Genética molecular avanzada - Ejemplos y ejercicios

Genética molecular avanzada: ejemplos resueltos y ejercicios

En esta lección repasamos con ejemplos los procesos centrales de la genética molecular: la replicación del ADN, la transcripción, la traducción y la regulación de la expresión génica. Son contenidos que aparecen con mucha frecuencia en la PAU (EBAU/EvAU) y conviene dominarlos tanto en la teoría como en los problemas.

Ideas clave que necesitas

• Replicación semiconservativa: cada molécula hija de ADN conserva una cadena de la molécula original y tiene otra de nueva síntesis. Lo demostraron Meselson y Stahl (1958) cultivando Escherichia coli en un medio con ¹⁵N y pasándola después a un medio con ¹⁴N.
• Antiparalelismo y sentido de síntesis: las ADN polimerasas solo añaden nucleótidos en sentido 5'→3'. Por eso una cadena se sintetiza de forma continua (cadena conductora) y la otra de forma discontinua, mediante fragmentos de Okazaki (cadena retardada), que necesitan cebadores de ARN y la acción de la ADN ligasa.
• Transcripción: la ARN polimerasa lee la cadena molde en sentido 3'→5' y sintetiza el ARNm en sentido 5'→3'. El ARNm tiene la misma secuencia que la cadena codificante, pero con U en lugar de T. En eucariotas, el pre-ARNm sufre maduración: caperuza en 5', cola de poli-A en 3' y eliminación de intrones (splicing).
• Código genético: cada codón (triplete de bases del ARNm) corresponde a un aminoácido. Es universal (con pocas excepciones), degenerado (varios codones para un mismo aminoácido) y no solapado. AUG es el codón de inicio (metionina) y UAA, UAG y UGA son codones de parada.
• Traducción: ocurre en los ribosomas. Cada ARNt lleva un aminoácido y reconoce el codón mediante su anticodón, complementario y antiparalelo. Etapas: iniciación, elongación y terminación.
• Regulación en procariotas (operón lac): un operón es un grupo de genes estructurales controlados por un mismo promotor y un operador. Sin lactosa, la proteína represora se une al operador e impide la transcripción. Con lactosa, la alolactosa se une al represor, este cambia de forma y se separa del operador, y la ARN polimerasa transcribe los genes que permiten aprovechar la lactosa.

Ejemplo resuelto 1: de la cadena molde a la proteína

Enunciado: un fragmento de la cadena molde de un gen es 3'-TAC AAA CCG ATT-5'. Escribe la cadena codificante, el ARNm y el péptido resultante.

Resolución paso a paso:

1. Cadena codificante: es complementaria y antiparalela a la molde: 5'-ATG TTT GGC TAA-3'.
2. ARNm: es complementario de la molde, igual que la codificante pero con U: 5'-AUG UUU GGC UAA-3'.
3. Traducción con la tabla del código genético: AUG = Met, UUU = Phe, GGC = Gly, UAA = parada.

Resultado: Met-Phe-Gly. El codón de parada no aporta ningún aminoácido.

Ejemplo resuelto 2: el experimento de Meselson y Stahl

Enunciado: unas bacterias cultivadas durante muchas generaciones en ¹⁵N (ADN «pesado») se pasan a un medio con ¹⁴N. ¿Qué tipos de ADN aparecerán tras una y tras dos generaciones?

Resolución:

• Partimos de una molécula con dos cadenas pesadas (P/P).
• Primera generación: cada cadena pesada sirve de molde a una cadena ligera nueva. Se obtienen dos moléculas P/L: 100 % ADN híbrido.
• Segunda generación: cada molécula P/L se separa. La cadena P forma una molécula P/L y la cadena L forma una molécula L/L. De 4 moléculas, 2 son híbridas y 2 son ligeras: 50 % híbrido y 50 % ligero.

Si la replicación fuera conservativa, en la primera generación aparecerían 50 % pesado y 50 % ligero y nunca ADN híbrido; el resultado real descartó ese modelo.

Ejemplo resuelto 3: tamaño de un gen

Enunciado: una proteína tiene 200 aminoácidos. ¿Cuántos nucleótidos tiene, como mínimo, la parte codificante de su ARNm maduro, incluido el codón de parada?

Resolución: cada aminoácido necesita un codón de 3 nucleótidos: 200 × 3 = 600. A eso hay que sumar el codón de parada (3 nucleótidos): 600 + 3 = 603 nucleótidos. En eucariotas el gen será más largo, porque incluye intrones y regiones no traducidas.

Errores frecuentes

• Escribir el ARNm complementario de la cadena codificante: el ARNm es complementario de la molde.
• Olvidar los extremos 5' y 3' o escribirlos en el sentido equivocado.
• Traducir el codón de parada como si fuera un aminoácido.
• Confundir operador (donde se une el represor) con promotor (donde se une la ARN polimerasa).

Ejercicios