1. La secuencia de una hebra de la doble hlice del DNA es

5'-GGATTTTTGTCCACAATCA-3'cul es la secuencia de la cadena complementaria?2. En el DNA de ciertas clulas bacterianas, el 13% de los nuclesidos son adenosina. Cules son los porcentajes de los otros nuclesidos?

3. Los pares G-C son estructuralmente ms estables que los A-T. Correcto?

4. Un par A-T est estabilizado slo por dos enlaces de hidrgeno. Sin embargo, son posibles otras disposiciones de enlaces de hidrgeno, de energa similar, entre otras combinaciones de bases: A-C y A-G (ver fig.). Qu ocurrira si durante la replicacin se formaran esos pares de bases?EsqueletoEnlaces de hidrgeno

5. La longitud total del DNA de una clula humana haploide es de 3.3109pares de bases (pb).

a) Asumiendo que todo se encontrase en forma de doble hlice de tipo B, calcular cul sera su longitud en metros.b) Si aumentsemos el tamao de la molcula de DNA, de modo que en lugar de unos 2 nm de dimetro, fuese de 5 mm (como un cable elctrico), Cul sera la longitud de ese cable, completamente extendido? Qu distancia habra entre los pares de bases en la escala aumentada? Cul sera la longitud de un gen de 1000 pares de nucletidos?6. a)En muestras de DNA aisladas de dos especies bacterianas desconocidas, la adenina representa el 32 y el 17 por ciento, respectivamente, de las bases totales. Qu proporciones relativas de adenina, de guanina, de uracilo y de citosina cabra esperar que existiesen en las dos muestras de DNA?

b)Una de las dos especies es una bacteria termfila, aislada de un manantial de agua caliente (64C) Podra decir cul de las dos muestras le corresponde?7. Los planos que forma cada par de bases en la estructura helicoidal de un B-DNA son perpendiculares entre s y paralelos al eje de la doble hlice. Es esto correcto? Comentar.8. Como consecuencia de la mayor distancia entre pares de bases en la forma A del DNA que en la forma B o de Watson y Crick, el A-DNA es ms corto que el B-DNA, para un nmero igual de nucletidos. Es esto correcto? Comentar.

9. Las bases nitrogenadas C y A tienen un solo grupo amino externo al anillo. Escribir y numerar estas bases, e indicar si dicho grupo est implicado o no en la formacin de enlaces por puente de hidrgeno C-G y A-T.

10. Las razones A/T y G/C = 1 son caractersticas del DNA de individuos de una misma especie. Comentar sobre su significado.

11. Las secuencias de las dos hebras de un DNA son iguales entre s, a la vez que complementarias. Es esto correcto para el A-DNA, B-DNA y Z-DNA?. Comentar, utilizando un esquema hipottico de la secuencia de un DNA doble cualquiera (por ej. 10 nucletidos por hebra).

12. Qu caractersticas conoce acerca de la estructura tridimensional del B-DNA?. A qu se debe la existencia de un surco mayor en dicha estructura?. Qu papel tiene este surco en relacin con la interaccin DNA-protenas?.

13. Indicar las fuerzas que estabilizan la estructura secundaria del DNA segn el modelo de Watson y Crick.

14. Qu significa que las secuencias de dos cadenas de DNA seancomplementarias?

15. Identificar sobre la figura (modelo de la estructura del DNA) los siguientes parmetros: paso de hlice hlice dextrgira distancia de avance por nucletido surco mayor surco menor esqueleto

16. Explicar a qu se llama "apareamiento" de las dos hebras del DNA y cul es su base molecular.

17. Describa las reglas de Chargaff sobre la composicin de bases del DNA, aplicables a los individuos de una misma especie.

18. El DNA del bacterifago M13 tiene la siguiente composicin de bases: 23% A, 36% T, 21% G, 20% C. Qu puede deducir del DNA de este fago?

19. El DNA del bacterifagoX174 se puede encontrar en dos formas, lamonofilar(de una sola hebra) en el virin aislado y labifilaro de doble hebra durante la replicacin viral en la clula anfitriona. Cabra esperar que ambas formas tuvieran la misma composicin de bases? Justificar la respuesta.

