Ejercicio resuelto de Biología · 2025

La ingeniería genética ha revolucionado la biotecnología al emplear enzimas especializadas que permiten manipular el ADN de manera precisa. Comprender las funciones de estas enzimas es esencial para su aplicación tanto en investigación como en los ámbitos clínico e industrial.

a) Identifique a qué enzimas hacen referencia las siguientes frases relacionadas con técnicas de ingeniería genética: [0,8 puntos]

1) Permite amplificar fragmentos de ADN a partir de cantidades mínimas.

2) Reconoce una secuencia específica de ADN y lo corta.

3) Se utiliza para unir fragmentos de ADN en la creación de vectores de clonación.

4) Permite editar genes de forma precisa usando un ARN guía.

b) Indique qué tipo de biomolécula es una enzima, qué monómeros la componen y nombre el tipo de enlace que los une. [0,3 puntos]

c) Nombre los cinco tipos de enlaces que podrían estabilizar la estructura terciaria de una enzima. [0,5 puntos]

d) En un laboratorio se está diseñando una enzima artificial para su uso en procesos industriales que requieren altas temperaturas. Dado que la estabilidad de las proteínas depende de varios tipos de enlaces, ¿cuál de estos enlaces sería más efectivo aumentar para mejorar la estabilidad térmica de la enzima? Explique su respuesta en función de las características de estos enlaces. [0,4 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Identifique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{enzimas}}\mathbf{\text{hacen}}\mathbf{\text{referencia}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{frases}}\mathbf{\text{relacionadas}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{t}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cnicas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ingenier}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica:}}\mathbf{\text{[0,8}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Frase	Enzima
1) Permite amplificar fragmentos de ADN a partir de cantidades mínimas	ADN polimerasa termoestable (Taq polimerasa), la de la PCR
2) Reconoce una secuencia específica de ADN y lo corta	Enzima de restricción o endonucleasa de restricción
3) Se utiliza para unir fragmentos de ADN en la creación de vectores de clonación	ADN ligasa
4) Permite editar genes de forma precisa usando un ARN guía	Nucleasa Cas9, del sistema CRISPR-Cas9

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{biomol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{enzima,}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{mon}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{componen}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{une.}}\mathbf{\text{[0,3}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Una enzima es, salvo las ribozimas, una proteína: un biocatalizador de naturaleza proteica.

Sus monómeros son los aminoácidos, veinte distintos en las proteínas de los seres vivos.

El enlace que los une es el enlace peptídico, un enlace covalente de tipo amida que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, con pérdida de una molécula de agua.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{cinco}}\mathbf{\text{tipos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{podr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{an}}\mathbf{\text{estabilizar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{terciaria}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{enzima.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La estructura terciaria se mantiene por las interacciones entre los radicales de los aminoácidos que quedan enfrentados al plegarse la cadena:

Los puentes disulfuro, enlaces covalentes entre los grupos $-\mathrm{S}\mathrm{H}$ de dos cisteínas.

Los enlaces o puentes de hidrógeno entre radicales polares.

Las interacciones iónicas o salinas entre radicales con cargas de signo opuesto.

Las interacciones hidrofóbicas, que agrupan los radicales apolares en el interior de la molécula, lejos del agua.

Las fuerzas de Van der Waals, atracciones débiles entre átomos muy próximos.

De los cinco, solo el primero es covalente; los otros cuatro son enlaces débiles.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{laboratorio}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{dise}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ando}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{artificial}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{uso}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{procesos}}\mathbf{\text{industriales}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{requieren}}\mathbf{\text{altas}}\mathbf{\text{temperaturas.}}\mathbf{\text{Dado}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{estabilidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{nas}}\mathbf{\text{depende}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{varios}}\mathbf{\text{tipos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlaces,}}\mathbf{\text{¿cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{efectivo}}\mathbf{\text{aumentar}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{mejorar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{estabilidad}}\mathbf{\text{t}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{rmica}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{enzima?}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{respuesta}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{caracter}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{sticas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{enlaces.}}\mathbf{\text{[0,4}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Habría que aumentar el número de puentes disulfuro.

El motivo es que de los cinco enlaces del apartado anterior, el puente disulfuro es el único covalente, y por tanto el único con una energía de enlace comparable a la de los enlaces del esqueleto de la proteína. Los otros cuatro son interacciones débiles, de energía muy inferior, y basta la agitación térmica para romperlas: son precisamente esas rupturas las que constituyen la desnaturalización.

Un aumento de la temperatura incrementa la energía cinética de los átomos y deshace primero los puentes de hidrógeno y las interacciones iónicas e hidrofóbicas, con lo que la enzima se despliega. Los puentes disulfuro, en cambio, resisten: actúan como grapas que mantienen unidas regiones alejadas de la cadena e impiden que esta se desmadeje aunque los enlaces débiles cedan.

No es casual que las proteínas de los organismos termófilos, de los que procede precisamente la Taq polimerasa, presenten un número de puentes disulfuro y de interacciones iónicas superior al de sus equivalentes mesófilas.