bioqu ácidos nucleicos

Dra. Maria Rita Ponce Medrano
BIOQUIMICA I
UNIFRANZ

SABER QUE LOS GENES ESTAN HECHOS DE
ADN NO RESPONDE PREGUNTAS CRUCIALES
SOBRE LA HERENCIA:
¿CÓMO CODIFICA LA INFORMACIÓN EL ADN?
¿CÓMO SE REPLICA EL ADN DE MODO QUE LA
CÉLULA TRANSMITA LA INFORMACIÓN
HEREDITARIA A SUS CÉLULAS HIJAS?ETOS DEL

AÑO DESCUBRIMIENTO INVESTIGADORES
1944 DNA es el material que tiene la
información Genética
Oswald Avery
1949 Las proteínas están determinadas
genéticamente Hb S.
Linus Pauling *
1953 Las moléculas de DNA son cadenas
que forman una doble hélice.
J. Watson * y
F. Crick

Año Descubrimiento Investigadores
1969 Transcriptasa Reversa
Retrovirus pueden sintetizar DNA a partir de RNA
(flecha 4).
1963-1972 Enzimas de restricción cortan DNA en sitios
específicos – trozos manejables.
1973 Plasmidios – circuitos de DNA de las bacterias
sirven para introducir DNA de otras especies a
bacterias
1977 Método para determinar la secuencia del DNA.
• Con esto se hace posible la ingeniería genética
y surge la biotecnología.
Baltimore* y Termin*
Arber* Brown* Nathans*
Berg*, Cohen,* Boyer
Gilbert, Sanger
1979 Bacterias sintetizan insulina humana y hormona
de crecimiento humana “la biología del terror”.
1981 Animales transgénicos - ratones Palmiter, Brinster
1983 Plantas Transgénicas usando Agrobacterium
tumefasciens.
1985 Reacción de la Polimerasa en cadena – Amplifica
DNA millones de veces (PCR)
Van Montagu y Schell
Mullis*

(1987) Proyecto Genoma Humano se propone Robert
Sinsheimer
1989 •Se inicia el proyecto internacional para
secuenciar el Genoma Humano.
•En ese momento se calculó que al
laboratorio de Sanger le demoraría 60.000
años hacerlo.
•En Estados Unidos se involucra el DOE y el
NIH bajo el liderazgo de Watson – Artículo de
El Mercurio en 1988.
1995 El primer Genoma de una bacteria H.
Influenzae.
1997 Clonamiento de un mamífero
La Oveja Dolly
C. Venter
Wilmut
1998 Genoma de C. elegans, primer organismo
con sistema nervioso

La Edad de Oro de la Biología
Molecular
1944 – Avery descubre que el DNA es el material
genético.
2001 – Se publica la secuencia del total del
genoma humano.

ESTRUCTURA DEL ADN
La molécula de ADN (ácido
desoxirribonucleico) es el
modelo genético de cada
célula y, en última instancia,
lo que determina todos los
aspectos de un ser vivo. La
molécula de ADN fue
descubierta en 1951 por
James Watson, Francis Crick
y Maurice Wilkins empleando
la técnica de difracción de los
rayos X. En 1953, Watson y
Francis Crick describieron la
estructura en doble hélice de
la molécula de ADN como una
especie de escalera de caracol
con muchos escalones. En
1962 ambos recibieron el
Premio Nobel de Medicina
por su trabajo.

Niveles estructurales de los
ácidos nucleicos
Estructura primaria
Polímero lineal formado por la unión de numerosos nucleótidos mediante enlaces
fosfodiéster.
Estructura secundaria
Disposición espacial relativa de los nucleótidos que se encuentran próximos en la
secuencia.
DNA – Doble cadena polinucleotídicas
RNA – Protuberancias, bucles y horquillas en determinadas regiones de la
molécula.
Estructuras de orden superior
Todas aquellas de orden superior a los niveles primario y secundario.
DNA – Resultantes del superenrollamiento y de la asociación con proteínas
básicas: cromatina, cromosomas.
RNA – Plegamiento tridimensional definido (tRNA)

Variantes en la estructura del
ADN
La molécula de ADN es una
estructura flexible y dinámica y
por la capacidad de rotación
alrededor de los enlaces de los
nucleótidos el ADN puede
adoptar diversas formas.

