Genética molecular: ejercicios de la PAU de Biología de Andalucía resueltos

Planteamiento La estructura circular que se tiñe con un colorante de ADN es una molécula de ADN, y al final hay dos copias iguales de ella antes de que la célula se divida.

1. Se forman nuevas hebras a partir de las existentes y el resultado son dos moléculas idénticas a la original: es la copia del ADN.

Planteamiento Hay que fijarse en dónde está el ADN, en su forma y en cómo se replica.

1. El ADN está en el citosol: la célula no tiene un núcleo rodeado de membrana que lo separe del citoplasma.

2. La molécula de ADN es circular, como el cromosoma bacteriano (los eucariotas tienen varios cromosomas lineales dentro del núcleo).

3. La replicación empieza en un único punto (un solo origen de replicación), mientras que en los cromosomas eucariotas hay muchos orígenes.

Planteamiento La replicación empieza en un punto concreto de la molécula, el origen de replicación, donde se separan las dos hebras y se forma una burbuja.

1. El lugar por donde “se abre” la estructura es el origen de replicación: allí la helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las bases y separa las dos hebras.

2. A cada lado de la burbuja queda una horquilla de replicación. Las dos horquillas avanzan en sentidos opuestos alrededor del círculo: son los “dos puntos que se van alejando”.

Planteamiento La ADN polimerasa solo sintetiza ADN en sentido $5^\prime\rightarrow 3^\prime$ (añade nucleótidos al extremo $3^\prime$), y las dos hebras molde son antiparalelas.

1. Una de las hebras nuevas crece en el mismo sentido en que avanza la horquilla: la polimerasa puede ir añadiendo nucleótidos sin parar, de forma continua. Es la hebra conductora (adelantada).

2. La otra hebra nueva tendría que crecer en sentido contrario al avance de la horquilla. Como la polimerasa no puede sintetizar en sentido $3^\prime\rightarrow 5^\prime$, la hace a trozos: cada vez que la horquilla abre un tramo, la primasa pone un cebador de ARN y la polimerasa sintetiza un fragmento corto, el fragmento de Okazaki.

3. Después se quitan los cebadores, se rellena el hueco con ADN y la ADN ligasa une los fragmentos: por eso se ven “pequeños fragmentos que luego se fusionan”. Es la hebra retardada (rezagada).

Planteamiento La estructura circular es ADN, un polímero de nucleótidos.

1. Sus monómeros son los desoxirribonucleótidos (con las bases A, T, G y C).

2. La hidrólisis completa de un desoxirribonucleótido rompe el enlace N-glucosídico y el enlace éster con el fosfato y deja sus tres componentes:

   $\text{desoxirribonucleótido}$${}+2\,\mathrm{H_2O}$${}\rightarrow \text{base}$${}+\text{desoxirribosa}$${}+\mathrm{H_3PO_4}$

Planteamiento En la masa hay levaduras (Saccharomyces cerevisiae), hongos unicelulares que fermentan los azúcares de la harina.

1. Durante el reposo, las levaduras hacen la fermentación alcohólica: transforman la glucosa en etanol y dióxido de carbono.

   $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$${}\rightarrow 2\,\mathrm{CH_3CH_2OH}$${}+2\,\mathrm{CO_2}$

2. El $\mathrm{CO_2}$ es un gas que queda atrapado en la red de gluten de la masa y forma burbujas: la masa sube y queda esponjosa. El etanol se evapora durante la cocción.

Planteamiento Las bacterias del género Lactobacillus son bacterias lácticas.

1. Lactobacillus hace la fermentación láctica: reduce el piruvato que sale de la glucólisis a ácido láctico.

   $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$${}\rightarrow 2\,\mathrm{CH_3{-}CHOH{-}COOH}$

2. El ácido láctico (y otros ácidos que acompañan a la fermentación, como el acético) es el que da a la masa madre su sabor ácido.

Planteamiento Las levaduras son anaerobias facultativas: sin oxígeno fermentan, y con oxígeno respiran.

1. En el tanque cerrado, sin $\mathrm{O_2}$, la levadura obtiene energía por fermentación alcohólica y produce etanol.

2. Al entrar aire, la levadura pasa a la respiración celular aerobia: el piruvato entra en la mitocondria y se oxida por completo a $\mathrm{CO_2}$ y $\mathrm{H_2O}$. Ya no se produce etanol (efecto Pasteur).

   $\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\,\mathrm{O_2}$${}\rightarrow 6\,\mathrm{CO_2}+6\,\mathrm{H_2O}$

3. La respiración da mucha más energía por glucosa (unas $30$–$38$ moléculas de ATP frente a $2$ en la fermentación), así que las levaduras siguen vivas y se multiplican incluso más deprisa.

Planteamiento La transformación bacteriana tiene un rendimiento bajo: solo una parte de las bacterias incorpora el plásmido.

