Retroalimentación

Para responder las preguntas sobre el pre-ARNm y el ARNm maduro, primero debemos calcular las longitudes totales de los exones e intrones.

a) ¿Cuántos nucleótidos tendrá el pre-ARNm?

El pre-ARNm incluye tanto los exones como los intrones. Sumamos las longitudes de ambos:

• Exones: 156 + 198 + 66 + 36 + 93 = 549 nucleótidos
• Intrones: 72 + 45 + 66 + 24 = 207 nucleótidos

Sumando ambos valores:$549 + 207 = 756$

$549+207=756$

El pre-ARNm tendrá 756 nucleótidos.

b) ¿Cuántos nucleótidos tendrá la región que se traducirá del ARNm maduro?

El ARNm maduro solo contiene los exones, ya que los intrones son eliminados durante el proceso de splicing. Ya hemos calculado la longitud total de los exones:

$156+198+66+36+93=549$

La región que se traducirá del ARNm maduro tendrá 549 nucleótidos.

c) ¿Cuántos aminoácidos tendrá el polipéptido codificado?

Cada aminoácido es codificado por un codón de tres nucleótidos. Para calcular el número de aminoácidos codificados, dividimos la longitud de la región traducida entre tres:

549​/3=183

El polipéptido codificado tendría 183 aminoácidos. Sin embargo, si tenemos en cuenta el codón de terminación, el número de aminoácidos será 182.

Retroalimentación

1. Explica cuál es la diferencia más evidente entre los núcleos que se muestran y cómo afecta esa diferencia al proceso que se muestra en el esquema.

La diferencia más evidente entre los núcleos de las células A y B es el grado de compactación de la cromatina. En la célula A, el material genético aparece muy condensado, lo que indica la presencia predominante de heterocromatina. Esta forma de la cromatina está altamente enrollada y compactada, lo que dificulta el acceso de las enzimas necesarias para la transcripción del ADN. En consecuencia, en esta célula hay poca o nula expresión génica.

Por el contrario, en la célula B, la cromatina está descondensada, lo que se corresponde con la eucromatina, una forma más laxa del ADN que permite el acceso de los factores de transcripción y de la ARN polimerasa. Esta configuración es típica de células que están activamente expresando genes, como se observa en el proceso representado en el esquema, que es la transcripción (síntesis de ARN a partir de una plantilla de ADN). Por tanto, la célula B es funcionalmente más activa en términos de síntesis génica que la célula A.

2. Explica qué es un intrón y un exón e indica si las células A y B (del mismo organismo) tendrán el mismo o diferente número de intrones/exones. Justifica tu respuesta.

En un gen eucariota, las secuencias de ADN que se transcriben a ARN no se traducen todas a proteínas. Dentro del ARN mensajero primario (pre-ARNm) hay dos tipos de secuencias:

• Un intrón es una secuencia de nucleótidos que se transcribe del ADN al ARN, pero que no se traduce en proteína. Estas secuencias se eliminan durante el procesamiento del ARN por un mecanismo llamado splicing.

• Un exón es una secuencia que también se transcribe y, a diferencia del intrón, sí se conserva en el ARN maduro y puede traducirse para formar una proteína.

Ambas células, A y B, pertenecen al mismo organismo y, por tanto, tienen el mismo ADN. Esto significa que comparten el mismo número y orden de intrones y exones en cada uno de sus genes. Sin embargo, no todas las células expresan los mismos genes en el mismo momento. Una célula puede estar transcribiendo un gen mientras otra no, pero eso no cambia la secuencia ni la estructura del gen. Por tanto, las células A y B tienen el mismo número de intrones y exones en su genoma, aunque pueden diferir en qué genes están activos o inactivos.

3. Si sabemos que una de las dos células se encuentra en fase S de interfase, esto es, duplicando su ADN, explica si podemos deducir cuál de las dos células sería, A o B. Justifica tu respuesta.

