Ejercicios biologia primer cuatrimestre

EJERCICIOS DE BIOLOGÍA

CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES

2006/2007

PRIMER CUATRIMESTRE

Ejercicios de Biología-Ciencias Medioambientales 2004/2005

2

INTRODUCCIÓN

La biología es una ciencia que busca comprender el ser vivo en su conjunto así como las

interacciones que tiene con el medio y con otros organismos vivos que dan lugar a un

ecosistema. Para ello, ha de emplear una gran diversidad de técnicas y métodos que le

permitan analizar cómo es el ser vivo y cómo se producen los distintos procesos que

permiten la vida tal y como hoy la conocemos. Como parte de este curso se han incluido

créditos prácticos que se han dividido en prácticas de laboratorio y ejercicios. Mientras en

las prácticas el alumno inicia el contacto con la realización del trabajo experimental, la

obtención y el análisis de resultados, con estos ejercicios se pretende que el alumno

comprenda y analice fenómenos largos en el tiempo que hacen imposible su realización en

unas prácticas experimentales. Los ejercicios se han diseñado para complementar las

prácticas experimentales y dar una perspectiva mas amplia de lo que es la biología y

mostrar los problemas y las técnicas mas comunes de laboratorio que se encuentra un bió

logo durante el desarrollo de una investigación.

EJERCICIO 1

Obtención de una secuencia proteica a partir de una secuencia de DNA

Los objetivos de este ejercicio son: familiarizarse con el uso del código genético para

obtener la secuencia de una proteína a partir de un gen, analizar como una misma secuencia

de 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 una

secuencia génica.

1.- En la primera parte, el alumno tiene que traducir los tres marcos posibles de

lectura de la secuencia presentada (ORF open reading frames), según se considere el

primer, 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 si

existe un posible punto de inicio y realizar la traducción de la secuencia de DNA a partir

del primer codón que se encuentre (esto es, desde el primer codón ATG que puede ser

reconocido para iniciar la traducción). Es preciso hacer notar que la tabla del código

genético que se proporciona es la que se emplea normalmente en los laboratorios, se indican

los codones de DNA (que corresponden a la hebra complementaria a la que se transcribe) y

que permiten trabajar directamente con las secuencias de DNA, ya que siempre se emplean


3

éstas para describir los genes en las publicaciones. Como puede comprobar es equivalente a

la que se suele presentar en los libros de texto que corresponde a los codones del RNA.

SEGUNDA POSICIÓN DEL CODON

T C A G

T

TTT Phe [F]

TTC Phe [F]

TTA Leu [L]TTG Leu [L]

TCT Ser [S]

TCC Ser [S]

TCA Ser [S]TCG Ser [S]

TAT Tyr [Y]

TAC Tyr [Y]

TAA Ter [end]TAG Ter [end]

TGT Cys [C]

TGC Cys [C]

TGA Ter [end]TGG Trp [W]

T

C

AG

C

CTT Leu [L]

CTC Leu [L]

CTA Leu [L]

CTG Leu [L]

CCT Pro [P]

CCC Pro [P]

CCA Pro [P]

CCG Pro [P]

CAT His [H]

CAC His [H]

CAA Gln [Q]

CAG Gln [Q]

CGT Arg [R]

CGC Arg [R]

CGA Arg [R]

CGG Arg [R]

T

C

A

G

A

ATT Ile [I]ATC Ile [I]

ATA Ile [I]

ATG Met [M]

ACT Thr [T]ACC Thr [T]

ACA Thr [T]

ACG Thr [T]

AAT Asn [N]AAC Asn [N]

AAA Lys [K]

AAG Lys [K]

AGT Ser [S]AGC Ser [S]

AGA Arg [R]

AGG Arg [R]

TC

A

G

PRI

MERA

POSICIÓN

G

GTT Val [V]GTC Val [V]

GTA Val [V]GTG Val [V]

GCT Ala [A]GCC Ala [A]

GCA Ala [A]GCG Ala [A]

GAT Asp [D]GAC Asp [D]

GAA Glu [E]GAG Glu [E]

GGT Gly [G]GGC Gly [G]

GGA Gly [G]GGG Gly [G]

TC

AG

TERCERA

POSICIÓN

TABLA DEL CÓDIGO GENÉTICO

SECUENCIA PROTEICA DESDE EL PUNTO DE INICIACIÓN (ATG)

...CCCGCCGCGCAGTCCGGGCCCGGCGCGATGGGGGCCGCCGCCGGCCGGAGCCCCCACCTGGGGCCCGCGC...