20. Elija, de entre las siguientes secuencias, cules pueden formar entre s una doble hlice:a) GTTCAGTAb) CAAGTCATc) TACTGAACd) UACUGAACe) GTTCAGTAf) GUUCAGUA

1. La secuencia de la hebra complementaria es

5'-TGATTGTGGACAAAAATCC-3'(recuerda que las hebras son antiparalelas y la secuencia siempre se lee de 5' a 3'):5'-GGATTTTTGTCCACAATCA-3'3'-CCTAAAAACAGGTGTTAGT-5'

2. %T = %A = 13% Queda, pues, 100 - 13 - 13 = 74% para C+G, luego %C = %G = 37%

3. Es correcto. G y C se unen mediante 3 enlaces de hidrgeno, por lo que su interaccin es ms fuerte que la de A y T, con slo 2 enlaces de hidrgeno.4. Esos pares de bases son incompatibles con la doble hlice: el primero no permite el paralelismo de las hebras, mientras que el segundo requiere una separacin entre las hebras superior a la de los pares AT y CG.

Si se incorporasen distintas bases frente a una misma, existira una imprecisin en la replicacin, con lo que se alterara la informacin gentica en sucesivas generaciones de clulas.

5. a)En el DNA de tipo B o modelo de Watson y Crick, la separacin entre dos pares de bases consecutivos es de 0.34 nm. Por tanto:

( 3.3109pb ) ( 0.34 nm/pb ) = 1.12109nm = 1.12 m(Una clula diploide tendra, pues, algo ms de 2 metros de DNA.)b)El aumento de la escala es de 510-3m / 210-9m = 2.5106veces. Por tanto:longitud = 1.12 m 2.5106= 2.8106m = 2800 km (distancia entre Barcelona y Helsinki)distancia entre bases = 0.34 nm 2.5106= 8.5105nm = 0.85 mm (el grosor de 12 pginas de un libro)longitud del gen = 1000 pb 0.85 mm/pb = 850 mm = 85 cm

6. a)Se supone que las muestras de DNA son de doble hebra, luego las bases se aparean segn el esquema de Watson y Crick: C con G, A con T.

Muestra 1: 32% A, por tanto 32%T(eluraciloforma parte del RNA, no del DNA). Queda un 100 - 32 - 32 = 36% para C+G, es decir, 18% C y 18% G.Muestra 2: 17% A, por tanto 17% T, 33% C y 33% G.b)El DNA con mayor temperatura de fusin (Tm), y por tanto que resistir mejor (sin desnaturalizarse) la existencia de la clula a elevadas temperaturas, es el de mayor contenido en C+G. Esto se debe a que la interaccin entre los pares CG, con 3 enlaces de hidrgeno, es ms fuerte que la de los pares AT, con 2. Por tanto, la muestra procedente de la bacteria termfila es la n2.

7. Es incorrecto. Es justo al contrario: los pares de bases se sitan todos ellos paralelamente entre s y perpendiculares al eje de la doble hlice (en realidad, no son exactamente perpendiculares, se inclinan unos 1.2 grados). En el A-DNA los pares de bases, tambin paralelos entre s, se inclinan mucho ms: unos 19. Y en el Z-DNA, alrededor de 9.

8. Es incorrecto. Efectivamente, la hlice del A-DNA es ms abierta, ms ancha, y por eso resulta ms corta, pero ello es debido, lgicamente, a que el avance por cada par de bases esmenor: 0.23 nm en el A-DNA frente a 0.34 nm en el B-DNA. La hlice A es la ms corta: la forma Z tiene un avance de 0.38 nm por cada par de bases.

9. Ambos grupos amino participan como donadores de H en los enlaces con la respectiva base complementaria, segn se observa en lafigura.

