NUCLETIDOS Y ACIDOS NUCLEICOSBlgo. Armando Martn Eneque PuicnDepartamento Acadmico de Ciencias Ambientales - UNAS

CIDO NUCLEICOEl nucletido, es el componente bsico estructural de los cidos nucleicos y estos estn formados por tres componentes: a) una base nitrogenada, b) una pentosa c) un fosfato. Un nucletido sin el grupo fosfato se denomina nuclesido. Los cidos nucleicos son polmeros e nucletidos unidos por enlaces fosfodistes entre el grupo 5-hidroxilo de una pentosa y el grupo 3-hdrxilo del siguiente nucletido.

COMPONENTES DE UN CIDO NUCLEICOEl nucletido, es el componente bsico estructural de los cidos nucleicos y estos estn formados por tres componentes: a) una base nitrogenada, b) una pentosa c) un fosfato. Un nucletido sin el grupo fosfato se denomina nuclesido.

COMPONENTES DE UN CIDO NUCLEICO

BASES NITROGENADAS

PROPIEDADES FISICOQUMICAS DE LAS BASES NITROGENADASExistencia de dipolosHidrofobicidadDisposicin coplanar de los enlaces de cada anillo (C-N y C-C)Tautomera o isomera dinmica.Carcter bsicoAbsorcin de la luz en el ultravioleta

OTRAS BASES DE INTERS BIOLGICO Y CLNICO Las bases nitrogenadas tienen poco inters bioqumico como sustancias libres, salvo en las vas biosintticas y degradativas de los cidos nucleicos, por ejemplo el cido rico, que es un derivado prico que constituye el producto final de la degradacin de purinas.En los vegetales encontramos a la cafeina y teofilina.

OTRAS BASES DE INTERS BIOLGICO Y CLNICO Las aplicaciones especficas mdicas usadas en la quimioterapia de cncer y SIDA y como supresores de la respuesta inmunitaria durante trasplante de rganos; para la cual se usa anlogos de purina y pirimidina sintticos que contienen halgenos, tioles o tomos de nitrgeno adicionales.Anlogos sintticos, terapia antiviralAciclovir (9-(2-hidroximetil)guaninaGanciclovir (9-(1,3-dihidroxi-2-proposimetil) guaninaAntitumorales sintticos5-fluorouracilo

NUCLESIDOS

NUCLESIDOS

NUCLESIDOS

NUCLETIDOS

NUCLETIDOS

FUNCIONES DE LOS NUCLETIDOS Adems de servir como precursores de cidos nucleicos, los nucletidos purina y pirimidina participan en funciones metablicas tan diversas como el metabolismo de energa, la sntesis de protenas, la regulacin de la actividad enzimtica y la transduccin de seal.Compuestos ricos en energa que participan en intercambios energticos, son monedas energticas: ATP, ADP.Actan como seales qumicas: AMPc y GMPcComponentes estructurales de cofactores e intermediarios metablicos: NAD+Constituyentes de los cidos nucleicos: ADN y ARN

NIVELES ESTRUCTURALES DE LOS CIDOS NUCLEICOS

Estructura primaria.Polmero lineal formado por la unin de numerosos nucletidos mediante enlaces fosfodister.Estructura secundariaDisposicin espacial relativa de los nucletidos que se encuentran prximos en la secuencia.DNADoble cadena polinucleotdicasRNA- protuberancias, bucles y horquillas en determinadas regiones de la molcula.Estructuras de orden superiorTodas aquellas de orden superior a los niveles primario y secundario. DNA Resultantes del superenrollamiento y de la asociacin con protenas bsicas (cromatina, cromosomas). RNA Plegamiento tridimensional definido (tRNA).

ESTRUCTURA PRIMARIA

ESTRUCTURA PRIMARIA

ESTRUCTURA SECUNDARIAWatson y Crick elaboraron el modelo de doble hlice.DNA-B: Doble hliceCada una de las hebras es un polinucletido entrelazado con el otro en sentido antiparalelo.El eje ribosa fosfato se sita hacia el exterior de la doble hlice, en contacto con el solvente.Las bases nitrogenadas se sitan, apiladas, en planos aproximadamente perpendiculares al eje de la doble hlice, hacia el interior de la estructura, en un entorno hidrofbico.

ADN: GENERALIDADESAlmacena y transmite informacin gentica sobre la naturaleza qumica de una generacin a otra.La informacin gentica est programada en una secuencia de nucletidos.El genma human contiene 3 x 10 9 pares de bases de nucletidos (Human Genome Proyect). En 1994 se completa el mapeo gentico humano y en el 2003 se completa la secuencia del primer genoma humano.

ADNDOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGIA

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGAEl ADN es el portador del mensaje gentico. El ARN transcribe el mensaje gentico presente en el ADN y traduce esta informacin en protenas.Las protenas son las molculas que finalmente ejecutarn las "instrucciones" codificadas en los cidos nucleicos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA: ADN-BPresenta complementaridad de las bases nitrogenadas.Antiparalelismo de las hebras.Polianin

ADN-B: POLIANION

TIPOS DE ADN

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSEl almacenamiento de la informacin a largo plazo sin que sufra alteraciones es tan importante para la clula, que incluso reacciones muy lentas que alteren la estructura del ADN, pueden tener significados fisiolgicos. Procesos tales como la carcinognesis y el envejecimiento pueden estar ntimamente ligados a la lenta acumulacin de alteraciones irreversibles en el ADN.Acntinuacin describiremos propiedades qumicas del ADN.

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSEl ADN y el ARN de doble hlice puede desnaturalizarse. Por efecto de valores extremos de pH y el calor (cada especie de ADN tiene una T de desnaturalizacin caracterstica). La rotura de los enlaces de H entre los pares de bases y del apilamiento de las bases provoca el desenrollamiento de la doble hlice, dando lugar a dos hebras sencillas completamente separadas una de otra en toda o parte de su extensin (desnaturalizacin parcial). La desnaturalizacin no rompe ningn enlace covalente del ADN. Los segmentos desenrollados de las dos hebras vuelven a enrollarse espontneamenteestn completamente o a hibridar, para restablecer el duplex intacto.

HIBRIDACINDESANATURALIZACINADN parcialmente desnaturalizadoSeparacin de las hebrasAsociacin de las hebras por apareamiento de basesHebras separadas de ADN en ovillo estadstico

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEEICOSLos cidos nucleicos de especies diferentes pueden formar hbridos. Los ADN de cadena sencilla de dos especies desnaturalizados pueden formar dplex hbridos, cuyo grado de hibridacin depende del grado de similitud de las secuencias. La hibridacin es la base de importantes tcnicas para el estudio y aislamiento de hgenes especficos y ARN.

Mezcla y enfriamiento

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSLos nucletidos y los cidos nucleicos experimentan transformaciones no enzimticas. Las purinas y las pirimidinas, junto con los nucletidos de los que forman parte, experimentan una serie de alteraciones espontneas de sus estructura covalente. Estas reacciones son normalmente muy lentas, pero resultan fisiolgicamente significativas a causa de la muy baja tolerancia de la clula a alteraciones de su informacin gentica. Las alteraciones en la estructura del ADN que dan lugar a cambios permanentes en la informacin gentica codificada por la molcula se denomina mutaciones. Hay muchas pruebas de una estrecha relacin entre acumulacin de mutaciones y los procesos de envejecimiento y el cncer en un organismo.

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSLos nucletidos y los cidos nucleicos experimentan transformaciones no enzimticas. Reacciones espontneas, tales como la desaminacin de ciertas bases, la hidrlisis de los enlaces base-azcar N-glucosdicos, la formacin de dmeros de pirimidina inducida por radiacin y el dao oxidativo, ocurren muy lentamente; sin embargo, son importantes por la baja tolerancia de las clulas a los cambios en el material gentico. Varias bases nucleotdicas sufren prdidas espontneas de sus grupos amino exocclicos (desaminacin).

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSLos nucletidos y los cidos nucleicos experimentan transformaciones no enzimticas. Otra reaccin importante es la despurinacin, en la cual los desoxirribonucletidos es la hidrlisis del enlace N-B-glucosdico entre la base y la pentosa, que produce una lesin denominada sitio AP (apurnico, apirimidnico) o absico.Otras reacciones estn favorecidas por ciertos tipos de radiacin. La luz UV puede inducir la condensacin de dos grupos etileno para formar un anillo de ciclobutano. Las radiaciones ionizantes (rayos X y rayos gamma) pueden provocar la abertura de los anillos y la fragmentacin de las bases, as como roturas en el esqueleto covalente de los cidos nucleicos.Todas las formas de vida estn expuestas a la accin de radiacciones de alta energa, capaces de provocar cambios qumicos en el ADN.

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSLos rayos X utilizados en exmenes mdicos o dentales o en radioterapia en el tratamiento del cncer y otras enfermedades son otra forma de radiacin ionizante. Se estima que los UV y las radiaciones ionizantes son responsables de aproximadamente el 10% del total de lesiones en la estructura del ADN causados por agentes medioambientales.

Formacin de dmeros de pirimidina inducida por la luz UV.

