El ADN y el ARN

Explicá qué es el ADN, qué tipo de información contiene y en qué parte de una célula eucariota se encuentra la mayor parte de esta molécula.

Explicá qué es un nucleótido y nombrá sus tres componentes. ¿Cuál de ellos varía de un nucleótido a otro y constituye la «letra» de la información genética?

La doble hélice de ADN se parece a una escalera caracol. Explicá qué moléculas forman los «laterales» de la escalera y cuáles forman los «peldaños», y cómo están unidos entre sí los componentes de cada peldaño.

Ordená de menor a mayor tamaño estas estructuras y explicá en una frase qué es cada una: cromosoma, célula, gen, nucleótido, núcleo.

Compará cómo está organizado el ADN en una bacteria y en una célula eucariota: dónde se encuentra, cuántos cromosomas suele haber y qué forma tienen.

Nombrá las cuatro bases nitrogenadas del ADN y explicá la regla de emparejamiento que sigue la doble hélice.

El esquema muestra un fragmento de doble hélice de ADN. Indicá qué representan los marcadores 1 y 2, y completá las bases que faltan en los peldaños señalados con ?, sabiendo que la A se empareja siempre con la T y la G con la C.

En el ADN de una especie, el $22\ \%$ de las bases son timina. Calculá qué porcentaje habrá de adenina, de guanina y de citosina, y explicá el razonamiento.

Las dos cadenas del ADN son antiparalelas: una recorre la doble hélice en dirección 5' a 3' y la otra en dirección 3' a 5'. Explicá con un símil qué significa que sean antiparalelas y qué indican las marcas 5' y 3'.

En una molécula de ADN, el $18\ \%$ de las bases son guanina. Calculá los porcentajes de citosina, adenina y timina, y explicá cada paso del razonamiento.

Una cadena de ADN tiene la secuencia 5'-ATG CCG TTA-3'. Escribí la secuencia de la cadena complementaria, indicando también su dirección, y explicá qué tuviste en cuenta.

Durante décadas se creyó que el material hereditario serían las proteínas y no el ADN. Razoná qué tres propiedades debe cumplir cualquier molécula para poder ser el material hereditario y explicá por qué el ADN las cumple.

Un equipo de astrobiología analiza el material genético de un microorganismo extraterrestre. Descubren que consta de dos cadenas enfrentadas, pero observan dos anomalías respecto al ADN terrestre: 1) el diámetro de la doble hélice no es constante, sino que presenta ensanchamientos y estrechamientos continuos; 2) las dos cadenas avanzan en la misma dirección (ambas en sentido $5' \to 3'$). Utilizando los principios de complementariedad de bases púricas/pirimidínicas y de antiparalelismo propuestos por Watson y Crick, razoná qué tipo de emparejamientos químicos estarían provocando esas irregularidades de grosor y predecí qué dificultad física o enzimática presentaría una doble hélice paralela durante la replicación celular.

Un laboratorio analiza la composición de bases nitrogenadas del material genético extraído de tres virus diferentes, obteniendo los siguientes resultados:

• Virus 1: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ timina, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.

• Virus 2: $30\ \%$ adenina, $20\ \%$ timina, $22\ \%$ guanina, $28\ \%$ citosina.

• Virus 3: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ uracilo, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.

Determiná razonadamente para cada virus: qué tipo de ácido nucleico posee (ADN o ARN) y si su hebra es monocatenaria o bicatenaria. Justificá además por qué el virus 2 no contradice las leyes de la química aunque sus porcentajes de adenina y timina no coincidan.

Se analiza el ADN bicatenario de dos especies de bacterias: la especie A procede de una fuente hidrotermal submarina a $85\ ^\circ\text{C}$ y la especie B procede del suelo a $20\ ^\circ\text{C}$. Los análisis muestran que una de las muestras contiene un $38\ \%$ de citosina y la otra contiene un $19\ \%$ de citosina.

1. a) Deducí y justificá a qué bacteria corresponde cada porcentaje, basándote en la estabilidad molecular de los enlaces entre pares de bases.
2. b) Calculá el porcentaje de todas las demás bases nitrogenadas (adenina, timina y guanina) presentes en el ADN de la bacteria termófila de la muestra.

Ciertos fármacos quimioterápicos contra el cáncer (agentes entrecruzantes) pueden unir covalentemente las dos hebras del ADN. Imaginá un fármaco hipotético que actúe formando enlaces covalentes permanentes entre las bases nitrogenadas enfrentadas de la doble hélice, sustituyendo los puentes de hidrógeno habituales.

