El ADN y el ARN

Explica 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.

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

1. a) Predice 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) Imagina 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 ($^{35}\text{S}$). Justifica por qué ese diseño experimental sería completamente inútil para averiguar si el material genético es el ADN o la proteína.

Explica qué es un nucleótido y nombra 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 de caracol. Explica qué moléculas forman los «laterales» de la escalera y cuáles forman los «peldaños», y cómo están unidos entre sí los componentes de cada peldaño.

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

El esquema muestra un fragmento de doble hélice de ADN. Indica qué representan los marcadores 1 y 2, y completa 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. Calcula qué porcentaje habrá de adenina, de guanina y de citosina, y explica 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'. Explica 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. Calcula los porcentajes de citosina, adenina y timina, y explica cada paso del razonamiento.

Una cadena de ADN tiene la secuencia 5'-ATG CCG TTA-3'. Escribe la secuencia de la cadena complementaria, indicando también su dirección, y explica qué has tenido en cuenta.

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, razona qué tipo de emparejamientos químicos estarían provocando esas irregularidades de grosor y predice 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.

Determina razonadamente para cada virus: qué tipo de ácido nucleico posee (ADN o ARN) y si su hebra es monocatenaria o bicatenaria. Justifica 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) Deduce y justifica a qué bacteria corresponde cada porcentaje, basándote en la estabilidad molecular de los enlaces entre pares de bases.
2. b) Calcula el porcentaje de todas las demás bases nitrogenadas (adenina, timina y guanina) presentes en el ADN de la bacteria termófila de la muestra.

Antes de dividirse, la célula copia todo su ADN mediante la replicación. Explica 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. Explica 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.

Ciertos fármacos quimioterápicos contra el cáncer (agentes entrecruzantes) pueden unir covalentemente las dos hebras del ADN. Imagina 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) Predice 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, justifica 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.

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

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

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

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

1. a) Calcula cuántos aminoácidos compondrán la proteína traducida a partir de este gen.
2. b) Supón que se produce una mutación por inserción de un solo nucleótido en la posición número $301$. Predice 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 $301$. Justifica tu predicción utilizando los conceptos de pauta de lectura y codón de parada prematuro.

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) Predice qué dos procesos moleculares imprescindibles para la célula quedarán bloqueados de forma inmediata y justifica 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 aplicas a una célula en metafase un inhibidor de la enzima ARN polimerasa (responsable de la transcripción), comprobarás que apenas tiene efecto porque la síntesis de ARN ya está detenida de manera natural. Justifica este hecho relacionándolo con el grado de compactación de la cromatina.
2. b) Razona 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.

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

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