UD 12. GENÉTICA MOLECULAR Y EVOLUCIÓN (+CÁNCER)

 

UNIDAD 12. GENÉTICA MOLECULAR Y EVOLUCIÓN

D.1. – Replicación.

D.1.1.- Identificación del ADN como portador de la información genética.

• Concepto de información genética, almacenamiento y transmisión a través del ADN.

• Concepto de gen como secuencia de un ácido nucleico portador de información (proteína, ARN de diferentes tipos, reguladora).

• Experimento de Griffith: bases científicas y comprensión de los resultados. (No prioritario este curso).

• Experimento de Avery, McCarty MacLeod: bases científicas y comprensión de los resultados. (No prioritario).

• Experimento de Hershey y Chase: bases científicas y comprensión de los resultados. (No prioritario).

D.1.2.- Analizar la replicación del ADN a través del modelo procariota y diferencias con el eucariota.

• Características de la replicación en Procariotas: bidireccional y semiconservativa.

• Experimento de Meselson y Stahl: bases científicas y comprensión de los resultados. (No prioritario).

• El mecanismo de la replicación: componentes y desarrollo del proceso.

Hebra conductora y hebra retardada: fragmentos de Okazaki.

• Comparación del proceso replicativo entre Eucariotas y Procariotas (pregunta abierta).

• Corrección de errores en la replicación (para relacionar con el apartado de mutaciones) (no prioritaria).

D.2.- Expresión génica

D.2.1.- Identificación de las etapas generales de la expresión génica utilizando un modelo procariota y diferencias con la célula eucariota.

• El flujo completo de la información genética en los seres vivos.

o Mencionar la posibilidad alternativa del ARN como portador y transmisor de la información.

o Transcriptasa reversa.

• Transcripción genética en Procariotas. Etapas y componentes implicados.

• Comparación del proceso de transcripción entre Eucariotas y Procariotas (pregunta abierta).

• Procesamiento y maduración del ARN. Concepto de intrones y exones.

D.2.2.- Características del código genético y resolución de problemas relacionados con él.

• El código genético: características

• El proceso de traducción en Procariotas. Etapas y componentes implicados.

• Comparación del proceso de traducción entre Eucariotas y Procariotas (pregunta abierta).

• Problemas sobre el proceso de la replicación, la transcripción y la traducción. Destacar la importancia del codón de iniciación y de los codones de terminación.

D.2.3.- Comparación características generales del genoma y expresión génica en procariotas y eucariotas.

• Concepto de genoma.

• Tipos de genomas: víricos, de organismos Procariotas y de organismos Eucariotas. Referencia genoma humano.

D.3.- Mutación y evolución.

D.3.1.- Concepto y tipos de mutaciones.

• Concepto y ejemplos de agentes mutagénicos físicos, químicos y biológicos (pregunta abierta en los ej).

• Tipos de mutaciones:

• génicas o puntuales: sustituciones, inserciones y deleciones

• cromosómicas: inversiones, duplicaciones, deleciones y traslocaciones.

• genómicas: poliploidías, haploidías, aneuploidías (nulisomías, monosomías, trisomías.

§ Interpretación de cariotipos.

D.3.2.- Argumentación sobre la relación de mutaciones, replicación del ADN, la evolución y la diversidad.

• Mutación, recombinación y reproducción sexual como bases de la evolución desde la perspectiva neodarwinista.

D.3.3.- Valoración de la importancia de la regulación de la expresión génica en la diferenciación celular.

• Diferenciación y especialización celular como resultado de la regulación de la expresión génica. Tipos de células progenitoras. Concepto de célula madre y tipos:

o Totipotentes o Pluripotentes o Multipotentes o Unipotenteso Células diferenciadas o esspecializadas

D.3.4.- Relación entre mutaciones, replicación del ADN y la evolución y la diversidad. tratado en D.3.2

D.3.5.- Valoración de la importancia de la regulación de la expresión génica en la diferenciación celular.

Ya tratado en D.3.3

1. La genética molecular o química de la herencia. Identificación del ADN como portador de la información genética

1. Experimentos de Griffith, Avery, McLeod Y McCarty

2. Experimento de Meselson y Stahl

3. El material genético en procariotas y eucariotas

4. Dogma central de la Biología Molecular

2. La replicación o autoduplicación del ADN

2.1. Etapas de la replicación en procariotas

2.2. Diferencias entre el proceso replicativo entre eucariotas y procariotas

3. La expresión de los genes:

3.1. Transcripción del ADN en procariotas y eucariotas

3.2. El código genético en la información genética:

3.2.1. Características del código genético

3.2.2. Traducción o biosíntesis de proteínas en procariotas y eucariotas

4. Las mutaciones:

4.1. Concepto de mutación

4.2. Tipos de mutaciones

4.3. Los agentes mutagénicos

4.4. Mutaciones y cáncer

4.5. Implicaciones de las mutaciones en la evolución y en la aparición de nuevas especies

1. LA GENÉTICA MOLECULAR O QUÍMICA DE LA HERENCIA. EL ADN COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

    Durante muchos años se dudó de si la información genética radicaba en las proteínas o en los ácidos nucleicos, ya que ambos estaban constituidos por una cadena de pequeñas moléculas cuya secuencia podía contener dicha información. Los requisitos que esa molécula, portadora de información genética, debería cumplir son los siguientes:

1. Ser una molécula químicamente estable.

2. Que pueda replicarse o hacer copias de sí misma.

3. Debe transmitir la información a las células hijas.

4. Debe ser susceptible de sufrir cambios, necesario para la variabilidad y la evolución.

    Hoy sabemos que la información genética está contenida en los ácidos nucleicos, sin embargo, esto es algo relativamente reciente, ya que hasta el siglo pasado lo más aceptado por la comunidad científica era que esa información genética se encontraba contenida en las proteínas (combinación de 20 aa y no sólo 4 nucleótidos).

    La presencia de ADN en el núcleo y en los cromosomas dio lugar a las sospechas de que la información genética estaba contenida en esa molécula, aunque las proteínas también se encontraban en los cromosomas. Se suponía que era el ADN, porque las proteínas asociadas al mismo eran siempre las mismas, a pesar de tratarse de especies diferentes, además, eran moléculas con una estructura muy simple. Otros aspectos que hicieron pensar en el ADN como portador del mensaje genético fueron:

• La cantidad de ADN en las células de individuos de la misma especie era constante.

• La luz ultravioleta, la más absorbida por el ADN, provocaba además mutaciones.

1.1. Experimento de Griffith, Avery, McLeod y McCarty (No prioritario)

La primera prueba que apoyó que la información genética estaba contenida en el ADN fue el experimento realizado por Griffith (1928). Griffith había trabajado con la bacteria que provocaba la neumonía en los mamíferos, un neumococo denominado Diplococus pneumoniae, del cual existen dos cepas distintas: una virulenta de cubierta lisa, denominada S1 (con una cápsula que forma una capa mucosa que las protege de los fagocitos), y otra aparecida por mutaciones de la anterior que es inofensiva, de cubierta rugosa, denominada R2. El experimento llevado a cabo por Griffith puede observarse en el siguiente dibujo:

    Griffith dedujo que las bacterias S1 virulentas muertas podían transmitir un “factor transformante” a las R2, convirtiéndolas en patógenas. La presencia de este factor transformante en el medio daba lugar a que las bacterias R2 vivas sintetizaran la cápsula polisacárida convirtiéndolas en bacterias S1 virulentas.

En 1944 Avery, McLeod y McCarty, se propusieron encontrar el factor transformante o componente que transmitía el carácter heredable (fabricación de la cápsula) y llegaron a la conclusión de que sólo las bacterias virulentas S1 que contenían ADN, producían dicha transformación. Por lo tanto, fueron ellos los que descubrieron que era el ADN la molécula portadora de la información genética.

1.2. Experimento de Meselson y Stahl. (No prioritario)

Para explicar el proceso de replicación o duplicación del ADN, se propusieron tres hipótesis: la hipótesis semiconservativa, la hipótesis conservativa y la hipótesis dispersiva:

• Hipótesis conservativa: propone que tras la replicación o duplicación del ADN, quedan, por un lado, las dos hebras o cadenas antiguas juntas y, por otro, dos hebras nuevas.

• Hipótesis semiconservativa: fue propuesta por Watson y Crick, en ella se sostiene que en las dos nuevas moléculas de ADN, una de las dos hebras sería la antigua, que actuaría como molde, y la otra, la moderna, se formará por la polimerización de nucleótidos libres, sobre ese molde por complementariedad de bases nitrogenadas.

• Hipótesis dispersiva: propone que las hebras de las moléculas de ADN, estarían constituidas por fragmentos distintos de ADN antiguo y de ADN recién sintetizado.

El experimento definitivo que ayudó a dilucidar la hipótesis correcta de las tres propuestas fue el llevado a cabo por Meselson y Stahl en 1957. La hipótesis confirmada fue la semiconservativa.

Meselson y Stahl cultivaron bacterias (Escherichia coli) en un medio con nitrógeno pesado (N¹⁵). El N¹⁵ es un isótopo del nitrógeno normal o N¹⁴. Tiene el mismo número de e- y de p+ (7 p⁺ y 7 e^-) que el átomo de N¹⁴, de ahí que tenga el mismo comportamiento químico, pero posee un neutrón más (8 n), por lo que pesa más que el N¹⁴. Su peso atómico es 15 (7 + 8 = 15) y no 14. Esto conlleva a que las moléculas de ADN sintetizadas con N¹⁵ pesen más que las constituidas con N¹⁴, lo que permite separarlas mediante centrifugación, utilizando un medio que presente un gradiente de densidades. Las moléculas de ADN “ligero” quedan más arriba y las de ADN “pesado” quedan más abajo en el tubo de la centrífuga. Para realizar el experimento, pasaron las bacterias cultivadas con N¹⁵ a un medio con N¹⁴ durante una media hora, que es el tiempo necesario para que se replique el ADN bacteriano, lo extrajeron y lo centrifugaron. Se pudo comprobar que el ADN recién sintetizado ocupaba, en el tubo de centrifugación, una posición que era intermedia entre la que ocupaba el ADN con N¹⁵ y el ADN con N¹⁴. Se trataba, pues, de un ADN “híbrido” y por lo tanto, se debía de descartar la hipótesis conservativa.

Si en lugar de dejar las bacterias en N¹⁴ durante una división, se las dejaba durante dos, aparecían dos tipos de ADN, uno híbrido y otro ligero. Si se dejaban durante tres, el ADN híbrido era en proporción, mucho menos importante. Esto descartaba la hipótesis dispersiva y demostraba la hipótesis conservativa. Estos investigadores, posteriormente, separaron las dos cadenas del ADN híbrido y pudieron comprobar que una de las hebras era pesada y otra era ligera, confirmando definitivamente la hipótesis semiconservativa.

1.3. El material genético en procariotas y eucariotas

Las diferencias más importantes entre el ADN de procariotas y eucariotas son las siguientes:

PROCARIOTAS	EUCARIOTAS
Contienen una menor cantidad de ADN. El ADN no se encuentra asociado a histonas. El 100 % del ADN codifica para proteínas, por lo que no posee secuencias repetidas que no codifican. Los genes son continuos (sólo presentan exones) y por lo tanto los ARNm no necesitan un proceso de maduración después de la transcripción.	Contienen una mayor cantidad de ADN. El ADN se encuentra asociado a histonas. Sólo el 10 % del ADN codifica para proteínas, el 90% restante corresponde a secuencias repetidas que juegan un papel importante en la estabilidad cromosómica. Los genes son discontinuos (presentan tanto intrones como exones), por lo que, los ARNm necesitan un proceso de maduración después de la transcripción.

1.4. EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

En la actualidad se sabe que la información genética de la célula es la causa de la síntesis de proteínas específicas, entre ellas las enzimas, responsables de las características Eª y funcionales de un organismo.

