Ejercicio resuelto de Biología · 2024

En septiembre de 2023, el canal digital de la cadena de noticias CNN publicaba el titular siguiente: «Un equipo de científicos recupera por primera vez RNA de un tigre de Tasmania, una especie extinguida hace años». Esta investigación se llevó a cabo a partir de un ejemplar de esta especie que se conserva en el Museo Sueco de Historia Natural.


Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thylacinus_cynocephalus_2_Gould.jpg.

1. Hasta este momento se había conseguido recuperar y aislar DNA de algunos animales extinguidos, pero nunca RNA. [1 punto]
a) Enumere dos diferencias entre los componentes químicos de estos dos ácidos nucleicos.
b) En otro fragmento de la noticia se podía leer la frase siguiente: «El equipo de investigación pudo secuenciar el RNA de los tejidos de la piel y el músculo esquelético del animal e identificar la expresión de genes concretos de los tigres de Tasmania.» ¿De qué tipo de RNA se debe tratar? Justifique la respuesta.

2. La secuencia indicada en la tabla siguiente corresponde a uno de los fragmentos de RNA del gen FTH1 aislado en el músculo esquelético del ejemplar analizado. [1 punto]
a) Complétela utilizando la tabla del código genético que hay a continuación.

Cadena de DNA complementaria					Cadena de DNA que se transcribe					RNA	AUU	CGU	GAG	ACU	UCA Secuencia de la proteína FTH1

b) ¿Cómo se llaman los procesos que permiten a las células sintetizar RNA a partir de un gen y después sintetizar la proteína correspondiente? ¿Dónde se localizan dentro de la célula?

3. El equipo de investigadores también comparó las secuencias de los fragmentos de RNA del músculo esquelético y de la piel del ejemplar de tigre de Tasmania del museo sueco con secuencias conocidas de los mismos tejidos de otras dos especies: el diablo de Tasmania y la oveja. [1 punto]
a) En relación con esta investigación, complete la tabla siguiente:

¿Qué problema querían resolver los investigadores con esta comparación? ¿Qué hipótesis podían haber formulado? Proponga una mejora para que los resultados de esta investigación fueran estadísticamente significativos:

b) El gráfico siguiente representa los resultados obtenidos en tres genes bastante representativos de las semejanzas y las diferencias entre estas especies en cuanto a nivel de expresión génica. Escriba dos conclusiones sobre la semejanza de estas especies o de sus tejidos a partir de esta información.

$\mathbf{\text{1.}}\mathbf{\text{Hasta}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{momento}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{hab}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{conseguido}}\mathbf{\text{recuperar}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{aislar}}\mathbf{\text{DNA}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{algunos}}\mathbf{\text{animales}}\mathbf{\text{extinguidos,}}\mathbf{\text{pero}}\mathbf{\text{nunca}}\mathbf{\text{RNA.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Enumere}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{diferencias}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{componentes}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{micos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{dos}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cidos}}\mathbf{\text{nucleicos.}}$

Ambos son polinucleótidos, pero sus nucleótidos se diferencian en dos de los tres componentes:

La pentosa. En el DNA es la desoxirribosa, que carece de grupo hidroxilo en el carbono $2^{\mathrm{\prime }}$; en el RNA es la ribosa, que sí lo tiene. Esa ausencia de $\text{OH}$ es la que hace al DNA químicamente mucho más estable, y explica que hasta ahora solo se hubiera recuperado DNA de ejemplares extinguidos.

La base nitrogenada pirimidínica. El DNA lleva timina y el RNA, uracilo. Las otras tres bases, adenina, guanina y citosina, son comunes a los dos ácidos nucleicos.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{otro}}\mathbf{\text{fragmento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{noticia}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{pod}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{leer}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{frase}}\mathbf{\text{siguiente:}}\mathbf{\text{«El}}\mathbf{\text{equipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{investigaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{pudo}}\mathbf{\text{secuenciar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{RNA}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tejidos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{piel}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{sculo}}\mathbf{\text{esquel}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{animal}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{identificar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{expresi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{genes}}\mathbf{\text{concretos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tigres}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Tasmania.»}}\mathbf{\text{¿De}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{RNA}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{debe}}\mathbf{\text{tratar?}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}$

Se trata de RNA mensajero.

El RNA mensajero es el que se obtiene por transcripción de un gen y lleva copiada la información para sintetizar una proteína concreta. Por tanto, la presencia de un mRNA determinado en un tejido demuestra que el gen correspondiente se está transcribiendo en él, y su cantidad mide el nivel de expresión de ese gen. Los otros tipos de RNA no sirven para eso: el ribosómico y el transferente intervienen en la traducción de cualquier proteína y están presentes en todas las células, de modo que no informan de qué genes concretos se expresan.

