Ejercicio resuelto de Biología · 2022

6. Anne Rudloe fue una bióloga marina estadounidense cofundadora del Laboratorio de Especies Marinas de Florida que dedicó parte de su investigación al cangrejo cacerola (Limulus polyphemus), un artrópodo clasificado como “fósil viviente” que tiene sangre o hemolinfa de color azul debido a un pigmento llamado hemocianina que contiene ametocitos que detectan la presencia de endotoxinas producidas por bacterias patógenas, por lo que es utilizada por la industria farmacéutica para la obtención de vacunas, medicamentos inyectables o prótesis.
a. Si en el ADN del cangrejo cacerola el 18% de las bases nitrogenadas son citosinas, ¿qué porcentaje de las otras bases posee? Razona la respuesta. (Calificación máxima 0,5 puntos)\nb. ¿Cuándo en un ARN-m se sustituye una Adenina por una Citosina, es eso una mutación? Justifica tu respuesta. (Calificación máxima 0,5 puntos)\nc. ¿Qué es una horquilla de replicación? (Calificación máxima 0,5 puntos)\nd. ¿Es posible alterar la secuencia de bases de un gen sin que se altere la proteína? Razona la respuesta. (Calificación máxima 0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{cangrejo}}\mathbf{\text{cacerola}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{18\%}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{bases}}\mathbf{\text{nitrogenadas}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{citosinas,}}\mathbf{\text{¿qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{porcentaje}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{otras}}\mathbf{\text{bases}}\mathbf{\text{posee?}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El razonamiento se apoya en la $\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Chargaff}}$, que a su vez es consecuencia de la complementariedad de bases: en un ADN bicatenario cada adenina se aparea con una timina y cada guanina con una citosina, de modo que $A=T$ y $G=C$.

Si las citosinas son el 18 por ciento, las $\mathbf{\text{guaninas}}$ son también el $\mathbf{\text{18}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{ciento}}$. Entre las dos suman el 36 por ciento, y el resto ha de repartirse entre las otras dos bases:

$A+T=100-36=64\mathrm{\%}$

Y como $A=T$, a cada una le corresponde la mitad:

$A=T={\displaystyle \frac{64}{2}}=\mathbf{\text{32}}\mathbf{\text{\%}}$

Es decir: 32 por ciento de adeninas, 32 de timinas, 18 de guaninas y 18 de citosinas. Puede comprobarse que se cumple la otra forma de la regla, $A+G=C+T=50\mathrm{\%}$.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{ARN-m}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{sustituye}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{Adenina}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{Citosina,}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{eso}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mutaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{Justifica}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{No}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mutaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ Una mutación, por definición, es un cambio en la secuencia del $\mathbf{\text{ADN}}$, es decir, en el material hereditario.

Un cambio en un ARN mensajero es solo un error de copia de la ARN-polimerasa, y sus consecuencias son locales y pasajeras: afecta únicamente a las proteínas que se traduzcan de esa molécula concreta, que tiene una vida media de horas, mientras que del mismo gen se seguirán transcribiendo mensajeros correctos. Y sobre todo, $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{hereda}}$: ni pasa a las células hijas ni a la descendencia, porque lo que se copia y se transmite es el ADN.

Sí sería mutación si el cambio se hubiera producido en el ADN del gen, y entonces todos los ARN transcritos a partir de él llevarían el error. Esa diferencia explica que la ARN-polimerasa pueda permitirse una tasa de error muy superior a la de la ADN-polimerasa, que además corrige lo que copia.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{horquilla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{replicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Es la $\mathbf{\text{regi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Y}}$ que se forma en el ADN durante la replicación, allí donde la doble hélice se está abriendo: el tallo de la Y es el ADN todavía bicatenario y los dos brazos son las hebras ya separadas que sirven de molde.

En ella se concentra toda la maquinaria: la helicasa, que rompe los puentes de hidrógeno y abre la doble hélice; la topoisomerasa, que deshace por delante las tensiones de superenrollamiento; las proteínas SSB, que impiden que las hebras separadas vuelvan a aparearse; la primasa, que fabrica los cebadores; y la ADN-polimerasa, que sintetiza las hebras nuevas.

La horquilla avanza en un sentido a medida que la replicación progresa. Como el origen de replicación abre una burbuja hacia los dos lados, cada burbuja tiene $\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{horquillas}}$ que se alejan en direcciones opuestas, y en cada una de ellas una hebra se sintetiza de forma continua y la otra en fragmentos de Okazaki.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{¿Es}}\mathbf{\text{posible}}\mathbf{\text{alterar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{secuencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{bases}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{gen}}\mathbf{\text{sin}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{altere}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na?}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{S}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{posible}}$, y por varias vías.

La principal es que el código genético está $\mathbf{\text{degenerado}}$: hay 64 codones para 20 aminoácidos, de modo que casi todos los aminoácidos están codificados por varios codones sinónimos, que suelen diferir en la tercera base. Una sustitución que caiga ahí deja el mismo aminoácido y la proteína sale idéntica; son las llamadas $\mathbf{\text{mutaciones}}\mathbf{\text{silenciosas}}$.

Además, buena parte de un gen eucariota $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{traduce}}$: si el cambio ocurre en un intrón —lejos de los puntos de corte—, en las regiones no traducidas de los extremos o en el ADN intergénico, el ARN maduro no lo recoge y la proteína no se entera.

Cabe una tercera vía: una sustitución que sí cambie el aminoácido puede resultar $\mathbf{\text{conservativa}}$ y sustituirlo por otro de propiedades muy parecidas en una zona no crítica; entonces la secuencia de la proteína cambia, pero su conformación y su función no.