Exercicis: L'ADN i l'ARN

Explica què és l'ADN, quin tipus d'informació conté i en quina part d'una cèl·lula eucariota es troba la major part d'aquesta molècula.

Anomena les quatre bases nitrogenades de l'ADN i explica la regla d'emparellament que segueix la doble hèlix.

L'esquema mostra un fragment de doble hèlix d'ADN. Indica què representen els marcadors 1 i 2, i completa les bases que falten als esglaons assenyalats amb ?, sabent que l'A s'emparella sempre amb la T i la G amb la C.

Explica què és un nucleòtid i anomena els seus tres components. Quin d'ells varia d'un nucleòtid a un altre i constitueix la «lletra» de la informació genètica?

La doble hèlix d'ADN s'assembla a una escala de cargol. Explica quines molècules formen els «laterals» de l'escala i quines formen els «esglaons», i com estan units entre si els components de cada esglaó.

Ordena de menor a major mida aquestes estructures i explica en una frase què és cadascuna: cromosoma, cèl·lula, gen, nucleòtid, nucli.

En l'ADN d'una espècie, el $22\ \%$ de les bases són timina. Calcula quin percentatge hi haurà d'adenina, de guanina i de citosina, i explica el raonament.

Les dues cadenes de l'ADN són antiparal·leles: una recorre la doble hèlix en direcció 5' a 3' i l'altra en direcció 3' a 5'. Explica amb un símil què significa que siguin antiparal·leles i què indiquen les marques 5' i 3'.

Indica tres diferències entre l'ADN i l'ARN: el sucre que contenen, el nombre de cadenes i una de les seves bases nitrogenades.

Explica què és un gen i descriu la seva relació amb l'ADN, els cromosomes i les proteïnes.

Abans de dividir-se, la cèl·lula copia tot el seu ADN mitjançant la replicació. Explica en què consisteix aquest procés i per què es diu que és semiconservador: quines cadenes formen cada molècula d'ADN filla i quin paper juga la complementarietat de bases perquè la còpia sigui exacta.

En una molècula d'ADN, el $18\ \%$ de les bases són guanina. Calcula els percentatges de citosina, adenina i timina, i explica cada pas del raonament.

Una cadena d'ADN té la seqüència 5'-ATG CCG TTA-3'. Escriu la seqüència de la cadena complementària, indicant també la seva direcció, i explica què has tingut en compte.

La replicació de l'ADN té lloc abans que la cèl·lula es divideixi per mitosi. Explica per què és imprescindible que passi en aquest ordre i què passaria amb la informació genètica de les cèl·lules filles si una cèl·lula es dividís sense haver copiat abans el seu ADN.

Compara com està organitzat l'ADN en un bacteri i en una cèl·lula eucariota: on es troba, quants cromosomes hi sol haver i quina forma tenen.

Durant dècades es va creure que el material hereditari serien les proteïnes i no pas l'ADN. Raona quines tres propietats ha de complir qualsevol molècula per poder ser el material hereditari i explica per què l'ADN les compleix.

Un equip d'astrobiologia analitza el material genètic d'un microorganisme extraterrestre. Descobreixen que consta de dues cadenes enfrontades, però observen dues anomalies respecte a l'ADN terrestre: 1) el diàmetre de la doble hèlix no és constant, sinó que presenta eixamplaments i aprimaments continus; 2) les dues cadenes avancen en la mateixa direcció (totes dues en sentit $5' \to 3'$). Utilitzant els principis de complementarietat de bases púriques/pirimidíniques i d'antiparal·lelisme proposats per Watson i Crick, raona quin tipus d'emparellaments químics estarien provocant aquestes irregularitats de gruix i prediu quina dificultat física o enzimàtica presentaria una doble hèlix paral·lela durant la replicació cel·lular.

Un laboratori analitza la composició de bases nitrogenades del material genètic extret de tres virus diferents, i obté els resultats següents:

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

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

• Virus 3: $30\ \%$ d'adenina, $30\ \%$ d'uracil, $20\ \%$ de guanina, $20\ \%$ de citosina.

Determina raonadament per a cada virus: quin tipus d'àcid nucleic té (ADN o ARN) i si el seu filament és monocatenari o bicatenari. Justifica a més per què el virus 2 no contradiu les lleis de la química encara que els seus percentatges d'adenina i timina no coincideixin.