La fase S de la interfase es el momento del ciclo celular en el que se produce la duplicación del ADN. Para que esta duplicación tenga lugar, las enzimas encargadas de la replicación, como la ADN polimerasa, necesitan que la molécula de ADN esté desenrollada y accesible.

Esto solo ocurre cuando el ADN está en forma de eucromatina, es decir, descondensado. Por tanto, la célula que se encuentra en fase S debe ser la célula B, ya que en ella se observa una cromatina laxa que permite la actividad de replicación. En cambio, la célula A, con su cromatina condensada, no está replicando su ADN y probablemente se encuentra en una fase diferente del ciclo celular, como G0 o G1.

Retroalimentación

a) Escriba la secuencia del ARNm correspondiente. (0,25 puntos)

La cadena molde del ADN para la transcripción es la que está en sentido 3’ → 5’, ya que el ARN se sintetiza en dirección 5’ → 3’. Por tanto, utilizamos la segunda cadena:

3’- TCAATTTACTTGTTCCATGCA – 5’

La secuencia de ARNm será complementaria, cambiando timina (T) por uracilo (U):

5’- AGUUAA AUG AAC AAG GUA CGU – 3’

Nota: El codón AUG actúa como codón de inicio, codificando para metionina.

b) Una vez formado el ARNm ¿qué pasos debe seguir hasta formarse la proteína? (0,5 puntos)

Una vez sintetizado, el ARNm pasa por las siguientes etapas para dar lugar a una proteína funcional:

1. Maduración (en eucariotas):
   Antes de salir del núcleo, el ARNm primario sufre un proceso de maduración que incluye:

   • Adición de una capucha 5’ (cap).

   • Adición de una cola poli-A en el extremo 3’.

   • Splicing (empalme): eliminación de intrones (secuencias no codificantes) y unión de exones (secuencias codificantes).

2. Salida al citoplasma:
   El ARNm maduro sale del núcleo al citoplasma a través de los poros nucleares.

3. Traducción (en los ribosomas):

   • En el citoplasma, los ribosomas se ensamblan sobre el ARNm y comienzan la síntesis proteica.

   • Cada codón del ARNm es leído por el ribosoma, que recluta un ARNt con el anticodón complementario y el aminoácido correspondiente.

   • El proceso comienza en el codón de inicio AUG (metionina) y continúa codón por codón, enlazando aminoácidos mediante enlaces peptídicos.

   • Finaliza cuando el ribosoma encuentra un codón de parada (UAA, UAG o UGA), liberando la cadena polipeptídica.

4. Plegamiento y modificación postraduccional:
   La cadena polipeptídica se pliega para formar una proteína funcional. Puede sufrir además modificaciones (fosforilación, glicosilación, corte proteolítico, etc.).

c) ¿Cómo podríamos obtener trigo sin gluten? (0,25 puntos)

Una forma de obtener trigo sin gluten sería mediante ingeniería genética, eliminando o silenciando los genes que codifican para proteínas del gluten, como las gluteninas y gliadinas. Esto puede lograrse mediante:

• CRISPR-Cas9, una herramienta de edición genética que permite inactivar genes específicos como los que expresan gluten.

• RNA interferente (RNAi), que silencia la expresión de los ARNm que codifican para las proteínas del gluten.

• También se podrían utilizar técnicas de mejora genética tradicional, cruzando variedades con bajo contenido en gluten y seleccionando aquellas que lo expresan en menor cantidad.

Retroalimentación

A) ¿Qué proceso está representado en la figura? Explique las diferencias más destacables de este proceso entre las células procariotas y las eucariotas.

El proceso representado es la expresión génica en células eucariotas, que incluye la transcripción del ADN, la maduración del ARN mensajero y su traducción a proteína.

Diferencias principales entre procariotas y eucariotas:

• En procariotas, la transcripción y la traducción ocurren en el citoplasma, casi simultáneamente.

