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Ejercicios biologia primer cuatrimestre
 

Ejercicios biologia primer cuatrimestre

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Marcos de lectura y enzimas de restricción

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    Ejercicios biologia primer cuatrimestre Ejercicios biologia primer cuatrimestre Document Transcript

    • EJERCICIOS DE BIOLOGÍACIENCIAS MEDIOAMBIENTALES 2006/2007 PRIMER CUATRIMESTRE
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005INTRODUCCIÓN La biología es una ciencia que busca comprender el ser vivo en su conjunto así como lasinteracciones que tiene con el medio y con otros organismos vivos que dan lugar a unecosistema. Para ello, ha de emplear una gran diversidad de técnicas y métodos que lepermitan analizar cómo es el ser vivo y cómo se producen los distintos procesos quepermiten la vida tal y como hoy la conocemos. Como parte de este curso se han incluidocréditos prácticos que se han dividido en prácticas de laboratorio y ejercicios. Mientras enlas prácticas el alumno inicia el contacto con la realización del trabajo experimental, laobtención y el análisis de resultados, con estos ejercicios se pretende que el alumnocomprenda y analice fenómenos largos en el tiempo que hacen imposible su realización enunas prácticas experimentales. Los ejercicios se han diseñado para complementar lasprácticas experimentales y dar una perspectiva mas amplia de lo que es la biología ymostrar los problemas y las técnicas mas comunes de laboratorio que se encuentra un biólogo durante el desarrollo de una investigación.EJERCICIO 1Obtención de una secuencia proteica a partir de una secuencia de DNA Los objetivos de este ejercicio son: familiarizarse con el uso del código genético paraobtener la secuencia de una proteína a partir de un gen, analizar como una misma secuenciade DNA puede dar distintas proteínas según el marco de lectura que se emplee, y,finalmente, comprobar los efectos de los distintos tipos de mutaciones puntuales sobre unasecuencia génica. 1.- En la primera parte, el alumno tiene que traducir los tres marcos posibles delectura de la secuencia presentada (ORF open reading frames), según se considere elprimer, segundo o tercer nucleótido de la secuencia como la base inicial del primer codón,por lo que podrían obtenerse teóricamente tres posibles péptidos. A continuación, buscar siexiste un posible punto de inicio y realizar la traducción de la secuencia de DNA a partirdel primer codón que se encuentre (esto es, desde el primer codón ATG que puede serreconocido para iniciar la traducción). Es preciso hacer notar que la tabla del códigogenético que se proporciona es la que se emplea normalmente en los laboratorios, se indicanlos codones de DNA (que corresponden a la hebra complementaria a la que se transcribe) yque permiten trabajar directamente con las secuencias de DNA, ya que siempre se emplean 2
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005éstas para describir los genes en las publicaciones. Como puede comprobar es equivalente ala que se suele presentar en los libros de texto que corresponde a los codones del RNA. TABLA DEL CÓDIGO GENÉTICO SEGUNDA POSICIÓN DEL CODON T C A G TTT Phe [F] TCT Ser [S] TAT Tyr [Y] TGT Cys [C] T TTC Phe [F] TCC Ser [S] TAC Tyr [Y] TGC Cys [C] C T TTA Leu [L] TCA Ser [S] TAA Ter [end] TGA Ter [end] A T P R TTG Leu [L] TCG Ser [S] TAG Ter [end] TGG Trp [W] G E R I M CTT Leu [L] CCT Pro [P] CAT His [H] CGT Arg [R] T C E E CTC Leu [L] CCC Pro [P] CAC His [H] CGC Arg [R] C R R C CTA Leu [L] CCA Pro [P] CAA Gln [Q] CGA Arg [R] A A A CTG Leu [L] CCG Pro [P] CAG Gln [Q] CGG Arg [R] G P P O ATT Ile [I] ACT Thr [T] AAT Asn [N] AGT Ser [S] T O S S ATC Ile [I] ACC Thr [T] AAC Asn [N] AGC Ser [S] C I I A ATA Ile [I] ACA Thr [T] AAA Lys [K] AGA Arg [R] A C C I ATG Met [M] ACG Thr [T] AAG Lys [K] AGG Arg [R] G I Ó Ó N GTT Val [V] GCT Ala [A] GAT Asp [D] GGT Gly [G] T N GTC Val [V] GCC Ala [A] GAC Asp [D] GGC Gly [G] C G GTA Val [V] GCA Ala [A] GAA Glu [E] GGA Gly [G] A GTG Val [V] GCG Ala [A] GAG Glu [E] GGG Gly [G] G SECUENCIA DE DNA ...CCCGCCGCGCAGTCCGGGCCCGGCGCGATGGGGGCCGCCGC CGGCCGGAGCCCCCACCTGGGGCCCGCGC... TRES MARCOS DE LECTURA DE LA SECUENCIA DE DNA ORF 1 ORF 2 ORF 3 SECUENCIA PROTEICA DESDE EL PUNTO DE INICIACIÓN (ATG) 3
