CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

FCEyN-INTI

Materia de Articulación CEBI_A4 QUÍMICA BIOLÓGICA

Docente a cargo: LAURA MATKOVIĆ

CEBI_A1_6 :NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS

NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS IMPORTANCIA BIOLÓGICA • Los ácidos nucleicos son macromoléculas complejas de alta

importancia biológica, existen dos tipos: • Ácido desoxirribonucleico (ADN) • Ácido ribonucleico (ARN) • Los virus sólo contienen ARN (algunos), mientras que otros

sólo poseen ADN. • Su nombre se debe a que fueron aislados por primera vez

del núcleo de células vivas. Pero, ciertos ácidos nucleicos no están en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular.

CARIOTIPO • Conjunto de los cromosomas de una

célula, de un individuo o de una especie, después del proceso en que se unen por pares de cromosomas idénticos y se clasifican según determinados criterios

ATP y ADP • El principal transportador de energía, en casi todos

los procesos biológicos, es una molécula llamada adenosín trifosfato o ATP .

• Los enlaces que unen los tres grupos fosfato son débiles, y pueden romperse con cierta facilidad por hidrólisis. Los productos de la reacción más común son el ADP -adenosín di fosfato- un grupo fosfato y energía. Esta energía al desprenderse, puede ser utilizada para producir otras reacciones químicas.

HIDRÓLISIS DEL ATP

FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS • Los nucleótidos 5’fosfatos son transportadores de

energía. • Las bases sirven como unidades de

reconocimiento. • Los nucleótidos cíclicos son moléculas señal y

reguladores del metabolismo celular y reproducción.

• El ATP es central para el metabolismo energético. • El GTP impulsa la síntesis proteica. • El CTP impulsa la síntesis de lípidos. • El UTP impulsa el metabolismo de hidratos de

carbono.

AMP cíclico (AMPc)

• Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada (A - T- C- G) en el ADN y A- U- C- G en el ARN), unida a un azúcar de tipo pentosa (desoxirribosa en los nucleótidos de ADN y ribosa en los nucleótidos de ARN), que se une a un grupo o radical fosfato.

• En la molécula de ADN, los nucleótidos se unen entre sí en una misma cadena mediante el grupo fosfato y ambas cadenas se enlazan formando la molécula mediante las bases nitrogenadas complementarias (A–T y C–G), enlazadas por puentes de hidrógeno.

LA DOBLE HÉLICE DE ADN • Erwin Chargaff tenía los datos de

apareamiento, pero no comprendió su implicancia.

• Los datos de difracción de rayos X de Rosalind Franklin fueron cruciales.

• Francis Crick sabía que era una hélice. • James Watson se dio cuenta de los

puentes de hidrógeno.

PUENTES DE H

PROPIEDADES DEL ADN

• Diámetro: 2nm. • Longitud: 1.6 millones de nm (E. coli) • Compacta y plegada (E.coli es solamente

de 2000nm de longitud) • ADN eucariota se enrrolla alrededor de

proteinas histonas para formar nucleosomas.

HISTONAS Y ADN

ADN Y ARN

BIOSÍNTESIS • La replicación del DNA es semiconservativa;

cada una de las cadenas del DNA es molde para la síntesis de una cadena hija antiparalela y complementaria.

• En la fidelidad de este proceso está la clave para la perpetuación de la información hereditaria.

• Las principales enzimas implicadas en la biosíntesis del DNA son:

• DNA polimerasas: Es la enzima responsable de la unión de los distintos nucleótidos originando polinucleótidos.

• DNA ligasas: Son enzimas capaces de efectuar enlaces 3',5'-fosfodiéster para unir fragmentos de DNA.

• Helicasas, girasas, topoisomerasas: Abren la doble hélice (helicasas) y deshacen enlaces topológicos que se forman al abrir la doble hélice (girasas y topoisomerasas).

• SSB: Proteínas que estabilizan al DNA monocatenario que

se forma al abrir la doble hélice, para que pueda actuar como molde e iniciarse la replicación. Algunas de estas proteínas reconocen determinadas secuencias que son los orígenes de replicación (genes ori).