Las investigaciones aclararon que la expresión del mensaje genético, es decir, la ejecución de las órdenes contenidas en la molécula de ADN, consistía en la síntesis de proteínas específicas.

Francis Crick enunció en 1970 en dogma central de la biología molecular, hoy perfectamente demostrado, que dice lo siguiente: “El ADN copia una parte de su mensaje (GEN) sintetizando una molécula de ARN mensajero (proceso denominado transcripción), la cual constituye la información utilizada por los ribosomas para la síntesis de una proteína (proceso de traducción)”.

Por tanto, el flujo de la información genética se produce de la siguiente manera:

    Así, el mensaje genético se transmite en 2 etapas sucesivas, donde el ARNm es un intermediario imprescindible.

Existen algunas excepciones a este dogma central. Los retrovirus poseen ARN (virus de ARN como el del SIDA, GRIPE, COVID) como material genético y cuando se introducen en una célula son capaces de sintetizar ADN utilizando como molde su ARN. Para ello resulta imprescindible la enzima denominada transcriptasa inversa o retrotranscriptasa. Posteriormente, el ADN transcrito se integra en el ADN celular.

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2. LA REPLICACIÓN O AUTODUPLICACIÓN DEL ADN

La replicación es el proceso a partir del cual cada hebra o cadena de la doble hélice original sirve de molde para la formación de una nueva cadena complementaria, de manera que al final del proceso se forman dos dobles hélices con secuencias de nucleótidos idénticas.

La precisión necesaria en la replicación del ADN implica un mecanismo complejo para asegurar la obtención de copias idénticas. La replicación se lleva a cabo durante la fase S del ciclo celular. Originalmente fue estudiada en células procariotas, pero posteriormente se comprobó que el mecanismo es similar en las eucariotas, aunque no idéntico.

2.1. Etapas de la replicación en procariotas

Las bacterias presentan un único cromosoma de ADN circular. La replicación comienza en un punto donde se produce una burbuja de replicación, que se extiende y forma dos horquillas de replicación en las que cada hebra sirve de molde para sintetizar la complementaria. Las horquillas se extienden en sentidos opuestos hasta que se encuentren, momento en que se separan los dos nuevos cromosomas.

El proceso de replicación del ADN en procariotas se divide en tres etapas: la iniciación, la elongación y la finalización. Finalmente se produce la corrección de errores.

vídeo opción 2

• Fase de iniciación: desenrollamiento y apertura de la doble hélice

La replicación comienza en ciertas zonas del ADN donde existen determinadas secuencias de nucleótidos (Nt). En el cromosoma bacteriano, la replicación tiene su origen en una región denominada OriC. El punto de iniciación es reconocido por unas proteínas específicas que se unen a él.

1. En 1º lugar, interviene en el proceso una enzima helicasa que separa las dos hebras de ADN al romper los puentes de H entre las BN complementarias y la doble hélice se abre como una cremallera.

2. Cuando la doble hélice se abre, se produce un desenrollamiento en esa zona. Este desenrollamiento crea tensiones (propiedad plectonémica) en las zonas próximas, que podrían provocar un mayor enrollamiento. La acción de las topoisomerasas es evitar estas tensiones, cortando y soldando de nuevo la hélice de ADN en esos puntos. Hay 2 topoisomerasas: topoisomerasa I que sólo corta una cadena y la topoisomerasa II o girasa que corta las dos cadenas. Ya eliminadas las tensiones las cadenas se vuelven a unir. 

   
   

3. Una vez separadas, las dos hebras se mantienen así por la acción de las denominadas proteínas SSB (single-strand binding protein = proteínas estabilizadoras de la cadena sencilla) que se unen a la hebra molde, impidiéndose que vuelva a enrollarse y dejando libre la parte de la hebra que lleva las bases nitrogenadas (BN) que servirán de molde.

• Fase de elongación: síntesis de las nuevas hebras de ADN

Es la fase en la que se sintetizan las nuevas hebras complementarias de ADN, utilizando como molde las dos hebras originales. Aquí intervienen las enzimas de la fase de iniciación, pero además, intervienen las ADN polimerasas. En procariotas existen 3 polimerasas diferentes: ADN polimerasa I, II y III.

La ADN polimerasa III presenta las siguientes características:

• Necesita una hebra molde de ADN, que recorre en sentido 3’  5’ (lectura ADN molde) y sobre la que sintetiza la nueva hebra complementaria.

• Une nucleótidos (nts) en sentido 5’  3’, ed, la nueva hebra formada crece en este sentido. Los nt que se van uniendo al extremo 3’-OH son los que se sitúan previamente frente a los correspondientes nt complementarios del ADN molde.

  
  
  

• Utiliza nt trifosfato, los cuales, proporcionan la energía necesaria para la unión tras su hidrólisis.

• No puede comenzar la síntesis por sí misma, pues solo puede añadir nts sobre el extremo 3’-OH libre de una cadena polinucleotídica previa. Por este motivo es necesario que exista una cadena corta de ARN (de 40 a 50 ribonucleótidos) denominada ARN cebador o primer.

El ARN cebador es sintetizado por la enzima primasa (ARN polimerasa ADN dependiente) que, utilizando una cadena de ADN 3’  5 como molde, sintetiza ARN en sentido 5’  3’ y complementario de esta. El cebador se escinde (corta/elimina) en una etapa posterior de la replicación.

A medida que la doble hélice del ADN original se va separando (de manera semejante a una cremallera que se abre), se forma la llamada burbuja de replicación donde actúa la ADN polimerasa III. Existe una horquilla de replicación en cada extremo de la burbuja, pues el proceso es bidireccional, es decir, avanza en ambas direcciones.

Dado que la ADN polimerasa III recorre en una horquilla el ADN molde en sentido 3’  5’, la síntesis de una de las hebras es continua, ya que, a medida que se abre la doble hélice, esta enzima va avanzando y añadiendo nuevos nts en sentido 5’  3’ a la cadena en formación. Dicha hebra se denomina hebra conductora o líder.

Sin embargo, como la otra cadena de ADN molde es complementaria y antiparalela (5’  3’), la ADN Pol III debería recorrerla en sentido 5’  3’, añadiendo nts a la hebra en formación en sentido 3’  5´lo cual no es posible. La síntesis, en este caso, es discontinua y se produce en segmentos separados. Esta cadena se denomina hebra retardada, pues su síntesis es más lenta que la de la hebra conductora. Los segmentos de ADN sintetizados de este modo se conocen como fragmentos de Okazaki y constan de 1000 a 2000 nucleótidos. Cada fragmento de Okazaki requiere un ARN cebador para iniciar la síntesis de una secuencia de nts.

Posteriormente, tras la eliminación de los ARN cebadores, los fragmentos de Okazaki se unen gracias a la acción de las enzimas ligasas. La enzima ADN polimerasa I elimina los ARN cebadores gracias a su actividad exonucleasa (rotura de enlaces fosfodiéster a partir de un extremo nt libre). Esta misma enzima posee también actividad polimerasa, con la que rellena el hueco dejado por el ARN cebador eliminado.

ADN polimerasa II corrige daños causados por agentes físicos

• Finalización. Corrección de errores en la replicación.

Al acabar el proceso, cada hebra recién sintetizada y la que ha servido de molde o patrón aparecen enrolladas originando una doble hélice.

A pesar de todas estas etapas, el proceso de replicación es muy rápido; en Escherichia coli, por ejemplo, se unen 45 000 nts por minuto.

Corrección de errores en la replicación del ADN.

(no prioritario pero necesario en cáncer)

Aunque las ADN-polimerasas tienen una actividad autocorrectora (miran hacia atrás, antes de incorporar un nt y si hay un error en el apareamiento, eliminan el nt y lo sustituyen por el correcto). Cometen un error de apareamiento cada 10 millones de pares de bases (1/10⁶). Como el genoma humano tiene 3000 millones de pares de bases, se cometería 300 errores en cada replicación del ADN.

Este hecho se evita con una maquinaria enzimática que corrige los errores cometidos por la ADN-polimerasa, consiguiendo que solo haya un error cada 10000 millones de bases. La corrección de errores se realiza mediante un complejo multienzimático que detecta el nt mal emparejado y regenera la secuencia correcta, en dicho proceso intervienen varias enzimas:

• Endonucleasas: detectan errores y cortan la cadena anómala.

• Exonucleasas: eliminan el fragmento incorrecto.

• ADN polimerasas: sintetizan la parte correspondiente al segmento eliminado. La ADN polimerasa I procariótica es la encargada de eliminar los cebadores así como de eliminar los posibles errores producidos durante la replicación gracias a su actividad exonucleasa, rellenando los huecos con nucleótidos de ADN.

• ADN ligasas: unen el nuevo segmento correcto al resto de la cadena.

Para detectar los errores es necesario distinguir la cadena nueva de la antigua. Esto tiene lugar por la metilación de las adeninas (-CH₃) que, se realiza pasado cierto tiempo. Así, las adeninas de la nueva cadena no están aún metiladas y las de la hebra antigua sí.

2.2. Diferencias del proceso replicativo entre eucariotas y procariotas

En eucariotas la replicación del ADN es parecida a la de los procariotas con algunas diferencias debido a su mayor complejidad:

• En eucariotas se produce en el núcleo, y en procariotas en el citoplasma.

• En eucariotas sólo tiene lugar durante la fase S de la Interfase del ciclo celular.

• Los cromosomas de los eucariotas contienen moléculas de ADN muy largas y lineales (procariotas circular). Para abreviar el proceso, la replicación se inicia de manera simultánea en varios puntos (numerosas burbujas de replicación) de cada cromosoma denominados replicones (en humanos hay aproximadamente unas 30.000 burbujas de replicación)

• La velocidad de replicación es menor que en procariotas (hasta 50 veces menor), debido a la mayor longitud del ADN y a la presencia de histonas.

• Existen 5 tipos de ADN polimerasas (α, β, γ, σ y ε). 3 son las existentes en procariota.

  • α (sintetiza el cebador y la hebra retardada);

  • β (ligasa: une fragmentos de Okazaki);

  • γ (replica el ADN mitocondrial);

  • δ (sintetiza la hebra conductora);

  • ε (polimeriza los fragmentos de Okazaki)

• El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor que en procariotas (1.000 a 2.000 bases en procariotas y de 100 a 200 bases en eucariotas)

• En los cromosomas de eucariotas, el ADN se encuentra asociado a histonas. Las histonas son proteínas básicas que no tienen los procariotas y que se duplican durante la replicación. Junto con el ADN forman los nucleosomas. Las histonas nuevas y antiguas se distribuyen al azar entre las hebras hijas.

• El proceso de replicación del ADN se va completando hasta llegar al extremo del cromosoma, el que en cada ciclo de replicación se acorta un poco. Una enzima denominada telomerasa, se encarga de alargar los telómeros. Tanto el acortamiento de los telómeros, como la actividad telomerasa están relacionados con el envejecimiento y la muerte celular. Así, una baja actividad telomerasa y la existencia de telómeros cortos se relaciona con células envejecidas.

3. LA EXPRESIÓN DE LOS GENES

Antes de empezar, recodar “importante” el concepto de GEN: es un fragmento de ADN que contiene la información necesaria para sintetizar una cadena peptídica, una proteína que son las encargadas de llevar a cabo las funciones vitales del ser, del metabolismo. La información fluye del ADN al ARNm y a la proteína.

lo mismo visto

La expresión genética consiste pues en el paso de ADN a proteína. Transcurre en 2 etapas sucesivas:

1. Transcripción o biosíntesis de ARN. En la transcripción, una cadena del ADN de un gen actúa como molde para la síntesis de ARN complementario. No todo el ADN se expresa. Sólo los genes con información para fabricar una cadena peptídica serán transcritos a ARNm y traducidos a proteínas. Existen genes que se transcriben pero no se traducen, pues sirven para la síntesis de otros tipos de ARN: ARNt, ARNr. También existen secuencias génicas reguladoras que no se transcriben ni se traducen, pues actúan de indicadores del comienzo y final de la transcripción, potencian o inhiben la expresión de los genes, etc.