1. Solo las bacterias que han captado el plásmido llevan el gen de resistencia y pueden vivir en el medio con antibiótico; las demás mueren.

2. Que sobreviva el $5\ \%$ indica que solo $5$ de cada $100$ bacterias (una de cada $20$) se han transformado. El antibiótico sirve así para seleccionar las bacterias transformadas, que son las que llevan también el gen de interés.

Planteamiento Los genes eucariotas son discontinuos: tienen intrones, que en la célula humana se eliminan del ARN antes de la traducción (maduración o splicing).

1. El gen humano de la insulina tiene intrones. En la célula humana, el ARN que se transcribe se madura en el núcleo: se cortan los intrones y se unen los exones.

2. Las bacterias no tienen intrones ni la maquinaria para eliminarlos. El ARNm bacteriano conserva los intrones y el ribosoma los traduce como si fueran parte del mensaje: sale un polipéptido con aminoácidos de más, distinto de la insulina y no funcional.

3. Por eso, en biotecnología se introduce en la bacteria el ADN complementario (ADNc), obtenido por retrotranscripción del ARNm maduro, que ya no tiene intrones.

4. Además, hay otra causa que también da un polipéptido más grande. La insulina se fabrica como una cadena precursora (preproinsulina) a la que la célula humana corta algunos tramos después de la traducción; una bacteria no hace ese procesado, así que, aunque el gen no tuviera intrones, obtendría el precursor, que no es activo.

Planteamiento La figura muestra una doble hélice abierta por una enzima, que usa una de las hebras como molde y va formando una hebra nueva que se suelta: es la transcripción.

1. La finalidad es sintetizar una molécula de ARN (por ejemplo, un ARNm) copiando la información de un gen del ADN.

Planteamiento Seguimos las hebras con sus extremos $5^\prime$ y $3^\prime$: la hebra nueva es antiparalela a la que copia y tiene la misma secuencia que la otra.

1. A, la hebra que se separa del ADN por la derecha, con su extremo $3^\prime$ dentro de la enzima: el ARN recién sintetizado (ARNm).

2. B, las dos zonas de doble hélice, delante y detrás de la burbuja: el ADN.

3. C: la hebra de ADN que se aparea con el ARN y le sirve de modelo: la cadena molde.

4. D: la enzima que abre el ADN y une los nucleótidos: la ARN polimerasa.

5. E: la otra hebra de ADN, de la misma secuencia que el ARN (con T en vez de U): la cadena codificante.

6. F: las piezas sueltas que entran en la enzima: los ribonucleótidos (trifosfato).

Planteamiento D es una enzima.

1. Como casi todas las enzimas, la ARN polimerasa es una proteína.

Planteamiento Un inhibidor competitivo se parece al sustrato y ocupa el centro activo de la enzima, sin reaccionar.

1. El inhibidor compite con los ribonucleótidos (el sustrato) por el centro activo de la ARN polimerasa.

2. Mientras el inhibidor ocupa el centro activo, la enzima no puede unir nucleótidos: la velocidad de la transcripción disminuye y se forma menos ARN.

3. Es reversible y depende de las concentraciones relativas: si aumenta la de sustrato frente a la de inhibidor, el sustrato desplaza al inhibidor y la velocidad se recupera.

Planteamiento La temperatura cambia la velocidad de las reacciones enzimáticas; por debajo de la óptima la enzima no se desnaturaliza.

1. Al bajar la temperatura, las moléculas se mueven más despacio y hay menos choques eficaces entre la enzima y sus sustratos: la actividad de la ARN polimerasa baja.

2. Un descenso moderado no daña la estructura de la enzima: el efecto es reversible y, al volver a la temperatura óptima, recupera su velocidad (al contrario que con un aumento fuerte, que la desnaturalizaría).

Planteamiento La transcripción depende de la organización de la célula.

1. Lugar: en los eucariotas, en el núcleo; en los procariotas, en el citoplasma.

2. Maduración: el ARNm eucariota se madura antes de salir del núcleo (se eliminan los intrones y se añaden la caperuza y la cola de poli-A); el procariota no necesita maduración.

3. Enzimas: los eucariotas tienen varias ARN polimerasas (I, II y III); los procariotas, una sola. Otras: el ARNm eucariota es monocistrónico y el procariota suele ser policistrónico, y en los procariotas la traducción puede empezar mientras se transcribe.

Planteamiento Se ve un ribosoma sobre una hebra con extremos $5^\prime$ y $3^\prime$, moléculas que llevan bolitas (aminoácidos) y una cadena de bolitas que sale del ribosoma.

1. Es la síntesis de una cadena de aminoácidos a partir de la información del ARNm.

Planteamiento La traducción se divide en tres etapas.