ESTRUCTURAS DEL ADN: PRIMARIA,
SECUNDARIA, TERCIARIA
Si el ADN se desdoblara y
extendiera completamente,
ordenado en una fila el ADN de
una única célula humana mediría
alrededor de 1,8 metros. Empacar
esta enorme cantidad de ADN en
un núcleo de unas micras de
diámetro. En la mayor parte de la
vida de una célula del ADN de
cada cromosoma está dispuesto
alrededor de proteínas llamadas
histonas, formando los
nucleosomas, que son las
unidades de empaquetamiento del
ADN con lo que reduce su longitud
en un factor de 6

ESTRUCTURA DE LA CROMATINA
Estas esferas de ADN e histonas
se enroscan y se unen a otras
proteínas lo que nuevamente
reduce el tamaño del ADN en un
factor de 6 a 7 estos espirales se
unen en bucles o andamios de
proteína para completar el
cromosoma como se presenta
durante la mayor parte de la vida
de la célula. La envoltura,
enroscada y retorcida hace el
cromosoma unas mil veces mas
corto de la molécula de ADN que
contienen. Durante la división
celular otras proteínas producen
otra compactación del
cromosoma para condensarlo
unas diez veces más.

ESTRUCTURA DEL ADN
En la doble hélice los enlaces fosfodiester forman un esqueleto de azúcarfosfato
helicoidal, que queda hacia el exterior de la molécula.
En cambio, las bases nitrogenadas quedan hacia adentro formando
especie de escalones

La molécula de ADN esta formada por
dos hebras ANTIPARALELAS.
Eso quiere decir que una de las hebras estaba en el sentido 5´- 3´ y la otra
en el sentido inverso, tal como se muestra en la Figura.

Entre las hebras antiparalelas del ADN doble hebra, hay
COMPLEMENTARIDAD DE BASES NITROGENADAS
Eso implica que: siempre cuando en una hebra había una timina (T) en la otra hebra
había una adenina (A), y vice-versa.
En cambio, cuando en una hebra había una citosina (C), en la otra había una guanina
(G).
-Además, la unión de una T con un A era a través de DOS puente de hidrógeno, en
cambio, la unión de una C con una G, era a través de TRES puentes de hidrógeno.
-¿En qué afecta esto la estabilidad de la doble hélice?. Un ADN con alto contenido de
pares de bases G-C es significativamente más estable que un ADN rico en pares de
bases A-T

COMPONENTES FUNDAMENTALES DE
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
1. COMPONENTE ÁCIDO: FOSFATOS
2. COMPONENTE NEUTRO: AZÚCARES
3. COMPONENTE BÁSICO: BASES
NITROGENADAS

COMPONENTE ÁCIDO
a) MONOFOSFATOS:
H3PO4 (ácido
ortofosfórico). Se
encuentra en forma libre
(Pi) o formando parte de
los nucleótidos.
b) DIFOSFATOS: H4P2O7
(ácido pirosfóforico),
aparece combinado en
nucleósidos-difosfato, por
ejemplo ADP.
c) TRIFOSFATOS: H5P3O10
(ácido trifosfórico).
Aparece combinado
formando parte de
nucleósido-trifosfato, por
ejemplo ATP.

ENLACE FOSFODIESTER
La unión de dos
desoxirribonucleótidos se
realiza vía un ENLACE
FOSFODIESTER en el
cual esta involucrado el
oxígeno del carbono 3´
de la desoxirribosa de un
dNMP, con el oxígeno del
carbono 5´ del siguiente
dNMP, unidos vía un
grupo fosfato. Tal como
se ve en la figura:
Este hecho da origen a
una molécula POLAR. Es
decir, que tiene un
determinado SENTIDO,
caracterizado por un
extremo 5´ y un extremo
3´.

COMPONENTE NEUTRO
AZÚCARES
Pentosa
R= OH: Ribosa
R= H: Desoxirribosa

COMPONENTE BÁSICO
BASES NITROGENADAS DOS TIPOS:
A) DE UN ANILLO = BASES PIRIMIDÍNICAS: CITOSINA, TIMINA, URACILO
B) DE DOS ANILLOS = PÚRICAS: ADENINA, GUANINA
IMIDAZOL
PIRIMIDINA
Uracilo (U)

NUCLEÓTIDOS Y NUCLEÓSIDOS
enlace N-glicosídico

Abreviatura común A G U T C
Base:
Nucleósido
Nucleótido
nucleósido monofosfato
Adenina
Adenosina
Adenilato
AMP
Guanina
Guanosina
Guanilato
GMP
Uracilo
Uridina
Uridilato
UMP
Timina
Timidina
Timidilato
TMP
Citosina
Citidina
Citidilato o
CMP
NUCLEÓTIDOS COMO MOLECULAS DE RESERVA ENERGÉTICA
Muchos nucleótidos fundamentalmente NDPs y NTPs actúan en todo tipo
de células y en multitud de procesos metabólicos como ricos en energía,
entre ellos los nucleótidos trifosfato intervienen como precursores de la
síntesis de DNA y RNA con liberación de pirofosfato.
NUCLEÓTIDOS CÍCLICOS
Actúan como segundos mensajeros, transmitiendo señales desde el
entorno al interior celular: AMP cíclico, GMP cíclico.
NUCLEOTIDOS COMPLEJOS
Se caracterizan por tener presencia de otras bases nitrogenadas, de
azúcares distintos , grupos funcionales adicionales:
Adenosina 3',5' bisfosfato, dinucleósido polifosfatos, coenzimas redox
(mononucleótido de flavina (FMN), dinucleotido de flavina y adenina,
FAD, NAD, NADP, Coenzima A