2. Traducción: biosíntesis de proteínas. La información contenida en el ARNm transcrito será traducido a una cadena peptídica por los ribosomas, según el código genético, que relaciona la secuencia de bases del ARNm con la secuencia de aa de la proteína

3.1. Transcripción en procariotas y eucariotas

LA TRANSCRIPCIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS

En este proceso a partir de la secuencia de nt de un fragmento de ADN (gen) se va a realizar una copia de una cadena de ARNm con los correspondientes nt complementarios.

    La síntesis de ARN o transcripción que vamos a estudiar a continuación, es la que ocurre en células eucariotas, aunque es muy similar a la de procariotas. Este proceso ocurre el núcleo de las células eucariota y requiere:

1. Una cadena de ADN que actúe como molde. De las 2 cadenas de nt del ADN, sólo una –la denominada molde o codificadora (la 3’  5) - se transcribe realmente, mientras que la otra –llamada informativa o codificante- no lo hace. Como la ARN polimerasa lee la cadena de ADN en dirección 3’  5’ y sintetiza el ARNm en dirección 5’  3’ la cadena del ADN que va en la dirección 3’  5’ es la molde y la que se va a transcribir, y la cadena que va en dirección 5’  3’ es la cadena informativa o codificante.

   
   
   

2. Enzimas. El proceso está catalizado por las ARN polimerasas. En las células eucariotas hay 3 diferentes: ARN polimerasa I, II y III.

• La I interviene en la formación del ARNr (excepto el ARNr 5S),

• II en la síntesis de ARNm y la

• III en la síntesis de ARNt y ARNr 5S. La velocidad de transcripción es de unos 40-50 nt/s.

3. Ribonucleótidos trifosfatos de A, G, C y U. Se unen mediante un enlace éster.

La transcripción en eucariotas consta de 4 etapas: la iniciación, la elongación, la terminación y tras la terminación se produce la maduración del ARN.

• Iniciación

Existe una región del ADN denominada región promotora o promotor, que es donde se fija la ARN polimerasa II. Este promotor consta de dos señales de iniciación denominadas secuencias consenso, que son dos secuencias cortas de bases nitrogenadas: la CAAT y la TATA, situadas delante y a distintas distancias del punto de inicio de la transcripción.

Además de la región promotora, pueden existir otras regiones en el ADN situadas aguas arriba del gen que controlen dicho proceso, como las secuencias reguladoras, tanto activadoras como silenciadoras que controlan el nivel de transcripción al unirse a ellas determinadas moléculas, denominadas factores de transcripción.

• Elongación

La ARN polimerasa II avanza a lo largo de la cadena molde “leyéndola” en sentido 3’  5’, mientras que el sentido de la síntesis del ARN es 5’  3’. Una vez transcritos los 30 primeros nt del ARNm se le añade una Caperuza al extremo 5’ constituida por una guanosina metilada unida a un grupo trifosfato (CH₃-GTP). Esta caperuza: 

1. Protege al ARNm del ataque de las nucleasas y evita su inmediata degradación en el núcleo.
2. Permite que sea reconocido por el ribosoma.

• Terminación

La finalización de la síntesis del ARNm parece ser que está relacionada con la secuencia TTATTT. Una vez que la ADN polimerasa II lee la secuencia de terminación, la enzima poli A-polimerasa añade al extremo final 3’ un segmento de unos 200 ribonucleótidos de adenina, llamado Cola de poliA, que interviene en el proceso de 1.maduración y en el 2.transporte fuera del núcleo.

• Maduración

En las células eucariotas, tanto el ARNt, ARNr como el ARNm necesitan un proceso de maduración. El ARNm presenta una mayor complejidad con respecto al ARNm de procariotas, al poseer tanto secuencias codificantes o exones, como secuencias no codificantes o intrones. En el proceso de maduración del ARNm, los intrones son eliminados gracias a la acción de las enzimas denominadas ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPpn), mediante un mecanismo denominado de corte y empalme, que también se conoce con el nombre de splicing. El proceso de corte y empalme, comienza cuando las secuencias intrónicas forman unos bucles, que provocan el acercamiento de los extremos de los exones, para formar un ARNm maduro que saldrá del núcleo, ya que, el proceso de maduración se desarrolla en el interior del núcleo.

Diferencias en el proceso de transcripción en procariotas y eucariotas

• En eucariotas el ADN está asociado a histonas, por tanto, los genes tienen más difícil acceso para su transcripción. Debe desempaquetarse el ADN antes (En procariotas es más accesible, está menos empaquetado el ADN, sin histonas)

• En procariotas la transcripción del ARNm y su traducción son dos procesos acoplados (mismo lugar y al mismo tiempo), ya que a medida que se forman los ARNm los ribosomas los van traduciendo. En eucariotas son dos procesos independientes ya que la transcripción se da en el núcleo y la traducción en el citoplasma o ribosomas del RER.

• En eucariotas el ARNm posteriormente a su síntesis sufre un proceso llamado maduración que, no existe en procariotas ya que los genes son continuos. En eucariotas pues los genes están fragmentados (intrones que se transcriben pero no se traducen/exones)

• La adición de la “caperuza 3’GTP-CH₃ y cola de PoliA” también es exclusivo de eucariotas.

• En procariotas hay sólo un tipo de ARN polimerasa, en eucariotas tres.

• También se diferencian en la secuencia de bases de la región promotora.

• En procariotas, los ARNr y ARNt requieren un proceso de maduración para ser funcionales en el que se producen cortes y uniones de fragmentos, al igual que el ARNr y ARNt de eucariotas.

• En procariotas, es muy frecuente que una sola molécula de ARNm lleve información para la síntesis de varias proteínas diferentes (ARNm policistrónico – varios genes, por ello tienen varios puntos de iniciación y terminación). En eucariotas, cada ARNm lleva información para un solo tipo de proteína (ARNm monocistrónico - un gen).

3.2. El código genético en la información genética:

Se denomina código genético a la relación que existe entre la secuencia de nt (o más concretamente, de BN presentes en ellos) del ARNm y la secuencia de aa que constituye una proteína.

La interpretación de la clave genética, se consiguió gracias a los descubrimientos de Severo Ochoa, Grunberg-Manago y Nirenberg.

• 3.2.1 CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO (CG a partir de ahora)

Ya sabemos que para la traducción del mensaje genético ha de copiarse una cadena de ARNm a partir del ADN que permanece siempre en el núcleo, pues bien, tanto el nº de nt diferentes del ADN como del ARNm es 4, mientras que el nº de aa diferentes que forman parte de las proteínas de todos los seres vivos es 20:

• Si un solo nt codificara para un aa, solo podríamos tener información para 4 aa distintos.

• Si fuesen 2 nt por aa serían 16 aa diferentes (4²=16).

• Si fuesen 3 nt por aa habría 64 (4²=64) combinaciones diferentes, que son suficientes para 20 aa.

Fue Crick quien demostró que el CG es un código de 3 letras, tripletes o codones.

La tarea que se presentaba a continuación era averiguar los tripletes que codifica para cada aa. Fue el español Severo Ochoa en 1955 quien comenzó a descifrar el CG, utilizando una enzima descubierta por él, la polinucleótido-fosforilasa que unía ribonucleótidos sin necesidad de molde de ADN.

Comenzó sintetizando ARN con un solo nt, por ejemplo, el uracilo y en presencia de todos los aa, se obtenía un polipéptido formado exclusivamente por fenilalanina, de donde dedujo que el triplete UUU codifica para la fenilalanina. De esta manera se descifró todo el CG.

Existen 61 codones codificadores de aa y 3 codones mudos o sin sentido (UAA, UAG Y UGA) que señalan el final del mensaje y no especifican ningún aa. Hay también un codón (AUG) que, además de codificar para el aa metionina, es la señal de comienzo.

Aunque el código genético es universal existen diferencias entre procariotas y eucariotas

Las características del CG ayudan al cumplimiento de su función:

• Es universal. El CG es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo los virus. Así, un mismo codón codifica para el mismo aa tanto en procariotas como en eucariotas, aunque se han detectado algunas excepciones en el ADN mitocondrial, en algunos protoctistas ciliados y en micoplasmas.

• Es degenerado. Esto significa que, salvo el triptófano y la metionina, que están codificados por un único codón, los demás aa están codificados por más de un triplete (codones sinónimos). Generalmente sólo se diferencian en la última base, esto proporciona cierta ventaja, puesto que si se produce una alteración no deseada en una base nitrogenada es posible que el codón alterado siga codificando para el mismo aa. La complementariedad codón-anticodón sólo es estricta en lo que se refiere a las dos primeras bases del anticodón, mientras que puede haber cierta relajación en lo que concierne a la tercera base del anticodón, que puede aparear no sólo con la base complementaria normal del codón, sino también con otras bases distintas. Este apareamiento un tanto defectuoso de la tercera base del anticodón, se denomina “balanceo” y, es la causa de la degeneración del CG.

• No presenta imperfección. Ningún codón codifica más de un aa.

• Carece de solapamiento. Los tripletes de bases se hallan dispuestos de manera lineal y continua, y no comparten ninguna base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido (5’  3’), desde el codón que indica el comienzo de las proteínas hasta el que indica su final.

• 3.2.2. TRADUCCIÓN O BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La traducción es el paso del mensaje genético del ARNm (codificado como nt) al de las proteínas (codificado como aa). Para que tenga lugar el proceso de traducción o biosíntesis de proteínas, se necesitan:

• Ribosomas, encargados de la síntesis de proteínas.

• ARNm, que contiene la información para sintetizar cada proteína.

• Aminoácidos, que son los componentes de las proteínas.

• ARNt, que aporta los aminoácidos en el orden preciso.

• Enzimas y energía, necesaria en toda reacción de biosíntesis.

    La traducción se realiza en el citoplasma, gracias a la participación de los ribosomas, orgánulos citoplasmáticos formados por dos subunidades, una pequeña y otra grande, formadas por ARNr específicos y por proteínas. En la subunidad pequeña se une el ARNm, mientras que en la subunidad grande se unen los ARNt que portan los aa necesarios para formar la cadena polipeptídica. Ambas subunidades se unen cuando se van a sintetizar proteínas.

La biosíntesis de proteínas consta de las siguientes fases:

Activación de los aminoácidos

    Antes de iniciarse la síntesis de las proteínas, es preciso que los aa que se van a unir a la proteína se activen. Esta activación de los aa tiene lugar en el citoplasma, y no en los ribosomas. Cada aa se une a una molécula de ARNt específica, gracias a la acción de la enzima aminoacil ARNt sintetasa. Para ello, es necesario el aporte energético, obtenido mediante hidrólisis del ATP. El aa queda unido por su extremo carboxilo al extremo 3’ del ARNt:

Aminoácido + ATP + ARNt   aminoacil ARNt + AMP + PPi

    Las moléculas de ARNt actúan como intermediario entre la secuencia de nt y la secuencia de aa, ya que, además de llevar unido un aa en su extremo 3’, reconocen los nt del ARNm gracias a su anticodón complementario del codón correspondiente.

Iniciación de la síntesis proteica

En esa fase el ARNm se une a los ribosomas citoplasmáticos, cuyas dos subunidades se encuentran separadas.

1. En primer lugar, el ARNm se une por su extremo 5’ a la subunidad menor del ribosoma, gracias a un factor de iniciación (IF3).

2. A continuación, se produce la fijación del primer aminoacil ARNt por la formación de puentes de H entre las bases complementarias del anticodón del ARNt y el codón del ARNm. El primer codón o codón de iniciación es siempre 5’AUG3’, por lo que el anticodón del primer ARNt es UAC. El aa unido a este primer ARNt es la metionina, por lo que todas las cadenas proteicas deberían de empezar por metionina. Dado que no es así, posteriormente este primer aa es eliminado. En el proceso de fijación del ARNt participa otro factor de fijación (IF2)

3. Por último, se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma, para lo cual se precisa otro factor de iniciación diferente (IF1).

