La expresión génica

¿Qué enzima cataliza la transcripción del ADN a ARN? Indicá sobre cuál de las dos hebras del gen actúa y en qué sentido sintetiza la molécula de ARN.

Indicá dos diferencias estructurales entre el ADN y el ARN, y explicá qué bases se emparejan durante la transcripción cuando la hebra molde presenta una adenina o una timina.

A partir de la cadena molde de ADN 3'-TACGGAACT-5', obtené la secuencia del ARNm mensajero resultante indicando su polaridad, y señalá cuántos aminoácidos como máximo puede codificar ese fragmento.

¿Qué es un codón? Indicá cuántos nucleótidos lo forman, cuántos codones distintos existen y cuántos aminoácidos diferentes codifican en conjunto.

Observá el esquema del flujo de la información genética. Indicá qué moléculas se señalan con A, B y C, qué procesos ocurren en las flechas 1 y 2, y qué representa la zona rodeada con línea discontinua.

Considerá el siguiente fragmento de la secuencia codificante de un ARNm que se traduce en una proteína citoplasmática:

$5'\text{--- AUG - UCU - UCC - UCA - UCG --- } 3'$

(Nota: los cuatro codones que siguen al codón de inicio AUG codifican todos el aminoácido serina).

1. a) A partir de este caso concreto, justificá por qué el código genético es degenerado y demostrá que esta propiedad no equivale a decir que el código sea «ambiguo».
2. b) Suponé que se introducen dos mutaciones puntuales independientes: el Mutante 1 cambia el segundo codón de UCU a UCC; el Mutante 2 cambia el tercer codón de UCC a UAC (que codifica tirosina). Compará el impacto de ambas mutaciones en la secuencia de aminoácidos de la proteína y clasificá cada mutación según su efecto funcional.
3. c) Razoná qué ventaja adaptativa confiere el hecho de que la degeneración del código genético se concentre casi siempre en la tercera base de cada triplete (hipótesis del balanceo) en lugar de en la primera o la segunda frente a las mutaciones puntuales espontáneas.

A partir de la siguiente tabla del código genético:

1. a) Traducí el siguiente $\text{ARNm}$: $5'\text{-AUGGCUUAA-}3'$, e indicá la secuencia de aminoácidos resultante.
2. b) Explicá qué papel desempeñan el primer y el último codón del fragmento.

Diferenciá la función del ARNm, del ARNt y del ARNr en la síntesis de proteínas, indicando qué aporta cada tipo de ARN al proceso.

Describí brevemente qué hace el ribosoma durante la traducción: cómo lee el ARNm, cómo llegan los aminoácidos y qué tipo de enlace se forma entre ellos.

¿Cuál es el codón de iniciación de la traducción y qué aminoácido codifica? Explicá qué función cumplen los codones de terminación y qué ocurre cuando el ribosoma alcanza uno de ellos.

Describí la estructura característica de un ARNt (forma de trébol, anticodón y extremo 3') y explicá cómo logra la célula que cada ARNt se cargue con su aminoácido correcto, mencionando las enzimas responsables.

El siguiente esquema representa un ribosoma funcional durante la fase de elongación de la traducción:

1. a) Deducí justificadamente la polaridad (extremos $5'$ y $3'$) de la cadena de ARNm y el sentido en el que se desplazará el ribosoma a lo largo de ella.
2. b) Escribí la secuencia del anticodón del ARNt interrogado (?) especificando obligatoriamente su polaridad $5'\to 3'$ y razoná qué aminoácido transporta sabiendo que el codón GCU codifica alanina.
3. c) En una cepa mutante se produce un ARNt supresor capaz de reconocer el codón UAA introduciendo el aminoácido tirosina. Predecí qué ocurrirá con la traducción y con la longitud de la proteína resultante cuando el ribosoma alcance la posición señalada con el codón de stop respecto a la célula silvestre.

Una proteína está formada por $300$ aminoácidos. a) Calculá cuántos nucleótidos tiene, como mínimo, el ARNm maduro que la codifica, incluyendo el codón de terminación. b) Calculá cuántos pares de bases ocuparía el gen en un organismo sin intrones. c) Razoná por qué en los organismos eucariotas el gen suele ser mucho más largo que el ARNm maduro correspondiente.

En el genoma humano, el gen de la fibronectina contiene numerosos exones e intrones. En los fibroblastos da lugar a una isoforma proteica insoluble que forma parte de la matriz extracelular, mientras que en los hepatocitos origina una isoforma soluble que circula en el plasma sanguíneo.

1. a) Justificá mediante qué mecanismo molecular una única secuencia de ADN genómico puede dar lugar a estas dos proteínas con funciones y localizaciones tan distintas.
2. b) Un paciente presenta una mutación puntual consistente en una transición (G por A) en el sitio aceptor de corte y empalme (splicing) del intrón 4 de este gen. Predecí dos posibles alteraciones en la estructura del ARNm maduro resultante y sus consecuencias sobre la proteína sintetizada.
3. c) Si clonamos este gen humano intacto (con todos sus intrones y exones) en un plásmido y lo introducimos en Escherichia coli, razoná si la bacteria sintetizará la fibronectina humana funcional.

Se estudia un gen humano de $24\,000$ pares de bases (pb) que consta de $8$ exones y $7$ intrones. Tras procesarse por completo, su ARNm maduro en células musculares tiene una longitud de $1200$ nucleótidos (incluyendo las regiones UTR y la cola de poli-A).

1. a) Si se hibrida en el laboratorio la hebra molde del ADN genómico con dicho ARNm maduro muscular y se observa el heteroduplex resultante al microscopio electrónico, predecí qué morfología presentará y cuántos bucles monocatenarios se observarán como máximo. Justificá de qué ácido nucleico estará formado cada bucle.
2. b) Un estudiante afirma que, al tener $1200$ nucleótidos, la proteína resultante tendrá exactamente $400$ aminoácidos de longitud. Refutá razonadamente esta afirmación aportando al menos dos argumentos de índole molecular.
3. c) En tejido nervioso se aísla un ARNm maduro procedente del mismo gen pero con un tamaño de $1500$ nucleótidos. Razoná qué fenómeno ha ocurrido y predecí si la proteína neuronal será necesariamente más larga que la muscular, justificando tu respuesta.

Definí transcripción y traducción e indicá en qué lugar de la célula eucariota tiene lugar cada uno de estos procesos.

Definí qué es un gen desde el punto de vista de la expresión génica e indicá qué dos tipos de productos funcionales puede generar un gen al expresarse.

Ordená las siguientes etapas de la expresión génica en una célula eucariota y justificá el orden elegido: unión del ARNm al ribosoma, procesado del ARNm, traducción en el citosol, salida del ARNm del núcleo, transcripción en el núcleo.