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[Ge. Pe.]

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3.7.- Cuando se suplementa con los compuestos A, B, C, D, E, F, G, H e I el medio mínimo en el que se cultivan las cepas mutantes nutricionales de Neurospora 1 al 9 se obtienen los siguientes resultados:

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[Ge. Pe.]

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Construya la ruta metabólica correspondiente, indicando que paso tiene bloqueado cada mutante.


El último compuesto de la ruta metabólica es I ya que todos los mutantes crecen con él, antes de I estaría H y anterior al H vendría el G. Por tanto, el final de la ruta sería G -> H -> I. Sin embargo, cuando nos fijamos en los demás compuestos nos encontramos con que tres mutantes crecen con C y otros tres con F, dos mutantes crecen con B y otro dos con E, y con las sustancias A y D crece un mutante. Por consiguiente, la ruta parece tener dos ramas que se unen al final en un tronco común. El aspecto de la ruta sería el siguiente:

Ya sabemos que G-> H -> I se corresponde con la parte final de la ruta, el tronco común, pero aún tenemos que averiguar cuales de las restantes sustancias son de la misma rama de la ruta. Es decir, no sabemos si A, B y C afectan a la misma rama y C, D y F a la otra, o si por ejemplo, A, E y C son de una rama y D, B y F de la otra. A continuación se indican algunas de las combinaciones de sustancias de las ramas que podrían tener lugar sin fijarnos en nada más.

Para decidirnos por alguna de estas posibilidades, es necesario fijarse en los diferentes mutantes que crecen con los compuestos que están más hacia el final de cada rama, es decir, los mutantes que crecen con C y con F. Los mutantes 1, 2 y 8 crecen con C, mientras que 3, 4 y 9 crecen con F. Las sustancias que hacen crecer a los mutantes 1, 2 y 8 son A, B y C ; además de los tres compuestos finales de la ruta. Mientras que las sustancias que hacen crecer a los mutantes 3, 4 y 9 son D, E y F ; además de los tres compuestos finales. Por tanto, A , B y C forman parte de una rama de la ruta, mientras que D, E y F son de la otra rama. El orden de cada una de estas tres sustancias en su rama correspondiente se deduce a partir del número de mutantes que crecen con cada una de ellas. Según estos criterios, la ordenación de los compuestos en la ruta sería la siguiente:

Los mutantes crecerán con sustancias posteriores al punto de bloqueo y no lo harán con las anteriores. Un mutante de la rama A -> B -> C no puede crecer con compuestos de la rama D -> E -> F ; lo mismo sucede con los mutantes que afectan a la rama D -> E -> F, no pueden crecer con sustancias de la rama A ->B -> C. Sin embargo, los mutantes que afectan a cualquiera de estas dos ramas pueden crecer con las sustancias del tronco común G -> H -> I . En la siguiente figura se indican los pasos que tienen bloqueado cada mutante:

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[Ge. Pe.]

Continuamos...

4.1.- El material hereditario del virus ÆX174 tiene la siguiente composición de bases nitrogenadas: 25% de A, 24% de G, 33% de T y 18% de C. Con este virus se infecta un cultivo bacteriano que crece en un medio con P32, y se recogen los virus de la descendencia después de que han lisado todas las bacterias. Con los virus así obtenidos se infecta otro cultivo bacteriano que crece en un medio normal. Poco después de esta infección se extrae todo el ADN del cultivo y se centrifuga en un gradiente de CsCl, obteniéndose tres picos o bandas diferentes de ADN, que presentan las siguientes características:


____________A(%)-----------G(%)----------T(%)---------C(%)----------Radiactividad

Pico 1----------25----------------24-------------33------------18----------------- (+)

Pico2-----------27----------------23-------------27-------------23-----------------(-)

Pico3------------29----------------21------------29--------------21----------------(+)


Cuando se prueba la capacidad de cada uno de estos ADNs para hibridar con el ARN extraído después de la infección de este virus, resulta que sólo se produce hibridación con el ADN del pico 3 en las condiciones experimentales apropiadas.

¿Por qué el ARN sólo híbrida con el ADN del pico 3?

4.2.- A partir de eritrocitos de conejo se ha conseguido aislar el ARN mensajero maduro (ARN-m) que lleva información para la b-globina y el ARN recién transcrito, o ARN heterogéneo nuclear, (ARN-hn)

También ha sido posible aislar el segmento de ADN que lleva la información para la b-globina. Mediante la técnica de los “lazos R” desarrollada por White y Hogness es posible hibridar ARN con ADN de doble hélice a altas temperaturas, y en presencia de formamida.

En estas condiciones, los híbridos ADN-ARN son más estables que las moléculas de ADN doble hélice. Como consecuencia, el ARN hibrida con la secuencia complementaria de ADN y desplaza a la otra hélice de ADN, que queda sin aparear formando un “lazo R”.