    La porción del ARNm cubierta con el ribosoma corresponde a 6 nt, es decir, a 2 codones. Sobre el primero de ellos AUG, ya está situado el aminoacil ARNt correspondiente, en el lugar denominado sitio P (de peptidil), ya que es el lugar donde se localiza el ARNt que lleva unida la cadena polipeptídica en formación). La zona donde se encuentra el segundo codón se denomina sitio A (de aminoacil, ya que es el lugar donde se acopla el nuevo aminoacil ARNt). El proceso de iniciación requiere energía que se obtiene de la hidrólisis de GTP.

Elongación o alargamiento

    En esta etapa, la cadena polipeptídica se sintetiza por la unión de los sucesivos aa que se van situando en el ribosoma, transportados por los correspondientes ARNt. Para ello, es necesario el desplazamiento del ribosoma a lo largo de la cadena del ARNm.

    En este proceso se pueden diferenciar tres subetapas:

1. Unión de un aminoacil ARNt al sitio A. Esto sólo es posible si el anticodón del ARNt es complementario al codón del ARNm que se encuentra allí. Se precisa la hidrólisis de GTP para proporcionar la energía necesaria y dos factores proteicos de elongación.

2. Formación del enlace peptídico. Una vez anclado los dos aminoacil ARNt, uno en el sitio P y otro en el sitio A, se produce la unión de los dos aa gracias a la enzima peptidil transferasa, localizada en la subunidad mayor del ribosoma.

Al unirse el 1º aa (metionina) al 2º se desprende de su ARNt, el cual, se libera del ribosoma, formándose un dipéptido que permanece unido al segundo ARNt localizado en el sitio A.

3. Translocación del dipéptido al sitio P. Se produce el desplazamiento del ribosoma sobre el ARNm en sentido 5’  3’. Así, el 2º codón con el ARNt fijado sobre él, pasa al sitio P, quedando libre el sitio A, que es ocupado por un nuevo ARNt.

    De este modo, mientras el ribosoma recorre el ARNm, los sucesivos ARNt que se van fijando al sitio A van incorporando su aa correspondiente a la cadena peptídica en formación, mediante la acción de la enzima peptidil transferasa. En cada fijación de un nuevo ARNt se utiliza la energía suministrada por la hidrólisis del GTP.

Terminación

    En el ARNm existen 3 codones de terminación: UAA, UAG y UGA, para los que no hay ARNt con sus correspondientes anticodones. Por esta razón, cuando el ribosoma llega a uno de ellos, no se sitúa ningún aminoacil ARNt en el sitio A y la cadena peptídica se acaba. En esta fase, interviene unos factores de liberación. Al situarse en el sitio A, estos factores hacen que la enzima peptidil transferasa libere el péptido del ARNt al que está unido, al hacer que reaccione el grupo carboxilo del último aa con agua. También en este proceso se utiliza la energía que proporciona el GTP.

        Como consecuencia del proceso de traducción se libera:

• La cadena proteica que, conforme se ha ido sintetizando, ha adquirido su Eª2 y Eª3 características.

• Las dos subunidades ribosómicas separadas.

• El ARNm, que puede volver a ser utilizado, aunque por lo general es destruido inmediatamente e incluso, en ocasiones, se degrada según es leído por los ribosomas.

    Las cadenas de ARNm pueden ser leídas por más de un ribosoma simultáneamente, formando los denominados polirribosomas, permitiendo una mayor efectividad, produciendo muchas copias de la misma proteína.

Ahora deberías entender mejor el vídeo.

Vídeo en español

3.3. Importancia de la regulación de la expresión génica en la diferenciación celular.

Tiene que haber mecanismos que regulen la expresión génica (transcripción y traducción), ya que si no, las células estarían sintetizando constantemente grandes cantidades de proteínas dando lugar a un despilfarro de moléculas y energía inviables para la vida.

La cantidad de proteínas que se sintetizan dependen de la cantidad de ARNm que haya en el citoplasma. Como el ARNm sólo dura unos minutos, la cantidad de ARNm sintetizado regulará la cantidad de de proteínas, de enzimas que se sinteticen. Por tanto, es lógico que se regule la expresión génica, regulando principalmente la síntesis de ARNm, es decir, la transcripción. Ello es diferente en:

• En procariotas, ésta depende del sustrato disponible.

• En eucariotas, es mucho más compleja y depende de muchos más factores:

1. Estructura de la cromatina: se controla mediante metilación del ADN (silencia la expresión); metilación de histonas (condensa la cromatina e impide su transcripción) y acetilación de histonas (descondensa la cromatina y favorece la transcripción).

2. Control de la transcripción: mediante elementos traslocables o genes saltarines, como transposones y retrotransposones, que pueden inactivar o sobreactivar la transcripción; y mediante los factores de transcripción (potenciadores o enhancers e inhibidores o silencers).

3. Control de la maduración postranscripcional: splicing alternativo.

4. Control de la traducción: degradación de los ARNm, actuación de ARNi (ARN de interferencia), etc.

5. Control del proceso postraduccional: maduración, cambios conformacionales, degradación por el proteasoma, etc

Esta es igualmente la clave de la diferenciación celular: en cada tejido las células sólo expresan aquellas proteínas que precisarán para sus funciones, aunque contengan todo el ADN del organismo (“Igual que todos los actores de una película tienen el mismo guion y cada actor lee solo su parte, las células tienen el mismo ADN pero cada célula solo "lee" las partes relevantes para desempeñar su función”).

Células madre: son células no especializadas que pueden dividirse y diferenciarse en células especializadas en realizar distintas funciones. Según su capacidad para diferenciarse, se distinguen:

Otro ejemplo aquí

1. Células madre totipotentes. Son las primeras células embrionarias que aparecen con la división del zigoto, y pueden diferenciarse en cualquier tipo de células que el organismo necesita para su desarrollo.

2. Células madre pluripotentes. Se desarrollan a partir de las células totipotentes y de ellas surgen las capas fundamentales del tejido del embrión. Una célula madre pluripotente puede diferenciarse en otros tipos de célula de cualquier tejido humano, aunque no se mantiene durante todo el desarrollo del organismo. Se especializan en células multipotentes.

3. Células madre multipotentes. Son células que pueden diferenciarse en diferentes células de un determinado linaje celular, como un glóbulo rojo o un glóbulo blanco. Las células multipotentes pueden originar células oligopotentes más especializadas.

4. Células madre oligopotentes. Son células que darán lugar a uno de los pocos tipos de células diferentes.

5. Células madre unipotentes. Están muy especializadas y solo pueden generar células de su propio tipo.

Las células madre, además de especializarse y generar todo tipo de células, también pueden dividirse y producir nuevas células madre. Según las distintas etapas de la vida del ser humano, existen varios:

• Células madre embrionarias. Son pluripotentes.

• Células madre fetales.

• Células madre adultas, en la persona adulta. Por ejemplo:

- Las células madre epiteliales, que dan lugar a los queratinocitos, las células predominantes (80 %-90 %) de la epidermis, la capa más superficial de la piel.

La médula ósea - Células madre hematopoyéticas, que dan lugar a las células sanguíneas (glóbulos rojos, glóbulos blancos y trombocitos o plaquetas). 

Ejemplos prácticos del uso de la regulación de la expresión genética y/o diferenciación celular:

1. Farmacología. El fármaco abortivo impide la fijación del embrión al útero. El fármaco se une al receptor citoplasmático específico de la hormona progesterona evitando la trascripción de los genes que codifican para las proteínas de las células uterinas responsables de la fijación del embrión al útero materno.

2. Las células madre se emplean en medicina regenerativa y tienen un inmenso futuro en terapias celulares y trasplantes. Dirigir en el laboratorio la diferenciación celular de células madres.

4. MUTACIONES

4.1. CONCEPTO DE MUTACIÓN

En la actualidad el término mutación se emplea para designar los cambios, inesperados y aleatorios, que se producen en la secuencia o en el número de nt en el ADN de una célula o en el ADN o ARN de un virus. Esta alteración se manifiesta durante la traducción en un cambio en la secuencia de AA de una proteína y ello puede, en determinadas condiciones, afectar a la supervivencia (tumores por ej) del organismo portador de la mutación (mutante) o pasar inadvertidas.
En cualquier caso, son enormemente ventajosas para la especie, ya que permiten el aumento de la variabilidad genética (fuente de la biodiversidad) sin la cual no habría sido posible la evolución de los seres vivos por selección natural.

4.2. TIPOS DE MUTACIONES

A continuación, vamos a clasificar las mutaciones atendiendo a diferentes criterios:

• Según el tipo de células afectadas:

        - Somáticas: si afecta a las células no reproductoras. No se transmiten a la descendencia.
        - Germinales: si las células afectadas son las germinativas que dan lugar a los gametos (óvulos y                 espermatozoides). Se transmiten a la descendencia.

• Según su causa de aparición:

        - Naturales: si aparecen espontáneamente.
        - Inducidas: si han sido provocadas artificialmente mediante agentes mutágenos.

• Según el efecto producido:

• Negativa o perjudicial: si tiene efectos negativos para la célula. Pueden ser:

  • Letales que pueden producir la muerte del organismo, mínimo en un 90% de los casos.

  • Subletales que provocan la muerte en menos de un 10% de aquellos que la poseen.

  • Patológicas que producen alguna enfermedad.

• Neutra: si no altera el funcionamiento general de la célula.

• Beneficiosa: si mejora o aporta una función que es positiva para la célula.

• Según tipo de expresión génica:

        - Dominantes respecto al alelo normal no mutado.
        - Recesivas respecto al alelo normal no mutado.

• Según localización:

        - Autosómicas: si se encuentran en cromosomas no sexuales.
        - Ligadas al sexo: si afectan a cromosomas sexuales.

• Según la extensión de material genético afectado o tipo de alteriación:

        - Génicas: si se trata de alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen.
        - Cromosómicas: si se trata de alteraciones en la secuencia de genes de un cromosoma.

        - Genómicas si se altera el número de cromosomas.

Según la extensión de material genético afectado:

MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES (alteración de nt)

Las mutaciones génicas son alteraciones en la secuencia de nt de un gen. Por ello también se denominan mutaciones puntuales. Aparecen por errores no corregidos producidos durante la replicación del ADN o por la acción de agentes mutagénicos. Según el tipo de alteración se clasifican en:

• Mutaciones por sustitución de bases. Son cambios de una base por otra. Como hay 2 tipos de bases, las púricas (A y G), y las pirimidínicas (T y C), se distinguen dos tipos de sustituciones:

        - Transiciones: sustitución de una purina por otra purina o una pirimidina por otra pirimidina.
        - Transversiones: sustituciones de una purina por una pirimidina, o viceversa.

• Mutaciones por pérdida o adición de nuevos nt. Son más graves que las anteriores, ya que, a partir del punto de deleción o de adición, todos los tripletes de bases estarán cambiados, por tanto, provocan un corrimiento en el orden de lectura del ARNm con respecto del normal, y el mensaje codificado será diferente:

        - Deleción: consiste en la eliminación de una base
        - Inserción: consiste en la adición de una base nueva.

MUTACIONES CROMOSÓMICAS(alteración de genes)

Las mutaciones cromosómicas son alteraciones en la Eª interna de cromosomas, ya que altera el número o la secuencia de genes de los cromosomas. detectables al microscopio. Se distinguen:

• Deficiencia o deleción. Es la pérdida de un fragmento del cromosoma, y en consecuencia, de algunos genes. Por ejemplo una deleción en el brazo corto del cromosoma 5, origina un síndrome denominado “llanto de gato”, que cursa con un llanto característico, cráneo pequeño, retraso psicomotor, etc.