10. La composicin del DNA de cualquier clula de cualquier individuo de una misma especie es idntica. Adems, se cumple siempre que su contenido (fraccin o porcentaje) de timina coincide con el de adenina, y el de citosina con el de guanina. Esto se cumple para todas las especies, aunque en cada una con valores diferentes de %A (=%T) y de %G (=%C). Este hecho, observado antes de que se conociese la estructura del DNA y que constituye una de lasReglas de Chargaff, se pudo explicar al conocer la estructura de doble hebra del DNA, con los apareamientos especficos de bases A-T y C-G propuestos por Watson y Crick.

11. No es correcto. Las dos secuencias son complementariasslo si se consideran de forma antiparalela, es decir, contraviniendo el convenio de que una secuencia se debe expresar en sentido 5' a 3'. Adems, para cumplir esa complementariedad, las secuencias en general han de serdistintas. Por ejemplo:

5'-ATTGCAGGAC-3'3'-TAACGTCCTG-5', cuya secuencia es5'-GTCCTGCAAT-3', distinta a la de otra hebra.Obsrvese, no obstante, que existencasosen los cuales la secuencia de ambas hebrass es idnticaa la vez que antiparalelamente complementaria: se trata de las regiones de DNA con secuenciaspalindrmicas:5'-ATTGCGCAAT-3'3'-TAACGCGTTA-5', cuya secuencia es5'-ATTGCGCAAT-3', idntica a la de la otra hebra.Todo ello independientemente de la conformacin que adopte el DNA,A,BoZ.

12. Caractersticas:Dos hebras, ambas en disposicin helicoidal a derechas (hlice dextrgira o dextrorsa), antiparalelas y complementarias, de modo que todas las bases de una hebra interaccionan con las de la otra mediante enlaces de hidrgeno especficos: dos entre A y T, tres entre C y G. Esqueleto hidroflico fosfato-pentosa exterior, pares de bases hidrofbicos apilados en el interior.Geometra: 0.34 nm de avance por nucletido (separacin entre pares de bases consecutivos); 3.54 nm por vuelta de hlice (paso de rosca); 10.4 pb por vuelta; 2.37 nm de dimetro.Surco:Los surcos se originan en la asimetra de los pares de bases con respecto a ambas pentosas: las dos pentosas y los dos tomos de fsforo (de ambas hebras) no quedan diametralmente opuestos con respecto al par de bases, los dos enlaces N-glicosdicos no quedan paralelos. El surco mayor se forma con el lado ms amplio del par de bases: el que corresponde a los tomos 4, 5 y 6 de las pirimidinas y los 6, 7 y 8 de las purinas (y los sustituyentes en esas posiciones). El surco menor, con los tomos 2 de las pirimidinas y los 2 y 3 de las purinas (y sus sustituyentes).DNA-protenas:La mayora de las protenas que se unen al DNA (factores de transcripcin, endonucleasas, etc), en muchos casos sobre secuencias de bases especficas, lo hacen sobre el surco mayor, en el cual hay amplitud suficiente para encajar la superficie proteica y las diferencias entre los 4 pares de bases AT, TA, CG, GA son mximas. Las estructuras que se unen al DNA, similares en muchas protenas diferentes, presentan plegamientos caractersticos conocidos comomotivos estructurales de unin al DNA. Los ms comunes son eldedo de zinc, lacremallera de leucina, el motivohlice-giro-hlice, elhomeodominio, el motivohlice-bucle-hlicey otros.

13. Son:1)Los enlaces de hidrgeno entre bases complementarias de ambas cadenas o hebras (A con T, G con C).2)Las interaccionesde apilamientoentre los anillos aromticos de los pares de bases dispuestos en paralelo y en proximidad.3)Las interacciones del esqueleto hidroflico pentosa-fosfato con el medio acuoso, junto a la no interaccin de las bases hidrofbicas con el medio acuoso.

14. Que, tomando ambas cadenasen orientacin opuesta oantiparalela, es decir, una de 5' a 3' y la otra de 3' a 5',todaslas bases de una de las cadenas se enfrentan en la otra con su basecomplementaria, definida segn las reglas de apareamiento especfico de Watson y Crick: A forma par de bases con T mediante enlaces de hidrgeno, G lo hace con C.