1. Iniciación: el ribosoma se ensambla sobre el ARNm en el codón de inicio (AUG), con el primer ARNt.

2. Elongación: los ARNt van trayendo aminoácidos, que se unen por enlaces peptídicos mientras el ribosoma avanza codón a codón.

3. Terminación: al llegar a un codón de parada, se libera la cadena y el ribosoma se separa.

Planteamiento Identificamos cada elemento por su forma y posición.

1. A: la molécula plegada que lleva un aminoácido y se aparea con la hebra: el ARN de transferencia (ARNt).

2. B: la hebra con extremos $5^\prime$ y $3^\prime$ que lee el ribosoma: el ARN mensajero (ARNm).

3. C: la cadena de bolitas que sale: el polipéptido (proteína) en formación.

4. D: la estructura grande sobre la que ocurre todo: el ribosoma (su subunidad mayor).

Planteamiento El ARNm es un ácido nucleico y el polipéptido, una cadena de aminoácidos.

1. B (ARNm): sus monómeros son ribonucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster (enlace nucleotídico).

2. C (polipéptido): sus monómeros son aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos (entre el grupo carboxilo de uno y el grupo amino del siguiente).

Planteamiento El ARNt es un ARN: sus monómeros son ribonucleótidos.

1. Cada ribonucleótido tiene una base nitrogenada (A, G, C o U; el ARNt tiene además algunas bases modificadas), la pentosa ribosa y un grupo fosfato.

2. Función: transporta de forma específica cada aminoácido hasta el ribosoma, y con su anticodón reconoce el codón complementario del ARNm.

Planteamiento Para que la bacteria fabrique la misma proteína que el organismo de origen, tiene que leer cada codón igual.

1. El código genético es universal: la correspondencia entre cada codón (triplete) del ARNm y su aminoácido es la misma en todos los organismos, salvo pequeñas excepciones, eucariotas y procariotas.

2. Por eso un gen humano expresado en una bacteria se traduce en la misma secuencia de aminoácidos (siempre que se le den sin intrones).

Planteamiento Hay que definir el ciclo y nombrar sus dos grandes etapas.

1. El ciclo celular es el conjunto ordenado de procesos por los que pasa una célula desde que se forma, por división de otra, hasta que ella misma se divide en dos células hijas.

2. Sus dos etapas fundamentales son la interfase (crecimiento y duplicación del ADN) y la división celular o fase M (mitosis y citocinesis).

Planteamiento La primera etapa es la interfase, con tres fases.

1. $G_1$: la célula crece, sintetiza proteínas y ARN y aumenta el número de orgánulos.

2. $S$: se replica (duplica) el ADN; cada cromosoma pasa a tener dos cromátidas.

3. $G_2$: la célula se prepara para la división (sigue creciendo y sintetiza las proteínas que necesitará, como las del huso).

Planteamiento En la imagen, las cromátidas se separan y van hacia los dos polos de la célula, arrastradas por las fibras del huso, cada una con su centrómero por delante.

1. Es la etapa de división celular (mitosis), y la fase es la anafase.

2. Proceso: se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma; los microtúbulos del huso unidos a los cinetocoros se acortan y arrastran cada cromátida hacia un polo opuesto de la célula, de modo que cada polo recibe una copia de cada cromosoma.

Planteamiento Contamos lo que va a cada polo. La célula tiene cuatro cromosomas (dos parejas: dos claros y dos oscuros).

1. Hacia el polo de abajo van tres cromátidas sueltas (dos claras y una oscura) y, además, un cromosoma oscuro entero, con sus dos cromátidas todavía unidas: no se ha separado (no disyunción).

2. Hacia el polo de arriba solo llegan tres cromátidas (dos claras y una oscura): le falta la cromátida del cromosoma oscuro que no se separó.

3. La célula hija de arriba tendrá $3$ cromosomas en lugar de $4$ ($2n-1$), y la de abajo, $5$ ($2n+1$).

   $2n=4\ \Rightarrow\ \text{arriba: }2n-1=3$$\text{abajo: }2n+1=5$

4. Es una mutación genómica (cambia el número de cromosomas): una aneuploidía, en concreto una monosomía.

Planteamiento La expresión de un gen se hace en dos pasos: primero se copia la información del ADN en un ARN y después ese ARN se lee para fabricar una proteína.

1. Transcripción: síntesis de una molécula de ARN (ARN mensajero, en el caso de un gen que codifica una proteína) copiando la secuencia de una de las cadenas del ADN, que hace de molde. Las bases se emparejan por complementariedad (con uracilo en lugar de timina).

2. Traducción: síntesis de una cadena de aminoácidos (un polipéptido) en los ribosomas, leyendo el ARNm de tres en tres bases (codones); cada codón indica un aminoácido según el código genético.

