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.

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.

En un laboratorio se estudia una cepa mutante de Escherichia coli que presenta una deleción completa en el gen regulador lacI (fenotipo I⁻). Un alumno predice que esta bacteria transcribirá de forma máxima los genes estructurales del operón lac en cualquier circunstancia, ya que el represor nunca se unirá al operador.

Para poner a prueba su hipótesis, la cepa se cultiva en tres medios con concentraciones equivalentes de nutrientes básicos:

• Medio A: glucosa como única fuente de carbono.

• Medio B: presencia simultánea de glucosa y lactosa.

• Medio C: lactosa como única fuente de carbono.

1. a) Evalúa si la predicción del alumno es correcta. Justifica qué nivel de transcripción del operón (nulo, basal muy bajo o alto) se observará en cada uno de los tres medios, detallando el mecanismo molecular implicado (papel del complejo CAP-cAMP y de la adenilil ciclasa).
2. b) Predice razonadamente qué ocurriría con la transcripción en el Medio C si la cepa sufriese una segunda mutación que inactivase el gen de la proteína CAP.

¿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.

En una biopsia de carcinoma colorrectal se detecta que el gen supresor de tumores MLH1 está totalmente silenciado, lo que impide la reparación de emparejamientos erróneos en el ADN. Al secuenciar el gen en el tumor, su secuencia de nucleótidos es idéntica a la del tejido sano; sin embargo, un análisis molecular revela una densa hipermetilación de citosinas en islas CpG de su región promotora. Al cultivar las células tumorales con 5-azacitidina (inhibidor de las ADN metiltransferasas), se reanuda la expresión de MLH1.

1. a) A partir de estos datos, justifica por qué el silenciamiento de MLH1 en este tumor constituye un evento epigenético y no una mutación genética.
2. b) Explica el mecanismo físico-molecular por el cual la presencia de grupos metilo en las citosinas del promotor impide la transcripción del gen, haciendo referencia a la unión de factores de transcripción y a la remodelación de la cromatina.
3. c) Cuando estas células tumorales tratadas con 5-azacitidina se dividen en un medio sin el fármaco, las nuevas generaciones celulares pueden heredar el patrón de metilación y volver a silenciar el gen. Justifica cómo se mantiene y transmite la metilación del ADN durante la replicación celular mediante las metiltransferasas de mantenimiento.

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

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.