Si se hibrida, por un lado, el ARN-m de la b-globina con el segmento de ADN que lo ha originado y, por otro, el ARN-hn (recién transcrito) de la b-globina con el segmento de ADN que lo originó, y se analizan los resultados al microscopio electrónico, se obtienen la siguientes imágenes:

El ADN se ha dibujado en trazo continuo y el ARN-hn y ARN-m en trazo discontinuo.

¿Qué interpretación daría a estas imágenes?

¿Qué tipo de organización parece que sugieren para los genes en eucariontes?

¿Podría tener alguna ventaja evolutiva este tipo de organización?

¿Invalidan estos resultados la “hipótesis de la secuencia” propuesta por Crick?

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[Ge. Pe.]

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4.1.- El material hereditario del virus ÆX174 tiene la siguiente composición de bases nitrogenadas: 25% de A, 24% de G, 33% de T y 18% de C. Con este virus se infecta un cultivo bacteriano que crece en un medio con P32, y se recogen los virus de la descendencia después de que han lisado todas las bacterias. Con los virus así obtenidos se infecta otro cultivo bacteriano que crece en un medio normal. Poco después de esta infección se extrae todo el ADN del cultivo y se centrifuga en un gradiente de CsCl, obteniéndose tres picos o bandas diferentes de ADN, que presentan las siguientes características:


____________A(%)-----------G(%)----------T(%)---------C(%)----------Radiactividad

Pico 1----------25----------------24-------------33------------18----------------- (+)

Pico2-----------27----------------23-------------27-------------23-----------------(-)

Pico3------------29----------------21------------29--------------21----------------(+)


Cuando se prueba la capacidad de cada uno de estos ADNs para hibridar con el ARN extraído después de la infección de este virus, resulta que sólo se produce hibridación con el ADN del pico 3 en las condiciones experimentales apropiadas.

¿Por qué el ARN sólo híbrida con el ADN del pico 3?


RESPUESTA

Como primer paso, vamos a deducir el origen de los tres picos de ADN.

La extracción de ADN se realiza poco después de la infección del segundo cultivo, el que crece en medio normal. Por tanto, esperamos encontrar, al menos, dos tipos de ADN: el ADN del virus, que estará marcado con P32, y el ADN de la bacteria, que no estará marcado. Ambos tipos de ADN deben poder distinguirse, no sólo por la presencia o ausencia de marcaje, si no por tener una composición diferente.

El ADN de la bacteria es bicatenario, es decir, de doble hélice. Por tanto, según la leyes de Chargaff, debe tener la misma cantidad de adenina (A) que de timina (T), y la misma cantidad de citosina © que de guanina (G). Sin embargo, si nos fijamos en la descripción del ADN del virus que se incluye en el enunciado, éste debe ser monocatenario, dado que no cumple las leyes de Chargaff.

Por otra parte, los virus con ADN de hélice sencilla tienen una forma replicativa, que se produce después de la infección, en la que el ADN es de doble hélice. Este ADN de doble hélice se obtiene sintetizando la cadena complementaria de la cadena del virus, por tanto, su composición es la que resulta de promediar los porcentajes correspondientes a cada tipo de base nitrogenada y su base complementaria; es decir, el porcentaje de A será igual al de T e igual al promedio del contenido en ambas bases en la cadena sencilla original, y el porcentaje de C será igual al de G e igual al promedio del contenido en ambas bases en la cadena sencilla original. Obviamente, por tanto, este ADN de doble cadena cumple las leyes de Chargaff. Además, estas formas replicativas también poseen ADN marcado porque se forman a partir del ADN monocatenario marcado.

Teniendo en cuenta los criterios de cumplimiento o no de las leyes de Chargaff y presencia o ausencia de marcaje, podemos deducir que:

Ø El pico 1 se corresponde con el ADN monocatenario del virus.

Ø El pico 2 se corresponde con el ADN bicatenario de la bacteria.

Ø El pico 3 se corresponde con el ADN bicatenario del virus.

El ARN extraído después de la infección hibridará con la cadena que sirviera de molde para la transcripción. Si sólo híbrida con el pico 3 quiere decir:

a) Que se trata de ARN viral.

b) Que el ADN molde sólo se encuentra en este pico 3 y no en el pico 1.

Como consecuencia, la hebra molde del ADN sólo se encuentra en el ADN bicatenario, es decir, es la hebra complementaria de la hélice sencilla de la forma libre del virus.

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[Ge. Pe.]

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4.2.- A partir de eritrocitos de conejo se ha conseguido aislar el ARN mensajero maduro (ARN-m) que lleva información para la b-globina y el ARN recién transcrito, o ARN heterogéneo nuclear, (ARN-hn). También ha sido posible aislar el segmento de ADN que lleva la información para la b-globina. Mediante la técnica de los “lazos R” desarrollada por White y Hogness es posible hibridar ARN con ADN de doble hélice a altas temperaturas y en presencia de formamida. En estas condiciones, los híbridos ADN-ARN son más estables que las moléculas de ADN doble hélice. Como consecuencia, el ARN hibrida con la secuencia complementaria de ADN y desplaza a la otra hélice de ADN, que queda sin aparear formando un “lazo R”. Si se hibrida, por un lado, el ARN-m de la b-globina con el segmento de ADN que lo ha originado y, por otro, el ARN-hn (recién transcrito) de la b-globina con el segmento de ADN que lo originó, y se analizan los resultados al microscopio electrónico, se obtienen la siguientes imágenes:

El ADN se ha dibujado en trazo continuo y el ARN-hn y ARN-m en trazo discontinuo.

