Ejercicios: La expresión génica

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

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.

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

Explica qué es una proteína y cita tres funciones distintas que realizan las proteínas en los seres vivos, con un ejemplo de cada una.

Define la transcripción: qué molécula sirve de molde, qué molécula se fabrica y en qué parte de la célula eucariota ocurre.

El ADN nunca sale del núcleo, pero los ribosomas están en el citoplasma. Explica qué problema plantea esto para fabricar proteínas y cómo lo resuelve el ARN mensajero.

Explica qué es un aminoácido y cómo se forma una proteína a partir de ellos: qué es una cadena polipeptídica y qué determina el orden en que se unen los aminoácidos.

Durante la transcripción, cada base de la cadena molde del ADN determina qué base llevará el ARNm. Indica qué base pondrá el ARNm frente a una A, una T, una G y una C del molde, recordando que en el ARN no hay timina.

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

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.

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

Un ARN mensajero lleva la secuencia 5'-AUG GCU CAA-3'. Reconstruye la secuencia de la cadena molde del ADN a partir de la cual se transcribió, indicando su dirección.

Estas etapas de la expresión de un gen están desordenadas: la proteína queda terminada; el ARNm sale del núcleo; el ARNm se une a un ribosoma; el ADN se transcribe. Ordénalas y descríbelas en una frase cada una.

La transcripción y la replicación se parecen porque en ambas se «lee» una cadena de ADN y se fabrica una molécula complementaria. Explica dos diferencias fundamentales entre ambos procesos: qué se copia en cada caso y qué molécula se obtiene.

La insulina es una proteína de $51$ aminoácidos. Teniendo en cuenta que el ARNm necesita también un codón de terminación, calcula cuántos nucleótidos tiene como mínimo la parte codificante de su ARNm y explica el cálculo.

El ribosoma lee el ARNm en codones consecutivos, sin saltarse bases. Razona qué les ocurre a todos los codones que siguen a un punto en el que se ha insertado una base de más, y por qué se dice que se «desplaza el marco de lectura».

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.

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.

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.

Imagina una célula mutante hipotética en la que no existe la molécula de ARNm: los ribosomas se introducen directamente en el núcleo y traducen las proteínas leyendo directamente la doble hélice del ADN.

Evalúa esta situación planteando dos inconvenientes biológicos graves que tendría este mecanismo: uno relacionado con la integridad y protección del material genético, y otro relacionado con la velocidad de respuesta y la capacidad de amplificación cuando la célula necesita producir miles de copias de una proteína en poco tiempo.

Gracias a la ingeniería genética es posible introducir el gen de la insulina humana en la bacteria Escherichia coli y lograr que esta bacteria fabrique insulina idéntica a la nuestra.

1. a) ¿Qué característica fundamental del código genético hace posible que una bacteria interprete correctamente las instrucciones de un gen humano? Justifica qué conclusión evolutiva sobre el origen común de todos los seres vivos se extrae de este hecho.
2. b) Imagina que el código genético no compartiera esta característica y fuera específico de cada especie. ¿Qué sucedería al introducir el gen humano en la bacteria? Justifica tu deducción.