Ejercicios: La regulación génica y los genomas

Todas las células de tu cuerpo poseen el mismo ADN, sin embargo una neurona y una célula muscular son muy diferentes. Explica a qué se debe esta diferencia haciendo referencia a la expresión génica.

¿Qué es un gen constitutivo y qué es un gen regulable? Pon un ejemplo de cada tipo y explica por qué conviene a la célula regular algunos de sus genes.

Nombra dos diferencias generales entre el genoma de una célula procariota y el de una célula eucariota (localización, forma del ADN, presencia de intrones).

¿Qué es un operón? Indica en qué tipo de organismos se encuentran y nombra los componentes básicos de un operón inducible como el operón lac.

Define intrón y exón, e indica qué les ocurre a los unos y a los otros durante la maduración del ARNm en las células eucariotas.

¿Qué es un factor de transcripción? Explica brevemente qué papel desempeña en la regulación de la expresión génica y a qué regiones del ADN se une.

¿Qué significa que un gen está silenciado en una célula? Explica una forma en la que la célula puede impedir que un gen determinado llegue a transcribirse.

El genoma humano contiene unos $20000$ genes codificantes de proteínas, pero estos ocupan solo una pequeña parte del ADN total. Indica qué otros tipos de secuencias contiene el genoma y qué funciones se atribuyen a algunas de las regiones no codificantes.

El esquema representa el operón lac de Escherichia coli en dos situaciones (A y B). Indica en cuál de ellas hay lactosa en el medio, nombra los elementos señalados (P, O, Z-Y-A y ?) y explica qué ocurre con la expresión de los genes estructurales en cada situación.

¿Qué es un promotor y qué papel desempeña en la regulación de la transcripción? Explica qué puede ocurrir si una mutación inutiliza el promotor de un gen.

En las células eucariotas el ADN se empaqueta unido a histonas formando la cromatina. Explica cómo influye el grado de compactación de la cromatina en la expresión de los genes.

Una cepa de E. coli crece en un medio con glucosa y sin lactosa. Explica cuál será el estado del operón lac en esas condiciones y describe qué ocurrirá con la expresión de sus genes estructurales cuando se agote la glucosa y se añada lactosa al medio.

Compara la regulación de la expresión génica en procariotas y en eucariotas (número de niveles de control, velocidad de respuesta al medio, organización de los genes) y razona por qué en las células eucariotas existen más puntos posibles de regulación.

Solo alrededor del $1.5\ \%$ del genoma humano corresponde a secuencias codificantes de proteínas. Calcula a cuántos pares de bases equivale ese porcentaje en un genoma de $3 \times 10^9$ pares de bases y explica qué se sabe hoy del resto del genoma (secuencias reguladoras, intrones, elementos móviles, repeticiones).

Analiza la siguiente tabla con datos genómicos de tres organismos representativos:

1. a) Un estudiante afirma que, dado que Paris japonica tiene un genoma casi 50 veces mayor que el humano, debe poseer una complejidad biológica y anatómica proporcionalmente superior. Rebate su afirmación a partir de los datos y explica en qué consiste la paradoja del valor C.
2. b) A la vista de los datos de la tabla, razona qué tipos de secuencias constituyen la gran mayoría del ADN no codificante en los eucariotas y por qué una bacteria no puede tolerar una proporción tan elevada de ADN no codificante.

A finales del siglo XIX, August Weismann propuso que la diferenciación celular durante el desarrollo embrionario se producía por una pérdida selectiva y progresiva de genes: cada estirpe celular conservaría únicamente el ADN necesario para desempeñar su función especializada.

1. a) Describe el fundamento de un experimento histórico (como la transferencia nuclear en anfibios de Gurdon o la clonación de la oveja Dolly) y razona cómo sus resultados refutaron definitivamente la hipótesis de Weismann.
2. b) Si una neurona y un hepatocito de un mismo individuo humano adulto poseen exactamente el mismo genoma, justifica qué mecanismos moleculares (factores de transcripción específicos y modificaciones epigenéticas como la metilación del ADN y la acetilación de histonas) permiten que cada una exprese un conjunto de proteínas en gran parte diferente y mantenga su identidad de manera estable.