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 2.- ¿Existen diferencias entre los distintos péptidos obtenidos?. Si es así, explique aque se deben estas diferencias. 3.- Observando la tabla del código genético se puede ver que existen variosaminoácidos codificados por mas de un codón. ¿Qué ventajas ofrece esta redundancia?. 4.- Proponga mutaciones en la secuencia que den como resultado lo siguiente:  mutación sin sentido  mutación con sentido  mutación sinónima  inserción  deleción Empleando el ORF 1, indique los péptidos resultantes en cada caso y compárelos con elobtenido previamente. 4
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005EJERCICIO 2Digestión con enzimas de restricción de un DNA El empleo de las enzimas de restricción y los plásmidos es habitual en el laboratoriode Biología. Ambas herramientas son muy potentes y han permitido el desarrollo de laBiología Molecular, siendo hoy en día dos de las piezas claves en el desarrollo de cualquierestudio de esta rama de la Biología. El objetivo de este ejercicio es que el alumno conozcacómo se emplean y cuál es su utilidad básica a la hora de realizar el mapa de un fragmentode DNA a estudiar. Esto permite conocer la orientación del fragmento dentro unfragmento mayor y realizar posteriormente el clonaje del mismo en los plásmidos.Posteriormente estos plásmidos se emplean para secuenciar el DNA y realizar estudiosfuncionales de ese DNA y/o de la proteína que da lugar. 1.- Si estuviéramos trabajando con un DNA lineal como el que se muestra en la figurasiguiente, ¿cuál es el tamaño en pares de bases (pb) de los fragmentos de DNA que seobtienen al realizar las digestiones con la enzima d, con la enzima e, con la enzima f y conlas distintas combinaciones entre las mismas?. Los números corresponden al número depares de bases del DNA (en total su tamaño es de 1500 pares de bases). e f d f d 0 500 1000 1500DIGESTIÓN d:DIGESTIÓN e:DIGESTIÓN f:DIGESTIÓN de:DIGESTIÓN df:DIGESTIÓN ef: 5
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 2.- En la figura se muestra un plásmido, un DNA circular de origen procariótico, con untamaño de 4000 pares de bases. En el mismo hay cinco sitios de restricción, quecorresponden a tres enzimas (a, b y c). La presencia de cinco sitios y solo tres enzimasindica que una o más de las enzimas pueden tener más de un sitio de corte. Al lado semuestra el resultado de una electroforesis en un gel de agarosa de los productos de lasdigestiones con las enzimas de restricción. En la electroforesis se separan los fragmentosde DNA generados, como consecuencia del corte con las enzimas, en función de su tamaño.El tamaño, como se ha comentado antes, se expresa en pares de base. El gel tiene sietecarriles que corresponden a: M.- este carril corresponde al marcador, consiste en una serie de fragmentos de DNAcon un tamaño conocido que se emplean como referencia para conocer el tamaño de losfragmentos obtenidos en la digestión con las enzimas de restricción. M a b c ab ac bc 0 3500 500 5000 pb 4000 pb 4500 pb 3000 pb 4000 pb 2500 pb 3000 1000 2000 pb 1500 pb 1000 pb 800 pb 2500 1500 600 pb 400 pb 2000 200 pb a.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmidocon la enzima a. b.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmidocon la enzima b. c.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmidocon la enzima c. ab.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmidocon las enzimas a y b al mismo tiempo. 6
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 ac.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmidocon las enzimas a y c al mismo tiempo. bc.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmidocon las enzimas b y c al mismo tiempo. En esta parte del ejercicio el alumno tiene que colocar en la figura del plásmido lasenzimas de acuerdo con los resultados de las digestiones. Es importante recordar que lasdigestiones pueden dar como resultado fragmentos de diferente secuencia pero de igualtamaño, que en la electroforesis migrarán juntos aunque la banda resultante tendráentonces mas intensidad. 3.- Las enzimas de restricción reconocen secuencias palindrómicas. Explique que sonlas secuencias palindrómicas y que ventajas ofrecen para este tipo de enzimas. 4.- Aunque las enzimas de restricción son empleadas en técnicas de Biología Molecular,tienen su origen en la célula procariotica. Explique cual es la función original de este tipode enzimas en la célula procariotica. 7
