1. Describa los tipos de enlaces químicos y fuerzas de la doble hélice del ADN.
La doble hélice del ADN tiene dos tipos de enlaces, covalentes y de hidrógeno. Los enlaces covalentes existen dentro de cada cadena lineal y unen fuertemente las bases, los azúcares y los grupos fosfato (tanto dentro de cada componente como entre los componentes). Los enlaces de hidrógeno existen entre las dos hebras y se forman entre una base de una hebra y una base de la segunda hebra en un emparejamiento complementario. Estos enlaces de hidrógeno son individualmente débiles pero colectivamente bastante fuertes.
2. Explique qué significan los términos replicación conservadora y semiconservadora.
3. ¿Qué se entiende por cebador y por qué son necesarios los cebadores para la replicación del ADN?
Un cebador es un segmento corto de ARN que es sintetizado por la primasa utilizando el ADN como molde durante la replicación del ADN. Una vez sintetizado el cebador, la ADN polimerasa añade ADN al extremo 3′ del ARN. Los cebadores son necesarios porque la principal ADN polimerasa que cataliza la replicación del ADN no puede iniciar la síntesis del ADN y, en cambio, requiere un extremo 3′. El ARN se elimina posteriormente y se sustituye por ADN para que no existan huecos en el producto final.
4. ¿Qué son las helicasas y las topoisomerasas?
5. ¿Por qué la síntesis de ADN es continua en una hebra y discontinua en la hebra opuesta?
Debido a que la ADN polimerasa es capaz de añadir nuevos nucleótidos sólo en el extremo 3′ de una hebra de ADN y a que las dos hebras son antiparalelas, al menos dos moléculas de ADN polimerasa deben participar en la replicación de cualquier región específica de ADN. Cuando una región se convierte en monocatenaria, las dos hebras tienen una orientación opuesta. Imagine una región monocatenaria que va de izquierda a derecha. En el extremo izquierdo, el extremo 3′ de una hebra apunta a la derecha, y la síntesis puede iniciarse y continuar hacia el extremo derecho de esa región. La otra hebra tiene un extremo 5′ que apunta hacia la derecha, y la síntesis no puede iniciarse y continuar hacia el extremo derecho de la región monocatenaria en el extremo 5′. En su lugar, la síntesis debe iniciarse en algún lugar a la derecha del extremo izquierdo de la región monocatenaria y moverse hacia el extremo izquierdo de la región. A medida que la primera cadena continúa la síntesis (síntesis continua), la región monocatenaria se extiende hacia la derecha. Esto deja ahora a la segunda cadena sin replicar en esta nueva región de monocatenario, y debe haber una segunda iniciación de la síntesis de ADN moviéndose desde el extremo derecho actual de la región de monocatenario hacia el primer punto de iniciación en esa cadena. Esto da lugar a una síntesis discontinua a lo largo de esa hebra.
6. Si la timina constituye el 15 por ciento de las bases en una molécula de ADN específica, ¿qué porcentaje de las bases es citosina?
7. Si el contenido de GC de una molécula de ADN es del 48 por ciento, ¿cuáles son los porcentajes de las cuatro bases (A, T, G y C) en esta molécula?
La frecuencia de A y T es (52%) = 26%.
8. Los cromosomas de E. coli en los que cada átomo de nitrógeno está marcado (es decir, cada átomo de nitrógeno es el isótopo pesado 15N en lugar del isótopo normal 14N) pueden replicarse en un entorno en el que todo el nitrógeno es 14N. Utilizando una línea sólida para representar una cadena de polinucleótidos pesada y una línea discontinua para una cadena ligera, dibuje lo siguiente:
a.
El cromosoma parental pesado y los productos de la primera replicación después de la transferencia a un medio de 14N, suponiendo que el cromosoma es una doble hélice de ADN y que la replicación es semiconservativa.
b.
Repita la parte a, pero suponiendo que la replicación es conservadora.
c.
Repite la parte a, pero suponiendo que el cromosoma es en realidad dos dobles hélices de lado a lado, cada una de las cuales se replica semiconservativamente.
d.
Repetir la parte c, pero suponer que cada doble hélice de lado a lado se replicaconservativamente y que la replicación global del cromosoma es semiconservativa.
e.
Repetir la parte d, pero suponer que la replicación global del cromosoma esconservativa.
f.
Si los cromosomas hijos de la primera división en 14N se centrifugan en un gradiente de densidad de cloruro de cesio (CsCl) y se obtiene una única banda, ¿cuál de las posibilidades de las partes a a e puede descartarse? Reconsidere el experimento de Meselson-Stahl: ¿qué demuestra? R. Okazaki descubrió que los productos inmediatos de la replicación del ADN en E.coli incluyen fragmentos de ADN monocatenario de aproximadamente 1000nucleótidos de longitud después de extraer y desnaturalizar (fundir) el ADN recién sintetizado. Cuando permitió que la replicación del ADN se llevara a cabo durante un período de tiempo más largo, encontró una menor frecuencia de estos fragmentos cortos y de cadenas de ADN monocatenario largas después de la extracción y la desnaturalización. Explique cómo este resultado podría estar relacionado con el hecho de que todas las ADN polimerasas conocidas sintetizan el ADN sólo en dirección 5′ → 3′.