Planteamiento La enzima E está sobre la doble hélice de ADN (elemento 1) y de ella sale la cadena 2, que es un ARN: es la enzima que hace la transcripción.

1. La flecha E marca el avance de la enzima a lo largo del ADN mientras va sintetizando el ARN.

Planteamiento Se identifica cada elemento por su forma y por su papel en el dibujo, en el que la transcripción y la traducción ocurren a la vez, como en una bacteria.

1. 1: la doble hélice que recorre la enzima es el ADN.

2. 2: la cadena que sale de la ARN polimerasa y sobre la que se colocan los ribosomas es el ARN mensajero.

3. 3 y 4: las dos piezas en que se separa cada ribosoma al acabar la traducción. La pequeña (3) es la subunidad menor y la grande (4), la subunidad mayor.

4. 5: la cadena que sale de los ribosomas y se suelta al final es el polipéptido (la proteína).

Planteamiento El ARNm, como cualquier ácido nucleico, tiene un extremo $5'$ y otro $3'$; un polipéptido tiene un extremo amino y otro carboxilo.

1. El ARN se sintetiza en sentido $5'\rightarrow 3'$: el extremo b, el que está saliendo de la ARN polimerasa, es el que crece, el $3'$; el extremo a, el más alejado, es el $5'$. Por ese extremo $5'$ han empezado a leerlo los ribosomas.

2. El polipéptido se sintetiza desde el extremo amino hacia el carboxilo: el extremo c es el amino ($-\mathrm{NH_2}$) y el d, el carboxilo ($-\mathrm{COOH}$).

Planteamiento Un gen eucariota tiene exones (que se traducen) e intrones (que no). En la célula humana el ARN transcrito se madura: se le quitan los intrones (corte y empalme o splicing). Las bacterias no tienen esa maquinaria.

1. Si se mete en la bacteria el gen humano tal cual, con sus intrones, la bacteria los transcribiría y traduciría también, y saldría una proteína distinta y no funcional.

2. En cambio, se parte del ARNm maduro de la insulina, sacado de células humanas que la fabrican: ya no tiene intrones.

3. La transcriptasa inversa usa ese ARNm maduro como molde y sintetiza un ADN complementario (ADNc) que solo tiene la secuencia de los exones.

4. Ese ADNc, introducido en la bacteria con un vector (un plásmido con un promotor que la bacteria reconoce), se transcribe y se traduce sin necesidad de maduración, y la bacteria fabrica la insulina humana con su secuencia correcta de aminoácidos.

Planteamiento El dibujo tiene dos cadenas de unidades (círculo, pentágono y rectángulo) unidas por sus rectángulos, en las que aparecen las letras A y G y los extremos $3'$ y $5'$.

1. Las dos cadenas están unidas por parejas de bases complementarias (A con 3, G con 4) y son antiparalelas: en la parte de abajo una termina en $3'$ y la otra en $5'$.

2. Es una doble cadena de nucleótidos con desoxirribosa; la base 3, que se empareja con la adenina, es la timina, que no existe en el ARN.

Planteamiento Cada nucleótido tiene tres partes: un grupo fosfato (círculo), una pentosa (pentágono) y una base nitrogenada (rectángulo).

1. 1: el círculo es el grupo fosfato (ácido fosfórico).

2. 2: el pentágono es la pentosa del ADN, la desoxirribosa.

3. 3: la base que se empareja con la adenina (A) en el ADN es la timina (dos puentes de hidrógeno).

4. 4: la base que se empareja con la guanina (G) es la citosina (tres puentes de hidrógeno).

5. 5: el recuadro encierra un fosfato, una desoxirribosa y una base: es un nucleótido (un desoxirribonucleótido).

Planteamiento Se piden rasgos de la estructura en doble hélice del ADN (modelo de Watson y Crick).

1. Está formado por dos cadenas complementarias, unidas por puentes de hidrógeno entre sus bases: adenina con timina y guanina con citosina.

2. Las dos cadenas son antiparalelas: una va en sentido $5'\rightarrow 3'$ y la otra en sentido $3'\rightarrow 5'$.

3. Las dos cadenas se enrollan formando una doble hélice dextrógira, con las bases hacia dentro y el esqueleto de fosfato y desoxirribosa hacia fuera; el enrollamiento es plectonémico (para separar las cadenas hay que desenrollarlas).

Planteamiento El ADN se sintetiza copiándose a sí mismo antes de cada división celular.

1. El proceso es la replicación: cada cadena sirve de molde para una nueva cadena complementaria (replicación semiconservativa).

2. La enzima principal es la ADN polimerasa, que añade nucleótidos a la cadena nueva en sentido $5'\rightarrow 3'$.

Planteamiento La ADN polimerasa es una enzima, es decir, una proteína, y su actividad depende de su forma tridimensional.