• Primasa: Proteína que sintetiza los cebadores para que

puedan actuar las DNA polimerasas. Se trata de una RNA polimerasa

ADN→ARN

• La información genética transcrita en el ADN puede ser duplicada en más ADN, durante la replicación o bien traducida a proteínas.

• Veamos el proceso por el cual la información genética es transformada en proteína.

• Enfoquémonos en el ARN.

ÁCIDO RIBONUCLÉICO

• El ARN es el ácido que interviene junto al ADN en la síntesis de proteínas y es el responsable del traslado de la información genética del ADN.

• La abreviación internacional es RNA que significa “Ribonucleic Acid”.

• El ARN copia la información de cada gen del ADN y, luego pasa al citoplasma, donde se une al ribosoma para dirigir la síntesis proteica.

• Existen tres tipos diferentes de ARN:

• ARN mensajero (ARNm), ARN codificante ya que posee la información que determina la secuencia de los aminoácidos para formar una proteína.

• ARN transferencia (ARNt) lleva los aminoácidos a los ribosomas con el fin de incorporarlos al proceso de síntesis proteica, codifica la información que posee el ARN mensajero a una secuencia de aa.

• ARN ribosómico (ARNr) forma parte de los ribosomas y actúa en la actividad enzimática, el mismo se encarga de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos del polipéptido en el proceso de síntesis de proteínas.

ARN

El ADN selecciona, almacena y guarda el código genético. El ARN transmite el código genético almacenado por ADN, es decir, cumple función de mensajero.

TRANSCRIPCION, TRADUCCION Y REPLICACION DEL ARN

• La función principal de la molécula de ADN es el almacenamiento de información.

• Se puede comparar con un plano o una receta, ya

que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células, como las proteínas.

• Los segmentos de ADN que llevan esta información

genética son llamados genes.

TRANSCRIPCIÓN • El ARNm se sintetiza en el núcleo de la célula en un

proceso llamado Transcripción del ADN. No siempre se expresan los mismos genes, depende de cada tipo y el estado funcional en el que se encuentra la célula.

• Una regulación muy fina se lleva a cabo para un complejo funcionamiento de las células las cuales responderán a los estímulos externos e internos.

• Primero se copia el ADN obteniéndose pre-ARNm. Se transcriben los exones (parte codificante de proteína) y los intrones (parte no codificante). El ARNm contiene la información genética guardada en el ADN para llevar a cabo la síntesis de proteínas (determina el orden en que se unirán los aminoácidos.

• La copia de ADN se produce nucleótido a

nucleótido, colocando U como base complementaria a la A. Llevando ribosa en lugar de desoxiribosa.

• En el núcleo el pre-ARNm madura y una vez maduro sale al citosol.

• El ARN mensajero es monocatenario, al contrario del ADN que es bicatenario.

• El ARNm sufre diferentes fases durante su existencia que suele ser generalmente breve.

ARNm

• En procariotas, una sóla molécula de ARNm contiene la información para la síntesis de muchas proteínas.

• En eucariotas, una sóla molécula de ARNm codifica para una sola proteína, pero su estructura está compuesta por intrones y exones.

ARNribosomal

• Los ribosomas son aproximadamente 2/3 ARN y 1/3 proteína

• El ARNr sirve como esqueleto para las proteínas ribosomales.

ARN transfer

• Son pequeñas cadenas polinucleotídicas de 73 a 94 residuos.

• Posee diversas bases metiladas. • Cada amino ácido posee al menos un

RNAt que lo lleva al ribosoma. • La secuencia 3’ terminal es siempre CCa-

aminoácido. • Las moléculas de aminoacil ARNt son

sustratos de síntesis proteica.

TRANSCRIPCIÓN

• El ARNm (como el ADN) es una macromolécula. Posee las siguientes propiedades:

• El ARNm es siempre de cadena sencilla. • El ARN contiene en sus nucleótidos el azúcar ribosa (de

ahí su nombre), en lugar de desoxirribosa. • El ARN contiene la base pirimidínica uracilo (U) en lugar

de timina. El uracilo forma puentes de hidrógeno con la adenina, igual que la timina.

• Nadie sabe con seguridad por qué el ARN contiene uracilo en vez de timina, o ribosa en lugar de desoxirribosa. La característica más destacable del ARN es su naturaleza de cadena sencilla pero, por lo demás, su estructura es muy similar a la del ADN.