¿Qué interpretación daría a estas imágenes?

La imagen de la hibridación entre ARN mensajero (ARN-m) y ADN nos muestra que existe una zona del ADN que no híbrida con el ARN mensajero ya maduro, razón por la cuál se forma un lazo de ADN de doble hélice. Esta zona está situada entre dos zonas de hibridación, que son las zonas donde aparecen los lazos R.

La otra imagen nos muestra que, al hibridar el ARN heterogéneo nuclear (ARN-hn) con el ADN, se produce una hibridación continua sobre todo el segmento de ADN.

Como consecuencia, deducimos que el ARN mensajero es más largo que el ARN heterogéneo nuclear y, por tanto, que existe una zona del trascrito que se elimina durante el procesamiento del ARN para que no se traduzca a la proteína. Estas zonas del ADN de un gen que no se traducen se llaman intrones y las que se traducen, que son las que se corresponden con los lazos R, se llaman exones. La conclusión a la que llegamos es que el gen de la b-globina posee un intrón y dos exones.

¿Qué tipo de organización parece que sugieren para los genes en eucariontes?

Si estos resultados tienen alguna generalidad, de aquí se deduce que la estructura de los genes de los eucariontes es fragmentada, estando compuestos de intrones y exones alternados.

¿Podría tener alguna ventaja evolutiva este tipo de organización?

Imaginemos que cada exón codificara para un determinado dominio de una proteína que la dotase de la capacidad de realizar determinadas funciones. Se podría concebir, entonces, que si el ADN de una especie dispusiera de tantos exones como propiedades deseables y/o necesarias deban tener sus proteínas, entonces, por duplicación génica y combinación de estos exones, se podrían obtener polipéptidos específicos capaces de cumplir cualquier función o combinación de funciones. Esto supondría una enorme ventaja evolutiva para la especie en cuestión que podría, en la práctica, disponer de polipéptidos a la medida de sus necesidades. Esta idea se ha propuesto bajo el título de “Teoría de la combinación de los exones”.

¿Invalidan estos resultados la “hipótesis de la secuencia” propuesta por Crick?

La hipótesis de la secuencia indica, simplemente, que existe una relación lineal entre la secuencia de nucleótidos en el ADN y la secuencia de aminoácidos en la proteína correspondiente. La existencia de intrones y exones no invalida la hipótesis de la secuencia, en tanto en cuanto el proceso de maduración del ARN sólo incluya la eliminación de los intrones, sin que se afecte el orden relativo de los exones. El único efecto que tenemos que resaltar es que la presencia de intrones complica la ya de por si compleja equivalencia entre distancias físicas en el ADN y distancias genéticas, al introducir más elementos perturbadores.

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[Ge. Pe.]

Un nuevo capítulo...


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5.1.- Suponga que en otro planeta de nuestra galaxia se han encontrado proteínas que contienen 125 aminoácidos diferentes; ácidos nucleicos con cinco bases nitrogenadas distintas, un código genético que al igual que el nuestro está organizado en tripletes:


a) ¿Son suficientes 5 nucleótidos distintos para codificar 125 aminoácidos diferentes?

b) ¿Podría existir un mecanismo de traducción semejante al de nuestro planeta?

c) ¿Podrían la iniciación y la finalización de la traducción ser semejantes a las de nuestro planeta?

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[Ge. Pe.]

a)SI, 5 bases nitrogenadas combinadas en tripletes puede dar 125 combinaciones distintas de tripletes para traducir un aa.
b) NO, no existiria tripletes sobrantes para informar la terminacion del proceso de traduccion.
c) la inicicion no requiere de triplete sin sentido por lo que podria comenzar igual que en nosotros. la terminacion requiere de triplestes sin sentido por lo tanto deberia realizarse por otro mecanismo.

Estimados Patricia y Mario...

Gracias por la respuesta, veremos que nos dicen ahora nuestros profesores...

a) ¿Son suficientes 5 bases nitrogenadas distintas para codificar 216 aminoácidos diferentes?