• Los genes procariotas no tienen intrones, por lo tanto, no se requiere un proceso de maduración del ARN.

• El ARN mensajero procariota no posee capuchón 5' ni cola poli(A).

• En cambio, en eucariotas, los genes están formados por exones (regiones codificantes) e intrones (no codificantes), que deben eliminarse mediante splicing.

• Además, en eucariotas, el ARNm se modifica antes de salir del núcleo: se le añade un capuchón 5’ y una cola poli(A), que estabilizan el ARN y facilitan su traducción.

B) Identifique las moléculas 1, 2 y 3. ¿Qué partes del proceso están indicadas con las letras A, B y C?

• Molécula 1: ADN (material genético donde se encuentra el gen).

• Molécula 2: ARN mensajero maduro (tras eliminación de intrones y adición de modificaciones).

• Molécula 3: Proteína (cadena polipeptídica resultante de la traducción del ARNm).

• A: Transcripción (síntesis del ARN a partir del ADN).

• B: Maduración del ARN (procesamiento: eliminación de intrones mediante splicing, adición del capuchón 5' y cola poli(A)).

• C: Traducción (síntesis de la proteína a partir del ARNm en los ribosomas).

Retroalimentación

a) Identificación del tipo de organización celular en A y B [0,2]

• La célula A corresponde a una célula eucariota, es decir, una célula con núcleo verdadero rodeado por membrana nuclear y con orgánulos membranosos especializados, lo que le permite realizar funciones muy complejas y compartimentadas.

• La célula B corresponde a una célula procariota, que carece de núcleo diferenciado y de orgánulos membranosos internos, y cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma en una región llamada nucleoide.

Esto refleja la distinción fundamental de la teoría celular moderna entre procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (animales, plantas, hongos y protistas).

b) Nombre de las partes señaladas con 1, 2, 3 y 4 [0,4]

• 1: membrana plasmática, estructura lipídica con proteínas asociadas que delimita la célula, regula el paso de sustancias y mantiene la homeostasis celular.

• 2: mitocondria, orgánulo de doble membrana encargado de la producción de ATP mediante la respiración celular aerobia.

• 3: centrosoma (con centriolos), estructura formada por un par de centriolos que organiza los microtúbulos del citoesqueleto y participa en la formación del huso mitótico durante la división celular.

• 4: flagelo, estructura locomotora formada por microtúbulos en eucariotas (o de naturaleza proteica en procariotas) que permite el desplazamiento de la célula en medios líquidos.

c) Función de los orgánulos señalados con 2 y 3 [0,4]

• Mitocondria (2): su función principal es llevar a cabo la respiración celular aerobia, transformando la energía química de los nutrientes (como glucosa) en ATP, que es la molécula energética básica que utiliza la célula. Además, participa en rutas metabólicas accesorias, como la beta-oxidación de ácidos grasos, y tiene un pequeño genoma propio con capacidad para sintetizar algunas de sus proteínas.

• Centrosoma (3): actúa como el principal centro organizador de microtúbulos (MTOC) de la célula. En particular, durante la mitosis y la meiosis organiza el huso acromático (o huso mitótico), fundamental para la separación correcta de los cromosomas, asegurando así una división celular precisa.

d) Explicación de la capacidad de la célula A para realizar procesos con distintos pH [0,5]

La célula A (eucariota) presenta compartimentación celular gracias a la presencia de orgánulos delimitados por membranas, como lisosomas, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, mitocondrias, etc. Cada uno de estos compartimentos puede mantener un ambiente interno con características físico-químicas propias (por ejemplo, diferente pH, concentración iónica, composición enzimática) adaptadas a su función específica.

Esto es posible porque las membranas de cada orgánulo presentan permeabilidad selectiva, regulando qué sustancias entran y salen y manteniendo las condiciones óptimas para las reacciones bioquímicas que ocurren en su interior. De esta forma, procesos incompatibles en el citoplasma pueden realizarse de forma simultánea en distintos orgánulos.