• Duplicación. Es la repetición de un segmento de un cromosoma, pt, existe un exceso de los genes.

• Inversión. Es el cambio de sentido de un fragmento en el cromosoma.

• Translocación. Es el cambio de posición de un segmento del cromosoma trasladándose a otro lugar del mismo cromosoma, a su homólogo o a otro cualquiera.

Ejemplos aquí - Wikipedia

MUTACIONES GENÓMICAS(alteración de n.º de cromosomas)

Las mutaciones genómicas son alteraciones en el nº de cromosomas propio de una especie, ya sea por exceso o por defecto, por lo que se pueden detectar fácilmente al estudiar el cariotipo de un individuo. Siempre producen graves alteraciones, pues cada cromosoma porta un gran nº de genes. 2 tipos:

1. Aneuploidia. No existe alteración del número de juegos cromosómicos completos, solamente falta o sobra algún cromosoma. Se originan por la fusión de un gameto normal con otro que posee un cromosoma de menos o uno o dos de más. Se distinguen:

• Nulisomías (2n – 2): falta un par de cromosomas homólogos. Tiene efectos letales.

• Monosomías (2n – 1): falta uno de los cromosomas de la pareja de homólogos.

• Trisomías (2n+1): tiene tres cromosomas en lugar de dos en alguna pareja de homólogos.

• Tetrasomía (2n+2): tiene cuatro cromosomas en lugar de dos en alguna pareja de homólogos.

ANEUPLOIDÍAS HUMANAS MÁS FRECUENTES
Alteración	Síndrome
Trisomía 21 (la más común)	Down
Trisomía 18	Edwards
Trisomía 13	Patau
XXX (mujeres)	Triple X
X0 (mujeres)	Turner
XXY (varones)	Klinefelter
XYY (varones)	Duplo Y

2. Euploidias. Son alteraciones en el número de juegos completos de cromosomas. Las euploidias se pueden clasificar por el número de cromosomas que contengan en:

• Monoploidía o haploidía. Si las células presentan un solo juego (n) de cromosomas.

• Poliploidia. Si presentan más de dos juegos, pudiendo ser triploides (3n), tetraploides (4n), etc. Ocasionan un aumento del tamaño celular que puede ir acompañado de un mayor tamaño corporal, lo cual sucede frecuentemente en las plantas de cultivo (plátanos, patatas, trigo, etc.)

RECUERDA -  HAY QUE SABER INTERPRETAR CARIOTIPOS/CARIOGRAMAS

4.3. LOS AGENTES MUTAGÉNICOS

Toda especie tiene una tasa de mutación basal, que es la normal que se produce en una célula debido a posibles fallos por parte de la enzima ADN polimerasa durante el proceso de replicación. Sin embargo, esta tasa de mutación puede incrementarse si las células son expuestas a determinados agentes que favorecen la mutación (cambios en secuencia o estructura del ADN). Estos agentes se denominan agentes mutagénicos o mutágenos y se clasifican en:

1. Agentes mutagénicos FÍSICOS: son las radiaciones de dos tipos:

• Radiaciones ionizantes: son radiaciones de longitud de onda muy corta, y pt, muy energéticas, que provocan la ionización de los átomos de las sustancias que atraviesan y que pueden provocar cambios enzimáticos, alteraciones en la Eª de los cromosomas (delecciones...), mutaciones génicas, etc. Son los rayos X y , así como las partículas  y  emitidas en procesos radiactivos.

• Radiaciones no ionizantes: son radiaciones ultravioletas (UV) que, pueden originar mutaciones génicas (dímeros de timina o citosina). Provoca el paso de e^- a niveles energético mayores.

2. Agentes mutagénicos QUÍMICOS: se trata de sustancias que tienen acción mutagénica (colorantes industriales, pesticidas, ácido nitroso, gas mostaza...), pueden originar modificaciones de las bases nitrogenadas, sustituciones de bases, introducción de ciertas moléculas en el ADN, etc.

3. Agentes mutagénicos BIOLÓGICOS: algunos agentes biológicos aumentan la frecuencia de la mutación génica, por ejemplo, los virus que, pueden producir cambios en la expresión de algunos genes y los transposones, que son segmentos móviles de ADN que pueden cambiar de posición trasladándose a otro lugar distinto dentro del mismo cromosoma o incluso a otro cromosoma y, pueden originar mutaciones ya que causan activación o inactivación génica no deseada al insertarse en genes Eª o en los reguladores.

• Factores que no son agentes mutágenos pero que determinan si una mutación tendrá lugar o no: temperatura, presión de oxígeno, envejecimiento.

Los 37 ºC de temperatura hacen, por ejemplo, que las células humanas pierdan cada día unas 5000 bases púricas (adenina y guanina) y la transformación de citosina en uracilo y de adenina en hipoxantina.

• Mutágenos que resultan de sustancias no carcinógenas metabolizadas, por ejemplo, el benzopireno es la sustancia resultante del metabolismo del hígado.

4.4. IMPLICACIONES DE LAS MUTACIONES EN LA EVOLUCIÓN Y

EN LA APARICIÓN DE NUEVAS ESPECIES

La evolución biológica es el proceso de transformación de unas especies en otras, mediante una serie de variaciones que se han ido sucediendo, generación tras generación, a lo largo de millones de años.

1. La mutación es una fuente de variabilidad genética en los organismos, al igual que

2. La recombinación genética que se produce en la meiosis. Se intercambian fragmentos de ADN (genes) entre cromosomas homólogos.

3. La reproducción sexual. A la recombinación se ha de unir como fuente de variabilidad el AZAR:

3.1. REPARTO CROMOSÓMICO AL AZAR. Los cromosomas homólogos se separan y distribuyen al AZAR entre los gametos durante la primera división meiotica

3.2. La unión de gametos o fecundación es al AZAR. Número de posibilidades es enorme pues el número de gametos es enorme (250 millones de espermatozoides por eyaculación)

(2 y 3 no genera nuevos genes, sólo origina agrupaciones distintas)

La mutación es, sin embargo, desde un punto de vista cualitativo, mucho más importante que la recombinación genética y reproducción sexual, ya que la mutación puede dar lugar a nuevos genes, mientras que la recombinación simplemente origina agrupaciones distintas de genes. Por lo tanto, la mutación es la base de la variabilidad. Sin mutación no habría evolución. Los organismos actuales tendrían los mismos genes que los organismos primitivos, sin embargo, la mutación permite que aparezcan nuevos alelos para un mismo gen, y si alguno de ellos aporta una ventaja, la selección natural aumentará su frecuencia en la población y la especie evolucionará.

Resumiendo: la mutación es una fuente de variabilidad genética, y es la base sobre la que actúa la selección natural en los procesos de evolución y formación de nuevas especies.

Evolutivamente las mutaciones son muy importantes, pues constituyen fuente de variabilidad genética en una población. La existencia de variabilidad genética entre los miembros de una población permite que, en caso de producirse un cambio en las condiciones ambientales, algunos individuos se adapten, sobrevivan y transmitan a sus descendientes las características que han hecho posible esa supervivencia, mientras que otros individuos podrían llegar a desaparecer. Este proceso se denomina selección natural.

Las mutaciones beneficiosas suelen pasar inadvertidas en un primer momento, por lo que las ventajas evolutivas se manifiestan lentamente. No obstante, si el gen mutado proporciona algún beneficio a los individuos que lo llevan, irá sustituyendo paulatinamente al gen original en la población, ya que la proporción de los individuos portadores irá aumentando.

La importancia de las mutaciones se pone de manifiesto durante la adaptación de una población a un entorno nuevo (cambios medioambientales, colonización de una nueva área geográfica). En estos casos, actúa la selección natural y favorece la supervivencia de los que portan las mutaciones adaptativas más favorables.

Las mutaciones cromosómicas poseen también un gran interés en los procesos evolutivos. Parece demostrado que la duplicación y posterior mutación de fragmentos cromosómicos han hecho posible la aparición de las diversas cadenas de hemoglobinas (α, β, γ, δ), y de la mioglobina humana y de los primates a partir de una única globina ancestral.

Las mutaciones genómicas contribuyen asimismo a la evolución, las plantas poliploides tienen órganos más desarrollados que los diploides. Como un proceso intermedio entre las mutaciones cromosómicas y las genómicas se puede incluir la unión de cromosomas; así el cromosoma 2 del ser humano parece que procede de la fusión de dos cromosomas telocéntricos (que aún se encuentran en los primates superiores actuales) de una especie ancestral.

El Neodarwinismo admite los primeros postulados del Darwinismo pero difiere en los dos últimos:

1. Las mutaciones son una fuente primaria de variabilidad genética y la recombinación genética aumenta dicha variabilidad.

2. La variabilidad genética se traduce en nuevos fenotipos.

3. Las variantes alélicas tienen diferente eficacia biológica o éxito reproductivo.

4. La selección natural actúa sobre la variabilidad genética, de modo, que generación tras generación, se modifican las frecuencias alélicas.

5. Los caracteres adquiridos no se heredan.

6. La unidad de evolución es la población, evolución de forma lenta y gradual.

EBAU 2024. 8. EVOLUCIÓN E IG. En la isla de Santa Elena, donde los vientos suelen ser huracanados, es frecuente que las poblaciones de moscas presenten las alas tan pequeñas (vestigiales) que no les permiten volar:

A. Desde el punto del neodarwinismo, ¿Cuál es la explicación más probable para la aparición de moscas con alas vestigiales? (0,25 puntos).

B. ¿Cuál es el agente de selección natural y cómo actúa? (0,25 puntos)

C. ¿Cómo podríamos inducir la aparición de moscas con alas vestigiales en el laboratorio? Indica dos posibles métodos. (0,5 puntos)

D. Explique la importancia de la meiosis para la evolución desde la perspectiva neodarwinista (1 punto)

A. Desde la perspectiva del neodarwinismo, las moscas con alas vestigiales podrían aparecer como resultado de la selección natural. En ambientes donde los vientos son fuertes, volar puede ser desventajoso. Las moscas que tienen alas más pequeñas o vestigiales pueden tener una mayor adaptación a este entorno, ya que pueden ser más eficientes en moverse por el suelo o evitar ser arrastradas por el viento. Con el tiempo, los genes que favorecen alas más pequeñas podrían convertirse en más comunes en la población debido a esta presión selectiva.

B. El agente de selección natural en este caso serían los vientos huracanados de la isla. Este agente actúa al favorecer a los individuos que están mejor adaptados a sobrevivir en condiciones de fuertes vientos. Las moscas con alas vestigiales pueden sobrevivir mejor porque son menos susceptibles a ser desorientadas o llevadas por el viento, permitiendo que se reproduzcan y transmitan sus características a la próxima generación.

C. Para inducir la aparición de moscas con alas vestigiales en el laboratorio, se podrían considerar dos métodos:

• Utilizando técnicas de edición genética, podríamos introducir cambios en los genes que regulan el desarrollo de las alas, conservando aquellos que favorecen alas pequeñas. CRISPR-Cas9 / EcoRI y ligasas.
• Criar a las moscas que naturalmente presenten alas más pequeñas y, mediante varias generaciones, seleccionar aquellas con alas vestigiales, promoviendo su reproducción a lo largo del tiempo.

D. La meiosis es crucial para la evolución desde la perspectiva neodarwinista porque es el proceso que genera variabilidad genética (mutaciones más relevante en este hecho). Durante la meiosis, se producen recombinaciones y segregaciones de los cromosomas, lo cual da como resultado una diversidad de combinaciones genéticas en los gametos. Esta variabilidad es la materia prima para la selección natural, ya que proporciona las opciones necesarias para que los organismos se adapten a su entorno. Sin variabilidad genética, la evolución no podría ocurrir.

5. EL CÁNCER.

CÁNCER – BLOQUE B.

B.4.- El cáncer.

B.4.1.- Estudio del cáncer y su relación con las mutaciones y la alteración del ciclo celular.