Si cada base nitrogenada llevara información para un aminoácido, con 5 bases nitrogenadas distintas solamente podríamos codificar 5 aminoácidos diferentes. Si cada dos bases nitrogenadas codifican para un aminoácido, teniendo en cuenta que existen 5 bases diferentes, tendríamos que calcular las variaciones con repetición de 5 elementos tomados de dos en dos (VR _5,2 = 5² = 25) . Se trata de variaciones, ya que el orden tiene importancia, el dinucleótido AB codifica para un aminoácido diferente al BA, y son con repetición porque puede estar dos veces el mismo nucleótido. Por tanto, las variaciones con repetición de 5 elementos (bases nitrogenadas) tomadas de dos en dos son 5² = 25, es decir, si cada dos bases llevan información para un aminoácido solamente podríamos codificar 25 aminoácidos diferentes. En el caso de que cada tres bases nitrogenadas codifiquen para un aminoácido, tendríamos que calcular las variaciones con repetición de 5 elementos tomados de tres en tres ,VR_5,3 = 5³ = 125. Por tanto, en este caso podríamos codificar 125 aminoácidos diferentes. Por consiguiente, si el código de este planeta está organizado en tripletes o codones, y tres bases codifican para un aminoácido, como en nuestro planeta, 5 nucleótidos serían suficientes para codificar los 125 aminoácidos distinto de este planeta .

b) ¿Podría existir un mecanismo de traducción semejante al de nuestro planeta?

El mecanismo de traducción sería esencialmente semejante a la de nuestro planeta, podría realizarse en los ribosomas y los ARN-t (transferentes) transportarían los aminoácidos hasta el mensajero. Sin embargo, existiría una diferencia fundamental, el código genético de este planeta no sería degenerado, de manera que un aminoácido vendría determinado por un solo triplete. Por tanto, cualquier cambio en la secuencia de bases del ADN se traduciría en un cambio en la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Este código genético carecería de un sistema de amortiguación del efecto de las mutaciones.

c) ¿Cree usted que la iniciación y la finalización de la traducción podrían ser semejantes?

La iniciación sería semejante, ya que las proteínas podrían comenzar siempre por el mismo aminoácido y la traducción empezar siempre por el mismo triplete, tal y como sucede en el código de la Tierra. Sin embargo, el sistema de terminación de la traducción sería diferente, ya que en la Tierra existen codones sin sentido que no llevan información para ningún aminoácido, estos codones sin sentido son las señales que se emplean para terminar la traducción. En este planeta, no existen codones de este tipo, ya que hay 125 tripletes diferentes y 125 aminoácidos distintos, todos los tripletes llevan información para un aminoácido. Por tanto, la terminación de la traducción debería realizarse de forma distinta a la Tierra, por ejemplo, las proteínas terminarían siempre por el mismo aminoácido.

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Nota... mas arriba publique la dirección de la página fuente, los profesores que la hacen nos autorizaron a reproducirla en nuestra Ayuda Tareas. Como veo que a Uds. les interesa la Genética, veánla de primera mano. Es un curso magistral de una extraordinaria calidad académica. Esa es la opinión que tengo de ella.

Y los felicito !!!

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[Ge. Pe.]

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5.2.- Dada la siguiente secuencia de nucleótidos de un segmento de ADN que se traduce a un polipéptido de seis aminoácidos y empleando el código genético:

ADN 3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’

ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A G 3’

a) Deduzca la secuencia de ribonucleótidos en el ARN mensajero.

b) Escriba la secuencia de aminoácidos del polipéptido producido.

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[Ge. Pe.]

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ADN 3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’

ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A G 3’

a) Deduzca la secuencia de ribonucleótidos en el ARN mensajero.

Si obtenemos los mensajeros correspondientes a ambas hélices, teniendo en cuenta que el ARN-m se sintetiza en la dirección 5’ -> 3’ y que la A del ADN aparea con el U del ARN, obtenemos las siguientes secuencias:

ARN 5’ A U G C U A U U A C C G G G A A A A U A G 3’




ADN 3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’

ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A G 3’




ARN 3’ U A C G A U A A U G G C C C U U U U A U C 5’

b) Escriba la secuencia de aminoácidos del polipéptido producido.

Para escribir la secuencia de aminoácidos del polipéptido producido es necesario recordar que el ARN-m se traduce comenzando por el extremo 5’ y terminando por el extremo 3’, dirección 5’-> 3’. Al extremo 5’ le corresponde el extremo amino terminal del polipéptido (NH₂) y al extremo 3’ le corresponde el extremo carboxilo terminal del polipéptido (COOH). Si obtenemos la secuencia de aminoácidos correspondiente a cada uno de los dos posibles ARN-m empleando el código genético, los resultados son los siguientes:

ARN-m 5’ A U G - C U A - U U A - C C G - G G A - A A A - U A G 3’

Polipéptido NH₂ - met - leu - leu - pro - gly - lys - COOH



ARN-m 3’ U A C - G A U - A A U - G G C - C C U - U U U - A U C 5’

Polipéptido COOH - arg - ser - phe - leu - NH₂

De los dos posibles polipéptidos, uno de ellos tiene seis aminoácidos y comienza por metionina (met), correspondiéndole a este aminoácido el triplete AUG, triplete de iniciación de la traducción. Sin embargo, el poliéptido obtenido a partir del otro mensajero es más corto, tiene solamente cuatro aminácidos, y no comienza por metionina sino por leucina (leu) correspondiéndole un triplete (CUA) que no es de iniciación. Este último mensajero contiene dos tripletes de FIN seguidos (UAA y UAG). Por consiguiente el mensajero correcto es el primero:

ARN-m 5’ A U G - C U A - U U A - C C G - G G A - A A A - U A G 3’

Polipéptido NH₂ - met - leu - leu - pro - gly - lys - COOH

Según este resultado la hélice codificadora sería la que se toma como molde para sintetizar el ARN-m que da lugar al polipéptido de seis aminoácidos, es decir, la hélice que se transcribe y la hélice estabilizadora sería la complementaria, la que no se transcribe:

ADN 3’ T A C G A T A A T G G C C C T T T T A T C 5’ Hélice codificadora

ADN 5’ A T G C T A T T A C C G G G A A A A T A G 3’ Hélice estabilizadora

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[Ge. Pe.]

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5.3.- Si se emplean los siguientes mensajeros sintéticos de secuencia conocida en un sistema acelular de traducción “in vitro” capaz de sintetizar proteínas se obtienen los polipéptidos indicados en la siguiente tabla:

Téngase en cuenta que cuando se está descifrando el código genético no se sabe si este es o no degenerado.

a) Indique los tripletes que contiene cada mensajero sintético.

b) ¿Por qué los polipéptidos sintetizados comienzan en cada caso por un aminoácido distinto?

c) ¿Qué codones podrían ser total o parcialmente descifrados a partir de estos datos?

d) ¿Indican estos resultados que el código genético es degenerado?

e) Diga qué aminoácidos, y en que proporciones, se incorporarán a los polipéptidos formados en un medio de traducción “in vitro” en el que se emplea el copolímero sintetizado al azar por la polirribonucleótido fosforilasa en un medio que contiene U y G en las proporciones 4U:1G.

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[Ge. Pe.]

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a) Indique los tripletes que contiene cada mensajero sintético.

El mensajero sintético poli UG (...UGU-GUG-UGU-G...) contiene dos tripletes diferentes: UGU y GUG que se alternan en su secuencia. El mensajero sintético poli GUGG (...GUG-GGU-GGG-UGG-GUG-G...) muestra cuatro codones diferentes que se repiten siempre en el mismo orden: GUG, GGU, GGG y UGG y el mensajero poli UUGU (...UUG-UUU-GUU-UGU-UUG-U...) tiene también 4 tripletes diferentes que se repiten siempre en el mismo orden: UUG, UUU, GUU y UGU.

b) ¿Por qué los polipéptidos sintetizados comienzan en cada caso por un aminoácido distinto?

En los sistemas de traducción “in vitro” si no existe un triplete de iniciación (AUG) la síntesis del polipéptido puede comenzar por cualquier base nitrogenada. Por esta causa los polipéptidos puede comenzar en el caso de poli-UG por dos aminoácidos distintos y en el poli-GUGG y poli-UUGU por cuatro aminoácidos distintos, tantos como bases tiene la unidad que se repite.

c) ¿Qué codones podrían ser total o parcialmente descifrados a partir de estos datos?

Cuando se estaba descifrando el código, no se sabía si era o no degenerado y tampoco se conocía el tipo de degeneración. Por tanto, cuando se resuelve un problema de desciframiento del código genético no se deben asignar aminoácidos a tripletes basándonos en la degeneración de la 3ª base. Para resolver este tipo de problemas, tenemos que comparar los tripletes de cada mensajero sintético y los aminoácidos que aparecen en los polipéptidos correspondientes, de manera que debemos encontrar que dos mensajeros diferentes tengan un triplete común y los polipéptidos sintetizados muestren también un sólo aminoácido común. Si aparece un triplete común y dos aminoácidos comunes no es posible resolver sin ambigüedades.

Si comparamos el poli-UG y el poli-GUGG encontramos un solo triplete común, GUG, y un solo aminoácido común, valina (val). Por tanto, GUG codifica para val. Sin embargo, si comparamos poli-UG y poli-UUGU encontramos un solo triplete común, UGU, y dos aminoácidos comunes, valina (val) y cisteína (cys). En este último, sólo con esta comparación no es posible saber que aminoácido ( val o cys) corresponde al triplete UGU. En el esquema siguiente se indica el razonamiento seguido para descifrarlos tripletes:

Teniendo en cuenta que, ya hemos deducido que GUG es val, en el poli-UG, el triplete que queda, UGU, tiene que ser, por eliminación cisteína (cys).

En el mensajero poli-GUGG, siempre se repiten los mimos cuatro tripletes en el mismo orden y la misma secuencia de cuatro aminoácidos se repite en el polipéptido correspondiente. Sabemos que GUG corresponde a val, el siguiente triplete a GUG siempre es GGU y en el polipéptido detrás de val siempre está glicocola (gly), por tanto, GGU codifica para gly. Después de gly va siempre otra glicocola (gly) y en el mensajero después de GGU siempre está el triplete GGG, de manera que GGG debe codificar para gly. Por último, a continuación de la segunda glicocola (gly) va siempre triptófano (trp) y el codón GGG del mensajero siempre va seguido del triplete UGG, por consiguiente UGG codifica para triptófano (trp).Cuando hemos analizado el mensajero poli-UG hemos deducido que el triplete UGU codifica para cisteína (cys).