Esta compartimentación es uno de los mayores avances evolutivos de la célula eucariota, frente a la simplicidad de la célula procariota.

e) Dos diferencias entre la transcripción de las células A y B [0,5]

• En las células eucariotas (A), la transcripción del ADN a ARN tiene lugar principalmente en el núcleo, protegido por la envoltura nuclear. En cambio, en las células procariotas (B), la transcripción ocurre directamente en el citoplasma, ya que no existe compartimentación nuclear.

• En eucariotas intervienen varias ARN polimerasas (ARN polimerasa I, II y III), cada una especializada en la síntesis de distintos tipos de ARN, mientras que las procariotas poseen habitualmente una sola ARN polimerasa responsable de transcribir todos los tipos de ARN.

• Además, en las eucariotas el ARN mensajero primario necesita un proceso de maduración (capping, splicing, poliadenilación) antes de ser funcional, mientras que en procariotas el ARN mensajero suele ser funcional inmediatamente tras la transcripción y no requiere procesamiento posterior.

Retroalimentación

1.1. A partir de la información del texto, indique la función de los microARN y señale dos posibles consecuencias de su regulación anómala.

Los microARN (miARN) son pequeñas moléculas de ARN no codificante que regulan la expresión génica, controlando la forma en que los genes se expresan de manera distinta en los diversos tejidos. Su función principal consiste en unirse de manera complementaria a moléculas de ARNm, bloqueando su traducción o facilitando su degradación, lo que ajusta la cantidad de proteína que se va a sintetizar. Esta regulación fina permite que células con la misma información genética adquieran funciones y características diferentes.

Cuando los microARN se regulan de forma anómala pueden aparecer graves consecuencias, como:

• el desarrollo de determinados tipos de cáncer

• la aparición de enfermedades congénitas

1.2. Explique brevemente cómo se expresa la información genética. En la explicación deben aparecer los términos: ADN, ARNm, proteína(s), traducción y transcripción.

La expresión genética comienza cuando la información almacenada en el ADN se transcribe en una molécula de ARN mensajero (ARNm) mediante un proceso llamado transcripción, que ocurre en el núcleo celular. Posteriormente, el ARNm sale al citoplasma y se une a los ribosomas, donde se lleva a cabo la traducción, proceso por el cual se descifra la secuencia de nucleótidos del ARNm para sintetizar proteínas, responsables de la estructura y las funciones celulares.

1.3. Identifique el proceso representado en la figura e indique lo que representan las letras a, b, c, d y e.

Basándonos en la descripción que has proporcionado, la figura representa el procesamiento del ARN mensajero en células eucariotas. Los elementos indicados serían:

• a: exones

• b: caperuza (cap) en el extremo 5’

• c: intrones

• d: complejo de poliadenilación (cola de poli-A)

• e: ARNm maduro

1.4. Explique por qué hay distintos tipos celulares en una persona pese a que todas sus células tienen la misma información genética.

Todas las células de un organismo contienen la misma secuencia de ADN, es decir, la misma información genética. Sin embargo, cada tipo celular activa o silencia genes diferentes, dependiendo de su función especializada. Esto se logra gracias a mecanismos de regulación de la expresión génica, como los microARN, que permiten que cada célula fabrique las proteínas necesarias para desempeñar tareas concretas, originando la diversidad celular que hace posible los distintos tejidos y órganos.