• Concepto del cáncer como proliferación celular desordenada por alteración de los mecanismos de control durante el ciclo celular.

• Los siguientes conceptos relacionados con el cáncer podrán ser tratados en este momento o en el Bloque de Genética Molecular, según criterio y secuenciación del profesorado:

o Mutaciones y cáncer.

o Proto-oncogenes, oncogenes y genes supresores de tumores.

o La proteína p53 y su función en la corrección de errores.

B.4.2.- Correlación entre el cáncer y determinados hábitos saludables.

• Agentes mutagénicos y cáncer.

• Tabaco. Mutágenos ambientales: amianto (asbesto), gas radón y otros contaminantes.

• Rayos X y otras radiaciones.

• Las radiaciones ultravioletas: melanoma y otros cánceres de piel.

• Mutágenos en los alimentos: acrilamidas.

• La obesidad como predisponente al cáncer.

B.4.3.- Importancia de estilos de vida saludables.

• Hábitos saludables: evitar el tabaco, el alcohol y otras drogas.

• La alimentación saludable: evitar el exceso de carnes procesadas ,frituras y asados (acrilamidas). Promover el consumo de fibra alimentaria.

• La protección solar.

• La prevención como protección frente a cáncer.

¿Qué pasa cuando tu ADN se daña?

5.1. Mutaciones y cáncer.

Concepto de Cáncer. El cáncer es una enfermedad que se caracteriza por el crecimiento y división celular descontrolados que conlleva la destrucción del tejido afectado e incluso invade a otros órganos (Tumor benigno = masas de células que permanecen en un mismo lugar (verrugas, p.e) y malignos o cánceres invaden otros tejidos, crecen de forma continua e informe, agotan las reservas y proteínas del tejido invadido incluso invaden otros tejidos = metástasis - conducen a la muerte). Esta proliferación celular no regulada puede estar causada por mutaciones genéticas que afectan a los genes que controlan el ciclo celular, la división.

Por tanto, el cáncer está relacionado directamente con mutaciones (se han observado alteraciones cromosómicas, deleciones, traslocaciones…) que participan en la regulación de la división celular.

• Acumulación de mutaciones con la edad.

• Provocada por agentes mutagénicos que afectan básicamente a dos tipos de genes:

1. Proto-oncogenes y Oncogenes: (del griego “onkos” tumor y “genos” origen). Los proto-oncogenes codifican proteínas que son estimulantes del crecimiento, diferenciación y la división celular normal. Estos proto-oncogenes son susceptibles de convertirse en oncogenes por acción de agentes mutagénicos siendo capaces de estimular el crecimiento y división celular sin que estén presente los estímulos normales para ello (más de 50 se han descubierto) = crecimiento incontrolado, estimulando la angiogénesis (formación de vasos sanguíneos para su nutrición), dando capacidad invasiva a las células (metástasis) y activando la telomerasa. (enzima que prolonga la vida de las células al mantener la longitud de los telómeros)

2. Genes supresores de tumores. Son genes que codifican proteínas inhibidoras de la división celular. Evitan, por tanto, el crecimiento celular descontrolado. Si hay mutaciones en estos genes se puede perder la capacidad de frenar el crecimiento celular (los oncogenes no pueden ser controlados)

   Las proteínas supresoras de tumores cumplen funciones muy importantes, como:

• la reparación del ADN dañado,

• la regulación de la adhesión celular y la

• participación en vías de señalización que inhiben el ciclo celular.

Destacamos la proteína p53 (53 = masa molecular), es una proteína supresora de tumores ubicua (se expresa en todos los tejidos). En la especie humana, el gen p53 o TP 53, también llamado el guardián del genoma, es capaz de inducir la respuesta de la célula ante el daño del ADN, esta respuesta consiste en:

• Deteniendo el ciclo celular en caso de mutación en el punto G1/S. Incluso lo detienen permanentemente (senescencia)

• Activa las enzimas reparadoras del ADN.

• Induce la apoptosis o muerte celular programada impidiendo la proliferación cancerosa. Es el último mecanismo de protección

enlace apoptosis neurona

Por tanto, un p53 defectuoso podría permitir que las células anormales proliferen dando por resultado cáncer (alrededor de un 50 % de todos los tumores humanos contienen mutaciones en p53)

Ratones transgénicos con sobreexpresión de p53 y telomerasas son más longevos (50%) y están libres de cáncer.

5.2. Agente mutagénicos y hábitos saludables.

Algunos estilos de vida pueden aumentar el riesgo del desarrollo de cáncer. Algunos de estos hábitos son:

Tabaquismo: está fuertemente relacionado con varios tipos de cáncer (de pulmón, boca, garganta, esófago, páncreas, vejiga y riñón, entre otros) . El humo del tabaco contiene al menos 70 sustancias químicas carcinógenas que pueden dañar el ADN y aumentar el riesgo de cáncer. Destacamos Alquitrán, Plomo, Arsénico, amoniaco, benceno, y nitrosaminas derivadas de la nicotina.

Dieta poco saludable: Una dieta rica en grasas saturadas, azúcares refinados y baja en frutas, verduras y fibras (recordar fibra – peristaltismo intestinal – cáncer de color) se ha relacionado con un mayor riesgo de cáncer colorrectal, de mama y de próstata, entre otros. La obesidad, que a menudo está vinculada a una dieta poco saludable, también se asocia con un riesgo aumentado de varios tipos de cáncer.

Una dieta rica en carnes procesadas,frituras y asados contiene gran cantidad de dos agentes mutagénicos:

1. Acrilamidas (La acrilamida es una sustancia química que se crea de forma natural en productos alimenticios que contienen almidón durante procesos de cocinado) y

2. Benzopirenos, café, embutidos, salchichas, ahumados, fritos, barbacoas… presentan gran cantidad de estos agentes mutagénicos.

Exposición a la radiación ultravioleta: La exposición excesiva a la radiación UV del sol o camas de bronceado aumenta el riesgo de desarrollar cáncer de piel, especialmente el melanoma.

Infecciones virales y bacterianas: Algunas infecciones crónicas, como la infección por el virus del papiloma humano (VPH), el virus de la hepatitis B y C, y la bacteria Helicobacter pylori, pueden aumentar el riesgo de cáncer cervical, hepático y gástrico, respectivamente.

Consumo excesivo de alcohol: se ha asociado con un mayor riesgo de desarrollar cáncer de hígado, de esófago, de garganta, de boca y de mama, entre otros. El alcohol puede causar daño directo a las células y aumentar la inflamación, lo que contribuye al desarrollo de ciertos tipos de cáncer.

Conociendo el origen de las agentes mutagénicos podemos deducir los principales HÁBITOS SALUDABLES, y adoptar estilos de vida saludables que pueden desempeñar un papel importante en la prevención del cáncer.

• Mantener un peso saludable,

• llevar una dieta equilibrada, incluyendo fibra alimentaria,

• hacer ejercicio regularmente,

• evitar el tabaco y

• limitar el consumo de alcohol y otras drogas son medidas clave para reducir el riesgo de cáncer.

Además, las prácticas de detección temprana, como exámenes regulares y pruebas de detección, son fundamentales para identificar y tratar el cáncer en sus etapas iniciales, mejorando así las tasas de supervivencia.

Es importante destacar que la genética también juega un papel en el riesgo de cáncer, y algunas personas pueden tener una predisposición genética que aumenta su susceptibilidad. Sin embargo, adoptar un estilo de vida saludable sigue siendo una estrategia efectiva para reducir el riesgo en la medida de lo posible.

BLOQUE D. GENÉTICA MOLECULAR Y EVOLUCIÓN

GENÉTICA MOLECULAR

Mod 25. REPLICACIÓN – TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN.

1. EBAU Extremadura 24 Ord – 7. A continuación se muestra una porción de la secuencia de aminoácidos de una proteína:

NH2-…-Lys-Gly-Trp-Ser-Phe...-COOH

Después de realizar el tratamiento con un agente mutagénico, la secuencia de aminoácidos es la siguiente:

NH2-...-Lys-Gly-COOH

1. Teniendo en cuenta el código genético (tabla adjunta) determine dónde se ha producido la mutación y los probables cambios en la secuencia de nucleótidos del ARNm en este codón. (1 punto).

2. ¿Qué tipo de mutación ha sucedido? ¿Será funcional la proteína mutada? Justifique su respuesta (1 punto)

2. EBAU Extremadura 24 Extraord –7. A continuación, se muestra la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN:

5´... CGG TTA GCA ACA CAT TAC TCC…3´

Responda a las siguientes cuestiones:

1. Utilizando esta cadena como molde, escriba la secuencia del ARN mensajero correspondiente, indicando su polaridad o dirección. (0,5 puntos)

2. Teniendo en cuenta que el codón de inicio es AUG y que los posibles codones de parada son UAG, UAA y UGA, ¿Cuántos aminoácidos puede codificar este fragmento? (0,5 puntos)

3. Indique en qué lugar de las células, según sean eucariotas o procariotas, tiene lugar la replicación, la transcripción y la traducción. (1 punto)

3. Mod25. Parte de la secuencia de aminoácidos de una proteína está indicada en la fila superior de esta tabla:

a) Copie y complete los espacios en blanco con los tripletes correspondientes [1].

b) Indique qué se entiende por código genético [0,5].

c) Explique dos características del código genético [0,5].

Mod 25. TERCERA PREGUNTA (2,5 puntos). GENÉTICA MOLECULAR

Respecto al proceso de traducción,

1. ¿Cuál es la función de los siguientes elementos en este proceso? 1.-Ribosomas; 2.-Anticodón; 3.-mRNA; 4.-RNA; 5.-Codón

2. Describe brevemente las tres fases del proceso mencionado.

En relación con la información genética y sus alteraciones:

1. Si un polipéptido tiene 110 aminoácidos, indique cuántos nucleótidos tendrá el fragmento del ARNm que codifica a esos aminoácidos. Razone la respuesta.

si tenemos 110 aminoácidos, el número de codones necesarios será igual a 110. Así que multiplicamos 110 aminoácidos por 3 nucleótidos por cada codón - 110 aminoácidos × 3 nucleótidos/aminoácido = 330 nucleótidos  Además, hay que considerar que el ARNm también necesita un codón de iniciación (AUG) y, si se incluye el codón de terminación, el número total de nucleótidos será el mismo en este caso. Por lo tanto, el fragmento del ARNm que codifica esos 110 aminoácidos tendrá un total de 330 nucleótidos.

1. ¿Qué significa que el código genético está degenerado?

2. En un fragmento de ADN que codifica un polipéptido se produce una mutación puntual que afecta a un par de bases. Cuando la célula sintetice el polipéptido, a éste le podría ocurrir uno de los cuatro hechos siguientes:

1. Que se codifique el mismo aminoácido que el sintetizado antes de la mutación.

2. Que un aminoácido sea sustituido por otro.

3. Que el nuevo polipéptido sintetizado sea más corto.

4. Que el nuevo polipéptido sintetizado sea más largo.

D) Basándote en tus conocimientos sobre el código genético, explica por qué puede darse cada uno de estos resultados.

• la situación 1 se produce cuando la mutación ha cambiado un codón por otro que también codifica para el aminoácido en cuestión debido a la degeneración del código. 
• La situación 2 se da cuando la mutación hace aparecer un codón que codifica para otro aminoácido (probablemente cambios en la primera o segunda posición del codón).
•  La situación 3 se produciría si el cambio hace que aparezca un codón de terminación (uno de los tres posibles). 
• La situación 4 puede originarse si el cambio hace que desaparezca un codón de terminación.

Cantabria. Pregunta 3 [1,25 puntos]

A partir de la siguiente secuencia codificante de nucleótidos (5’-CGACCCCTCATAGGCAAACACCGCTATATC-3’)

a) Razone si se trata de ADN o ARN.

b) Determine la secuencia de aminoácidos a la que dará lugar, usando la Figura 2 adjunta.

c) Escriba una secuencia alternativa con una mutación que resulte en el cambio del aminoácido Pro por Thr.

