Ejercicio resuelto de Biología · 2024

Una de las aplicaciones de la PCR es la determinación de la paternidad entre animales, debido al alto coste económico o productivo que pueden tener algunos individuos. Conteste las siguientes preguntas relacionadas con la PCR: [2 puntos]

a) ¿Qué significa PCR y cuál es su objetivo principal? [0,3 puntos]

b) ¿Cuáles son las fases principales de un ciclo de PCR? Explique brevemente qué ocurre en cada una de ellas, indicando el papel de los elementos que intervienen en cada fase. [1,2 puntos]

c) Explique brevemente por qué es necesario repetir los ciclos en una PCR. [0,5 puntos]

$\textbf{a) ¿Qué significa PCR y cuál es su objetivo principal? [0,3 puntos]}$

PCR son las siglas de *Polymerase Chain Reaction*, en castellano reacción en cadena de la polimerasa.

Su objetivo principal es amplificar in vitro un fragmento concreto de ADN, es decir, obtener de miles a millones de copias de esa secuencia partiendo de una cantidad mínima de material genético. Esto es lo que permite trabajar con muestras muy escasas, como las que se emplean en las pruebas de paternidad que menciona el enunciado, en medicina forense o en el diagnóstico de enfermedades.

$\textbf{b) ¿Cuáles son las fases principales de un ciclo de PCR? Explique brevemente qué ocurre en cada una de ellas, indicando el papel de los elementos que intervienen en cada fase. [1,2 puntos]}$

Desnaturalización. La mezcla se calienta hasta unos $94\,^{\circ}\text{C}$, temperatura a la que se rompen los puentes de hidrógeno que unen las bases complementarias y la doble hélice se separa en dos hebras sencillas. El elemento que interviene aquí es el propio ADN molde, que queda accesible; los enlaces fosfodiéster de cada hebra no se ven afectados.

Hibridación o alineamiento. La temperatura se baja hasta unos $55\,^{\circ}\text{C}$, valor que depende de los cebadores empleados. Los cebadores o primers, secuencias cortas de ADN complementarias de los extremos de la región que se desea amplificar, se unen entonces por complementariedad a las hebras molde. Su papel es doble: delimitan el fragmento que se va a copiar y proporcionan a la polimerasa el extremo $3'$ libre desde el que empezar a sintetizar. La temperatura ha de ser la adecuada para que la unión sea específica.

Extensión o elongación. La temperatura se ajusta a unos $72\,^{\circ}\text{C}$, que es la óptima de la Taq polimerasa. Esta enzima, termoestable porque procede de la bacteria *Thermus aquaticus*, alarga los cebadores añadiendo los nucleótidos libres (dNTP) complementarios a los de la hebra molde, en sentido $5' \rightarrow 3'$, y sintetiza así la hebra nueva. Al terminar el ciclo se ha duplicado la región de interés.

$\textbf{c) Explique brevemente por qué es necesario repetir los ciclos en una PCR. [0,5 puntos]}$

Porque cada ciclo solo duplica la cantidad de ADN de la región que se amplifica, y una sola duplicación no basta para obtener material suficiente. Al encadenar los ciclos el crecimiento es exponencial: con $n$ ciclos se obtienen del orden de $2^n$ copias, de manera que los $25$ a $35$ ciclos habituales convierten una copia inicial en millones.

Solo así el fragmento alcanza una concentración detectable y analizable, suficiente para visualizarlo como una banda nítida en un gel de electroforesis, secuenciarlo o compararlo entre individuos, que es lo que se necesita para una prueba de paternidad. Repetir los ciclos es posible, además, porque la Taq polimerasa resiste las altas temperaturas de la desnaturalización y no hay que reponerla en cada vuelta.