1.5. Además del microARN, existen otros tipos de ARN. Cite tres de ellos.

• ARN mensajero (ARNm)

• ARN de transferencia (ARNt)

• ARN ribosómico (ARNr)

Retroalimentación

a) Utiliza un dibujo para presentar la estructura general del RNAm humano diferenciando las partes principales

5' cap ───── UTR ─────|─── Codón de inicio ─── Zona codificante ─── Codón de parada ──|──── UTR ── Poli-A ── 3'

• 5' cap (caperuza 5'): estructura modificada que protege al RNAm y facilita su unión al ribosoma.
• UTR (regiones no traducidas): regiones antes y después de la zona codificante que regulan la traducción.
• Zona codificante: contiene la secuencia de codones que será traducida a proteína.
• Codón de inicio (AUG): señal de comienzo de la síntesis proteica.
• Codón de parada: señal que indica el fin de la traducción.
• Cola de poli-A (AAA…): secuencia de adeninas que estabiliza la molécula y facilita su transporte al citoplasma.

b) Nombra el proceso que se encarga de producir la proteína del virus a partir del RNAm e indica qué orgánulos intervienen
El proceso se llama traducción. Consiste en la síntesis de una cadena polipeptídica (proteína) a partir de la información contenida en el ARN mensajero.

Los orgánulos implicados son principalmente:

• Ribosomas: complejos proteicos que leen el mensaje del RNAm y ensamblan los aminoácidos en el orden correcto.
• Retículo endoplasmático rugoso (RER): en células eucariotas, muchos ribosomas están asociados a su membrana y allí se sintetizan proteínas destinadas a exportación o membrana.
• Aparato de Golgi (posteriormente): modifica y transporta la proteína ya sintetizada si es necesario.
  

c) ¿Podría modificar el RNAm de la vacuna el ADN de la persona vacunada? Razona la respuesta
No, el ARN mensajero de la vacuna no puede modificar el ADN de la persona vacunada. Esto se debe a que:

• El ARN mensajero actúa en el citoplasma, donde es leído por los ribosomas, pero no entra en el núcleo, donde se encuentra el ADN.
• El ARN mensajero es una molécula inestable y de vida corta, que se degrada tras ser traducido.
• Además, no contiene la enzima transcriptasa inversa, que sería necesaria para convertir el ARN en ADN e integrarlo en el genoma, como hacen algunos retrovirus (como el VIH).

Por tanto, desde el punto de vista molecular y biológico, el ARN mensajero de las vacunas no tiene capacidad de alterar el material genético humano.

Retroalimentación

A. Una mutación en la ARN polimerasa III puede reducir la formación de ARNr en eucariotas.

• FALSA: En eucariotas, la ARN polimerasa III transcribe principalmente ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico 5S, pero la mayor parte del ARN ribosómico (ARNr) es sintetizada por la ARN polimerasa I. Por tanto, una mutación en la ARN polimerasa III solo afectaría a una pequeña fracción del ARNr total, no a la mayoría.

B. Si hay una inhibición de la actividad de la poli-A polimerasa, la estabilidad del ARNm estará aumentada.

• FALSA: La poli-A polimerasa añade la cola de poli-A al extremo 3' del ARNm en eucariotas, lo que aumenta su estabilidad y facilita su exportación al citoplasma. Si se inhibe esta enzima, el ARNm carecerá de la cola de poli-A y será más susceptible a la degradación, disminuyendo su estabilidad.

C. Si se inhibe la ARN polimerasa II en eucariotas disminuirá el ARNm.

• VERDADERA: La ARN polimerasa II es responsable de la síntesis del ARN mensajero (ARNm) en eucariotas. Si se inhibe su actividad, se reducirá la producción de ARNm.

D. La eliminación de intrones en el ARNm en procariotas se debe a la ARN polimerasa III.

• FALSA: En procariotas, el ARNm generalmente no contiene intrones, por lo que no se realiza eliminación de intrones (splicing). Además, la ARN polimerasa III es una enzima específica de eucariotas y no existe en procariotas.

E. La fosforilación oxidativa implica la participación de la ATPasa de las crestas mitocondriales.

• VERDADERA: La fosforilación oxidativa ocurre en las mitocondrias e implica la síntesis de ATP gracias a la acción de la ATP sintasa (ATPasa), localizada en las crestas mitocondriales. Esta enzima utiliza el gradiente de protones generado por la cadena de transporte de electrones para sintetizar ATP.