1. Cada enzima trabaja bien en un intervalo de pH, con un pH óptimo. Un aumento grande del pH cambia la carga de los grupos ionizables de sus aminoácidos y rompe las interacciones iónicas y los puentes de hidrógeno que mantienen su estructura.

2. La enzima se desnaturaliza: se deforma su centro activo y deja de funcionar.

3. Sin ADN polimerasa activa no se sintetizan las cadenas nuevas: la replicación se detiene.

Planteamiento La línea de tiempo separa lo que actúa en las primeras horas (A) de lo que tarda días (B).

1. A actúa en horas y con elementos que no reconocen un microorganismo concreto (barreras epiteliales, fagocitos, complemento, células NK): es la inmunidad innata (congénita o inespecífica).

2. B tarda días y emplea linfocitos que proliferan (expansión clonal) y reconocen un antígeno concreto: es la inmunidad adquirida (adaptativa o específica).

Planteamiento Dentro de la inmunidad adaptativa hay dos tipos de respuesta según quién elimine el antígeno.

1. C: los linfocitos B proliferan y liberan anticuerpos (3) que se unen al microorganismo: es la respuesta humoral.

2. D: los linfocitos T, activados por una célula que les presenta el antígeno, proliferan y actúan directamente sobre la célula infectada: es la respuesta celular.

Planteamiento Se identifica cada número por su forma y por la parte de la respuesta en que aparece.

1. 1: las células que engloban el microorganismo en la inmunidad innata son fagocitos: macrófagos (o neutrófilos).

2. 2: la célula con anticuerpos en su membrana que reconoce el microorganismo en la respuesta humoral es un linfocito B.

3. 3: las moléculas en forma de Y que se unen al microorganismo son inmunoglobulinas (anticuerpos).

4. 4: la célula que ha englobado el microorganismo y muestra sus fragmentos a otro linfocito es una célula presentadora de antígenos (un macrófago o una célula dendrítica).

5. 5: la célula que recibe el antígeno presentado es un linfocito T (colaborador).

Planteamiento El número 3 es un anticuerpo, una glucoproteína de secreción.

1. Ribosomas (del retículo endoplasmático rugoso): sintetizan las cadenas polipeptídicas del anticuerpo traduciendo su ARNm.

2. Retículo endoplasmático rugoso: recibe las cadenas recién sintetizadas, donde se pliegan, se unen por puentes disulfuro y empiezan a glucosilarse.

3. Aparato de Golgi: termina de modificar los anticuerpos (maduración, glucosilación) y los empaqueta en vesículas de secreción para expulsarlos.

Planteamiento Toda la respuesta inmunitaria depende de proteínas que fabrican las células cuando se activan.

1. Cuando un linfocito reconoce el antígeno se activan genes que estaban sin expresar: se transcriben a ARNm.

2. Ese ARNm se traduce en los ribosomas y produce proteínas específicas: anticuerpos en las células plasmáticas, citocinas que comunican unas células con otras, receptores de membrana o las perforinas de los linfocitos T citotóxicos.

3. Sin transcripción y traducción no habría ni anticuerpos ni citocinas ni las proteínas necesarias para que los linfocitos proliferen: la respuesta frente a los patógenos no podría producirse.

Planteamiento A tiene núcleo y muchos orgánulos con membrana; B es una célula alargada pequeña, sin núcleo, con el material genético libre y un flagelo.

1. A es una célula eucariota (animal: tiene centrosoma y no tiene pared ni cloroplastos).

2. B es una célula procariota (una bacteria).

Planteamiento Se identifica cada parte por su forma.

1. 1: el límite exterior de la célula A es la membrana plasmática.

2. 2: el orgánulo ovalado con crestas internas es una mitocondria.

3. 3: la estructura de la que salen radios (microtúbulos), junto al núcleo, es el centrosoma, con sus centriolos.

4. 4: la prolongación larga de la bacteria es un flagelo.

Planteamiento Basta una función de cada orgánulo.

1. Mitocondria (2): realiza la respiración celular aerobia (ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa) y obtiene la mayor parte del ATP de la célula.

2. Centrosoma (3): es el centro organizador de microtúbulos; en la división celular forma el huso mitótico (acromático) que reparte los cromosomas.

Planteamiento Una célula eucariota está dividida en compartimentos por membranas.

1. La célula A tiene orgánulos rodeados de membrana (lisosomas, retículo, aparato de Golgi, mitocondrias…), separados del citosol.

2. Las membranas tienen permeabilidad selectiva y bombas de protones: cada orgánulo puede mantener un medio interno con su propio pH y su composición (por ejemplo, el interior del lisosoma es ácido, con pH cercano a 5, y el citosol es casi neutro).