$\mathbf{\text{2.}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{secuencia}}\mathbf{\text{indicada}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{corresponde}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{fragmentos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{RNA}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{gen}}\mathbf{\text{FTH1}}\mathbf{\text{aislado}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{sculo}}\mathbf{\text{esquel}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ejemplar}}\mathbf{\text{analizado.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Compl}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tela}}\mathbf{\text{utilizando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{digo}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{hay}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{continuaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$

La cadena de DNA que se transcribe es la cadena molde: es complementaria del RNA, con timina donde el RNA lleva uracilo. La cadena de DNA complementaria de esa es la cadena codificante, que coincide con el RNA salvo que también lleva timina en lugar de uracilo. Los aminoácidos se leen directamente de la tabla del código genético a partir de los codones del RNA.

Cadena de DNA complementaria	$\text{ATT}$	$\text{CGT}$	$\text{GAG}$	$\text{ACT}$	$\text{TCA}$ Cadena de DNA que se transcribe	$\text{TAA}$	$\text{GCA}$	$\text{CTC}$	$\text{TGA}$	$\text{AGT}$ RNA	$\text{AUU}$	$\text{CGU}$	$\text{GAG}$	$\text{ACU}$	$\text{UCA}$ Secuencia de la proteína FTH1	Ile	Arg	Glu	Thr	Ser

El fragmento de proteína es, por tanto, isoleucina - arginina - ácido glutámico - treonina - serina.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{llaman}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{procesos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{permiten}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas}}\mathbf{\text{sintetizar}}\mathbf{\text{RNA}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{gen}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{despu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{sintetizar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{correspondiente?}}\mathbf{\text{¿D}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nde}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{localizan}}\mathbf{\text{dentro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula?}}$

La síntesis de RNA a partir de un gen es la transcripción, y la síntesis de la proteína a partir de ese RNA es la traducción.

En una célula eucariota, como las del tigre de Tasmania, la transcripción tiene lugar en el núcleo, donde está el DNA; allí se produce también la maduración del transcrito primario. El mRNA maduro sale al citoplasma por los poros nucleares y la traducción se realiza en los ribosomas, libres en el hialoplasma o adheridos al retículo endoplasmático rugoso. Con carácter secundario, ambos procesos ocurren también en el interior de las mitocondrias, que tienen su propio DNA y sus propios ribosomas.

$\mathbf{\text{3.}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{equipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{investigadores}}\mathbf{\text{tambi}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{compar}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{secuencias}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{fragmentos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{RNA}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{sculo}}\mathbf{\text{esquel}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{piel}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ejemplar}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{tigre}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Tasmania}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{museo}}\mathbf{\text{sueco}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{secuencias}}\mathbf{\text{conocidas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{mismos}}\mathbf{\text{tejidos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{otras}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{especies:}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{diablo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Tasmania}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{oveja.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{relaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{investigaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente:}}$

Cuestión	Respuesta ¿Qué problema querían resolver los investigadores con esta comparación?	Si el RNA recuperado de un ejemplar conservado en un museo es RNA auténtico del tigre de Tasmania y conserva el patrón de expresión propio de cada tejido, y qué grado de parentesco evolutivo tiene esta especie extinguida con otras dos especies actuales: un marsupial próximo, el diablo de Tasmania, y un mamífero placentario, la oveja. ¿Qué hipótesis podían haber formulado?	Que el patrón de expresión génica del tigre de Tasmania se parecería más al del diablo de Tasmania, con el que comparte un antepasado común más reciente, que al de la oveja; y que, dentro de cada especie, la piel y el músculo esquelético mostrarían patrones de expresión distintos entre sí. Proponga una mejora para que los resultados de esta investigación fueran estadísticamente significativos	Aumentar el tamaño de la muestra en lugar de trabajar con un único ejemplar y tres genes: analizar varios ejemplares de cada especie, con réplicas de cada medida y un número mayor de genes, y aplicar después una prueba estadística que permita decidir si las diferencias observadas son significativas o atribuibles al azar.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{gr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{fico}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{representa}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{resultados}}\mathbf{\text{obtenidos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{genes}}\mathbf{\text{bastante}}\mathbf{\text{representativos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{semejanzas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{diferencias}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cuanto}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{nivel}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{expresi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{g}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nica.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{conclusiones}}\mathbf{\text{sobre}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{semejanza}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{tejidos}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{informaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$

Primera conclusión. El perfil de expresión del tigre de Tasmania y el del diablo de Tasmania son prácticamente iguales en los dos tejidos: en la piel el gen 1 ronda las $110-120$ copias y el gen 2 las $40$, y en el músculo el gen 1 baja a $60$ y el gen 3 sube a unas $90-95$. La oveja se aparta de los dos en todos los valores, sobre todo en el músculo, donde el gen 3 solo alcanza unas $60$ copias. Esta semejanza es coherente con el parentesco evolutivo: los dos primeros son marsupiales y comparten un antepasado común mucho más reciente que el que comparten con un mamífero placentario.

Segunda conclusión. Dentro de cada una de las tres especies, la piel y el músculo tienen perfiles claramente distintos: el gen 2 solo se expresa en la piel y el gen 3, casi solo en el músculo. La expresión génica es, pues, específica de cada tejido, y ese carácter tejido-específico se mantiene en las tres especies, lo que indica que la regulación de estos genes se ha conservado a lo largo de la evolución de los mamíferos.