15. pulsa aqu

16. Cada base interacciona de forma ptima con otra concreta, formando enlaces de hidrgeno especficos: A forma 2 enlaces con T, G forma 3 con C. Las secuencias de dos cadenas soncomplementariascuando a cada base en una cadena le corresponde la base especfica en la otra. Si se cumple esto cuando se disponen de forma antiparalela (es decir, una se lee de 5' a 3' y la otra al contrario), entonces todas las bases interaccionan y las dos cadenas se asocian dando lugar a unadoble hebrade DNA.

17. a)La composicin del DNA es la misma para todos los organismos (individuos), tejidos y clulas de una misma especie. Adems, no depende del estado nutricional, edad o condiciones ambientales.

b)El DNA de cada especie se caracteriza por unos valores concretos de fraccin o porcentaje de cada base nitrogenada, pero en todas las especies esos valores cumplen que %A = %T y %G = %C.

18. No se cumple la regla de Chargaff: AT, GC. En conclusin, no hay apareamiento de bases, luego este fago tiene como material gentico un DNA de hebra sencilla.

19. No, puesto que al ser complementarias dos hebras su composicin de bases tiene que ser diferente, en general. Por ejemplo:en una secuenciaATTGCTATGG20% A, 40% T, 30% G, 10% C

la hebra complementaria esTAACGATACC40% A, 20% T, 10% G, 30% C

en conjunto la doble hebra:30% A, 30% T, 20% G, 20% C

20. a-c, e-c, f*-c, a-d*, e-d*, f*-d*

(*) DNA:RNA o RNA:RNA, ambos doble hlice de tipo A

Clculo de ATP Rendimiento EnergticoHola a todos! Esta vez vamos a tratar el clculo de ATP, si bien no es algo que de muchas complicaciones, pero algunos profesores tienden a poner problemas de clculo de ATP en sus exmenes, para as lograr que dichos exmenes sean de mayor complejidad. Sera bueno que ya tuvieran la base de lo que es Gluclisis y el Ciclo de Krebs y La Cadena de Transporte de Electrones o Complejos Respiratorios pues nos ayudar a identificar y a entender mejor en que parte de estos procesos se libera energa en forma de ATP o como se lleva acabo la produccin del mismo, bueno comencemos.Sabemos que el ATP es la principal molcula transportadora de energa en los seres vivos, ya que, necesitamos almacenar toda la energa que se libera al momento de la oxidacin de la glucosa. Como dato curioso la combustin del ATP es altamente exergnico!, representndose con un de -686 kcal/mol. El ATP se puede producir tanto en los organismos anaerbicos como en los aerbicos, diferencindose en su capacidad de rendimiento. La respiracin aerobia permite a las clulas acceder a una proporcin mayor de la energa libre que se puede obtener de sustratos orgnicos (como vimos en el caso de la glucosa, gran cantidad de energa) como azucares, grasas y protenas. El catabolismo completo de los carbohidratos comienza con la gluclisis, luego el piruvato producido se descarboxila oxidativamente a acetil CoA, para as acceder al ciclo de Krebs, donde ser oxidado a CO2 por las enzimas de dicho ciclo. En los organismos aerbicos el oxigeno es el aceptor final de electrones y el H2O es el producto de esta reduccin. Durante todo este proceso, hay partes en la que la energa se almacena en coenzimas, como NADH y FADH2 (NAD+ y FAD+ en su forma oxidada) que representan la mayor parte del rendimiento energtico del catabolismo aerbico. He aqu donde aparecen las lanzaderas.Recordemos que en la glucolisis se producen 2NADH por glucosa, pero estos NADH se encuentran en el citosol, de manera que no puede ser posible convertir dicha energa almacenada en ATP. Por tal razn en el citosol se encuentras molculas transportadoras (Las Lanzaderas) que aceptan los electrones provenientes del NADH, para movilizarlos a la mitocondria, donde luego, la forma reducida del transportador es oxidada por una enzima mitocondrial, dando lugar a NADH o FADH2.Una de estas lanzaderas es la Malato-Aspartato, la cual es un complejo sistema que da lugar a NADH a partir de NAD+. En el citosol, se transfieren los electrones del NADH al oxalacetato para formar malato, que pasa por la membrana interna mitocondrial, luego en la matriz, el malato se oxida para formar oxalacetato y se libera un NADH. Para poder sacar el oxalacetato de la matriz, ocurre una reaccin para formar aspartato, este sale al citosol donde se vuelve a transformar en oxalacetato. Teniendo ya el NADH dentro de la matriz mitocondrial, los electrones derivados de este pasan a travs del complejo I, III y IV, siendo capaces de generar 3 molculas de ATP (segn del teora clsica) por cada NADH.La otra Lanzadera es la de Glicerol 3-Fosfato, en este sistema el NADH libera sus electrones hacia la matriz mitocondrial, por medio de un transporte que usa FAD+ en lugar de NAD+. La Glicerol-3-P est formada por dos enzimas denominadas, Glicerol-3-P Deshidrogenasa 1 Citoslica (GPD1 o G3PDH 1) y Glicerol-3-P deshidrogenasa 2 mitocondrial (GPD2 o G3PDH2). En el citosol el NADH dona sus electrones a la dihidroxiacetona fosfato (DHAP) para formar Glicerol-3-P, esta se dirige hacia el espacio intermembranoso donde se oxida para formar nuevamente DHAP por medio de GPD2 dependiente de FAD+, luego al ser la coenzima FAD+ los electrones de esta, no irn al complejo I, sino que pasarn por el complejo II a la coenzima Q y luego al complejo III y IV, formando 2 ATP (segn la teora clsica) por NADH.