1. a) Predecí por qué este fármaco frena de forma fulminante la división de las células tumorales, explicando qué enzimas y procesos de la replicación o transcripción quedan impedidos físicamente.
2. b) A partir del caso anterior, justificá por qué la selección biológica mantuvo a lo largo de la evolución enlaces débiles (puentes de hidrógeno) entre las dos hebras y enlaces fuertes (covalentes fosfodiéster) a lo largo de cada cadena, en lugar de utilizar solo enlaces fuertes o solo enlaces débiles.

En el histórico experimento de Hershey y Chase (1952) con bacteriófagos:

1. a) Predecí qué resultados se habrían obtenido en el sedimento de bacterias y en el líquido sobrenadante si la hipótesis predominante de la época (que las proteínas constituían el material hereditario) hubiese sido la correcta.
2. b) Imaginá que un estudiante propone repetir el experimento marcando los virus con nitrógeno-15 ($^{15}\text{N}$, isótopo estable) en vez de utilizar fósforo ($^{32}\text{P}$) y azufre ($^{35}\text{S}$). Justificá por qué ese diseño experimental sería completamente inútil para averiguar si el material genético es el ADN o la proteína.

Explicá qué es un gen y describí su relación con el ADN, los cromosomas y las proteínas.

La región codificante ininterrumpida de un gen eucariota consta exactamente de $900$ pares de bases (incluido el codón de parada final).

1. a) Calculá cuántos aminoácidos compondrán la proteína traducida a partir de este gen.
2. b) Suponé que se produce una mutación por inserción de un solo nucleótido en la posición número $301$. Predecí qué consecuencias tendrá esta mutación sobre la longitud final de la cadena de aminoácidos y sobre su función biológica, en comparación con una mutación puntual por sustitución en esa misma posición $301$. Justificá tu predicción utilizando los conceptos de marco de lectura y codón de parada prematuro.

Antes de dividirse, la célula copia todo su ADN mediante la replicación. Explicá en qué consiste este proceso y por qué se dice que es semiconservador: qué cadenas forman cada molécula de ADN hija y qué papel juega la complementariedad de bases para que la copia sea exacta.

La replicación del ADN ocurre antes de que la célula se divida por mitosis. Explicá por qué es imprescindible que ocurra en ese orden y qué pasaría con la información genética de las células hijas si una célula se dividiera sin haber copiado antes su ADN.

En un laboratorio se prueba un fármaco experimental en un cultivo celular. El compuesto se une de forma irreversible a las histonas impidiendo que el ADN se desenrolle de los nucleosomas.

1. a) Predecí qué dos procesos moleculares imprescindibles para la célula quedarán bloqueados de forma inmediata y justificá por qué a nivel molecular.
2. b) Si una célula ya duplicada inicia la mitosis y logra condensar sus cromosomas pero el fármaco le impide descondensarlos al finalizar la telofase, ¿qué consecuencias tendrá esto para la viabilidad de las células hijas durante la interfase?

Un cromosoma humano en metafase mide unos $5\ \mu\text{m}$, pero el filamento de ADN que alberga mediría estirado unos $5\ \text{cm}$ (un empaquetamiento de $10\,000$ veces).

1. a) Si aplicás a una célula en metafase un inhibidor de la enzima ARN polimerasa (responsable de la transcripción), vas a comprobar que apenas tiene efecto porque la síntesis de ARN ya está detenida de manera natural. Justificá este hecho relacionándolo con el grado de compactación de la cromatina.
2. b) Razoná por qué para la célula es imprescindible alcanzar semejante nivel de empaquetamiento durante la mitosis, y por qué sería letal para ella mantener ese mismo grado de condensación de forma permanente durante la interfase.

Indicá tres diferencias entre el ADN y el ARN: el azúcar que contienen, el número de cadenas y una de sus bases nitrogenadas.

Un laboratorio analiza la composición de bases nitrogenadas del material genético extraído de tres virus diferentes, obteniendo los siguientes resultados:

• Virus 1: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ timina, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.

• Virus 2: $30\ \%$ adenina, $20\ \%$ timina, $22\ \%$ guanina, $28\ \%$ citosina.

• Virus 3: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ uracilo, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.

Determiná razonadamente para cada virus: qué tipo de ácido nucleico posee (ADN o ARN) y si su hebra es monocatenaria o bicatenaria. Justificá además por qué el virus 2 no contradice las leyes de la química aunque sus porcentajes de adenina y timina no coincidan.