Biologia, PAU 2023 de Catalunya: l’examen de juny (sèrie 5) resolt

Plantejament Un bacteriòfag pot seguir dues vies dins del bacteri: fer còpies d’ell mateix i destruir-lo, o integrar el seu genoma al del bacteri i quedar-s’hi latent. Cal reconèixer-les a la figura.

1. Cicle A: dins del bacteri hi ha molts genomes del virus (els cercles) i caps i cues de virus nous; s’han sintetitzat les proteïnes i el material genètic del virus fent servir la maquinària del bacteri.

2. Després aquestes peces s’uneixen i formen virus complets (acoblament), i el bacteri es trenca i els allibera (lisi). Per això el cicle A és el cicle lític.

3. Cicle B: el genoma del virus (el tram fosc) s’ha integrat al cromosoma d’Escherichia coli; integrat, s’anomena pròfag.

4. No es formen virus nous i el bacteri no es destrueix: es divideix, i les dues cèl·lules filles hereten el genoma del virus integrat. Per això el cicle B és el cicle lisogènic.

5. La fletxa que va del cicle B al cicle A indica que el pròfag es pot separar del cromosoma i començar un cicle lític.

Plantejament L’enunciat diu que els gens Shiga només s’expressen quan el genoma del bacteriòfag no està integrat al del bacteri. Cal veure en quin cicle passa això.

1. Al cicle lisogènic el genoma del fag està integrat al cromosoma bacterià com a pròfag, en estat latent: els gens Shiga no s’expressen, de manera que no es fabriquen toxines.

2. Al cicle lític el genoma del fag queda lliure i s’expressa: el bacteri fabrica les proteïnes del virus, i entre elles les toxines Shiga, que s’alliberen al medi quan el bacteri es lisa.

3. Per això els antibiòtics que activen el cicle lític fan que es fabriquin i s’alliberin més toxines, i augmenta el risc de tenir SHU.

Plantejament La vacuna conté antígens del pneumococ. Cal dir quin tipus d’immunitat dona i explicar la resposta immunitària específica que desencadena i la memòria que en queda.

1. Tipus d’immunitat: activa. És el sistema immunitari de la persona vacunada el que respon als antígens del pneumococ de la vacuna i fabrica els seus propis anticossos contra Streptococcus pneumoniae. És artificial, perquè els antígens s’introdueixen a propòsit.

2. Les cèl·lules presentadores d’antigen (macròfags, cèl·lules dendrítiques o els mateixos limfòcits B) capten els antígens de la vacuna i els presenten a la seva superfície units a molècules MHC de classe II.

3. Els limfòcits T col·laboradors (Th o CD4) que reconeixen aquest antigen s’activen.

4. Els limfòcits Th activen els limfòcits B que tenen a la membrana un anticòs específic per a aquell antigen del pneumococ.

5. Aquests limfòcits B proliferen i formen un clon.

6. Una part del clon es diferencia en cèl·lules plasmàtiques, que fabriquen i secreten anticossos contra l’antigen del pneumococ.

7. La resta del clon es converteix en limfòcits B de memòria, que perduren. Si més endavant entra el pneumococ, la resposta secundària és més ràpida i intensa i l’elimina abans que causi la malaltia; per això disminueixen els casos d’SHU per pneumococ.

Plantejament Es pregunta què és el sistema del complement i com pot destruir cèl·lules.

1. El complement és un conjunt de proteïnes del plasma sanguini, fabricades sobretot al fetge, que circulen inactives.

2. S’activen en cascada (cada proteïna activada activa la següent) i formen part de la resposta immunitària innata o inespecífica: actuen ràpidament, sobretot contra bacteris.

3. Es poden activar per complexos antigen-anticòs (via clàssica) o per molècules de la superfície dels microorganismes (via alternativa i via de les lectines).

4. Destrucció de les cèl·lules endotelials: les últimes proteïnes del complement activat s’insereixen a la membrana i formen el complex d’atac a la membrana, un porus que la travessa. Hi entren aigua i ions, i la cèl·lula es trenca (lisi o citòlisi).