CODOLa formacin de un dmero de pirimidina de ciclobutano provoca una curva o codo en el ADN

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSEl ADN tambin puede sufrir daos causados por reactivos qumicos introducidos en el medio ambiente por la actividad industrial. Estos productos pueden no ser peligrosos en s mismo, pero su metabolizacin por las clulas pueden convertirlos en productos que s lo sean. Hay dos clases principales de este tipo de agentes: Agentes desaminantes, en particular el cido nitroso (HNO2) o compuestos que pueden dar lugar a la formacin metablica de cido nitroso o nitritos, y Agentes alquilantes.

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOS

El cido nitroso, formado a partir de precursores orgnicos tales como nitrosaminas y sales de nitritos y nitrato, es un reactivo que acelera poderosamente la desaminacin de las bases. El bisulfito tienen efectos similares. Ambos compuestos se usan como conservantes en alimentos preparados para evitar el crecimiento de bacterias txicas. Parece ser que su utilizacin no aumenta significativamente el riesgo de cncer, probablemente porque las cantidades empleadas son pequeas y su efecto sobre el ADN resulta despreciable.

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSLos agentes alquilantes pueden alterar ciertas bases del ADN.

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOSLa causa principal de alteraciones mutagnicas en el ADN son los procesos oxidativos. Las especie que contienen oxgeno reactivo, tales como el perxido de hidrgeno, los radicales superxidos, aparecen durante la irradiacin o como producto secundarios del metabolismo aerbico.Muchos compuestos cancergenos presentes en la comida, el agua o el aire ejercen sus efectos a travs de la modificacin de las bases del ADN.

QUMICA DE LOS CIDOS NUCLEICOS* Es posible determinar la secuencia de largas cadenas de ADN.Se puede determinar la secuencia del ADN y se pueden sintetizar polmeros de ADN mediante determinada protocolos simples automatizados que incorporan mtodos qumicos y enzimticos.

TECNOLOGA DE LA INFORMACIN BASADA EN EL ADNLa clonacin del ADN y la ingeniera gentica equieren el corte del ADN y el ensamblado de segmentos de ADN en nuevas combinaciones: ADN recombinante.A clonacin incluye el corte del ADN en fragmentos mediante enzimas; la seleccin y posible modificacin del fragmento deseado; la insercin del fragmento del ADN en un vector de clonacin adecuado; la treansferencia del vector con el inserto de ADN a una clula husped para su replicacin y la seleccin de las clulas que contengan el fragmento de ADN.

CROMATINA Y CROMOSOMAS

ARNDesempea muchas funciones (actividad enzimtica: ribozimas)En la expresin gnica acta de intermediario en la conversin de la informacin codificada en el ADN en la secuencia de aa de las protenas funcionales.En la clula se encuentran varas clases de ARN, que cubren una amplia variedad de funciones.ARN ribosmico (ARNr) son componentes de los ribosomas, complejos que llevan a cabo las sntesis de protenas.ARN mensajero (ARNm) actan de intermediario, transportando la informacin desde un gen o unos pocos genes hasta el ribosoma, donde se sintetizan las protenas; donde los mensajeros actan de molde para especficar las secuencias de aa de las cadenas polipptidicas.ARN de transferencia (ARNt) son molculas adaptadoras que traducen con fidelidad la infomacin contenida en el ARNma secuencias especficas de aminocidos.Adems de estas clases rpincipales, existen una amplia varedad de ARN que desempean funciones especficas.

ARNEl proceso deformacin del ARNm sobre un molde de ADN se conoce como transcripcin.En bacteras y arqueobactera, una nica molcula de ARNm puede codificar una o varias cadenas polipptdicas. S nicamente contiene informacin para la sntesis de un solo polipptido, el ARNm es monocistrnico; si codifica dos o ms poliptidos diferentes, el ARNm es policistrnico.Los ARNm eucarticos son, en su mayora monocistrnico. Cistrn = gen

ARNLa longitud mnima de un ARNm viene determinada por la longitud de la cadena polipeptdica que codifica. Por ejemplo, una cadena polipeptdica de 100 residuos aa requiere una secuencia codificante de ARN DE AL MENOS 300 nucletidos, puesto que cada aa est codificado por un triplete de nucletidos.El producto de la transcripcin del ADN es siempre un ARN de cadena sencilla. Las monohebras tienden a adoptar una conformacin helicoidal dextrgira, denominada por las interacciones de apilamiento de las bases.

Tpico apilamiento dextrgiro de un ARN de cadena sencilla. Las bases se muestran en gris, el tomo de fsforo en amarillo y las ribosas y los oxgenos de los fosfatos en verde.

ARNEl ARN puede formar pares de bases con regiones complementarias de ARN o de ADN. Las reglas de apreamiento son las mismas que en el ADN: La G se aparea con la C y la A con el U