SECUENCIA DE DNA

TRES MARCOS DE LECTURA DE LA SECUENCIA DE DNA

ORF 3

ORF 2

ORF 1

SEGUNDA POSICIÓN DEL CODON

T C A G

T

TTT Phe [F]

TTC Phe [F]

TTA Leu [L]TTG Leu [L]

TCT Ser [S]

TCC Ser [S]

TCA Ser [S]TCG Ser [S]

TAT Tyr [Y]

TAC Tyr [Y]

TAA Ter [end]TAG Ter [end]

TGT Cys [C]

TGC Cys [C]

TGA Ter [end]TGG Trp [W]

T

C

AG

C

CTT Leu [L]

CTC Leu [L]

CTA Leu [L]

CTG Leu [L]

CCT Pro [P]

CCC Pro [P]

CCA Pro [P]

CCG Pro [P]

CAT His [H]

CAC His [H]

CAA Gln [Q]

CAG Gln [Q]

CGT Arg [R]

CGC Arg [R]

CGA Arg [R]

CGG Arg [R]

T

C

A

G

A

ATT Ile [I]ATC Ile [I]

ATA Ile [I]

ATG Met [M]

ACT Thr [T]ACC Thr [T]

ACA Thr [T]

ACG Thr [T]

AAT Asn [N]AAC Asn [N]

AAA Lys [K]

AAG Lys [K]

AGT Ser [S]AGC Ser [S]

AGA Arg [R]

AGG Arg [R]

TC

A

G

PRI

MERA

POSICIÓN

G

GTT Val [V]GTC Val [V]

GTA Val [V]GTG Val [V]

GCT Ala [A]GCC Ala [A]

GCA Ala [A]GCG Ala [A]

GAT Asp [D]GAC Asp [D]

GAA Glu [E]GAG Glu [E]

GGT Gly [G]GGC Gly [G]

GGA Gly [G]GGG Gly [G]

TC

AG

TERCERA

POSICIÓN

TABLA DEL CÓDIGO GENÉTICO

SECUENCIA PROTEICA DESDE EL PUNTO DE INICIACIÓN (ATG)

...CCCGCCGCGCAGTCCGGGCCCGGCGCGATGGGGGCCGCCGCCGGCCGGAGCCCCCACCTGGGGCCCGCGC......CCCGCCGCGCAGTCCGGGCCCGGCGCGATGGGGGCCGCCGCCGGCCGGAGCCCCCACCTGGGGCCCGCGC...

SECUENCIA DE DNA

TRES MARCOS DE LECTURA DE LA SECUENCIA DE DNA

ORF 3

ORF 2

ORF 1

ORF 3

ORF 2

ORF 1

ORF 3

ORF 2

ORF 1


4

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.


5

EJERCICIO 2

Digestión con enzimas de restricción de un DNA

El empleo de las enzimas de restricción y los plásmidos es habitual en el laboratorio

de Biología. Ambas herramientas son muy potentes y han permitido el desarrollo de la

Biología Molecular, siendo hoy en día dos de las piezas claves en el desarrollo de cualquier

estudio de esta rama de la Biología. El objetivo de este ejercicio es que el alumno conozca

cómo se emplean y cuál es su utilidad básica a la hora de realizar el mapa de un fragmento

de DNA a estudiar. Esto permite conocer la orientación del fragmento dentro un

fragmento mayor y realizar posteriormente el clonaje del mismo en los plásmidos.

Posteriormente estos plásmidos se emplean para secuenciar el DNA y realizar estudios

funcionales 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 figura

siguiente, ¿cuál es el tamaño en pares de bases (pb) de los fragmentos de DNA que se

obtienen al realizar las digestiones con la enzima d, con la enzima e, con la enzima f y con

las distintas combinaciones entre las mismas?. Los números corresponden al número de

pares de bases del DNA (en total su tamaño es de 1500 pares de bases).

DIGESTIÓN d:

DIGESTIÓN e:

DIGESTIÓN f:

DIGESTIÓN de:

DIGESTIÓN df:

DIGESTIÓN ef:

dfe d f

500 1000 15000

dfe d f

500 1000 15000


6

2.- En la figura se muestra un plásmido, un DNA circular de origen procariótico, con un

tamaño de 4000 pares de bases. En el mismo hay cinco sitios de restricción, que

corresponden a tres enzimas (a, b y c). La presencia de cinco sitios y solo tres enzimas

indica que una o más de las enzimas pueden tener más de un sitio de corte. Al lado se

muestra el resultado de una electroforesis en un gel de agarosa de los productos de las

digestiones con las enzimas de restricción. En la electroforesis se separan los fragmentos

de 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 siete

carriles que corresponden a:

M.- este carril corresponde al marcador, consiste en una serie de fragmentos de DNA

con un tamaño conocido que se emplean como referencia para conocer el tamaño de los

fragmentos obtenidos en la digestión con las enzimas de restricción.

a.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmido

con la enzima a.

b.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmido

con la enzima b.

c.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmido

con la enzima c.

ab.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmido

con las enzimas a y b al mismo tiempo.

