Ejercicios: La expresión génica

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

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

Observa el esquema del flujo de la información genética. Indica 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.

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

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

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

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

Describe 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.

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

Consultando una tabla del código genético, traduce el siguiente ARNm: 5'-AUGGCUUAA-3'. Indica la secuencia de aminoácidos resultante y explica qué papel desempeñan el primer y el último codón del fragmento.

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

La hebra codificante de un gen tiene la secuencia 5'-ATGGCTTAA-3'. Indica la secuencia del ARNm transcrito, razona por qué es casi idéntica a la hebra codificante y explica qué papel desempeña entonces la otra hebra del ADN en la transcripción.

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

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

Durante la traducción, el ARNm se lee en codones consecutivos, sin separadores entre ellos. Explica qué es el marco de lectura y razona qué le ocurriría a la proteína sintetizada si el ribosoma comenzara la lectura un nucleótido antes de la posición correcta.

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

El código genético es degenerado. Explica qué significa esta característica y qué ventaja representa frente a las mutaciones puntuales que cambian una base.

Observa el esquema de un ribosoma en plena traducción. Indica cuál es el anticodón del ARNt señalado con ?, qué aminoácido transporta el ARNt unido al codón AUG y explica qué ocurrirá cuando el ribosoma alcance el codón UAA situado más a la derecha.

En las células eucariotas el ARNm recién transcrito sufre un procesado antes de salir del núcleo. Explica en qué consiste el splicing, qué son los intrones y los exones, y razona cómo el splicing alternativo permite que un mismo gen origine varias proteínas diferentes.

La estreptomicina y otros antibióticos bloquean la traducción en los ribosomas bacterianos ($70\text{S}$) pero apenas afectan a los ribosomas de las células humanas ($80\text{S}$). Explica por qué estos antibióticos resultan eficaces contra las infecciones bacterianas sin dañar apenas nuestras células, relacionándolo con las diferencias estructurales entre ambos tipos de ribosomas.

El tercer nucleótido del codón admite apareamientos menos estrictos con el anticodón (hipótesis del bamboleo o wobble). Explica en qué consiste esta flexibilidad, cómo permite que un mismo ARNt reconozca varios codones y qué relación tiene con la degeneración del código genético.

Se ha secuenciado el ARNm maduro de un gen humano y tiene $1200$ nucleótidos, mientras que el gen completo en el ADN ocupa $24000$ pares de bases. a) Propón una explicación para esta gran diferencia de longitud. b) Calcula cuántos aminoácidos tendrá, como máximo, la proteína codificada. c) Razona por qué en distintos tejidos podrían encontrarse ARNm maduros de longitudes diferentes procedentes del mismo gen.

En las mitocondrias humanas y en algunos organismos, el código genético presenta pequeñas variaciones: por ejemplo, el codón UGA codifica triptófano en lugar de ser un codón de terminación. Razona qué sugiere este hecho sobre el origen y la evolución del código genético y por qué, a pesar de estas excepciones, se sigue considerando un código casi universal.

Compara la expresión génica en bacterias y en células eucariotas atendiendo a la localización de la transcripción y de la traducción, y explica qué significa que en las bacterias ambos procesos estén acoplados (los ribosomas se unen al ARNm mientras se está transcribiendo) y qué ventajas y limitaciones ofrece esa organización.