En un laboratori es prova un fàrmac experimental en un cultiu cel·lular. El compost s'uneix de manera irreversible a les histones i impedeix que l'ADN es desenrotlli dels nucleosomes.

1. a) Prediu quins dos processos moleculars imprescindibles per a la cèl·lula quedaran bloquejats de manera immediata i justifica per què a escala molecular.
2. b) Si una cèl·lula ja duplicada inicia la mitosi i aconsegueix condensar els seus cromosomes però el fàrmac li impedeix descondensar-los en acabar la telofase, quines conseqüències tindrà això per a la viabilitat de les cèl·lules filles durant la interfase?

S'analitza l'ADN bicatenari de dues espècies de bacteris: l'espècie A procedeix d'una font hidrotermal submarina a $85\ ^\circ\text{C}$ i l'espècie B procedeix del sòl a $20\ ^\circ\text{C}$. Les anàlisis mostren que una de les mostres conté un $38\ \%$ de citosina i l'altra conté un $19\ \%$ de citosina.

1. a) Dedueix i justifica a quin bacteri correspon cada percentatge, basant-te en l'estabilitat molecular dels enllaços entre parells de bases.
2. b) Calcula el percentatge de totes les altres bases nitrogenades (adenina, timina i guanina) presents a l'ADN del bacteri termòfil de la mostra.

La regió codificant ininterrompuda d'un gen eucariota consta exactament de $900$ parells de bases (inclòs el codó d'aturada final).

1. a) Calcula quants aminoàcids compondran la proteïna traduïda a partir d'aquest gen.
2. b) Suposa que es produeix una mutació per inserció d'un sol nucleòtid a la posició número $301$. Prediu quines conseqüències tindrà aquesta mutació sobre la longitud final de la cadena d'aminoàcids i sobre la seva funció biològica, en comparació amb una mutació puntual per substitució en aquesta mateixa posició $301$. Justifica la teva predicció utilitzant els conceptes de pauta de lectura i codó d'aturada prematur.

Un cromosoma humà en metafase fa uns $5\ \mu\text{m}$, però el filament d'ADN que conté faria estirat uns $5\ \text{cm}$ (un empaquetament de $10\,000$ vegades).

1. a) Si apliques a una cèl·lula en metafase un inhibidor de l'enzim ARN polimerasa (responsable de la transcripció), comprovaràs que amb prou feines té efecte perquè la síntesi d'ARN ja està aturada de manera natural. Justifica aquest fet relacionant-lo amb el grau de compactació de la cromatina.
2. b) Raona per què per a la cèl·lula és imprescindible assolir un nivell d'empaquetament semblant durant la mitosi, i per què seria letal per a ella mantenir aquest mateix grau de condensació de manera permanent durant la interfase.

Certs fàrmacs quimioteràpics contra el càncer (agents entrecreuants) poden unir covalentment els dos filaments de l'ADN. Imagina un fàrmac hipotètic que actuï formant enllaços covalents permanents entre les bases nitrogenades enfrontades de la doble hèlix, substituint els ponts d'hidrogen habituals.

1. a) Prediu per què aquest fàrmac frena de manera fulminant la divisió de les cèl·lules tumorals, explicant quins enzims i processos de la replicació o transcripció queden impedits físicament.
2. b) A partir del cas anterior, justifica per què la selecció biològica va mantenir al llarg de l'evolució enllaços febles (ponts d'hidrogen) entre els dos filaments i enllaços forts (covalents fosfodièster) al llarg de cada cadena, en lloc d'utilitzar només enllaços forts o només enllaços febles.

En l'històric experiment de Hershey i Chase (1952) amb bacteriòfags:

1. a) Prediu quins resultats s'haurien obtingut en el sediment de bacteris i en el líquid sobrenadant si la hipòtesi predominant de l'època (que les proteïnes constituïen el material hereditari) hagués estat la correcta.
2. b) Imagina que un estudiant proposa repetir l'experiment marcant els virus amb nitrogen-15 ($^{15}\text{N}$, isòtop estable) en comptes d'utilitzar fòsfor ($^{32}\text{P}$) i sofre ($^{35}\text{S}$). Justifica per què aquest disseny experimental seria completament inútil per esbrinar si el material genètic és l'ADN o la proteïna.