Ejercicio resuelto de Código genético · Biología · 2026

En una plantación experimental, los ingenieros agrónomos observan que tres cultivos vegetales presentan una producción desigual. El análisis molecular muestra diferencias en un gen que codifica una proteína del fotosistema II. Las secuencias de ADN se presentan a continuación:

ADN del cultivo vegetal 1: 3'-TAC CGA CCT ACC AGA ATT-5'
ADN del cultivo vegetal 2: 3'-TAC CGA ACT ACC AGA ATT-5'
ADN del cultivo vegetal 3: 3'-TAC ACG ACC TAC CAG AAT T-5'

1.ª base	U	C	A	G	3.ª base U	UUU Phe	UCU Ser	UAU Tyr	UGU Cys	U	UUC Phe	UCC Ser	UAC Tyr	UGC Cys	C	UUA Leu	UCA Ser	UAA Alto	UGA Alto	A	UUG Leu	UCG Ser	UAG Alto	UGG Trp	G C	CUU Leu	CCU Pro	CAU His	CGU Arg	U	CUC Leu	CCC Pro	CAC His	CGC Arg	C	CUA Leu	CCA Pro	CAA Gln	CGA Arg	A	CUG Leu	CCG Pro	CAG Gln	CGG Arg	G A	AUU Ile	ACU Thr	AAU Asn	AGU Ser	U	AUC Ile	ACC Thr	AAC Asn	AGC Ser	C	AUA Ile	ACA Thr	AAA Lys	AGA Arg	A	AUG Met	ACG Thr	AAG Lys	AGG Arg	G G	GUU Val	GCU Ala	GAU Asp	GGU Gly	U	GUC Val	GCC Ala	GAC Asp	GGC Gly	C	GUA Val	GCA Ala	GAA Glu	GGA Gly	A	GUG Val	GCG Ala	GAG Glu	GGG Gly	G

Por otro lado, los tres cultivos se desarrollan con luz y $\text{CO}_2$ suficientes, y se estudian la producción de $\text{O}_2$ y la síntesis de glucosa, cuyos resultados se muestran a continuación:

Cultivo	Producción de $\text{O}_2$	Síntesis de glucosa 1	Alta	Alta 2	Muy baja	Muy baja 3	Nula o casi nula	Nula o casi nula

Responda a las siguientes cuestiones:

a) Si las secuencias de ADN de los genes de los cultivos 2 y 3 son mutantes respecto a la secuencia del gen del cultivo 1, identifique y justifique qué tipos de mutaciones se han producido. [0,5 puntos]

b) Escriba la cadena de aminoácidos codificada por cada una de las tres secuencias de ADN, considerando solo tripletes completos. Compare los tres polipéptidos e indique qué efecto cabe esperar sobre la función de las proteínas sintetizadas. [1,5 puntos]

c) Sabiendo que la proteína codificada forma parte del fotosistema II, indique qué procesos de la fotosíntesis se ven afectados y justifique, a partir de la tabla, cómo una alteración en el fotosistema II puede afectar tanto a la producción de $\text{O}_2$ como a la síntesis de glucosa. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Si las secuencias de ADN de los genes de los cultivos 2 y 3 son mutantes respecto a la secuencia del gen del cultivo 1, identifique y justifique qué tipos de mutaciones se han producido. [0,5 puntos]}$

Las dos son mutaciones génicas o puntuales, porque afectan a un solo nucleótido dentro de un gen y no a la estructura ni al número de los cromosomas. Ahora bien, son de dos clases muy distintas, y la justificación está en comparar la longitud de las secuencias.

En el cultivo 2 la secuencia tiene los mismos dieciocho nucleótidos que la del cultivo 1 y solo difiere en uno: el tercer triplete es $\text{ACT}$ en lugar de $\text{CCT}$. Se trata, por tanto, de una sustitución de una base por otra. Como se cambia una citosina, que es una pirimidina, por una adenina, que es una purina, la sustitución es del tipo transversión. Como se verá en el apartado siguiente, el codón resultante es de terminación, de modo que se trata además de una mutación sin sentido.

En el cultivo 3 la secuencia tiene diecinueve nucleótidos, uno más que la del cultivo 1. Alineando ambas se comprueba que la diferencia es una adenina intercalada justo detrás de los tres primeros nucleótidos:

$\text{Cultivo 1: } 3'-\text{TAC}\ \ \text{CGACCTACCAGAATT}-5'$

$\text{Cultivo 3: } 3'-\text{TAC}\ \mathbf{A}\ \text{CGACCTACCAGAATT}-5'$

Es, por tanto, una inserción o adición de un nucleótido. Como el número insertado no es múltiplo de tres, desplaza el marco de lectura a partir de ese punto, y por eso se clasifica como mutación de desplazamiento del marco de lectura.

$\textbf{b) Escriba la cadena de aminoácidos codificada por cada una de las tres secuencias de ADN, considerando solo tripletes completos. Compare los tres polipéptidos e indique qué efecto cabe esperar sobre la función de las proteínas sintetizadas. [1,5 puntos]}$

Las tres secuencias se dan en sentido $3'\rightarrow5'$, de modo que son la hebra molde. El ARN mensajero se sintetiza sobre ellas en sentido $5'\rightarrow3'$ y es complementario, con uracilo en lugar de timina; después se lee de tres en tres con la tabla del código genético.

