestes rates pariran cries transgèniques. Caldrà comprovar quines de les rates nascudes secreten insulina a la seva llet.