Con este dato podemos abordar el desciframiento del mensajero poli-UUGU, ya que este triplete UGU y el aminoácido por el codificado (cys) aparecen en el polipéptido sintetizado. Inmediatamente detrás de cys va siempre leucina (leu) y a continuación de UGU encontramos siempre el triplete UUG, por tanto, UUG codifica para leu. Después de leu encontramos phe (fenilalanina) y después de UUG siempre está UUU, por consiguiente, UUU determina phe.

d) ¿Indican estos resultados que el código genético es degenerado?

Todos los tripletes han sido totalmente descifrados y los aminoácidos valina (val) y glicocola (gly) están codificados cada uno de ellos por dos tripletes diferentes. Por tanto, los resultados obtenidos indican que el código genético es degenerado. Además, los tripletes para gly son GGG y GGU, las dos primeras bases son comunes y varía la tercera base. En el caso del aminoácido valina (val) los tripletes son GUG y GUU, de nuevo las dos primeras bases son comunes y varía la tercera. Estos resultados sugieren que la degeneración afecta fundamentalmente a la 3ª base de cada triplete, siendo las dos primeras constantes.

e) Diga qué aminoácidos, y en que proporciones, se incorporarán a los polipéptidos formados en un medio de traducción “in vitro” en el que se emplea el copolímero sintetizado al azar por la polirribonucleótido fosforilasa en un medio que contiene U y G en las proporciones 4U:1G.

La polirribonucleótido fosforilasa es una enzima que sintetiza ARN a partir de ribonucleótidos libres y sin necesidad de copiar un molde, simplemente va tomando ribonucleótidos al azar del medio y los va uniendo. La dirección de síntesis es 5’ ® 3’. Por tanto, si en el medio sólo existen G y U, el ARN que se formará sólo contendrá estas dos bases, si además la G está en un 80% y el uracilo en un 20%, la proporción en la que se encuentran ambas bases en el medio es de 4 guaninas por cada uracilo (4G :1U), la probabilidad de que el enzima tome una guanina del medio sería 4/5 y la de que tome un U sería 1/5. Además cada vez que el enzima toma un ribonucleótido del medio es un suceso independiente del ribonucleótido que haya tomado previamente. Por consiguiente, en el ARN podrán aparecer 8 tipos de tripletes diferentes construidos con G y U. Los ocho tripletes del ARN han sido descifrados en los apartados anteriores del problema, por tanto, en la siguiente tabla indicamos los tripletes distintos, sus frecuencias y los aminoácidos para los que codifican:

Por consiguiente, cada aminoácido aparecerá en el polipéptido sintetizado en la proporción indicada en la tabla.

Es necesario fijarse en que gly está dos veces, por tanto, su proporción relativa será 4+1=5 y que algo semejante sucede con cys que también está codificada por dos tripletes, siendo su proporción relativa 16+4=20.

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5.4.- Si se utilizan como mensajeros sintéticos de secuencia conocida poli- AG, poli-AGA y poli-AGAC en sistemas de traducción “in vitro” se sintetizan los polipéptidos indicados en la siguiente tabla. Tenga en cuenta que cuando se está descifrando el código genético no se sabe si es o no degenerado, y en el supuesto de que sea degenerado, tampoco se sabe qué tipo de degeneración presenta.

a) ¿Qué tripletes distintos contiene cada mensajero sintético?

b) ¿Qué aminoácidos podrían ser total o parcialmente descifrados a partir de estos datos?

c) ¿Por qué se sintetizan tres polipéptidos distintos con el Poli AGA?

d) ¿Indican estos resultados que el código genético es degenerado?

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[Ge. Pe.]

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a) ¿Qué tripletes distintos contiene cada mensajero sintético?

El mensajero Poli AG (...AGA-GAG-AG...) contiene dos tripletes diferentes AGA y GAG. El mensajero Poli AGA (...AGA-AGA-AGA...) o (...A-GAA-GAA-GA...) o (...AG-AAG-AAG-A...) dependiendo de la base por la que comience a traducirse presenta tres codones diferentes AGA, GAA y AAG. El Poli AGAC (...AGA-CAG-ACA-GAC-...) tiene cuatro tripletes diferentes que se repiten siempre en el mismo orden: AGA, CAG, ACA y GAC.

b) ¿Qué aminoácidos podrían ser total o parcialmente descifrados a partir de estos datos?

Para comenzar a descifrar hay que buscar en dos mensajeros diferentes un triplete común y un sólo aminoácido común en los polipéptidos sintetizados.

