Nucleotidos Objs

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE MEDICINA - DEPARTAMENTO DE BIOQUIMICA ME-2013 BIOQUIMICA PARA MEDICINA I-2007 SECUENCIA DE CONTENIDOS DEL TEMA: NUCLEOTIDOS, ACIDOS NUCLEICOS Y ORGANIZACION GENOMICA Capítulos 8 y 24 del libro Lehninger Principles of Biochemistry 4th ed. 2005. PROF. DR. ALBERTO ALAPE GIRON “The impact of the complete human genome…” Annual Rev. Med. 55:1-13 Objetivos: Al final de este capítulo se espera que el estudiante esté en capacidad de explicar: 1. Que son los nucleótidos, cual es su estructura y como se unen para formar los ácidos nucleicos Un nucleótido es un nucleósido fosforilado en uno de sus grupos hidroxilo (de la pentosa). Sus componentes característicos son: la base nitrogenada, una pentosa y un grupo fosfato. La base de un nucleótido se une covalentemente

en un enlace N-β-

glicosídico al carbono 1’ de la pentosa; y el fosfato es esterificado al carbono 5’. El enlace N-β-glicosídico es formado por la eliminación de una partícula de H2O. 2. Cuáles son los tipos de ácidos nucleicos y donde se encuentran en las células procariotas y eucariotas Hay 2 tipos de ácidos nucleicos: ARN (ácidos ribonucleico) y ADN (ácido desoxirribonuclei-co). El ADN se encuentra principalmente en el núcleo de las células, mientras que el ARN si se encuentra más ampliamente distribuido en la célula. 3. Qué es el material hereditario y cuál es su naturaleza química en los distintos seres vivientes.

El material hereditario es el genoma, toda la información genética codificada en una célula o virus. El material genético se compone de ADN; y en muy pocos casos de ARN. 4. Cual es la estructura tridimensional del ADN y cuales son las fuerzas que estabilizan esta estructura La estructura tridimensional del ADN, descrita por Watson y Crack consiste en 2 cadenas helicoilades de ADN, que giran alrededor de un mismo eje; dextrogiratorias. En la parte externa están los compuestos hidrofílicos, los grupos fosfato, en la parte acuosa. Las bases purinas y pirimídicas de ambas cadenas se encuentran dentro de la doble hélice, con sus anillos hidrofóbicos y casi planares muy juntos unos a otros y perpendiculares al eje principal. Esta configuración del ADN va a formar un arco mayor y un arco menor. Esta estructura se estabiliza mediante diferentes enlaces. Las bases nitrogenadas se unen por puentes de H. Entra A y T hay 2 enlaces; y entre G y C hay tres enlaces. Las cadenas de ADN son antiparalelas, cuando una va de 3’ a 5’ la otra cadena se va a unir de 5’ a 3’. El ADN es una molécula que está formada por dos cadenas de desoxirribonucleótidos que se mantienen porque están formadas por nucleótidos que son un azúcar unido a una base nitrogenada y a un fosfato, estos enlaces fosfodiéster los nucleótidos están unidos formando las cadenas de polinucleótidos, en el ADN estas cadenas de poli-nucleótidos están equidistantes y están organizadas para que las bases nitrogenadas opuestas formen interacciones por medio de puentes de hidrogeno, además porque las bases nitrogenadas debido a que tienen dobles enlaces formando parte de su estructura y estas bases nitrogenadas tiene naturaleza hidrofóbicas. Lo que quiere dar a entender que para mantener la estructura de las proteínas los puentes de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas son muy importantes. 5. Porqué se dice que el ADN es fácilmente replicable y fácilmente reparable El ADN es fácilmente replicable porque son únicamente 4 bases nitrogenadas las que se van a utilizar, y cada uno tiene una única combinación (A-T y G-C); y mantienen todo una hélice para ir uniendo los nucleótidos. Además

es fácilmente reparable porque si una de las hebras se daña, la otra hebra, que es complementaria va a servir como molde para llevar a cabo la reparación. 6. Cuáles son los tipos de ARN de las celulas eucariotas y cuales son su abundancia y estabilidad relativas Hay diferentes tipos de ARN en las células eucariotas: ARNm (mensajero): 5%, es el machote para la síntesis de proteínas, intermediario en este proceso, es la molécula que constituye el genoma de todas las células eucariotas y procariotas se replica cuando la célula se va a dividir para que se formen dos copias idénticas para que no se pierda esa molécula de ADN. Los ARNm se caracterizan porque tiene una vida media usualmente corta esto significa. Los ARNm tienen una vida media corta porque se sintetiza el ARNm, se sintetiza la proteína correspondiente entonces ese ARNm se destruye. Hay algunos que duran mucho, porque la vida media es variable, pero en términos generales tienen vida media corta. Obviamente la tasa de recambio de las proteínas es variable. Los ARNm constituyen un 5% de los ARN de la célula. ARNt (transferencia): 15%, sirven como adaptadores entre los aa y el ARN m, cuando los ARNm cuando están listos para ser transcritos los ARNt que están por allí en el citosol, llevando los aa para que se sintetice la proteína, estos acarrean, llevan los aa y sirven de adaptador entre el ARNm y el aa, para que ese aa sea incorporado en las proteínas que se están sintetizando, constituye el 15% del ARN celular. ARNr (ribosomal): 80%, forman parte de los ribosomas que son complejos supramacro-moleculares constituidos por ARNr y proteínas ribosomales más de 20 proteínas, los ARNr son componentes estructurales de los ribosomas tiene una vida media larga y tiene una gran abundancia constituyen el 80% del ARN celular. ARN