Los resultados sugieren que el ADN se replica en segmentos cortos que se unen posteriormente por acción enzimática (ADN ligasa). Debido a que la replicación del ADN es bidireccional, a que hay múltiples puntos a lo largo del ADN donde se inicia la replicación, y a que las ADN polimerasas trabajan sólo en la dirección 5′ → 3′, una hebra del ADN está siempre en la orientación incorrecta para la enzima. Esto requiere la síntesis en fragmentos.
10. Cuando las células vegetales y animales reciben pulsos de timidina en diferentes momentos del ciclo celular, las regiones heterocromáticas de los cromosomas se muestran invariablemente como de «replicación tardía». ¿Puede sugerir qué significado biológico puede tener esta observación, si es que tiene alguno? En el planeta de Rama, el ADN es de seis tipos de nucleótidos: A, B, C, D, E y F.A y B se llaman marzinas, C y D sonorsinas, y E y F son pirinas. Las siguientes reglas son válidas en todos los ADNs Raman:
a.
Prepare un modelo para la estructura del ADN Raman.
b.
En Rama, la mitosis produce tres células hijas. Teniendo en cuenta este hecho, proponga un patrón de replicación para su modelo de ADN.
c.
Considere el proceso de meiosis en Rama. ¿Qué comentarios o conclusiones puede sugerir?
12. Si extrae el ADN del colifago øX174, encontrará que su composición es de un 25 por ciento de A, un 33 por ciento de T, un 24 por ciento de G y un 18 por ciento de C. ¿Tiene sentido esta composición con respecto a las reglas de Chargaff? ¿Cómo interpretarías este resultado? ¿Cómo podría tal fago replicar su ADN?
Las reglas de Chargaff son que A = T y G = C. Dado que esta composición no se observa, la interpretación más probable es que el ADN es de una sola hebra. El fago tendría que sintetizar primero una cadena complementaria antes de poder empezar a hacer múltiples copias de sí mismo.
13. La temperatura a la que se desnaturaliza una muestra de ADN puede utilizarse para estimar laproporción de sus pares de nucleótidos que son G-C. ¿Cuál sería la base para esta determinación y qué indicaría una temperatura de desnaturalización alta para una muestra de ADN?
Recuerde que hay dos enlaces de hidrógeno entre A y T, mientras que hay tres enlaces de hidrógeno entre G y C. La desnaturalización necesita la ruptura de estos enlaces, lo que requiere energía. Cuantos más enlaces haya que romper, más energía habrá que suministrar. Así, la temperatura a la que se desnaturaliza una determinada molécula de ADN depende de la composición de sus bases. Cuanto mayor sea la temperatura de desnaturalización, mayor será el porcentaje de pares G-C.
14. Supongamos que se extrae el ADN de un virus pequeño, se desnaturaliza y se deja que se recupere con el ADN tomado de otras cepas que llevan una deleción, una inversión o una duplicación. ¿Qué esperaría ver al inspeccionar con un microscopio electrónico?
15. El ADN extraído de un mamífero se desnaturaliza por calor y luego se enfría lentamente para permitir su recanalización. El siguiente gráfico muestra los resultados obtenidos. Hay dos «hombros» en la curva. El primer hombro indica la presencia de una parte del ADN que se recoje muy rápidamente, tan rápido que el recocido se produce antes de que se produzcan las interacciones entre las hebras.
a.
¿Qué podría ser esta parte del ADN?
b.
El segundo hombro es una parte que también se recoje rápidamente. ¿Qué sugiere esta evidencia?
16. Diseñe pruebas para determinar la relación física entre las secuencias de ADN altamente repetitivas y únicas en los cromosomas. (Sugerencia: Es posible variar el tamaño de las moléculas de ADN por la cantidad de cizallamiento a la que se someten.)
17. Se sabe que los virus causan cáncer en los ratones. Se tiene una preparación pura de ADN de virus, una preparación pura de ADN de los cromosomas de células cancerosas de ratón, y ADN puro de los cromosomas de células normales de ratón. El ADN viral se unirá específicamente con el ADN de las células cancerosas, pero no con el ADN de las células normales. Explore el posible significado genético de esta observación, su importancia a nivel molecular y su importancia médica.
18. Ruth Kavenaugh y Bruno Zimm idearon una técnica para medir la longitud máxima de las moléculas de ADN más largas en solución. Estudiaron muestras de ADN de los tres cariotipos de Drosophila que se muestran a la derecha. Encontraron que las moléculas más largas de los cariotipos a y b tenían una longitud similar y aproximadamente el doble de la longitud de la molécula más larga del cariotipo c. Interprete estos resultados.
Los datos sugieren que cada cromosoma está compuesto por una molécula continua deADN y que las translocaciones pueden alterar su tamaño. En la parte c, parece que parte del cromosoma más largo se ha translocado al cromosoma más corto.
19. En la técnica del cromosoma arlequín, usted permite tres rondas de ofrecimiento en bromodesoxiuridina y luego tiñe los cromosomas. ¿Qué resultado espera?