En los tres mensajeros aparece un sólo triplete común (AGA)y un solo aminoácido común a los tres (arg). Por tanto, AGA codifica para arginina. En el poli AG el triplete que queda, GAG, por eliminación tiene que codificar para glutámico (glu). En el mensajero poli AGAC hay cuatro tripletes diferentes que se repiten siempre en el mismo orden y en el polipéptido correspondiente aparecen 4 aminoácidos que se repiten también en el mismo orden ; por tanto, sabiendo que AGA es arginina (arg), después de AGA siempre está CAG y después de arg siempre hay glutamina (gln), por consiguiente, CAG determina gln.

Siguiendo a CAG tenemos ACA y a continuación de gln hay treonina (thr). Por último, después de ACA va GAC y después de treonina sigue aspártico (asp), de manera que GAC codifica para aspártico.

En el poli AGA, el triplete AGA sabemos que es arg, pero los otros dos tripletes GAA y AAG, no podemos descifrarlos totalmente, uno de ellos corresponde a glutámico (glu) y el otro a lisina (lys), pero no es posible con los datos que tenemos, asignarles un triplete concreto a cada aminoácido.

Los tripletes totalmente descifrados son: AGA- arg, GAG-glu, CAG-gln, ACA-thr y GAC-asp. Los tripletes parcialmente descifrados son GAA y AAG uno es para glu y otro para lys. En el esquema y tabla siguientes se indican los tripletes que presenta cada mensajero sintético y los aminoácidos que se incorporan en los polipéptidos correspondientes:

c) ¿Por qué se sintetizan tres polipéptidos distintos con el Poli AGA?

Con el mensajero poli AGA se sintetizan tres polipéptidos distintos, uno en el que se repite el arg, otro en el que se repite glutámico y el último en el que se reitera lys. En los sistemas de traducción “in vitro” la traducción del mensajero puede comenzar por cualquier base, y si la traducción comienza por la primera A, el triplete que se repite en el mensajero es AGA, si comienza por la guanina el codón que se reitera es GAA y si la iniciación tiene lugar por la segunda adenina, el triplete que se repite es AAG.

AGA es con seguridad arg (arginina), ya que es el único triplete común en los tres experimentos y arginina es el único aminoácido común en los tres casos.

Sin embargo, GAA y AAG no pueden ser totalmente descifrados, quedando parcialmente descifrados, uno de ellos codifica para glutámico (glu) y el otro para lisina (lys).

d) ¿Indican estos resultados que el código genético es degenerado?

Los resultados obtenidos indican que el código genético es degenerado, ya que el aminoácido glutámico está determinado por dos tripletes, uno de ellos ha sido totalmente descifrado, GAG ; sin embargo, el otro triplete está parcialmente descifrado, pudiendo ser GAA o AAG.

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[Ge. Pe.]

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6.1.- La secuencia de aminoácidos de los capsómeros de la cabeza de un fago normal que infecta a una cepa normal E. coli es la siguiente: NH₂-ala-pro-ser-val-tyr-phe-.....-COOH. Un fago con una cápside mutante al infectar una cepa normal de E. coli, presenta la siguiente secuencia de aminoácidos en sus capsómeros: NH₂-met-ala-pro-pro-val-COOH. Cuando este fago mutante infecta a una determinada cepa mutante de E. coli se produce la lisis bacteriana, liberándose partículas virales en las que el polipéptido de los capsómeros de la cabeza es NH₂-ala-pro-ser-val-tyr-phe-.....-COOH.. Sin embargo, si con estas partículas virales se infecta de nuevo una cepa de E. coli normal, se producen fagos con capsómeros mutantes de secuencia más corta.

a) ¿Qué tipo de mutación puede explicar estos resultados?

b) ¿Qué otros polipéptidos (capsómeros) podrían aparecer cuando el fago mutante infecta a la cepa mutante de E. coli?

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[Ge. Pe.]

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El fago mutante presenta una proteína más corta de lo normal, lo que nos hace pensar que posiblemente se haya originado un codón de fin. Uno de los tripletes que codifican para Tyr es UAPi y uno de los de fin es UAPu, por lo tanto lo más razonable es decir que ha habido una transversión en el ADN del fago mutante de tal forma que se ha originado un codón de fin en el ARN mensajero.

Para determinar la mutación existente en el segundo tipo de fago que tenemos, el que tiene sustituido Tyr por Ser, hemos de tener en cuenta que el ADN del fago no varía, sigue siendo el mismo ya que al infectar las cepas de E.coli normales se obtienen fagos con la proteína más corta, luego el cambio de Tyr por Ser no se produce por un cambio en el ADN del fago, la mutación debe encontrarse en la cepa bacteriana. Esta mutación ha de ser a nivel del ARN transferente, será un ARN que el anticodón será el propio de FIN pero que lleva unido el aminoácido Ser, por lo tanto la cadena polipeptídica en vez de terminar, lo que hace es incorporar Ser y continuar la síntesis. Este tipo de mutaciones se denominan supresoras (suprimen la acción de otra mutación) informacionales.