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005EJERCICIO 3El gen: su estructura básica en los eucariotas El gen es la unidad de transcripción básica. Consta de varios elementos que a lo largodel tiempo se han ido identificando e incorporando a la definición del mismo. A pesar deque en un principio se asoció la presencia de un gen a la de un producto proteico, hoy en díase admite que siempre hay un RNA aunque este no siempre es traducido para dar unproducto proteico . En este ejercicio nos centraremos en el gen tipo que codifica para unaproteína pero el alumno ha de tener presente que existen muchas variaciones sobre esteesquema básico y que además de productos proteicos los genes también codifican paraRNAs con diversas funciones celulares. 1.- En la figura se muestra el esquema general de un gen transcrito por RNApolimerasa II. Se representan varios elementos estructurales e implicados en latranscripción. Situar cada uno de los elementos en la figura y explicar brevemente que escada uno de ellos. 1 Exón 5 Punto de inicio de la transcripción 2 Intrón 6 Punto de fin de la transcripción 3 Secuencia TATA 7 ARN polimerasa 4 Secuencias reguladoras 8
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 2.- Además del mRNA existen otros tipos de RNAs, ¿cuáles son?. Explicar su funciónen la célula. 3.- La expresión de una proteína puede ser regulada en distintos niveles, uno de elloses la transcripción. En esta regulación participan las secuencias reguladoras, que puedenser de diversos tipos y responden a diversos estímulos. Comentar dos situaciones por lasque se puede modificar la expresión de proteínas en una célula explicando porqué seproduce ese cambio y como afecta a la célula. 9
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 4.- El RNA mensajero resultante de la transcripción sufre una serie de modificacionespara poder ser traducido que incluye en algunos casos un proceso de maduración. Comentare ts o i cc n s e p cr r v m neq ee e “pi n ” sa m df ai e y x l a b e e e t u s lsl ig. i o i c 10
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005EJERCICIO 4Biología celular: división y diferenciación La célula es una entidad dinámica que puede ser por si misma un organismo completo,ser unicelular, o formar parte de un ser multicelular. Los seres unicelulares precisanreproducirse teniendo diversas opciones para ello. En el caso de los seres multicelularesprecisan primero formar su organismo a partir de una única célula, para lo cual es necesarioque se divida para dar lugar a los distintos órganos y sistemas que conforman el sercompleto. Durante este proceso, además las células resultantes se diferencian para dar losdistintos tipos celulares que conforman los tejidos y los órganos del organismo complejo. El objetivo de este ejercicio es resaltar que la célula puede encontrarse en variassituaciones que están relacionadas entre ellas y que tienen un papel en la formación delorganismo así como en situaciones patológicas. 1.- En la figura se presenta un esquema básico con 9 posibles situaciones en las quepodemos encontrar una célula. Cada uno de los términos que hay corresponde a una de esassituaciones representadas por un número en el dibujo, el alumno ha de asociarlos así comocada una de las breves descripciones que se dan. 11
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 9 1 5 8 2 4 3 6 7Transformación La célula se especializa y cesa su divisiónDiferenciación Arresto irreversible del crecimiento celularFase G2 Muerte celularSenescencia La célula se desdiferencia dividiendose descontroladamenteFase S La célula se prepara para la divisiónApoptosis La célula replica su DNANecrosis Muerte celular programadaFase G1 División celularMitosis La célula crece 12
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 2.- La formación de un tumor es producto de la transformación celular. Estatransformación provoca una desregulación de la célula difernciada reiniciando su ciclodivisión. De las 9 situaciones expuestas en la figura, ¿cuáles piensa que pueden sermecanismos celulares para impedir que la célula transformada progrese?. Razone larespuesta. 3.- La apoptosis y la necrosis son dos tipos de muerte celular. Explicar brevementelas diferencias entre cada una de ellas y la utilidad de la apoptosis en un organismomulticelular durante su desarrollo. 13
