Ejercicio resuelto de Replicación · Biología · Galicia · 2020

PREGUNTA 5. GENÉTICA Y EVOLUCIÓN.



a) En relación con la figura 5, ¿Cómo se denominan cada uno de los pasos indicados con flechas en el esquema? ¿Dónde se llevan a cabo en una célula eucariótica? Escriba qué codones corresponden a cada uno de los 5 aminoácidos. Si una mutación puntual provoca que la primera base de la molécula 2 pase a ser una C en vez de una A, ¿Qué cambio se origina en la secuencia de la molécula 3?
b) Con respecto a la replicación del ADN. ¿Dónde se lleva a cabo este proceso en la célula eucariota? Indica cuál es la función desempeñada por: helicasa, girasa y topoisomerasa, ARN polimerasa/primasa, ADN polimerasa, ADN ligasa y proteínas SSB. (2 puntos)

$\textbf{a) Pasos del esquema, localización, codones y efecto de la mutación.}$

$\textbf{Los dos pasos señalados con flechas.}$

El esquema representa el flujo de la información genética, lo que se conoce como dogma central de la biología molecular.

i) $\textbf{De la molécula 1 a la 2: TRANSCRIPCIÓN.}$ La molécula 1 es ADN bicatenario y la 2 es ARN mensajero monocatenario, como delata la sustitución de la timina por el uracilo. En la transcripción, la ARN polimerasa copia una de las dos hebras del ADN, la hebra molde, sintetizando un ARNm complementario y antiparalelo. En la célula eucariota tiene lugar en el $\textbf{núcleo}$.

ii) $\textbf{De la molécula 2 a la 3: TRADUCCIÓN.}$ La molécula 3 es un péptido. En la traducción los ribosomas leen el ARNm de tres en tres nucleótidos y van uniendo los aminoácidos que aportan los ARN de transferencia. En la célula eucariota tiene lugar en el $\textbf{citoplasma}$, en los ribosomas libres del hialoplasma o en los adheridos al retículo endoplasmático rugoso.

$\textbf{Codones de cada aminoácido.}$ El ARNm de la molécula 2 es $\mathrm{5'\text{-}AUUCGAUGCGUCCUU\text{-}3'}$. Se lee en sentido 5' a 3' y en grupos de tres:

Codón	Aminoácido AUU	Isoleucina (Ile) CGA	Arginina (Arg) UGC	Cisteína (Cys) GUC	Valina (Val) CUU	Leucina (Leu)

Los quince nucleótidos dan exactamente cinco tripletes, que se corresponden uno a uno con los cinco aminoácidos del péptido de la molécula 3.

$\textbf{Efecto de la mutación.}$ Si la primera base del ARNm pasa de A a C, el primer codón deja de ser AUU y se convierte en CUU. Consultando el código genético, CUU codifica $\textbf{leucina}$.

La nueva secuencia peptídica sería:

$\mathrm{Leu\text{-}Arg\text{-}Cys\text{-}Val\text{-}Leu}$

Es decir, se sustituye la isoleucina inicial por una leucina y el resto del péptido queda intacto. Se trata de una $\textbf{mutación génica puntual de sustitución}$, del tipo llamado de cambio de sentido, porque cambia el aminoácido pero no interrumpe la lectura.

Conviene añadir que, en este caso, es probable que el efecto sobre la proteína fuese pequeño: isoleucina y leucina son isómeros, ambos apolares, hidrófobos y de tamaño casi idéntico, de modo que la sustitución es conservativa y probablemente no alteraría de forma apreciable la conformación ni la función. Es la diferencia con lo que ocurriría si se hubiese insertado o delecionado una base, que habría desplazado la pauta de lectura y cambiado todos los aminoácidos siguientes.

$\textbf{b) Replicación del ADN: localización y función de las enzimas implicadas.}$

En la célula eucariota la replicación se lleva a cabo en el $\textbf{núcleo}$, durante la fase S del período de interfase del ciclo celular, antes de que comience la división. (También se replica, de forma independiente, el ADN de mitocondrias y cloroplastos, dentro de esos orgánulos.)

$\textbf{Funciones de cada proteína:}$

i) $\textbf{Helicasa.}$ Rompe los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias y separa las dos hebras de la doble hélice, abriendo la horquilla de replicación. Consume ATP.

ii) $\textbf{Girasa y topoisomerasas.}$ Al desenrollarse la doble hélice por un punto, se generan tensiones y superenrollamientos por delante de la horquilla. Estas enzimas los eliminan cortando una o las dos hebras, dejando girar la molécula y volviendo a soldar el corte.

iii) $\textbf{ARN polimerasa o primasa.}$ Sintetiza los cebadores o primers, fragmentos cortos de ARN complementarios del molde. Son imprescindibles porque la ADN polimerasa no puede iniciar una cadena desde cero: solo sabe añadir nucleótidos a un extremo 3' libre preexistente.

iv) $\textbf{ADN polimerasa.}$ Es la enzima central del proceso. Sintetiza la nueva hebra añadiendo desoxirribonucleótidos complementarios del molde, siempre en sentido $5' \rightarrow 3'$. Además posee actividad correctora de pruebas, que le permite retirar los nucleótidos mal apareados, y en eucariotas hay varios tipos que se reparten las funciones de síntesis, eliminación de los cebadores y reparación.

v) $\textbf{ADN ligasa.}$ Une mediante enlaces fosfodiéster los extremos de fragmentos contiguos, sellando las mellas que quedan entre los fragmentos de Okazaki de la hebra retardada y donde antes estaban los cebadores.

vi) $\textbf{Proteínas SSB.}$ Se unen a las hebras sencillas recién separadas y las mantienen extendidas y estabilizadas, impidiendo que vuelvan a aparearse entre sí o que formen horquillas internas, y protegiéndolas de las nucleasas.

El resultado del conjunto es una replicación $\textbf{semiconservativa}$, en la que cada molécula hija conserva una hebra de la molécula madre y una de nueva síntesis, y $\textbf{bidireccional}$, porque la horquilla avanza en los dos sentidos desde cada origen de replicación.