5. També són respostes correctes les altres maneres d’actuar del complement: s’uneix a la superfície de la cèl·lula i l’opsonitza, de manera que els fagòcits la fagociten més fàcilment, o desencadena una resposta inflamatòria que atrau fagòcits a la zona.

Plantejament Cal explicar, amb la teoria de l’evolució per selecció natural (neodarwinisme), com una població sensible a la TTX es pot haver tornat resistent.

1. Variabilitat: a la població d’avantpassats dels peixos globus hi havia diferències genètiques entre els individus.

2. Origen de la variació: en algun moment es va produir a l’atzar una mutació en el gen de la proteïna de membrana per on entra el sodi a les cèl·lules. La proteïna canviada tenia una estructura a la qual la TTX no s’unia. La mutació no va aparèixer perquè el peix la necessités: ja existia abans de ser útil (és preadaptativa).

3. La mutació és un caràcter genètic i hereditari: els descendents dels peixos que la tenien la podien heretar.

4. Selecció natural: els peixos resistents podien tenir dins dels òrgans els bacteris que fabriquen TTX sense morir i, en ser tòxics, els depredadors no se’ls menjaven. Sobrevivien més i deixaven més descendents que els peixos sensibles.

5. Generació rere generació, la proporció de peixos globus amb la mutació va augmentar fins que la resistència a la TTX es va fer predominant a la població.

6. No és que els peixos s’habituessin a la toxina i passessin aquest canvi als fills: un caràcter adquirit durant la vida no s’hereta (aquesta seria una explicació lamarckiana, que és incorrecta).

Plantejament Per al tipus metabòlic cal dir d’on treu cada organisme el carboni (del $\mathrm{CO_2}$ o de matèria orgànica) i l’energia (de la llum o de reaccions químiques).

1. Peixos globus: regne animal; cèl·lules eucariotes; quimioheteròtrofs (el carboni i l’energia els obtenen de la matèria orgànica dels aliments).

2. Bacteris Pseudomonas: regne moneres (eubacteris); cèl·lules procariotes; quimioheteròtrofs (fan servir matèria orgànica com a font de carboni i n’obtenen l’energia per reaccions químiques).

3. Algues: regne protoctists; cèl·lules eucariotes; fotoautòtrofes (obtenen l’energia de la llum i el carboni del $\mathrm{CO_2}$, amb la fotosíntesi).

Plantejament Cal situar les algues i els peixos globus a la cadena tròfica que descriu l’enunciat, on els peixos globus s’alimenten d’algues.

1. Algues: productors, perquè fabriquen matèria orgànica a partir de matèria inorgànica amb la fotosíntesi.

2. Peixos globus: consumidors primaris, perquè, segons l’enunciat, s’alimenten d’algues, que són productors.

3. El nom del nivell tròfic és «consumidor primari»; «herbívor» descriu el tipus d’alimentació, no el nivell.

Plantejament Es pregunta pels anticossos: quina mena de molècula són, qui els fabrica i per què són específics.

1. Un anticòs és una proteïna: una immunoglobulina (de fet, una glicoproteïna).

2. Els sintetitzen les cèl·lules plasmàtiques, que són limfòcits B activats.

3. No podrien reconèixer qualsevol altra toxina. Cada anticòs té uns llocs d’unió a l’antigen, a les regions variables, amb una forma complementària a una part concreta d’un antigen determinat. Per això la unió antigen-anticòs és molt específica: aquests anticossos reconeixen la TTX i no altres toxines, que tenen una estructura diferent.

Plantejament Cal classificar la immunitat segons si es provoca a propòsit (artificial) o no (natural) i segons si els anticossos els fabrica el mateix organisme (activa) o li arriben fets (passiva).

1. Artificial: els anticossos s’injecten als ratolins a propòsit, com a tractament; no hi arriben per un contacte natural.