0

500

1000

1500

2000

2500

3500

3000

a b c ab ac bc

4000 pb

3000 pb

2000 pb

1000 pb

5000 pb

4500 pb

2500 pb

1500 pb

800 pb

600 pb

400 pb

200 pb

M

4000 pb

0

500

1000

1500

2000

2500

3500

3000

a b c ab ac bc

4000 pb

3000 pb

2000 pb

1000 pb

5000 pb

4500 pb

2500 pb

1500 pb

800 pb

600 pb

400 pb

200 pb

M

4000 pb


7

ac.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmido

con las enzimas a y c al mismo tiempo.

bc.- este carril corresponde a los fragmentos de DNA obtenidos al digerir el plásmido

con las enzimas b y c al mismo tiempo.

En esta parte del ejercicio el alumno tiene que colocar en la figura del plásmido las

enzimas de acuerdo con los resultados de las digestiones. Es importante recordar que las

digestiones pueden dar como resultado fragmentos de diferente secuencia pero de igual

tamaño, que en la electroforesis migrarán juntos aunque la banda resultante tendrá

entonces mas intensidad.

3.- Las enzimas de restricción reconocen secuencias palindrómicas. Explique que son

las 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 tipo

de enzimas en la célula procariotica.


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EJERCICIO 3

El gen: su estructura básica en los eucariotas

El gen es la unidad de transcripción básica. Consta de varios elementos que a lo largo

del tiempo se han ido identificando e incorporando a la definición del mismo. A pesar de

que en un principio se asoció la presencia de un gen a la de un producto proteico, hoy en día

se admite que siempre hay un RNA aunque este no siempre es traducido para dar un

producto proteico . En este ejercicio nos centraremos en el gen tipo que codifica para una

proteína pero el alumno ha de tener presente que existen muchas variaciones sobre este

esquema básico y que además de productos proteicos los genes también codifican para

RNAs con diversas funciones celulares.

1.- En la figura se muestra el esquema general de un gen transcrito por RNA

polimerasa II. Se representan varios elementos estructurales e implicados en la

transcripción. Situar cada uno de los elementos en la figura y explicar brevemente que es

cada uno de ellos.

ExónIntrónSecuencia TATASecuencias reguladoras

1234

Punto de inicio de la transcripciónPunto de fin de la transcripciónARN polimerasa

567


1234


567


1234


567


1234


1234


567


567


9

2.- Además del mRNA existen otros tipos de RNAs, ¿cuáles son?. Explicar su función

en la célula.

3.- La expresión de una proteína puede ser regulada en distintos niveles, uno de ellos

es la transcripción. En esta regulación participan las secuencias reguladoras, que pueden

ser de diversos tipos y responden a diversos estímulos. Comentar dos situaciones por las

que se puede modificar la expresión de proteínas en una célula explicando porqué se

produce ese cambio y como afecta a la célula.


10

4.- El RNA mensajero resultante de la transcripción sufre una serie de modificaciones

para poder ser traducido que incluye en algunos casos un proceso de maduración. Comentar

estas modificaciones y explicar brevemente que es el “splicing”.


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EJERCICIO 4

Biología 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 precisan

reproducirse teniendo diversas opciones para ello. En el caso de los seres multicelulares

precisan primero formar su organismo a partir de una única célula, para lo cual es necesario

que se divida para dar lugar a los distintos órganos y sistemas que conforman el ser

completo. Durante este proceso, además las células resultantes se diferencian para dar los

distintos 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 varias

situaciones que están relacionadas entre ellas y que tienen un papel en la formación del

organismo así como en situaciones patológicas.

1.- En la figura se presenta un esquema básico con 9 posibles situaciones en las que

podemos encontrar una célula. Cada uno de los términos que hay corresponde a una de esas

situaciones representadas por un número en el dibujo, el alumno ha de asociarlos así como

cada una de las breves descripciones que se dan.