Mod25 Galicia. GENÉTICA MOLECULAR (2,5 puntos)

2.1. Una hebra de ADN posee la siguiente composición de bases nitrogenadas: A=21%, G=30%, C=26% e T=23%. Esta hebra es replicada por la ADN-polimerasa, y la cadena resultante es utilizada como modelo para sintetizar ARNm. Indique y razone cuál será la composición de bases que tendrá el ARN producido. (1 punto)

2.2. Responda uno de los dos apartados siguientes: (1,5 puntos)

2.2.1. El emperador romano Claudio murió, probablemente, envenenado tras la ingesta de setas de la especie Amanita phalloides, una de las más peligrosas que se conocen. Su toxicidad es debida a unas proteínas, denominadas amanitinas, que inhiben la acción de la enzima ARN polimerasa II. A) ¿Qué nombre recibe el proceso biológico bloqueado por la β-amanitina y en qué lugar da célula se produce? B) ¿Qué moléculas se forman como consecuencia de este proceso? C) Si tratamos un cultivo de bacterias con amanitinas ¿se produciría el mismo efecto? Indique el motivo. D) Las amanitinas se caracterizan por ser resistentes a la cocción. Teniendo en cuenta esta característica, ¿se podría evitar su toxicidad al cocinar las setas?

2.2.2. A) Relacione los números de la figura con los siguientes elementos: aminoácido, ARNt, cadena polipeptídica, centro A, centro E, centro P, codón, extremo 3’, extremo 5’, subunidad grande, subunidad pequeña. B) Enumere las fases del proceso biológico representado en la figura.

Mod25 Madrid. 3. Elija una de las dos propuestas (A o B) y responda a las preguntas planteadas:

3. A.- En relación con el material hereditario:

1. Siendo la secuencia de la cadena molde de un fragmento de ADN 3´-GTACGAATCGTGGCTGGAGATTGCA-5´, indique la secuencia y polaridad de la hebra que sintetizará la ARN polimerasa (0,5 puntos).

2. Indique cuántos aminoácidos componen la proteína codificada por el ARNm obtenido, siendo el codón STOP “UAA”. Escriba las secuencias de los anticodones de los ARNt correspondientes a cada aminoácido y sus polaridades (1 punto).

3. Describa brevemente la finalización de la traducción en procariotas (0,5 puntos).

3. B.- En relación con la información genética de los seres vivos:

1. Relacione cada uno de los conceptos indicados con números con solo uno de los indicados con letras (1 punto).

1) Transversión, 2) Sitio A, 3) Promotor, 4) Fragmento de Okazaki, 5) Cola de poliadeninas, 6) Subunidad ribosomal,

7) ADN polimerasa III, 8) Inserción A) Replicación, B) Transcripción, C) Traducción, D) Mutación

2. Describa brevemente el proceso de transcripción del ARNm y explique su significado biológico (1 punto).

Mod 25. 4. B.- En relación con la biología celular:

a) La observación y análisis químico de cuatro orgánulos o estructuras celulares eucariotas presenta los resultados que se muestran en la tabla inferior. Indique un posible orgánulo o estructura celular que puede tener estas características para cada una de las observaciones. No es necesario copiar la tabla en la hoja de respuestas (1 punto).

	Muestra nº 1	Muestra nº 2	Muestra nº 3	Muestra nº 4
Estructura observada	no membranosa	membranosa	membranosa	No membranosa
Sustancia presente	tubulina	citocromo	ARNr	triglicérido
Orgánulo o estructura celular

b) Explique en qué fases de la división celular se genera variabilidad genética y cómo se produce esta (1 punto).

Solución simplificada.

a) Es una estructura formada por fibras de microtúbulos de tubulina que se extiende entre los dos centrosomas (con centriolos en las células animales y sin ellos en las vegetales) que se forma durante la división celular eucariota. La función del huso acromático consiste en dirigir a los cromosomas/cromátidas hacia los polos de la célula (hacia los centrosomas) durante la división celular mitótica y meiótica.
b) Se encuentran en los cromoplastos (plastos). Se encuentran en los peroxisomas.
c) La envoltura nuclear está formada por una membrana externa y otra interna, interrumpidas por poros nucleares. (La membrana externa se relaciona con los ribosomas y el retículo endoplasmático, y la membrana interna con la lámina nuclear).

4. B.-
a)  1-microtúbulos, centriolo, centrosoma, citoesqueleto; 2-mitocondria, cloroplasto; 3-mitocondria, cloroplasto, RER, envoltura nuclear; 4-inclusión (gota lipídica).
b) Se genera variabilidad genética en la profase I meiótica como consecuencia de la recombinación génica (sobrecruzamiento). También se genera variabilidad genética en las anafases meióticas I y II como consecuencia de la segregación cromosómica.

Genética molecular EBAU

EBAU. 2023 6. Relacionado con genética molecular. Defina los siguientes términos: (0.4 p X apartado)

1. Hebra/cadena conductora/adelantada

2. Hebra/cadena retardada

3. Fragmentos de Okazaki

4. Helicasa

5. ARN cebador

EBAU. 2023

A. En el proceso de replicación del ADN en una célula eucariota, ¿con qué hebra/cadena asociaría cada una de estos elementos? (1 punto)

1. Cebador

2. Fragmentos de Okazaki

3. ADN polimerasa

4. ADN ligasa

B. Indique secuencialmente las etapas del proceso de traducción y mencione cuatro componentes que participan en el mismo. (1 punto)

EBAU mod 17. 3.- Replicación o autoduplicación del ADN. (2 puntos)

EBAU mod 19/20.5. Describe la (autoduplicación) Replicación del ADN en procariotas (2 puntos).

EBAU mod 22. 5. Replicación o duplicación:

1. Cite dos enzimas que intervienen en este proceso y explique la función de cada una de ellas.

2. Señale cuatro diferencias entre la duplicación del ADN en procariotas y eucariotas. (1 punto)

EBAU. 2018 3. Enumere y aclare 5 diferencias entre procariotas y eucariotas respecto a replicación, transcripción o traducción ( en el conjunto de los tres procesos). (2 puntos)

EBAU 22. B. Explique brevemente el significado de las siguientes afirmaciones:

1. Las dos hebras/cadenas de una molécula de ADN son antiparalelas. (0,5 puntos)

2. La replicación del ADN es semiconservativa. (0,5 puntos)

EBAU mod 19.3. Describe la transcripción en procariotas. (2 puntos)

EBAU mod 20.6.- Transcripción del ARNm de eucariotas (2 puntos).

EBAU. 21 y 22 5.- En relación con la transcripción:

1. Define el proceso de transcripción e indique las fases de este proceso. (1 punto).

2. Indique los principales eventos moleculares que tienen lugar en la maduración del ARNm de eucariotas. (1p)

EBAU. 2018 3. Transcripción: Aclarar las diferencias más significativas entre la transcripción en eucariotas y procariotas. (2 puntos)

EBAU Mod 20.6.- Funciones de los distintos tipos de ARN en la síntesis de proteínas (2 puntos).

EBAU.20/21 5.- Los siguientes enzimas participan en los procesos de transcripción y traducción. Asocie cada uno de ellos al proceso que le corresponda, indicando su función en el mismo:

1. Peptidil transferasa. (0,5 puntos)

2. ARN polimerasa II. (0,5 puntos)

3. Poli A polimerasa. (0,5 puntos)

4. Aminoacil-ARNt sintetasa. (0,5 puntos)

EBAU. 2020 4. Describa brevemente el mecanismo de traducción (biosíntesis) de las proteínas.

Mod EBAU23. 4. Defina e indique en qué parte de la célula eucariota se llevan a cabo los siguientes procesos (0.5 puntos cada apartado):

A. Ciclo de Calvin B. Ciclo de Krebs C. Traducción D. Replicación o duplicación

CÓDIGO GENÉTICO

NOTAS

El ARNm se traduce siempre comenzando por el extremo 5´y terminando por el extremo 3´

Al extremo 5´ del ARNm le corresponde el extremo amino terminal (NH₂-) del polipéptido y al extremo 3´el carboxilo terminal (COOH-)

La secuencia de la hebra informativa o codificante o estabilizadora (la 5´a 3´) es la misma a la del ARNm salvo que hay que cambiar la T por la U

EBAU Extremadura 24 Extraord –7. A continuación, se muestra la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN:

5´... CGG TTA GCA ACA CAT TAC TCC…3´

Responda a las siguientes cuestiones:

    A) Utilizando esta cadena como molde, escriba la secuencia del ARN mensajero correspondiente, indicando su polaridad o dirección. (0,5 puntos)
    B) Teniendo en cuenta que el codón de inicio es AUG y que los posibles codones de parada son UAG, UAA y UGA, ¿Cuántos aminoácidos puede codificar este fragmento? (0,5 puntos)
    C) Indique en qué lugar de las células, según sean eucariotas o procariotas, tiene lugar la replicación, la transcripción y la traducción. (1 punto)

EBAU 20 5.-Conteste a las siguientes cuestiones sobre el código genético:

1. Concepto (0,5p) y

2. características (1,5p)

EBAU MOD 21.6.- En relación con los ARN de células eucarióticas:

1. Indique los tipos de ARN que conozca (0,5 puntos).

2. Explique la función de cada uno de ellos (0,5 puntos).

3. Explique brevemente el proceso de maduración del ARNm (1 punto).

EBAU mod 20.6.- ARN:

A. Definición y descripción del ARNm de eucariotas (1 punto).

B. Características del código genético (1 punto).

EBAU MOD 21.6.- Responda a las siguientes cuestiones: (1 punto cada apartado).

1. Indique la estructura y función del ARNt.

2. El código genético: concepto y principales características.

EBAU. 2023 7. A continuación se presenta la siguiente secuencia de bases nitrogenadas de un ácido nucleico obtenido a partir de células de chimpancé: (0,5 puntos cada apartado)

5’- AAA ATG TGC CCC CGT GAA TAA GAT -3’

1. ¿Cuál es la secuencia de la cadena complementaria indicando su polaridad o dirección? ¿De qué tipo de ácido nucleico se trata y por qué?

2. A partir de esta cadena complementaria, indique la secuencia del ARN mensajero que puede obtenerse, mostrando su polaridad o dirección.

3. Utilizando el código genético, ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos del péptido resultante?

4. Razone si el chimpancé tiene el mismo código genético que el ser humano ¿Y el mismo genoma?

EBAU Extremadura 24 Ord – 7. A continuación se muestra una porción de la secuencia de aminoácidos de una proteína: 

NH2-…-Lys-Gly-Trp-Ser-Phe...-COOH

Después de realizar el tratamiento con un agente mutagénico, la secuencia de aminoácidos es la siguiente: 

NH2-...-Lys-Gly-COOH

    A) Teniendo en cuenta el código genético (tabla adjunta ej anterior) determine dónde se ha producido la mutación y los probables cambios en la secuencia de nucleótidos del ARNm en este codón. (1 punto).

    B) ¿Qué tipo de mutación ha sucedido? ¿Será funcional la proteína mutada? Justifique su respuesta (1 p)

EBAU mod 24-8. Cuando comparamos la secuencia del ARN mensajero obtenido a partir de la transcripción de un gen, antes y después del tratamiento de las células con un agente mutagénico, encontramos el siguiente resultado: 

    Antes:       5’- AAA  AUG  UGC   CCC   CGU  GAA  UGU  GAU -3’  

    Después:    5’- AAA  AUG  UGC   CCC   CGU  UAA  UGU  GAU -3’  

A. ¿Cuáles son las secuencias del ADN del gen antes y después del tratamiento con el agente mutagénico? Indique su polaridad o dirección. (0,5 puntos) 

B. Utilizando el código genético que se adjunta, ¿indique qué consecuencia tiene esta mutación sobre la proteína obtenida? (1 punto). 