2. Passiva: els anticossos ja arriben fets; no els ha fabricat el sistema immunitari dels ratolins. Per això actuen de seguida (injectats 15 minuts després de la toxina, encara van evitar la mort dels ratolins), però la protecció dura poc i no deixa memòria.

3. Aquest tipus de tractament, injectar anticossos ja fets, s’anomena seroteràpia.

Plantejament El poema explica com una població es divideix en dues que, amb el temps, ja no es poden reproduir entre elles. Cal reconèixer el tipus d’especiació i els mecanismes que hi apareixen.

1. Tipus d’especiació: al·lopàtrica (o geogràfica). La població inicial queda dividida per una barrera física i les dues parts evolucionen per separat.

2. Mecanisme 1, la barrera geogràfica: el poema enumera els elements que separen les dues poblacions: «una falla», «un riu interposat», «un cop de mar», «un bosc espès», «jo una illa tu una altra illa», «tu una vall jo una altra vall», «uns cims infranquejables». Separades, les dues poblacions ja no intercanvien gens.

3. Mecanisme 2, l’aïllament reproductiu: al final del poema, si les dues poblacions es tornessin a trobar serien «incomunicables entre si» i «estèrils entre si»: ja no es podrien creuar o no tindrien descendència fèrtil. És aquest aïllament el que les converteix en dues espècies diferents.

4. També val un tercer mecanisme del poema, la divergència genètica: el verb «divergírem» i els versos que es van separant en dues columnes, amb tipus de lletra diferents, expressen que el conjunt de gens de cada població es va fent diferent del de l’altra.

5. Mecanisme que no apareix al poema: la selecció natural. Les dues poblacions aïllades viuen en ambients diferents, i en cadascuna el medi afavoreix variants genètiques diferents; generació rere generació, les poblacions es fan cada cop més diferents genèticament.

6. També valdrien les mutacions (a cada població apareixen per atzar mutacions diferents, que aporten al·lels nous) o la deriva genètica (si una població aïllada és petita, la freqüència dels al·lels hi pot canviar per atzar, sense que afavoreixin ni perjudiquin els individus que els porten).

Plantejament Cal donar dues proves de l’evolució i explicar per què mostren que les espècies canvien i tenen avantpassats comuns, cosa que el text de Paley nega.

1. Prova 1: proves anatòmiques.

2. Explicació: espècies diferents tenen òrgans homòlegs, amb la mateixa estructura interna i el mateix origen embrionari encara que facin funcions diferents. Per exemple, el braç humà, l’ala d’un ratpenat i l’aleta d’una balena tenen els mateixos ossos (húmer, radi, cúbit, carp, metacarp i falanges). Com més properes evolutivament són dues espècies, més s’assemblen anatòmicament. Això s’explica perquè descendeixen d’un avantpassat comú que ja tenia aquesta estructura, i no perquè cada espècie s’hagi dissenyat per separat.

3. Prova 2: proves moleculars (o bioquímiques).

4. Explicació: les seqüències de nucleòtids del DNA i d’aminoàcids de les proteïnes de dues espècies són més semblants com més properes són evolutivament, i tots els éssers vius comparteixen el mateix codi genètic i moltes biomolècules. Aquest parentiu molecular s’explica per un origen comú i per l’acumulació de mutacions diferents a cada llinatge al llarg del temps.

5. També són vàlides altres proves: les embriològiques (els embrions d’espècies emparentades s’assemblen entre ells encara que els adults no s’assemblin), les biogeogràfiques (com més properes són dues regions, més semblants són les espècies que hi viuen, i les illes aïllades durant molt de temps tenen espècies pròpies), la selecció artificial (els canvis ràpids que s’aconsegueixen en animals i plantes domèstics) i les taxonòmiques (la classificació dels éssers vius es basa en semblances que es deuen a avantpassats comuns).

Plantejament Es demana plantejar el problema de l’experiment com a pregunta i identificar què es fa variar i què es mesura.