3. Así, en la misma célula pueden ocurrir a la vez procesos cuyas enzimas necesitan condiciones distintas de pH.

Planteamiento La transcripción es la síntesis de ARN a partir del ADN; se hace de forma distinta en eucariotas y en procariotas.

1. Lugar: en la célula eucariota (A), en el núcleo (y en las mitocondrias); en la procariota (B), en el citoplasma, donde la transcripción y la traducción pueden ocurrir a la vez.

2. Enzimas: los eucariotas tienen tres ARN polimerasas (I, II y III); los procariotas, una sola.

3. Maduración: en eucariotas el ARN transcrito (con intrones) tiene que madurar (corte y empalme, caperuza en el extremo $5'$ y cola de poli-A); en procariotas el ARNm no necesita maduración.

Planteamiento La evolución necesita que en una población haya individuos distintos y heredables entre los que actúe la selección natural.

1. Las mutaciones son cambios en el ADN que aparecen al azar; son la fuente primaria de nuevos alelos, es decir, de variabilidad genética.

2. La recombinación en la meiosis mezcla esos alelos, y la selección natural favorece los que dan ventaja en un ambiente: su frecuencia aumenta en la población a lo largo de las generaciones.

3. Sin mutaciones no habría variación nueva sobre la que actuar, y a largo plazo no podrían surgir especies nuevas ni aumentar la biodiversidad.

Planteamiento Solo se hereda lo que va en los gametos.

1. Tienen que mutar las células de la línea germinal: los gametos (óvulos o espermatozoides) o las células que los originan.

2. Una mutación en una célula somática (de la piel, del hígado…) solo pasa a las células que salen de ella por mitosis, en ese individuo, y no llega a la descendencia.

Planteamiento Hoy la técnica más usada para cambiar un gen concreto es la edición génica con CRISPR-Cas9.

1. Técnica: la edición génica con el sistema CRISPR-Cas9. Un ARN guía, de secuencia complementaria al gen elegido, lleva la nucleasa Cas9 hasta ese punto exacto del ADN, que lo corta; al repararse el corte, se introduce el cambio.

2. Ventaja: es dirigida y precisa. Se elige el gen que se modifica y también el tipo de cambio (inactivarlo, corregir una base, insertar una secuencia).

3. En cambio, los agentes físicos (radiaciones) y químicos causan mutaciones al azar, en cualquier lugar del genoma y de cualquier tipo, y después hay que buscar entre muchísimos individuos el que tiene la mutación útil.

Planteamiento Se piden dos aplicaciones de la edición génica.

1. En agricultura: plantas con genes editados para que resistan plagas o enfermedades, o toleren la sequía.

2. En medicina: terapia génica, corrigiendo o inactivando el gen responsable de una enfermedad en las células del paciente (por ejemplo, en enfermedades de la sangre).

3. Otras: microorganismos modificados para la biorremediación (degradar contaminantes) o para fabricar sustancias de interés.

Planteamiento Cada aminoácido está codificado por uno o varios codones, que son tripletes de bases del ARNm.

1. Hay $64$ codones posibles, porque cada una de las tres posiciones puede llevar una de las cuatro bases. De ellos, $3$ son de terminación y los $61$ restantes codifican solo $20$ aminoácidos.

   $4^3=64$

2. Por eso casi todos los aminoácidos tienen varios codones sinónimos: por ejemplo, la leucina tiene $6$ (UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG) y la glicina $4$ (GGU, GGC, GGA y GGG). Esta propiedad se llama degeneración del código genético.

3. Al pasar de la proteína al ARNm, en cada posición vale cualquiera de los codones de ese aminoácido. Por ejemplo, el tripéptido Met-Leu-Gly puede proceder de $24$ secuencias de ARNm distintas ($1$ codón para la metionina, $6$ para la leucina y $4$ para la glicina).

   $1\cdot 6\cdot 4=24$

Planteamiento En sentido contrario, del ARNm a la proteína, no hay elección posible.

1. Cada codón codifica un único aminoácido (o es una señal de terminación): el código no es ambiguo. Por ejemplo, GGU es siempre glicina.

2. Además, la lectura empieza en un punto fijo, el codón de iniciación AUG, y sigue de tres en tres bases, sin solapamientos ni separaciones: el marco de lectura queda fijado y cada codón se lee una sola vez.

3. Por tanto, a cada secuencia de codones le corresponde una sola secuencia de aminoácidos.

4. Ojo: la propiedad que explica esto es que el código no es ambiguo (cada codón tiene un único significado). Que el código sea universal es otra cosa: quiere decir que es el mismo en casi todos los seres vivos.

Planteamiento Se ven las dos cadenas de un ADN separadas y, junto a cada una, una cadena nueva que se sintetiza usándola de molde.

1. Una de las cadenas nuevas se fabrica de forma continua y la otra a trozos: es una horquilla de replicación.

Planteamiento Las dos cadenas del ADN molde son antiparalelas y la ADN polimerasa solo alarga las cadenas en sentido $5'\rightarrow 3'$.