Estructura del ARN
Mensajero
Transferencia
Ribosómico

Otros nucleósidos de interés biológico y
clínico puromicina (antibiótico)
arabinosiladenina (antiviral y
anticancerígeno) AZT - derivado de timina
(antirretroviral)

OTRAS BASES DE INTERÉS
BIOLÓGICO Y CLÍNICO
Las bases nitrogenadas tienen poco interés bioquímico como sustancias libres, salvo
en las vías biosintéticas y degradativas de los ácidos nucleicos.
Teofilina
El ácido úrico es un derivado púrico
que constituye el producto final de la
degradación de purinas.
Análogos sintéticos, terapia
antiviral • Aciclovir (9-(2-
hidroximetil)guanina •
Ganciclovir (9-(1,3-dihidroxi-
2-proposimetil)guanina
Antitumorales sintéticos • 5-
fluorouracilo

Dogma Central de la Biología Molecular
• El DNA es el constituyente
primario de los cromosomas de
las células y es el portador del
mensaje genético.
• La función del RNA es transcribir
el mensaje genético presente en
el DNA y traducirlo a proteínas.
• Las proteínas son las moléculas
que finalmente ejecutarán las
“instrucciones" codificadas en los
ácidos nucleicos.

Replicación
La replicación es el proceso complejo,
mediante el cual a partir de una molécula
de ADN progenitora se sintetiza una
nueva, originándose así dos moléculas de
ADN hijas, de secuencia idéntica a la del
ADN original. Esto permite el paso de la
información genética a la descendencia
1.- Duplicación del ADN
Se dieron muchas hipótesis sobre como se duplicaba el ADN hasta que
Watson y Crick propusieron la hipótesis semiconservativa (posteriormente
demostrada por Meselson Y Stahl en 1957).
La replicación se produce de forma coordinada con la división celular
concretamente en la fase S, tanto en la mitosis como en la meiosis I.
El proceso de la replicación se lleva a cabo sin la necesidad de una
separación completa de la cadena progenitora, la doble hélice se
desenrrolla gradualmente y sus dos hebras, se van separando a la par
que se produce su replicación.

Requerimientos de la reacción de
síntesis del ADN
CEBADOR: requiere de un fragmento de hebra iniciador, que aporte un
grupo 3’-OH libre, es un oligonucleótido por lo común ARN.
SUSTRATOS: cuatro dNTPs: dATP, dGTP, dCTP, dTTP. Las formas dNM
y DP son inactivos.
COFACTORES: ión metálico divalente: Mn, Mg.
MOLDE O PLANTILLA: es la principal característica de la reacción.
Cada hebra de ADN actúa como molde o plantilla

La síntesis no comienza al azar, sino en puntos concretos y múltiples del cromosoma,
denominados orígenes de replicación. Es decir en los eucariotas es multifocal.
Como consecuencia, las dos hebras nuevas se van alargando progresivamente, por
adición secuencial de nucleótidos.
La separación de las hebras progenitoras que comienza en cada origen, progresa en
ambas direcciones BIDIRECCIONAL. A los puntos de transición entre doble hebra y hebras
sencillas se los llama horquillas de replicación y van alejándose entre sí.
Dado que las dos hebras son antiparalelas , su separación con el avance de la horquilla
progresa en sentido opuesto , para una hebra de 3‘ hacia 5‘ y para la otra en sentido 5‘-3‘.

Características generales de la replicación del DNA
(doble hélice) son:
- Semiconservativa
- Semidiscontinua
- Comienza en un origen y es usualmente bidireccional
- La síntesis de las hebras hijas es en la dirección
(sentido) 5´-3´.