C. ¿En qué grupo de mutaciones puede encuadrarse y por qué? (0,5 puntos) 

EBAU mod 23. 6. Dada la siguiente secuencia de ADN: 3´...TACCTACACAGATCTTGC... 5’ ́:

1. Escriba la cadena complementaria e indique su polaridad o dirección. (0.5 puntos)

2. Escriba la secuencia de ARN mensajero de la cadena que está indicada en el enunciado. (0.5 p)

3. Indique el número de aminoácidos del péptido resultante. (0.5 puntos)

4. ¿Qué tipo de variación/es debería suceder en este fragmento de ADN para que produjera un polipéptido de 5 aminoácidos? Razone la respuesta. (0.5 puntos).

EBAU MOD 21. 5.- A continuación se escribe la secuencia de nucleótidos de un fragmento de la cadena codificante del ADN: (0.5 puntos cada apartado)

3’...TACAATTCCCGGGCAACACAC…5’

1. Determinar la secuencia de nucleótidos del ARNm correspondiente e indicar su polaridad.

2. Utilizando el código genético, determinar la secuencia de aminoácidos que produce la traducción de este ARNm señalando con claridad cuál será el extremo amino y carboxilo del péptido producido. ¿Cuántos aminoácidos puede codificar este fragmento?

3. ¿Qué tipo de variación/es debería suceder en este fragmento de ADN para que produjera un polipéptido de 5 aminoácidos? Razone la respuesta.

4. Diferencia entre mutación génica y genómica.

EBAU.22 7. Responda las siguientes cuestiones: DAN CÓDIGO GENÉTICO

1. A. Escriba la secuencia de ARN mensajero que se transcribiría de la siguiente cadena hebra de una molécula de ADN bicatenario: 3’...TACAAGTACTTGTTTCTTATT...5’ (0,5 puntos)

2. Escriba la secuencia de aminoácidos que resultaría de la traducción. (0.5 puntos)

3. Suponga que las dos G se cambian por A, ¿Cómo afectarían estas mutaciones a la secuencia de aminoácidos y qué tipo de mutación sería? Razone la respuesta. (0.5 puntos)

4. ¿Qué ocurriría si se eliminan las G? Razone la respuesta. (0.5 puntos)

EBAU mod 17. 3.- Dada la siguiente secuencia de ADN 3´ TACCTACACAGATCTTGC 5´ (2 puntos):

1. Escriba la cadena complementaria. (0,5 puntos)

2. Escriba la secuencia de ARNm (ARN mensajero) de la cadena dada. (1 punto)

3. Número de aminoácidos del péptido resultante. (0,5 puntos)

EBAU 18 3. Dada la siguiente secuencia de ADN: 3' TAAGTACCTAACACAGATCTTGC 5'

1. Escriba la cadena complementaria. (0,5 puntos)

2. Escriba la secuencia de ARN mensajero resultante de la transcripción de la cadena dada. (0,5 p)

3. Número de aminoácidos del péptido resultante. (0,5 puntos) D. Enumere las características del código genético. (0,5 p)

EBAU Extremadura 24 Extraord –8. Durante el proceso evolutivo que dio origen a los chimpancés (Pan troglodytes) y a los homínidos (género Homo) a partir de un antepasado común, se produjo la fusión de dos pequeños cromosomas (12 y 13 del chimpancé actual) para formar el cromosoma 2 de ser humano actual, permaneciendo el resto del genoma prácticamente inalterado.

A. ¿En qué grupo se puede encuadrar este tipo de mutaciones? (0,5 puntos) ¿Por qué? (0,5 puntos)

B. Desde la perspectiva neodarwinista, explique los mecanismos básicos que fundamentan el proceso evolutivo (1 punto)

MUTACIONES

EBAU Extremadura 24 Extraord – 4. Rosalind Franklin murió de cáncer de ovario a la edad de 37 años. Sus trabajos empleando Rayos X fueron la clave para que Watson y Crick elucidaran la estructura molecular del ADN. Sin embargo, no llegó jamás a recibir el premio Nobel. Muy probablemente, las elevadas dosis de radiación que sufrió mientras investigaba fueron la causa del cáncer que padeció. Responda a las siguientes cuestiones teóricas:

    A) Indique dos genes codificantes de proteínas que, mutados, pueden ser responsables de la aparición y crecimiento de un tumor (0,5 puntos)

    C) Defina cáncer, protooncogén, oncogén y gen supresor de tumores (1 punto)

    D) Describa dos hábitos saludables para minimizar el riesgo de padecer cáncer debido a factores ambientales o a determinados estilos de vida (0,5 puntos).

Mod 25. Genética molecular – Replicación y mutaciones (2 opciones a elegir 1) (1,5 puntos)

Opción 4.A. Contestar las siguientes cuestiones:

a) Dado el siguiente fragmento de ADN codificante monocatenario 3’…TAC GGA GAT TCA AGA GAG…5’ y del correspondiente ADN mutante 3’… TAC GGG ATT CAA GAG AG…5’ ¿Qué tipo de mutación se ha producido? ¿La mutación incluida puede conllevar alteraciones graves? Razonar la respuesta. (1,0)

b) Indicar qué son las aneuploidías y euploidías. (0,5)

Opción 4.B. Según el esquema que representa la replicación del ADN:

a) Identificar todas las moléculas y estructuras señaladas con los números del 1 al 6. Describir la función de las moléculas señaladas con el número 1, y 5. (1,0)

b) ¿Por qué este proceso es continuo en una de las cadenas y discontinuo en la otra? (0,5)

EBAU 21 6.-Respecto a las mutaciones:

1. Concepto de mutación. (0,5 puntos)

2. Diferencie entre mutación génica y cromosómica. (0,5 puntos)

3. Indique dos tipos de agentes mutagénicos y ponga dos ejemplos para cada uno de ellos. (1 p)

EBAU mod 22.7. Defina tipos de mutaciones según la extensión del material genético afectado. (1 p)

EBAU 19 3. El aumento de la biodiversidad. Influencia de las mutaciones y de la recombinación (2p).

EBAU 2018 3. Mutación:

1. Concepto. (0,5 puntos)

2. Nombra los distintos tipos de mutación. (0,5 puntos)

3. Explica las mutaciones génicas. (1p)

EBAU19. Mutación: concepto y clasificación según su extensión. Explica las mutaciones génicas. (1 p)

EBAU 22 6. Relacionado con mutación:

1. Defina el concepto de agente mutagénico. (1punto)

2. Indique dos agentes mutagénicos y explique sus principales características. (1 punto).

EBAU 2020 6.- Mutaciones y agentes mutagénicos:

A. Concepto de mutación. (0.5 puntos)

B. Clasificación de agentes mutagénicos. Ponga dos ejemplos de cada tipo. (1.5 puntos)

Mod EBAU22.7.-Responda las siguientes cuestiones:

A.-Señale dos diferencias entre: -Catabolismo y Anabolismo. (0,5 puntos)

B.-Cite la localización celular de los siguientes procesos metabólicos: -Ciclo Calvin -Ciclo de Krebs (0,5)

C.- Defina los tipos de mutaciones según la extensión del material genético afectado. (1 punto).

CROMOSOMAS PROBLEMAS

EBAU. 2023 5. En la siguiente figura se presentan, ordenados en parejas de homólogos, todos los cromosomas de una persona a la que se ha realizado un estudio genético:

A. Razone si, cromosómicamente, se trata de un individuo de sexo masculino o de sexo femenino. (0,5 p)

B. Teniendo en cuenta que el número haploide (n) de Homosapiens es 23, ¿qué anomalía se observa respecto al número total de cromosomas? (1 punto)

C. Indique razonadamente en qué grupo de mutaciones se encuadra la alteración presentada? (0,5P).

Mod EBAU23. 7. Una pareja desea tener descendencia. El padre de la mujer es daltónico y la madre es normal para la visión de colores. La pareja de la mujer es un hombre daltónico.

A. ¿Cuáles serán los genotipos de los progenitores y de la descendencia? (1 punto)

B. ¿Cuáles serán los fenotipos y sus proporciones? (1 punto)

EBAU 19 3.

1. Representa el cruzamiento entre una mujer que sea portadora de una enfermedad ligada al cromosoma X y un varón sano.

2. Respecto al cruzamiento anterior, contesta a las siguientes cuestiones:

3. ¿Qué porcentaje de descendientes sufrirán la enfermedad?

4. ¿Qué porcentaje de descendientes no sufrirán la enfermedad pero podrían transmitirla a sus hijos varones?

5. ¿Alguna de las hijas del cruzamiento (A), casada con un varón que padeciera la enfermedad, podría tener algún hijo o hija con esta enfermedad? (0,5 puntos por apartado)

EBAU mod 20/21.9.- Contesta a las siguientes cuestiones:

1. Características de la respuesta inmune primaria y secundaria (1 punto).

2. En el cruzamiento de mujer portadora de daltonismo y un varón sano:

        B1. ¿Qué porcentaje de descendientes sufrirán la enfermedad? (0.5 puntos)

        B2. ¿Qué porcentaje de descendientes no sufrirán la enfermedad, pero podrán transmitirla a sus             hijos varones? (0.5 puntos).

EVOLUCIÓN (no hacer- sólo subrayado)

Mod EBAU22. 6.- Evolución:

A. Establezca los principios del darwinismo. (1 punto)

B. Argumente dos evidencias o pruebas que apoyen el hecho evolutivo. (1 punto)

EBAU2020. 6. Evolución:

1. ¿Cuál es la unidad de evolución para el darwinismo? ¿Y para el neodarwinismo? Razone la respuesta. (1p)

2. Relacione los siguientes ejemplos con cada una de las pruebas de la evolución (1 punto):

1. Diversificación de la familia de los camélidos en diferentes ambientes.

2. Características comunes durante el desarrollo prenatal de los vertebrados.

3. Similitudes entre el ala de un murciélago y de un insecto.

4. El fósil de Archaeopteryx demuestra que es una especie intermedia entre aves y reptiles.

EBAU2020 6.- Evolución:

A. Señale dos aportaciones del neodarwinismo a la idea actual de evolución. (1 punto)

B. Argumente dos evidencias o pruebas del proceso evolutivo. (1 punto).

EBAU2019 3. Pon cuatro ejemplos de aportaciones del neodarwinismo (posteriores a Darwin) que hayan contribuido a la idea actual de evolución. (2 puntos)

EBAU mod 19/22. 6.- Evolución:

1. Establezca los principios del darwinismo. (1 punto)

2. Argumente dos evidencias o pruebas que apoyen el hecho evolutivo. (1 punto)

3. Agentes mutágenos. Función, tipos. (1 punto)

Mod EBAU19. 3.- Responde las siguientes cuestiones (2 puntos):

3.1. Principios del darwinismo. Comenta brevemente dos pruebas que evidencian la evolución. (1 punto)

3.2. Agentes mutágenos. Función, tipos. (1 punto)

Mod EBAU18. 3.- Evolución: (2 puntos)

A. Principios del darwinismo. (1 punto)

B. Especificaciones del neodarwinismo o teoría sintética de la evolución. (1 punto)

MODELOS DE PREGUNTAS (NO HACER incluidas en anteriores)

Mod EBAU21. 9.- Defina brevemente los siguientes conceptos (0.5 puntos cada apartado): biotecnología, mutación génica, antígeno y enfermedad autoinmune.

Mod EBAU20. 10.- Responda a las siguientes cuestiones:

A. Anticuerpos: naturaleza química, estructura y función (1 punto).

B. Defina: Fotofosforilación (0.5 puntos) y Mutación (0.5 puntos).

Mod EBAU20. 6.- Funciones de los distintos tipos de ARN en la síntesis de proteínas 2p

Mod EBAU20. 5.- Autoduplicación o replicación del ADN en procariotas. (2 puntos).

Mod EBAU20. 5.- Replicación del ADN en procariotas (2 puntos).