Genética molecular: replicar, expresar y regular la información
2.º de BachilleratoRuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Explicar la replicación semiconservativa y la dirección de síntesis de ácidos nucleicos.
- Resolver relaciones entre hebra molde, ARN mensajero, codones y polipéptido.
- Relacionar mutaciones y regulación con cambios de expresión, diferenciación y biodiversidad.
Antes de empezar
- Aplicar complementariedad entre bases.
- Distinguir ADN, ARN, nucleótido y aminoácido.
Copiar no es expresar
La replicación duplica el ADN antes de la división; la transcripción produce ARN a partir de una región y la traducción interpreta una secuencia de ARN mensajero para construir un polipéptido. Son procesos conectados, pero responden a funciones diferentes.
En todos ellos importan la complementariedad y la dirección. Las polimerasas añaden nucleótidos al extremo 3', de modo que sintetizan en dirección 5' a 3' mientras leen una hebra molde antiparalela.
Replicación semiconservativa
La helicasa separa las hebras y cada una guía una nueva cadena complementaria. Como las dos plantillas son antiparalelas, una cadena nueva puede sintetizarse de manera continua y la otra se construye en fragmentos que después une una ligasa.
El resultado son dos moléculas de ADN, cada una con una hebra procedente de la molécula parental y otra recién sintetizada. La corrección de pruebas y la reparación reducen la tasa de error, pero no la hacen cero.
De hebra molde a polipéptido
- Escribe la orientación de la hebra molde.
- Construye el ARN complementario y antiparalelo usando uracilo.
- Lee el ARN en dirección 5' a 3' desde un marco definido.
- Agrupa en tripletes y aplica la tabla del código sin desplazar el marco.
- Detén la traducción ante un codón de terminación.
El código es degenerado, no ambiguo
Varios codones pueden especificar el mismo aminoácido, por eso el código es degenerado. Sin embargo, dentro del código estándar, un codón concreto no significa varios aminoácidos a la vez. El marco de lectura determina cómo se agrupan los nucleótidos.
La casi universalidad del código apoya un origen común y permite expresar genes entre organismos, aunque existen variantes en ciertos genomas y orgánulos que obligan a limitar la afirmación.
Mutaciones con efectos distintos
- Sustitución
Puede ser silenciosa, cambiar un aminoácido o crear una terminación, según el codón y el contexto.
- Inserción o deleción
Si no afecta a un múltiplo de tres en una región codificante, puede desplazar el marco y cambiar muchos codones posteriores.
- Reguladora
Puede modificar cuándo, dónde o cuánto se expresa un gen sin alterar la secuencia de la proteína.
Mutación, evolución y biodiversidad
Las mutaciones generan alelos nuevos sin aparecer porque el organismo los necesite. Si afectan a una línea germinal pueden heredarse; las somáticas quedan en el linaje celular del individuo y algunas contribuyen al cáncer, pero no pasan normalmente a la descendencia sexual.
En poblaciones, selección natural, deriva genética, flujo génico y apareamiento modifican frecuencias de variantes. La mutación aporta novedad y los demás procesos cambian su destino; a lo largo de generaciones, esa dinámica contribuye a adaptación, divergencia y biodiversidad. Una mutación individual no convierte por sí sola a un organismo en una especie nueva.
Mismo genoma, expresión diferente
La diferenciación celular no requiere que cada tipo celular posea genes completamente distintos. Factores de transcripción, accesibilidad de la cromatina, señales y ARN reguladores activan combinaciones diferentes.
Los genomas procariotas suelen ser más compactos y agrupan genes relacionados en operones; los eucariotas incluyen abundante ADN no codificante, intrones y regulación distribuida. Son tendencias generales, no reglas sin excepciones.
Replicación y expresión en procariotas y eucariotas
- Modelo bacteriano general
Un cromosoma circular suele iniciar replicación bidireccional desde un origen. Sin envoltura nuclear, transcripción y traducción pueden acoplarse, y varios genes pueden compartir un operón. Existen excepciones entre procariotas.
- Modelo eucariota general
Los cromosomas lineales usan múltiples orígenes. La transcripción nuclear se separa de la traducción citosólica y el pre-ARN puede recibir caperuza, cola y corte-empalme antes de exportarse.
La hebra codificante no es la hebra molde
El ARN se copia de la hebra codificante sustituyendo T por U sin atender a la orientación.
El ARN es complementario a la hebra molde y coincide con la codificante salvo por U en lugar de T.
Confundir las dos hebras invierte la complementariedad y puede producir una secuencia incorrecta aunque aparezcan las bases adecuadas.
Mapa de cierre
- Cada ADN hijo conserva una hebra parental y sintetiza otra.
- La orientación controla la construcción de ADN y ARN.
- El marco de lectura determina los codones.
- Mutación y regulación pueden cambiar cantidad, lugar o producto de la expresión.
Compruébalo ahora
En el panel izquierdo del visual, cada doble hélice hija conserva una hebra azul y añade una roja. ¿Qué modelo representa la figura? Se marca además el ADN parental con un isótopo pesado y, tras una única replicación en medio ligero, todo el ADN forma una sola banda intermedia: ¿qué modelo queda descartado y cuáles siguen compatibles con ese dato aislado?
Ver solución explicada
Respuesta: La figura representa el modelo semiconservativo. La banda única descarta el modelo conservativo; semiconservativo y dispersivo siguen siendo compatibles con ese dato aislado.
El reparto visible de una hebra antigua azul y otra nueva roja por molécula es semiconservativo. El modelo conservativo predeciría una banda pesada parental y otra ligera nueva; una sola banda híbrida también puede aparecer tras una generación en el modelo dispersivo, por lo que harían falta más datos para distinguirlo.
Elige en el visual el panel que muestra una hebra de ARN formándose a partir de ADN y nombra el proceso. Si la hebra molde es 3'-TAC GGA CTT-5', escribe el ARN mensajero 5' a 3' y sepáralo en codones.
Ver solución explicada
Respuesta: Es el panel central y representa la transcripción. El ARN es 5'-AUG CCU GAA-3'; los codones son AUG, CCU y GAA.
La hebra sencilla que sale del ADN en el panel central identifica la transcripción. Se aplica complementariedad y antiparalelismo: T-A, A-U, C-G y G-C, manteniendo la síntesis del ARN en dirección 5' a 3'.
En el panel central del visual se forma una hebra sencilla de ARN a partir del ADN. Una mutación en un promotor reduce mucho la transcripción sin cambiar la región codificante. ¿Qué producto visible de ese panel disminuirá de forma directa?
- Se sintetiza menos de la hebra de ARN representada en el panel central.
- Todos los codones cambian de significado.
- El ADN deja de ser bicatenario en todo el genoma.
Ver solución explicada
Respuesta: Se sintetiza menos de la hebra de ARN representada en el panel central.
Dentro del panel central, la hebra sencilla visible que se separa del ADN representa el ARN producido por transcripción. El promotor regula el inicio de ese proceso; un cambio allí puede reducir la cantidad de ARN sin modificar la secuencia codificante.
Alineación curricular y fuentes
- Biología · saberes básicos · bloque B. Genética molecular · Real Decreto 243/2022, currículo básico de Bachillerato