Ocurre en tres etapas:
1ª etapa: Desenrrollamiento y
apertura de la doble hélice.en el
punto origen.
Intervienen un grupo de enzimas y
proteínas, a cuyo conjunto se
denomina replisoma.
* Primero: intervienen las helicasas que
facilitan en desenrrollamiento
* Segundo: actúan las girasas y
topoisomerasas que eliminan la tensión
generada por la torsión en el
desenrrollamiento.
* Tercero: Actúan las proteínas SSBP
que se unen a las hebras molde para
que no vuelva a enrollarse

2ª etapa. Síntesis de dos nuevas hebras de ADN.
* Actúan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´,
ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.
* Intervienen las ADN polimerasa I y III, que se encargan de la replicación y
corrección de errores. La que lleva la mayor parte del trabajo es la ADN
polimerasa III
* Actúa la ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos.
La cadena 3´-5´es leída por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas (
cadena conductora).
En la cadena 5´-3´ no puede ser leída directamente, esto se soluciona leyendo
pequeños fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´-3´y
que más tarde se unen . Esta es la hebra retardada, llamada de esta forma porque
su síntesis es más lenta.
La ADN polimerasa III es incapaz
de iniciar la síntesis por sí sola,
para esto necesita un cebador
(ARN) que es sintetizado por una
ARN polimerasa (=primasa).
Este cebador es eliminado
posteriormente.

3ª etapa: Corrección de errores.
El enzima principal que actúa como comadrona (R. Shapiro) es la ADN
polimerasa III, que corrige todos los errores cometidos en la replicación o
duplicación. Intervienen otros enzimas como:
* Endonucleasas que cortan el segmento erróneo.
* ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco.
* ADN ligasas que unen los extremos corregidos

Transcripción
Es el proceso encargado de la síntesis de una molécula de RNA a partir
de la información genética contenida en la región codificante de un DNA.
Es decir, da lugar a una “copia “ de RNA, con secuencia no idéntica,
sino complementaria y antiparalela a partir de una secuencia “molde” en
una de las hebras del DNA.
Se trata de un proceso enzimático catalizado en todos los organismos
por una RNA polimerasa
La información contenida en la secuencia de nucleótidos del
ADN podía generar proteinas; sin embargo el ADN está en el
núcleo y las proteinas se sintetizan en los ribosomas, los
cuales están situados en el citoplasma. El intermediario que
transporta la información resultó ser un ARN m.

Traducción
Consiste en la síntesis de las proteínas mediante la unión de a.a. según el orden
establecido por la secuencia de nucleótidos del ARNm y el código genético.
Se completa así el dogma central de transmisión de la información genética a
partir del DNA genómico original
En el citoplasma, la información en el ARNm es traducida por la maquinaria celular
productora de proteínas, llamada ribosoma, la cual ensambla las proteínas.
Los ribosomas usan Código Genético Universal (el cual se muestra debajo) para
determinar la secuencia de aminoácidos codificada por el ARNm. Solamente la
información contenida entre las señales de inicio (AUG) y terminación (UAA, UAG o
UGA) de una molécula de ARNm es usada para producir una secuencia de
aminoácidos. Después de la señal de inicio (AUG), el ribosoma lee tres nucleótidos
a la vez.
Cada grupo de tres nucleótidos, o codón, especifica un aminoácido en particular.

El código genético viene a ser como un diccionario que establece una
equivalencia entre las bases nitrogenadas del ARN y el leguaje de las proteinas,
establecido por los aminoácidos.Después de muchos estudios (1955 Severo
Ochoa y Grumberg; 1961 M.Nirenberg y H. Mattaei) se comprobó que a cada
aminoácido la corresponden tres bases nitrogenadas o tripletes (61 tripletes
codifican aminoácidos y tres tripletes carecen de sentido e indican terminación de
mensaje).

PCR (Reacción en Cadena de la
DNA polimerasa)
Es una técnica enzimática que permite amplificar millones de veces una molécula de DNA.
Descubierta en el año 1983 por Kary Mullis, transformó los estudios de la Biología Molecular.
El objetivo es producir “in vitro” un gran número de copias de una secuencia específica de DNA a
partir de una cantidad inicial de DNA pequeñísima. En un tiempo corto, mediante ésta técnica
pueden sintetizarse millones de copias de un DNA o de un segmento específico de DNA, los que
pueden ser utilizados en investigación básica o aplicada. Ej. En el clonamiento de genes, en el
diagnóstico clínico, farmacología y medicina forense.
Se basa en repetidos ciclos térmicos a tres temperaturas diferentes: un calentamiento a 95ºC, que
provoca la denaturación del DNA “molde” seguido de una disminución de la temperatura a cerca
de 60ºC, que permite la hibridación o oligonucleótidos al DNA molde y luego un calentamiento a
72ºC que permite la polimerización de muchas copias de este DNA.
La síntesis de ADN son catalizadas por una DNA polimerasa especial llamada TAQ polimerasa
(aislada de la bacteria Thermus aquaticus) que es termoestable y que resiste temperaturas sobre
90ºC, y con una actividad óptima cerca de los 70ºC. La mayoría de las DNA polimerasas se
inactivan a esas altas temperaturas.