1. A: el tramo de la cadena molde, marcado en negro, donde empieza la copia: es el origen de replicación.

2. B: los recuadros con que empieza cada cadena nueva: son los cebadores (primers), fragmentos cortos de ARN que fabrica la primasa y que la ADN polimerasa necesita para empezar.

3. C: la cadena molde de arriba va de $3'$ a $5'$ de izquierda a derecha, así que su copia crece de izquierda a derecha, en sentido $5'\rightarrow 3'$, hacia la horquilla y sin interrupciones: es la hebra adelantada (conductora).

4. D: junto a la otra cadena molde, que va de $5'$ a $3'$ de izquierda a derecha, la copia tiene que crecer de derecha a izquierda, alejándose de la horquilla, a trozos cortos: son los fragmentos de Okazaki.

5. E: el conjunto de los fragmentos de Okazaki, que después se unen con la ADN ligasa cuando sus cebadores se sustituyen por ADN: es la hebra retardada (retrasada).

Planteamiento Se mira con qué tipo de nucleótidos está hecho cada elemento.

1. A forma parte de la propia cadena molde: es una secuencia de nucleótidos del ADN.

2. B es ARN: la primasa sintetiza los cebadores con ribonucleótidos.

3. C y D son ADN: la ADN polimerasa los fabrica con desoxirribonucleótidos.

Planteamiento El código genético permite traducir el lenguaje de los ácidos nucleicos (bases) al de las proteínas (aminoácidos).

1. Es la clave de correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero, leída de tres en tres (codones), y la secuencia de aminoácidos de las proteínas: a cada codón le corresponde un aminoácido o una señal de terminación.

Planteamiento Codón y anticodón son tripletes complementarios que están en moléculas distintas.

1. Codón: grupo de tres nucleótidos consecutivos (triplete) del ARNm que codifica un aminoácido o una señal de inicio o de terminación.

2. Anticodón: triplete de nucleótidos de una región (un bucle) del ARN de transferencia, complementario y antiparalelo a un codón. Gracias a él, el ARNt reconoce el codón del ARNm y coloca su aminoácido. Por ejemplo, el codón AUG (metionina) se empareja con el anticodón $3'$-UAC-$5'$.

Planteamiento No todos los codones codifican aminoácidos.

1. Son tres codones del ARNm (UAA, UAG y UGA) que no codifican ningún aminoácido: no hay ARNt con un anticodón complementario y los reconocen los factores de terminación.

2. Marcan el final de la traducción: cuando el ribosoma llega a uno de ellos, se libera el polipéptido y el ribosoma se separa del ARNm.

Planteamiento Se explican dos de sus características.

1. Universal: es el mismo en casi todos los seres vivos, de las bacterias a los humanos (hay pequeñas excepciones, por ejemplo en las mitocondrias). Esto indica un origen común de la vida y permite que una bacteria fabrique una proteína humana.

2. Degenerado: hay $61$ codones para $20$ aminoácidos, así que casi todos los aminoácidos están codificados por varios codones distintos (sinónimos); por ejemplo, la leucina tiene $6$.

3. Otras características: no es ambiguo (cada codón tiene un único significado) y se lee sin solapamientos y sin separaciones entre codones.

Planteamiento Son tres tipos de ARN, que se distinguen por su forma.

1. 1: una cadena sencilla y lineal de nucleótidos, sin plegar: el ARN mensajero (ARNm).

2. 2: una cadena plegada en forma de hoja de trébol, con tramos de bases emparejadas y bucles: el ARN de transferencia (ARNt).

3. 3: las cadenas plegadas dentro de las dos subunidades de un ribosoma: el ARN ribosómico (ARNr).

Planteamiento Los tres intervienen en la síntesis de proteínas.

1. ARNm: lleva la información genética, copiada del ADN, desde el núcleo hasta los ribosomas, donde se traduce.

2. ARNt: transporta los aminoácidos hasta el ribosoma y, con su anticodón, reconoce el codón correspondiente del ARNm.

3. ARNr: forma, junto con proteínas, los ribosomas, y participa en la síntesis de proteínas (cataliza la formación del enlace peptídico).

Planteamiento Hay otros ARN con funciones distintas.

1. Por ejemplo, el ARN nucleolar (el precursor de los ARNr, que se forma en el nucléolo) o ARN pequeños como el ARN de interferencia (ARNi), que regula la expresión de los genes.

Planteamiento La evolución explica el origen de la diversidad de los seres vivos a partir de antepasados comunes.

1. Es el proceso por el que las poblaciones de seres vivos cambian sus características heredables (genéticas y fenotípicas) a lo largo de las generaciones.