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 4.- En el ciclo celular se representa la división de la célula por medio de mitosis.Además de la mitosis, en los organismos pluricelulares existe otro tipo de división celularque permite la formación de los gametos denominada meiosis. Hacer un esquemacomparativo de la mitosis y la meiosis en el que se expongan las diferencias y lassemejanzas entre ambos tipos de división. 14
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005EJERCICIO 5Análisis de la herencia de enfermedades genéticas El objetivo de esta ejercicio es familiarizarse con la herencia mendeliana decaracteres monogénicos, deducir datos genéticos a partir de genealogias, y calcularprobabilidades de herencia de caracteres tanto a nivel de genotipo como de fenotipo.Como ejemplo se va a realizar el estudio de la enfermedad conocida como fibrosis quísticaen una familia. La fibrosis quística es una enfermedad de origen genético, de carácter monogénico,determinada por un alelo recesivo autosómico. Hoy día se ha avanzado mucho en su estudio,y se disponen de numerosos datos acerca de la base genética y molecular de estaenfermedad. El gen normal se encuentra localizado en el cromosoma 7 humano, y codifica unaproteína de transporte que se localiza en la membrana de las células e interviene en eltransporte de iones cloruro. Existe un alelo recesivo que produce una proteína nofuncional. Cuando una persona es homocigota para este alelo manifiesta la enfermedad,caracterizada por secreciones mucosas anormalmente densas en las células que tapizan lospulmones, los órganos digestivos y reproductores, provocando graves trastornos de salud. Su frecuencia es alta en la raza blanca, siendo de aproximadamente uno en 2500frente a uno de cada 17000 niños negros nacidos con esta enfermedad. Es una enfermedad grave, aunque la severidad de los síntomas varían de paciente enpaciente. Puede llegar a producir graves trastornos respiratorios, con degeneraciónpulmonar que provoca la muerte. No obstante, existe tratamiento paliativo, que requieremedicación diaria para aliviar los síntomas. Actualmente se investiga en nuevos fármacos yse están realizando ensayos de terapia génica. Una pareja formada por un hombre y una mujer, ambos con antecedentes familiaresde la enfermedad, están considerando tener hijos y deciden someterse a un estudio paraanalizar previamente las posibilidades de transmitir esta enfermedad, aunque ninguno deellos presenta síntomas de la misma. Para lo cual le piden consejo. 15
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 ●E pi e l a, n l els ne e e ts a iae d a b s n r r u r aa c o atc d ne fm l r s e m o. m g i i En la figura se representa el árbol genealógico de la mujer (8) y del hombre (9). afectado afectada gemelas † fallecido 1 2 3 4 † 5 6 7 8 9 10 11 12 ? Como puede observar, el padre de la mujer así como dos hermanas gemelas delhombre padecen la enfermedad. 1. Con estos datos ¿es posible deducir los genotipos de todos los representados enel esquema? ¿Cuáles serán los posibles genotipos de 8 y 9? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 ● P se ir e t, e d c e r a z ru aá s g n t oanv l o cl d n o otr m ne s e i e l a n nl i e éi o d i is c i m l u r ad e e acomo resultado que ambos, 8 y 9, son portadores del alelo (q) de la fibrosis quística. Conestos datos responda a las cuestiones que le plantea la pareja, considerando únicamenteeste gen (cromosoma 7, alelos Q y q) y los cromosomas sexuales. 2. ¿Cuántos tipos de óvulos diferentes puede producir la mujer? 3. ¿Cuántos tipos de espermatozoides diferentes puede producir el hombre? 4. ¿Cuál es la probabilidad de tener un hijo varón sano y no portador? 5. ¿Cuál es la probabilidad de tener un descendiente (varón o hembra) sano? 6. ¿Cuál es la probabilidad de tener una hija portadora de la enfermedad? 17
    • Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005 7. Les gustaría tener una pareja (niño y niña) ambos sanos y no portadores ¿cuál esla probabilidad de que se cumplan sus deseos? 8. Poniéndose en el supuesto de que su primer hijo hubiera nacido ya con laenfermedad ¿cuál sería la probabilidad de que su segundo hijo naciera con la enfermedadtambién?. 18