1. Problema que investiguem, en forma de pregunta: com afecta la temperatura al percentatge de llavors que germinen?

2. Variable independent (la que fem variar): la temperatura.

3. Variable dependent (la que mesurem): el percentatge de llavors que germinen (o el nombre de llavors germinades).

4. També valen altres preguntes sobre el mateix problema, sempre que es formulin com a pregunta: quina és la temperatura òptima perquè germinin les llavors?, la temperatura afecta la germinació?, la germinació és més ràpida segons la temperatura?, a quina temperatura comença a germinar la llavor?, a quina temperatura màxima (o mínima) germina?

Plantejament Cal repartir el material de manera que només canviï la temperatura, amb diverses llavors a cada condició, i dir què es mesurarà i com es compararà.

1. Variable independent: cada terrari a una temperatura diferent, repartides per tot l’interval de $5$ a $45\ {}^\circ\mathrm{C}$. Amb cinc terraris, de deu en deu graus:

   $\frac{45-5}{4}=10\ {}^\circ\mathrm{C}\quad\Rightarrow\quad 5,\ 15,\ 25,\ 35$$\text{i}\ \ 45\ {}^\circ\mathrm{C}$

2. Rèpliques: repartim les 50 llavors a parts iguals, de manera que cada temperatura es prova amb moltes llavors i no depenem del resultat d’una de sola:

   $\frac{50}{5}=10\ \text{llavors per terrari}$

3. Variables controlades: als cinc terraris hi posem el mateix tipus de terra, la mateixa llum i la mateixa humitat, i hi deixem les llavors el mateix temps. Totes les llavors són de gira-sol.

4. Mesura: al cap del mateix nombre de dies a tots els terraris, comptem quantes llavors han germinat a cada un i en calculem el percentatge.

5. Amb aquests percentatges fem una taula o un gràfic de germinació en funció de la temperatura i els comparem per veure a quina temperatura germinen més llavors. Si es vol més fiabilitat, es pot repetir tot l’experiment més vegades.

Plantejament Cal classificar les dues reserves de les llavors (olis i carbohidrats), dir quina molècula concreta és cadascuna i què se n’obté en hidrolitzar-la.

1. Olis (gira-sol): són lípids, del grup dels acilglicèrids. La biomolècula és un triacilglicèrid (o triglicèrid): una molècula de glicerina unida per enllaços èster a tres àcids grassos.

2. Hidròlisi d’un triacilglicèrid: es trenquen els tres enllaços èster i se n’obtenen glicerina (glicerol o propanotriol) i àcids grassos:

   $\text{triacilglicèrid}$${}+3\,\mathrm{H_2O}$${}\longrightarrow \text{glicerina}$${}+3\ \text{àcids grassos}$

3. Carbohidrats (blat): són glúcids, del grup dels polisacàrids. La biomolècula és el midó (format per amilosa i amilopectina), el polisacàrid de reserva dels vegetals.

4. La hidròlisi completa del midó trenca els enllaços O-glicosídics i en surt glucosa; una hidròlisi parcial dona maltosa.

5. També és correcte donar el nom d’un triacilglicèrid concret, com la trioleïna, o de les dues molècules que formen el midó, l’amilosa i l’amilopectina.

Plantejament Cal triar una prova química per a cada biomolècula i dir quin resultat indica que hi és.

1. Carbohidrats del blat (midó): prova del lugol. S’afegeixen unes gotes de lugol (una solució de iode) a la llavor triturada: si hi ha midó, pren un color blau fosc o violeta gairebé negre.

2. La prova de Fehling no serviria aquí: el midó no dona positiu en aquesta prova, que detecta els glúcids reductors.

3. Olis del gira-sol: prova del Sudan III. Es barreja la llavor triturada amb unes gotes de Sudan III: els lípids es tenyeixen de color vermell ataronjat.

4. També valen altres proves per als olis: fregar la llavor sobre un paper, que hi deixa una taca translúcida, o la solubilitat (els olis no es dissolen en aigua i sí en dissolvents apolars).