Figura 1. La Lanzadera de glicerol fosfato

Pero, por qu el rendimiento de ATP vara entre 36-38 por cada molcula de glucosa? Pues como vimos dependiendo de qu lanzadera sea se produce una diferencia de 1 ATP por NADH, cambiando el rendimiento. El empleamiento de las lanzaderas vara, por ejemplo, las clulas del hgado, el rin y el corazn usan la lanzadera de malato-aspartato. En cambio las clulas musculares, el cerebro y otras utilizan la de glicerol-3-P. Adems que durante la gluclisis, se gastan 2 ATP pero se producen 4 ATP, de manera que resultan 2 ATP netos, para compensar la perdida de los 2 ATP iniciales.Teora Clsica o Teora Moderna?La teora clsica nos dice que por 4H+ (protones) se produce 1 ATP, tanto en el complejo I y III. En el complejo IV slo se traspasan 2H+, pero tienden a tomarlo como 1 ATP. Cuando se rompe la membrana mitocondrial interna o se bloquea el transporte de electrones por los complejos, se pierde la energa almacenada en los protones, en forma de calor (fiebre), por tal razn, cuando nos muerde una culebra, el veneno de esta desacopla la membrana haciendo que nos de fiebre. Pero los estadsticos y matemticos, dicen que si 4H+ producen 1 ATP, 2H+ deberan producir 0.5 ATP y (es lgico matemticamente), haciendo que los resultados cambien, de manera que 1 NADH formaran 2.5 ATP (con la lanzadera de malato-aspartato) y 1.5 ATP (segn la glicerol-3-P), en esto se basa la teora moderna. Pero hay un problema, no existe 2.5 ATP ni 1.5 ATP! pero igual tienden a tomar dicha teora.