En la cepa bacteriana mutante existirán dos ARN-t con el mismo anticodón, uno el normal que lee FIN y detiene la síntesis proteica, y otro (el mutante) que incorporará Ser, por lo tanto de la lisis bacteriana podremos recoger dos tipos de fagos, uno con Tyr sustituido por Ser, y otro con la cadena polipeptídica más corta.

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[Ge. Pe.]

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6.2.- La secuencia de nucleótidos de un cierto segmento de un gen y la secuencia de aminoácidos formados a partir de este segmento son las siguientes:

3’ C C A T T T A A C G C A T C 5’

5’ G G T A A A T T G C G T A G 3’

NH_2-......- val - asn - trp - val -.....COOH

Una sola mutación en el gen normal produce una proteína mutante que es idéntica a la normal excepto en los cuatro aminoácidos indicados, que quedan remplazados pos los siguientes:

NH_2-......- tyr - ala - leu - tyr -.....COOH

¿Qué clase de mutación puede haber dado lugar a este nuevo alelo?

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[Ge. Pe.]

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Empleando el código genético vamos a intentar localizar la secuencia que codifica para esos 4 aminoácidos

NH2…..Val----Asn----Trp-----Val.....COOH

5’ GUX AAPi UGG GUX 3’

NH2......Tyr-----Ala----Leu------Tyr.....COOH

5’ UAPi GCX UUPu UAPi 3’

CUX

Veamos cuales son los mensajeros correspondientes a las dos cadenas de ADN

ARN-m 1 5’ GGUAAAUUGCGUAG 3’

3’ CCATTTAACGCATC 5’

5’ GGTAAATTGCGTAG 3’

ARN-m 2 3’ CCAUUUAACGCAUC 5’

La secuencia del ARN-m 1 5’ GGUAAAUUGCGUAG 3’ coincide con la deducida para la proteína normal y la secuencia del ARN-m 2 3’ CCAUUUAACGCAUC 5’ con la de la proteína mutante.

Vemos pues que la mutación que se ha producido es una inversión de la secuencia de nucleótidos.

Recuerde que una inversión es un doble giro de 180º un en horizontal, que cambia la secuencia, y otro en vertical que mantiene la polaridad.

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[Ge. Pe.]

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6.3.- Se está estudiando un gen en E. coli que especifica cierta proteína. Una parte de la secuencia de esta proteína es: val-asn-trp-ser-glu-lys-ile.

Se obtuvieron una serie de mutantes de este gen que no mostraban actividad enzimática. Aislando los productos enzimáticos mutantes se encontraron las siguientes secuencias:
mutante 1: val-asn-trp-ser-glu-lys-ile.

mutante 2: val-asn

mutante 3: ala-asn-gly-val-lys-asn-ile

mutante 4: val-asn-trp-phe-phe-thr-ile

a) ¿Cuál es la base molecular más probable de cada mutación?.

b) ¿Cuál es la secuencia de ADN más probable que especifica esta parte de la proteína?.



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[Ge. Pe.]

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La proteína normal con su posible secuencia en el mensajero sería:

Val-----Asn-----trp------ser-----glu-----lys------Ile

GUX AAPi UGG UCX GAPu AAPu AUPi

AGPi

- mutante 1 .- Cambia Ser por Arg, el codon de la Arg es CGX, y como uno de los de la Ser es AGPi, si cambiamos la A por C, pasaríamos de Ser a Arg, luego puede ser una transversión.



- mutante 2 .- La proteína tiene una secuencia más corta, el codón del Trp es UGG y si cambiamos la última G por una A, tendríamos UGA que es un codon de fin. La mutación más probable sería en este caso una transición.



- mutante 3.- Esta proteína tiene 4 aminoácidos distintos intersticiales, lo cual nos hace pensar que la mutación sea un cambio de cuadro de lectura o una inversión.

Vamos a poner la secuencia del mensajero que origine esos 4 aminoacidos;

Normal: trp------ser-----glu-----lys

UGG AGPi GAPu AAPu


Mut: gly----val----lys------asn

GGX GUX AAPu AAPi

Como podemos observar si eliminamos la U del codon del Trp y añadimos una Pi al final del codón de la Lys en la proteína normal, obtendríamos una secuencia de nucleótidos que al traducirla nos daría la proteína mutante:

GGA GUG AAA AAPi

Gly val lys asn

Por lo tanto esta proteína se origina por un cambio de cuadro, una deleción (U) y una adición (Pi).



- mutante 4.- Esta proteína tiene cambiados 3 aminoácidos centrales, podía ser un cambio de cuadro, como en el caso anterior, pero si ponemos las secuencias de nucleótidos y aminoácidos, vemos que es imposible pasar de la proteína normal a la mutante con un solo cambio de lectura, luego hemos de pensar en otro tipo de mutación. Veamos si es posible una inversión:

proteína Ser glu Lys


mensajero AGPi GAPu AAPu


ADN TCPu CTPi TTPi


Inversion PuAA PuAG PiGA



Mensajero PiUU PiUC PuCE

Y este mensajero podria codificar perfectamente para phe--phe—thr, con lo cual la mutación podría ser una inversión.

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