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La genética y la evolución · El material hereditario

La expresión génica

Te conviene dominar: Tipos de células: procariota y eucariotas (1° de secundaria)

El maíz de una tortilla y el de un elote tienen el mismo ADN en cada grano, pero solo en algunas células se fabrica la proteína que da el color azul al maíz pigmentado. ¿Cómo "usa" una célula la información que guarda su ADN, y por qué no todas las células fabrican las mismas proteínas? Ese proceso en dos etapas, transcripción y traducción, se llama expresión génica.

La transcripción: de ADN a ARNm

El ADN guarda las instrucciones dentro del núcleo y no sale de él, pero los ribosomas que fabrican las proteínas están en el citoplasma. ¿Cómo viaja la información sin arriesgar el original? Haciendo una copia de trabajo.

Transcripción en el núcleo: una enzima, la ARN polimerasa, abre la doble hélice de ADN y sintetiza un ARNm complementario a la cadena molde. Después, el ARNm sale por un poro nuclear al citoplasma. citoplasma núcleo 3' 5' ADN 5' ARNm (copia complementaria) poro nuclear sale al citoplasma 5' 3' ARNm maduro cadena molde (ADN) ARN polimerasa
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Explica con tus palabras qué significa que una célula «expresa un gen» y por qué el resultado final de esa expresión es una proteína.

Explica con tus palabras qué significa que una célula «expresa un gen» y por qué el resultado final de esa expresión es una proteína.

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La cadena molde de un gen tiene la secuencia 3'-TAC GGA TTT-5'. Escribe la secuencia del ARN mensajero que se sintetiza a partir de ella, teniendo en cuenta que en el…

La cadena molde de un gen tiene la secuencia 3'-TAC GGA TTT-5'. Escribe la secuencia del ARN mensajero que se sintetiza a partir de ella, teniendo en cuenta que en el ARN la timina se sustituye por el uracilo.

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El código genético: tripletes y degeneración

¿Por qué tres bases? Con 4 letras, grupos de 1 darían solo 4 combinaciones y grupos de 2 darían 16: no alcanzan para 20 aminoácidos. Con 3 se tienen 64, suficientes.

Un codón o triplete de ARNm, AUG, se traduce en el aminoácido metionina; hay 64 codones para 20 aminoácidos, por lo que el código es degenerado. ARNm A U G codón AUG (inicio) metionina 64 codones 20 aminoácidos → código degenerado
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¿Qué es el código genético? Explica qué es un codón y cuántas bases lo forman.

¿Qué es el código genético? Explica qué es un codón y cuántas bases lo forman.

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Se analizan dos pacientes con mutaciones puntuales en el mismo codón de su ARNm maduro, que originalmente era GAA (codifica ácido glutámico): En el paciente A, el codón…

Se analizan dos pacientes con mutaciones puntuales en el mismo codón de su ARNm maduro, que originalmente era GAA (codifica ácido glutámico):

  • En el paciente A, el codón muta a GAG (codifica ácido glutámico).

  • En el paciente B, muta a GUA (codifica valina).

  1. a) Basándote en las propiedades del código genético, justifica por qué el paciente A no manifiesta ninguna alteración mientras que el paciente B presenta una enzima no funcional.
  2. b) ¿Podría existir una «mutación silenciosa» como la del paciente A si el código genético no fuese degenerado? Justifica tu respuesta deduciendo qué consecuencias tendrían las mutaciones en un código hipotético con un solo codón por aminoácido.
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La traducción y el marco de lectura

El mensaje del ARNm usa solo 4 letras (A, U, G, C), pero las proteínas se arman con 20 aminoácidos. Ya vimos la clave: se leen de tres en tres. Falta ver quién lo hace.