ADN → ARN

Las moléculas ARNm, fabricadas a partir del ADN molde, contienen la información que será traducida a proteínas. La secuencia de bases del ARNm determina la secuencia de aminoácidos.

TRADUCCIÓN

BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS

REGULACIÓN • Alteraciones congénitas de la síntesis de

nucleótidos.

¿DE DONDE ESTUDIAR?

• http://genmolecular.com/replicacion-y-transcripcion-del-adn/

¿QUÉ ES UN ANTIBIÓTICO?

• Los antibióticos son medicamentos potentes que combaten las infecciones bacterianas.

• Actúan matando las bacterias o impidiendo que se reproduzcan.

• Después de tomar los antibióticos, las defensas naturales del cuerpo son suficientes.

• Los antibióticos fueron utilizados por primera vez en la década de 1940 constituyendo uno de los grandes avances de la medicina.

¿CÓMO FUNCIONAN?

• Los antibióticos tienen una toxicidad selectiva, son tóxicos para los organismos invasores (bacterias), pero no para los organismos invadidos.

• La penicilina fue el primer antibiótico conocido descubierto por Alexander Fleming en 1928. Algunas bacterias no crecían en presencia de un hongo, el Penicillium Notatum.

• La sustancia que causaba este efecto era la PENICILINA que curaría muchas enfermedades bacterianas.

TIPOS DE ANTIBIÓTICOS

SEGÚN SU ESPECTRO DE ACCIÓN • Antibióticos de bajo espectro: solo atacan a

bacterias de un tipo concreto. • Antibióticos de amplio espectro: atacan a

bacterias de varios tipos diferentes.

SEGÚN SU MECANISMO DE ACCIÓN • Se dividen en: • inhibidores de la formación de la pared

bacteriana. • inhibidores de la síntesis proteica. • inhibidores de la duplicación del ADN. • inhibidores de la membrana

citoplasmática. • inhibidores de vías metabólicas.

BACTERICIDAS

• Provocan la lisis y muerte de microorganismos. Ej: Penicilinas, Cefalosporinas, Polipeptídicos.

BACTERIOSTÁTICOS • Inhiben el desarrollo y multiplicación de los

microorganismos, pero no los destruyen. Para erradicar la infección requieren la actividad del sistema inmunológico (Actividad de macrófagos y polimorfonucleares) Ej: Sulfonamidas, Tetraciclinias, Cloramfenicol.

MECANISMOS DE ACCIÓN

• Inhiben la síntesis de la pared celular: Penicilina, Cefalosporinas, Carbapenems, Monobactams, Cicloserina, Vancomicina, Teicoplanina, Bacitracina Antifúngicos (Clotrimazol, Fluconazol, Itraconazol).

• Afectan la membrana celular (interfieren

con la permeabilidad y ocasionan pérdida de material intracelular): Polimixina, Antifúngicos, Nistatina (Poliénico) y Anfotericina B.

• Inhiben la síntesis proteica: • -Inhiben Subunidad Ribosomal 50 S:

Cloramfenicol, Macrólidos, Azúcares Complejos, Espiramicina, Virginiamicina.

• -Inhiben Subunidad Ribosomal 30 S: Aminoglucósidos, Espectinomicina, Tetraciclinas.

• Afectan el metabolismo de ácidos nucleícos: • -Inhiben RNA Polimerasa: Rifamicinas (rifampicina). • - Inhiben la Topoisomerasa: Quinolonas

RESISTENCIA A ANTIBIÓTICOS

CITOSTÁTICOS

• Los fármacos citostáticos son sustancias citotóxicas que se utilizan específicamente para causar un daño celular, no son selectivos por lo tanto afectan a todas las células del organismo, dando efectos tóxicos adversos.

• Son sustancias capaces de inhibir o impedir la evolución de la neoplasia, restringiendo la maduración y proliferación de células malignas, actúan sobre fases especificas del ciclo celular, siendo activas frente a células en proceso de división. Este mecanismo hace que, a su vez, sean por sí mismas carcinógenas, mutágenas y/o teratógenas.