nucleares

pequeños:

se

asocian

a

proteínas

y

forman

ribonucleoproteínas, y algunas de esas ribonucleoproteínas tienen como función ayudar al proceso de maduración de los ARNm en la célula eucariota. 7. Cuáles son las caracteristicas estructurales y las funciones de los diferentes tipos de ARN en la célula Viene en la respuesta anterior.

8. Que son ARNm monocistrónicos y policistrónicos Existe ARNm monocistrónico y ARNm policistrónico. Todos los ARNm eucariotas son monocistrónicos, esto es que contienen información de una sola cadena polipeptídica; mientras que en los procariotas los ARNm a menudo son policistrónicos, codifican más de una proteína. 9. En que consiste la desnaturalización y la renaturalización del ADN La desnaturalización del ADN viene acompañada por varios cambios físicos, entre los cuales se encuentra un aumento de la densidad de flotación, reducción de la viscosidad, un cambio en la capacidad de girar la luz polarizada y cambios en la absorción de la luz UV. Desnaturalización es propiamente la separación de las hebras del ADN, ya sea parcial o totalmente; mediante el rompimiento de los puentes de H que se forman entre las bases nitrogenadas; en la desnaturalización no se rompen los enlaces fosfodiester. Renaturalización o reasorción por complementariedad es un proceso por medio

del

cual

las

hebras

complementarias

de ADN

separadas

por

desnaturalización pueden reformar una doble hélice si se tratan adecuadamente. La renaturalización depende de la coincidencia exacta entre las hebras complementarias del ADN de modo que se pueda volver a formar la estructura original. 10. Como se lleva a cabo la secuenciación del ADN 11. Que otras funciones tienen los nucleótidos aparte de ser las subunidades de los ácidos nucleicos Son precursores de segundos mensajeros, como el AMP o GMP; además de precursor de moléculas rico energéticas. 12. Cómo está organizado funcionalmente el material hereditario, que es un gen, que es secuencia codificante y secuencia promotora Se dice que los seres vivientes tienen un material hereditario, sinónimo de genoma, un gen es un segmento del genoma que tiene la información para la síntesis de una molécula funcional. La secuencia codificante codifica por un

grupo funcional y está compuesta por exones; los intrones son la región no codificante; y la región promotora regula la tasa de síntesis de la molécula o producto funcional codificado en otro segmento. 13. Qué es genoma, ADN génico y ADN intergénico El genoma es toda la información genética de un organismo, que lo define estructuralmente, incluye el cariotipo y el fenotipo. Está compuesto por ADN génico (que forma los genes) y ADN intergénico (que se encuentra entre los genes pero no forma parte de ellos). 14. Que tan diferentes son los genomas de los organismos de una misma especie La diferencia es muy poca, se comparte alrededor del 99% en humanos. 15. Qué son plásmidos y cual es su importancia Plásmidos son formas extracromosómicas menores. El ADN plasmídico tiene generalmente unos pocos miles de pares de bases y contiene genes accesorios, como los de resistencia a antibióticos. Los plásmidos se mantienen y se replican con independencia del ADN cromosómico. 16. Que son intrones, que son exones y que es editaje o splicing Intrones son secuencias nucleotídicas no codificadoras que se encuentran insertas en los genes eucariotas. Las secuencias nucleotídicas del gen que se expresan como ARN (maduro) o como proteínas se denominan Exones. Los intrones son eliminados durante la modificación del transcrito de ARN y los exones restantes son empalmados; el proceso de elaboración del transcrito original recibe el nombre de splicing o editaje. 17.

Que

son ADN

altamente

repetido

o altamente

reiterado

y ADN

moderadamente repetido o moderadamente reiterado, ADN satélite y elementos genéticos trasnponibles. ADN moderadamente repetido: segmentos de hasta varios cientos de pares de bases que son repetidos al menos 1000 veces.