Animación de la traducción: el ARNm se desliza por el ribosoma un codón cada vez; en cada paso llega un aminoácido nuevo que se une a la cadena, que sale por la izquierda del ribosoma. Al llegar al codón de paro, marcado en naranja, la proteína se libera y todo vuelve al inicio. cadena de aminoácidos = proteína ribosoma ARNm leído triplete a triplete

Resumiendo las diferencias entre las dos etapas:

Transcripción Traducción
Molécula que se fabrica ARNm Proteína (cadena de aminoácidos)
Lugar (célula eucariota) Núcleo Ribosomas en el citoplasma
Molde Cadena molde del ADN ARNm
Participan ARN polimerasa Ribosoma y ARNt
Esquema de una célula eucariota: en el núcleo ocurre la transcripción de ADN a ARNm y en el citoplasma, en el ribosoma, la traducción de ARNm a proteína. núcleo ADN transcripción ARNm traducción (ribosoma) proteína
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Observa el esquema de una célula eucariota en la que se representa la expresión de un gen: los marcadores ?1 y ?2 señalan dónde ocurren la transcripción y la traducción,…

Observa el esquema de una célula eucariota en la que se representa la expresión de un gen: los marcadores ?1 y ?2 señalan dónde ocurren la transcripción y la traducción, sin indicar cuál es cuál. Indica qué proceso ocurre en cada punto señalado y en qué lugar de la célula se encuentra.

Citoplasma Núcleo ADN ARNm Ribosoma Proteína ?1 ?2
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Establece dos diferencias entre la transcripción y la traducción: la molécula que se fabrica en cada proceso y el lugar donde ocurre.

Establece dos diferencias entre la transcripción y la traducción: la molécula que se fabrica en cada proceso y el lugar donde ocurre.

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Explica el papel del ribosoma y del ARN de transferencia (ARNt) durante la traducción: ¿dónde se une cada uno y qué transporta el ARNt?

Explica el papel del ribosoma y del ARN de transferencia (ARNt) durante la traducción: ¿dónde se une cada uno y qué transporta el ARNt?

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Una bacteria sintetiza un oligopéptido a partir del siguiente fragmento de ARNm maduro: 5'-... AUG GCC UUU UAA ...-3' Un agente mutágeno provoca la deleción (pérdida)…

Una bacteria sintetiza un oligopéptido a partir del siguiente fragmento de ARNm maduro:

5'-... AUG GCC UUU UAA ...-3'

Un agente mutágeno provoca la deleción (pérdida) del primer nucleótido del codón GCC (la primera citosina), quedando la secuencia: 5'-... AUG GCU UUU AA...-3'.

Sabiendo que:

  • AUG = Metionina (inicio)

  • GCC = Alanina; GCU = Alanina; UUU = Fenilalanina; UUA = Leucina

  • UAA = Fin (terminación)

  1. a) Escribe la secuencia de aminoácidos resultante antes y después de la mutación.
  2. b) Justifica por qué una mutación por cambio de fase de lectura (deleción o inserción) suele tener consecuencias mucho más graves para la función de una proteína que una mutación por sustitución de una única base.
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La expresión génica diferencial

¿Por qué importa? Si cada célula usara todos los genes a la vez, no habría tejidos especializados. Lo que distingue a una célula no es el ADN que tiene, sino los ARNm y las proteínas que produce.

Una neurona, una célula muscular y una célula de la piel tienen en su núcleo el mismo ADN con los mismos genes, pero cada una activa un subconjunto distinto de esos genes. El mismo ADN en todas las células ADN genes neurona célula muscular célula de la piel gen activo (se expresa) gen inactivo (silenciado) cada tipo celular expresa un subconjunto distinto de genes

Vuelve al principio: el grano de maíz pigmentado tiene el gen del color en todas sus células, pero solo se expresa (se transcribe y se traduce) en las células donde se necesita esa proteína.

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Un estudiante afirma: «Dado que una neurona y una célula de la piel tienen funciones y formas completamente distintas, sus moléculas de ADN deben ser diferentes; por…

Un estudiante afirma: «Dado que una neurona y una célula de la piel tienen funciones y formas completamente distintas, sus moléculas de ADN deben ser diferentes; por ejemplo, la neurona ha eliminado los genes de las proteínas de la piel que no necesita».

  1. a) Rebate la afirmación del estudiante explicando qué encontraríamos realmente si secuenciamos el ADN genómico de ambos tipos celulares.
  2. b) Si el ADN es idéntico, predice y justifica qué diferencias esperarías encontrar al analizar los tipos de ARNm y de proteínas presentes en el citoplasma de ambas células.
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Resumen

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