2. Al acumularse esos cambios durante mucho tiempo, las poblaciones se adaptan a su ambiente y pueden originar especies nuevas a partir de otras ya existentes.

Planteamiento La homología se basa en el origen común, no en la función.

1. Son estructuras u órganos de especies distintas que tienen el mismo origen evolutivo (proceden de una estructura de un antepasado común) y una organización interna parecida, aunque su forma y su función puedan ser distintas.

2. Ejemplo: el brazo humano, el ala del murciélago y la aleta de la ballena tienen los mismos huesos básicos, pero sirven para manipular, volar y nadar.

3. Son una prueba de la evolución. No hay que confundirlas con las estructuras análogas, que tienen la misma función pero distinto origen, como el ala de un insecto y la de un ave.

Planteamiento La selección natural es el mecanismo evolutivo que propusieron Darwin y Wallace.

1. En una población hay variabilidad heredable entre los individuos, y nacen más individuos de los que pueden sobrevivir.

2. Los individuos con las variantes mejor adaptadas al ambiente sobreviven y se reproducen más, de modo que transmiten esas características a más descendientes.

3. Así, generación tras generación, aumenta en la población la frecuencia de los fenotipos (y de los alelos) más favorables.

Planteamiento Las mutaciones son la fuente primaria de la variabilidad genética.

1. Una mutación es una alteración del material genético (el ADN, o el ARN en algunos virus) que puede transmitirse a las células hijas y, si ocurre en las células reproductoras, a la descendencia.

2. Según su extensión pueden ser génicas (cambian la secuencia de un gen), cromosómicas (cambian la estructura de un cromosoma) o genómicas (cambian el número de cromosomas).

3. Pueden ser espontáneas o estar inducidas por agentes mutágenos, como las radiaciones o algunas sustancias químicas.

Planteamiento El fósforo está en el grupo fosfato de cada nucleótido. La replicación del ADN es semiconservativa: cada molécula hija conserva una hebra de la molécula madre y tiene otra hebra nueva, fabricada con los nucleótidos del medio.

1. Al principio hay una molécula con sus $2$ hebras radiactivas; las llamamos R.

2. En la primera duplicación, en un medio sin fósforo radiactivo, las hebras nuevas no son radiactivas; las llamamos N. Salen $2$ moléculas, cada una con una hebra R (la antigua) y una hebra N (la nueva). Esquema:

   $\text{R/R}\rightarrow\text{R/N}+\text{N/R}$

3. Hay $2$ hebras radiactivas de las $4$ que hay en total:

   $\frac{2}{4}=\frac{1}{2}=50\ \%$

Planteamiento En la segunda duplicación, cada molécula vuelve a separar sus hebras, y cada hebra sirve de molde para una hebra nueva, otra vez sin fósforo radiactivo.

1. Cada molécula R/N da una molécula R/N y otra N/N. Salen $4$ moléculas: $2$ con una hebra radiactiva y $2$ sin ninguna. Esquema:

   $2\,(\text{R/N})\rightarrow 2\,(\text{R/N})+2\,(\text{N/N})$

2. Hay $2$ hebras radiactivas de las $8$ que hay en total:

   $\frac{2}{8}=\frac{1}{4}=25\ \%$

3. Las dos hebras radiactivas originales no se pierden ni se copian: se conservan siempre, pero el número total de hebras se duplica en cada duplicación. Por eso el porcentaje se reduce a la mitad cada vez.

Planteamiento La figura resume el flujo de la información genética: del ADN al ARN y del ARN a la proteína.

1. 1: la doble hélice: el ADN.

2. 2: la cadena sencilla que se forma a partir del ADN y lleva la información al ribosoma: el ARN mensajero.

3. 3: la cadena de bolitas que sale del ribosoma: una proteína (cadena polipeptídica), en la que cada bolita es un aminoácido.

4. 4: la estructura que recorre el ARNm y fabrica la proteína: el ribosoma (la llave señala su parte de abajo, la subunidad menor).

Planteamiento Cada flecha es un paso del flujo de la información.

1. A (flecha circular sobre el ADN): el ADN hace una copia de sí mismo: la replicación.

2. B (del ADN al ARN): la transcripción.

3. C (del ARN al ADN, en sentido contrario): la transcripción inversa o retrotranscripción, que realiza la transcriptasa inversa de los retrovirus.

4. D (del ARNm a la proteína, en el ribosoma): la traducción.

Planteamiento Cada proceso ocurre donde están las moléculas que lo llevan a cabo.

1. La replicación (A) ocurre en el núcleo, donde está el ADN (también en las mitocondrias y los cloroplastos, que tienen su propio ADN).

2. La traducción (D) ocurre en los ribosomas del citoplasma, libres en el citosol o unidos al retículo endoplasmático rugoso (y también en las mitocondrias y los cloroplastos).