$\text{Cultivo 1: ADN } 3'-\text{TAC CGA CCT ACC AGA ATT}-5'$

$\text{ARNm } 5'-\text{AUG GCU GGA UGG UCU UAA}-3'$

$\text{Polipéptido 1: Met}-\text{Ala}-\text{Gly}-\text{Trp}-\text{Ser}$

$\text{Cultivo 2: ADN } 3'-\text{TAC CGA ACT ACC AGA ATT}-5'$

$\text{ARNm } 5'-\text{AUG GCU UGA UGG UCU UAA}-3'$

$\text{Polipéptido 2: Met}-\text{Ala}$

$\text{Cultivo 3: ADN } 3'-\text{TAC ACG ACC TAC CAG AAT T}-5'$

$\text{ARNm } 5'-\text{AUG UGC UGG AUG GUC UUA A}-3'$

$\text{Polipéptido 3: Met}-\text{Cys}-\text{Trp}-\text{Met}-\text{Val}-\text{Leu}$

En el cultivo 1 el sexto codón, $\text{UAA}$, es de terminación, así que la traducción se detiene ahí y el péptido tiene cinco aminoácidos. En el cultivo 2 el tercer codón se ha convertido en $\text{UGA}$, que también es de terminación: la traducción se corta tres codones antes y el péptido queda reducido a dos aminoácidos. En el cultivo 3 el desplazamiento del marco cambia todos los codones a partir del segundo; el último triplete queda incompleto y, dentro del fragmento, no aparece ninguna señal de terminación.

Cultivo	Polipéptido	Longitud	Efecto esperable 1	$\text{Met}-\text{Ala}-\text{Gly}-\text{Trp}-\text{Ser}$	5 aminoácidos	Es la proteína normal y funcional, la de referencia 2	$\text{Met}-\text{Ala}$	2 aminoácidos	Proteína truncada casi por completo; no puede plegarse ni integrarse en el fotosistema, luego es no funcional 3	$\text{Met}-\text{Cys}-\text{Trp}-\text{Met}-\text{Val}-\text{Leu}$	6 aminoácidos	Secuencia distinta desde el segundo aminoácido; la proteína es completamente aberrante y no funcional

Comparando los tres, el 2 conserva el principio de la secuencia correcta y pierde todo lo demás, mientras que el 3 solo conserva la metionina inicial. La mutación de desplazamiento del marco es, por eso, la más dañina de las dos: una sustitución altera un codón, pero una inserción altera todos los que vienen detrás. Cabe esperar, por tanto, que la proteína del cultivo 2 sea no funcional y que la del 3 lo sea todavía más, lo que concuerda exactamente con lo que recoge la tabla de resultados: producción muy baja en el cultivo 2 y nula o casi nula en el 3.

$\textbf{c) Sabiendo que la proteína codificada forma parte del fotosistema II, indique qué procesos de la fotosíntesis se ven afectados y justifique, a partir de la tabla, cómo una alteración en el fotosistema II puede afectar tanto a la producción de }\boldsymbol{\text{O}_2}\textbf{ como a la síntesis de glucosa. [0,5 puntos]}$

Los procesos afectados son los de la fase luminosa, que transcurre en la membrana de los tilacoides: la fotólisis del agua, el transporte electrónico no cíclico y, con él, la fotofosforilación y la reducción del $\text{NADP}^+$.

El fotosistema II es el que inicia el flujo de electrones. Sus pigmentos captan la luz y el centro de reacción cede un electrón a la cadena transportadora; para reponerlo, rompe una molécula de agua:

$2\ \text{H}_2\text{O} \longrightarrow 4\ \text{H}^+ + 4\ e^- + \text{O}_2$

De ahí sale la primera consecuencia. Si el fotosistema II no funciona, no hay fotólisis del agua, que es la única reacción de la fotosíntesis que libera oxígeno, y la producción de oxígeno cae. Es exactamente lo que muestra la tabla: muy baja en el cultivo 2 y nula o casi nula en el cultivo 3, en el mismo orden en que hemos visto que se agrava el daño de la proteína.

La segunda consecuencia es indirecta, y es la que explica que también caiga la glucosa. Los electrones arrancados al agua recorren la cadena hasta el fotosistema I y acaban reduciendo el $\text{NADP}^+$ a $\text{NADPH}$, mientras el bombeo de protones al interior del tilacoide genera el gradiente con el que la ATP sintasa fabrica ATP. Sin fotosistema II no hay electrones que enviar, así que no se forman ni $\text{NADPH}$ ni ATP en cantidad apreciable.

Ahora bien, el ATP y el $\text{NADPH}$ son justamente lo que el ciclo de Calvin necesita para fijar el dióxido de carbono y reducirlo a materia orgánica en el estroma. Sin ellos el ciclo se detiene, y la síntesis de glucosa cae aunque haya luz y dióxido de carbono de sobra, que es lo que el enunciado precisa. Por eso las dos columnas de la tabla van a la par: el oxígeno mide directamente el daño en el fotosistema II, y la glucosa lo mide a través de la fase oscura, que depende por completo de lo que la luminosa le entrega.