ADN altamente repetido: segmentos cortos de menos de 10 bp que son repetidos millones de veces por la célula. ADN satélite: ADN altamente repetido, segmentos de ADN no codificables, en cromosomas eucariotas; muy asociados con la región del centrómero. No tienen una función clara. Pueden ser aislados mediante centrifugación. Elementos genéticos transponibles son secuencias (ADN moderadamente repetido, de 150 a 300 bp) que se mueven por el genoma, con muy baja frecuencia. 18. Que son genes únicos, que son genes repetidos y que son pseudogenes Pseudogenes son secuencias de ADN que presentan una homología de nucleótidos significativa con un gen funcional, pero que contienen mutaciones que evitan su expresión. Estos genes, que pueden estar presentes en una frecuencia tan elevada como un pseudogen por cada 4 genes funcionales, incrementan significativamente el tamaño de los genomas eucarióticos sin contribuir a su contenido genético expresable. Las secuencias de ADN de copia única forman intrones y las regiones flanqueantes reguladoras de los genes. El ADN moderadamente reiterado y altamente reiterado, explicado anteriormente no tiene una función específica, y algunas veces se les conoce como ADN basura. 19. Que es el superenrollamiento del ADN y que son las topoisomerasas Superenrollamiento del ADN es cuando el ADN se enrolla sobre sí mismo porque está “presionado” por arriba y por abajo. Es relativo a la forma B del ADN. Las Topoisomerasas cortan transitoriamente la cadena del ADN y después la vuelven a unir. El corte que hace una topoisomerasa no es una hidrólisis del enlace azúcar fosfato, sino una reacción de transesterificación que crea un enlace enzima-fosfato transitorio. Las topoisomerasas van a hacer que se elimine el superenrollamiento. 20. En que consisten son los procesos genéticos básicos de replicación, transcripción y traducción

Replicación del ADN lo que hace es duplicarlo, respetando la información genética codificada en la secuencia de bases, requiere de un molde que suministre la información de la secuencia. Se lleva a cabo en el núcleo celular. Transcripción es el proceso de síntesis de cadenas de ARN a partir de moldes de ADN. Traducción es la biosíntesis de proteínas; es la traducción del alfabeto de 4 letras del lenguaje del ADN, a la expresión final en el alfabeto de 20 letras del lenguaje de las proteínas. 21. Porqué la transcripción y la traduccción pueden ocurrir de manera simultanea en la célula procariota y que importancia tiene esto para estos organismos En los procariotas sólo hay un compartimiento rodeado de membrana; el único compartimiento que hay en el interior de la célula es el citoplasma, el ADN de las células procariotas está en el único compartimiento que hay, es trascrito y traducido allí mismo, donde también se sintetiza el ARNm, los ribosomas se unen al ARNm y lo traducen, lo sintetizan y dependiendo de la secuencia van a forman una proteína en particular; esto quiere decir que trascripción y la traducción pueden ocurrir a la vez, o hay necesidad de que el ARNm este completamente listo para que se empiece a traducir por los ribosomas, en el espacio y en el tiempo la trascripción y la traducción ocurren al mismo tiempo. 22. Como estan organizados los cromosomas eucariotas. Que es cromatina, que son son cromátidas, centrómeros, telómeros, histonas, nucleosomas, cohesinas, condensitas, solenoides, asas o bucles y rosetas Cromatina es un complejo filamentoso de ADN, histonas y otras proteínas que constituyen el cromosoma eucariota. Es el material difuso que llena el núcleo de una célula en interfase. Es la sustancia de los cromosomas, la cual no se condensa ni se vuelve individualmente visible hasta que la célula está lista para dividirse. Cromátidas son fibras de cromatina que componen los cromosomas, cada cromosoma tiene dos cromátidas idénticas. Las dos cromátidas hermanas se van a separar y van a ir cada una a un polo opuesto en la célula. Centrómero es el lugar de anclaje para las proteínas que unen el cromosoma al huso mitótico. Cada cromosoma posee un centrómero.

Telómero son los extremos de los cromosomas lineales. Histonas son proteínas muy básicas, que interaccionan fuertemente con el ADN, formando complejos muy estables. Consisten en cinco tipos de polipéptidos de diferente tamaño y composición. Nucleosoma es la unidad elemental que forma los polinucleosomas, que son estructuras periódicas formadas por las interacciones entre las histonas y el ADN. 23. Cuales son las características de material genético en procariotas y como está empacado Los procariotas tienen un cromosoma único circular, pero además pueden tener elementos genéticos extracromosomales, esto quiere decir otras moléculas de ARN que no son del cromosoma, y que se llaman plásmidos. El cromosoma de una bacteria es una molécula es muy grande para el tamaño de esta, la molécula de ADN está muy bien compactada, muy bien enrollada, por lo que se llaman nucleoides donde el ADN esta muy arrollado. 24. Cuales han sido los principales hallazgos del proyecto genoma humano y sus principales impactos en la medicina El genoma humano se secuenció en el 2001, éste tiene 35.000 genes. Como ya sabemos los seres humanos estamos organizados en 23 pares de cromosomas, esos 3000millones de nucleótidos están en esos 23 pares de cromosomas. Esto ha servido principalmente para la identificación del origen génico de enfermedades y el posterior desarrollo de nuevas terapias para combatirlas.