Plantejament Primer construïm l’arbre amb la informació del text i després comprovem si cada model d’herència pot explicar els fenotips de la família.

1. Arbre (figura): generació I, el pare (I-1) i la mare (I-2), tots dos sans. Generació II: el primer fill (II-1, home, afectat, que va morir), en David (II-2, home, afectat) i la germana (II-3, dona, sana). Quadrat, home; cercle, dona; negre, afectat.

2. Autosòmica recessiva: Sí. Si $a$ és l’al·lel de la malaltia, els pares sans poden ser portadors ($Aa$). Cada fill té una probabilitat de $\frac{1}{4}$ de ser $aa$ i estar afectat, com els dos germans, i la germana pot ser $AA$ o $Aa$ i estar sana:

   $Aa\times Aa$${}\longrightarrow \tfrac{1}{4}\,AA+\tfrac{1}{2}\,Aa$${}+\tfrac{1}{4}\,aa$

3. Autosòmica dominant: No. Si l’al·lel de la malaltia fos dominant, els fills afectats l’haurien d’haver heretat del pare o de la mare, i qui el tingués també estaria malalt. Però tots dos pares estan sans.

4. Recessiva lligada al sexe: Sí. La mare seria portadora ($X^AX^a$), sana perquè el seu altre X porta l’al·lel normal; el pare, sa, té un sol X i és normal ($X^AY$). Cada fill mascle rep de la mare un dels seus dos X, i la meitat dels fills serien malalts, com en David i el seu germà; les filles reben l’X normal del pare i són sanes, com la germana:

   $X^AX^a\times X^AY$${}\longrightarrow \tfrac{1}{4}\,X^AX^A$${}+\tfrac{1}{4}\,X^AX^a$${}+\tfrac{1}{4}\,X^AY$${}+\tfrac{1}{4}\,X^aY$

5. Amb aquesta família no es pot decidir entre l’herència autosòmica recessiva i la recessiva lligada al sexe: totes dues expliquen l’arbre.

ResultatAutosòmica recessiva: sí (els pares poden ser portadors, $Aa$). Autosòmica dominant: no (un dels pares hauria d’estar malalt). Recessiva lligada al sexe: sí (mare portadora, $X^AX^a$, i pare sa, $X^AY$: els fills mascles poden estar afectats i les filles són sanes).

La pauta oficial dona: Arbre de dues generacions amb el sexe i els afectats. Autosòmica recessiva: sí (pares portadors heterozigots, fills homozigots). Autosòmica dominant: no (un dels pares hauria d’estar afectat). Recessiva lligada al sexe: sí (mare portadora sana, pare sa; els fills mascles afectats, les filles reben l’X normal del pare).

Plantejament Cal relacionar la medul·la òssia amb l’origen dels limfòcits, que són les cèl·lules que fallen en aquesta malaltia.

1. La medul·la òssia vermella és el teixit on es formen les cèl·lules de la sang, també els limfòcits: hi ha les cèl·lules mare de les quals deriven. Els limfòcits B hi maduren, i els precursors dels limfòcits T en surten i maduren al timus.

2. En David, el gen necessari per a la maduració dels limfòcits no funciona en aquestes cèl·lules mare, i els limfòcits que en surten no maduren.

3. Si se substitueixen per cèl·lules de la medul·la d’un donant compatible, que tenen el gen funcional, les cèl·lules trasplantades formen limfòcits que maduren correctament, i el pacient passa a tenir un sistema immunitari que funciona.

Plantejament Cal pensar en com funciona una vacuna i què li passaria en una persona sense limfòcits funcionals.

1. Una vacuna no protegeix per ella mateixa: conté antígens que han d’activar el sistema immunitari de la persona. Són els limfòcits els que hi responen: els limfòcits B fabriquen anticossos específics, els limfòcits T col·laboren en la resposta, i en queden cèl·lules de memòria.

2. En David els limfòcits no maduraven correctament i no podien respondre als antígens. La vacuna no hauria generat ni anticossos ni memòria immunitària.