Figura 2. Flujo de electrones a travs de los complejos I, III, IV y sntesis de ATP en el complejo V o FoF1

Rendimiento de EnergticoVamos a proceder a calcular el rendimiento de ATP segn ambas teoras.-Teora ClsicaPor gluclisis sabemos que se producen 2 NADH y 2 ATP netos por fosforilacin a nivel de sustrato (aquellas fosforilaciones que no se realizan en los complejos respiratorios),Si 1 NADH = 3 ATP entonces 2 NADH = 6 ATP Gluclisis = 2 NADH, 2 ATP 8 ATP 6 ATP (Glicerol-3-P)Por la Va de Transicin o Descarboxilacin Oxidativa, 2 NADH Va de Transicin = 2 NADH 6 ATPEn el Ciclo de Krebs se forman 6 NADH , 2 FADH2 y 2 GTP (este es equivalente en energa a un ATP, por lo tanto GTP = ATP ) por glucosa, teniendo en cuenta que 1 FADH2 forma 2 ATP Ciclo de Krebs = 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP 24 ATP (como habamos dicho al principio, las coenzimas que participan en el catabolismo aerbico representan la mayor parte del rendimiento energtico)Haciendo la suma total de los ATP producido, obtenemos 38 ATP 36 ATP-Teora ModernaSi 1 NADH = 2,5 ATP entonces 2 NADH = 5 ATP Gluclisis = 2 NADH, 2 ATP 7 ATP 5 ATP (Glicerol-3-P)

Va de Transicin = 2 NADH 5 ATP Ciclo de Krebs = 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP 20 ATP

Teniendo un rendimiento energtico de 32 ATP 30 ATPEjemplo:Ahora veamos este caso, La oxidacin completa de 5 mol de glucosa a CO2 que pasan a travs de la gluclisis, la va de transicin, ciclo de Krebs, y cadena respiratoria, en una clula cardiaca. Considerando solo las fosforilaciones oxidativas y la teora moderna, qu cantidad de ATP se produce?Bueno, vemos que nos presentan 5 mol de glucosa, pasa por toda su ruta de oxidacin y proponen la teora moderna. Para empezar obtenemos los NADH que se producen en cada paso, primero con la gluclisis:-Gluclisis = 2 NADH 5 ATP-Va de Transicin o Descarboxilacin Oxidativa = 2 NADH 5 ATP-Ciclo de Krebs = 6 NADH 15 ATP 2 FADH2 3 ATP Haciendo esa suma nos da, 28 ATP, pero al ser 5 mol de glucosa, obtendramos un total de 140 ATP.Podran continuar el clculo con las fosforilaciones a niveles de sustrato, y con la teora clsica, para aclarar mejor el tema.Algunos Problemas de clculo de ATP1. Cunto ATP neto produce una molcula de glucosa a travs de la gluclisis en presencia de O2 hasta el piruvato, en una clula muscular esqueltica, segn la teora clsica?2. Cunto ATP neto produce una molcula de glucosa a travs de la gluclisis aerobia hasta el piruvato en una clula heptica, segn la teora clsica?3. Cunto ATP neto produce una molcula de glucosa a travs de la gluclisis aerobia hasta el piruvato en una clula heptica, segn la teora moderna?4. En el modelo clsico, cuando una molcula de alfa-cetoglutarato de oxida cul es la cantidad de ATP que se gana?5. Segn el modelo clsico a partir de la oxidacin de 2 molculas de 1-3 difosfoglicerato que pasen por la va de transicin, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria cuntos ATP producirn?6. En relacin a la pregunta anterior cuntos con la teora moderna?7. Segn la teora clsica a partir de la oxidacin de 2 molculas de gliceraldehdo-3-fosfato, cuntos ATP se producir en una clula muscular esqueltica?8. En relacin a la pregunta anterior, cunto ATP se producira si la clula fuera heptica?9. Calcule el rendimiento energtico que se puede obtener a partir de un residuo de alanina, en una clula heptica, segn la teora clsica.10. Calcule el rendimiento energtico que se puede obtener a partir de un residuo de glutamato, en una neurona, segn la teora moderna y sin contar la va de transicin.

Respuestas:

1. 6 ATP2. 8 ATP3. 7 ATP4. 9 ATP5. 34 ATP6. 29 ATP7. 38 ATP8. 40 ATP9. 15 ATP10. 7.5 ATP

Saludos y Gracias!

Referencia El Mundo de la Clula, Wayne M. Becker, Lewis J. Kleinsmith, Jeff Hardin. Sexta Edicin. Pearson Addison Wesley.