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Fase G1

Fase G2Senescencia

Mitosis

Diferenciación

ApoptosisNecrosis

Fase S

Transformación

La célula crece

La célula se prepara para la división

Arresto irreversible del crecimiento celular

División celular

La célula se especializa y cesa su división

Muerte celular programada

Muerte celular

La célula replica su DNA

La célula se desdiferencia dividiendose descontroladamente

3

2

1

45 8

9

6 7

Fase G1

Fase G2Senescencia

Mitosis

Diferenciación

ApoptosisNecrosis

Fase S

Transformación

La célula crece



División celular



Muerte celular



Fase G1

Fase G2Senescencia

Mitosis

Diferenciación

ApoptosisNecrosis

Fase S

Transformación

Fase G1

Fase G2Senescencia

Mitosis

Diferenciación

ApoptosisNecrosis

Fase S

Transformación

La célula crece



División celular



Muerte celular



La célula crece



División celular



Muerte celular



3

2

1

45 8

9

6 7

3

2

1

45 8

9

6 7

3

2

1

45 8

9

6 7


13

2.- La formación de un tumor es producto de la transformación celular. Esta

transformación provoca una desregulación de la célula difernciada reiniciando su ciclo

división. De las 9 situaciones expuestas en la figura, ¿cuáles piensa que pueden ser

mecanismos celulares para impedir que la célula transformada progrese?. Razone la

respuesta.

3.- La apoptosis y la necrosis son dos tipos de muerte celular. Explicar brevemente

las diferencias entre cada una de ellas y la utilidad de la apoptosis en un organismo

multicelular durante su desarrollo.


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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 celular

que permite la formación de los gametos denominada meiosis. Hacer un esquema

comparativo de la mitosis y la meiosis en el que se expongan las diferencias y las

semejanzas entre ambos tipos de división.


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EJERCICIO 5

Análisis de la herencia de enfermedades genéticas

El objetivo de esta ejercicio es familiarizarse con la herencia mendeliana de

caracteres monogénicos, deducir datos genéticos a partir de genealogias, y calcular

probabilidades 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 quística

en 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 esta

enfermedad.

El gen normal se encuentra localizado en el cromosoma 7 humano, y codifica una

proteína de transporte que se localiza en la membrana de las células e interviene en el

transporte de iones cloruro. Existe un alelo recesivo que produce una proteína no

funcional. Cuando una persona es homocigota para este alelo manifiesta la enfermedad,

caracterizada por secreciones mucosas anormalmente densas en las células que tapizan los

pulmones, los órganos digestivos y reproductores, provocando graves trastornos de salud.

Su frecuencia es alta en la raza blanca, siendo de aproximadamente uno en 2500

frente a uno de cada 17000 niños negros nacidos con esta enfermedad.

Es una enfermedad grave, aunque la severidad de los síntomas varían de paciente en

paciente. Puede llegar a producir graves trastornos respiratorios, con degeneración

pulmonar que provoca la muerte. No obstante, existe tratamiento paliativo, que requiere

medicación diaria para aliviar los síntomas. Actualmente se investiga en nuevos fármacos y

se están realizando ensayos de terapia génica.

Una pareja formada por un hombre y una mujer, ambos con antecedentes familiares

de la enfermedad, están considerando tener hijos y deciden someterse a un estudio para

analizar previamente las posibilidades de transmitir esta enfermedad, aunque ninguno de

ellos presenta síntomas de la misma. Para lo cual le piden consejo.


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● En primer lugar, analice los antecedentes familiares de ambos.

En la figura se representa el árbol genealógico de la mujer (8) y del hombre (9).

Como puede observar, el padre de la mujer así como dos hermanas gemelas del

hombre padecen la enfermedad.

1. Con estos datos ¿es posible deducir los genotipos de todos los representados en

el esquema? ¿Cuáles serán los posibles genotipos de 8 y 9?

1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

?

†

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12

afectado

afectada

†gemelas fallecido

?

†

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12

?

†

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12

afectado

afectada

†gemelas fallecido


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● Posteriormente, se decide realizar un análisis genético a nivel molecular dando

como resultado que ambos, 8 y 9, son portadores del alelo (q) de la fibrosis quística. Con

estos datos responda a las cuestiones que le plantea la pareja, considerando únicamente

este 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?


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7. Les gustaría tener una pareja (niño y niña) ambos sanos y no portadores ¿cuál es

la probabilidad de que se cumplan sus deseos?

8. Poniéndose en el supuesto de que su primer hijo hubiera nacido ya con la

enfermedad ¿cuál sería la probabilidad de que su segundo hijo naciera con la enfermedad

también?.

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