Semana 14: Ácidos Nucleicos - Química - 04/11/2024 - USMP PDF

SEMANA 14: ÁCIDOS NUCLEICOS QUÍMICA 04/11/2024 Mg. Flor Silva Meza. Información de contacto: [email protected] Medicina Ciclo I ÍNDICE Ácidos nucleicos y nucleótidos: estructura química, importancia. Núcleo celular. Genes. ADN mitocondrial, ARN. Genoma humano. Epigenética. Expresión y con...

SEMANA 14: ÁCIDOS NUCLEICOS QUÍMICA 04/11/2024 Mg. Flor Silva Meza. Información de contacto: [email protected] Medicina Ciclo I ÍNDICE Ácidos nucleicos y nucleótidos: estructura química, importancia. Núcleo celular. Genes. ADN mitocondrial, ARN. Genoma humano. Epigenética. Expresión y control genético. Alteraciones genéticas, mitocondriopatías. Biotecnología: conceptos y aplicaciones Fecha Mg. Flor Silva Meza, Medicina Ciclo I. actualizada:07/04/2024 ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos: son macromoléculas o polímeros biológicos presentes en las células de los seres vivos, es decir, largas cadenas moleculares compuestas a partir de la repetición de piezas más chicas (monómeros). En este caso, son polímeros de nucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiéster. Existen dos tipos conocidos de ácido nucleico: ADN y ARN. Dependiendo de su tipo, pueden ser más o menos vastos, más o menos complejos, y pueden presentar diversas formas.  ÁCIDOS NUCLEICOS Estas macromoléculas están contenidas en todas las células (en el núcleo celular en el caso de los eucariotas, o en el nucleoide en el caso de las procariotas). Incluso agentes infecciosos tan simples como los virus poseen estas macromoléculas estables, voluminosas y primordiales. Los ácidos nucleicos fueron descubiertos a finales del siglo XIX por Johan Friedrich Miescher (1844-1895). Este médico suizo aisló del núcleo de distintas células una sustancia ácida que inicialmente llamó nucleína, pero que resultó ser el primer ácido nucleico estudiado. Gracias a eso, científicos posteriores pudieron estudiar y comprender la forma, estructura y funcionamiento del ADN y el ARN, cambiando para siempre el entendimiento científico sobre la transmisión de la vida.  TIPOS DE ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos pueden ser de dos tipos: Ácido Desoxirribonucleico (ADN) y Ácido Ribonucleico (ARN). Se diferencian por: Sus funciones bioquímicas. Mientras uno sirve de “contenedor” de la información genética, el otro sirve para transcribir sus instrucciones. Su composición química. Cada uno comprende una molécula de azúcar pentosa (desoxirribosa para el ADN y ribosa para el ARN), y un conjunto de bases nitrogenadas levemente distinto (adenina, guanina, citosina y timina en el ADN; adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN). Su estructura. Mientras el ADN es una cadena doble en forma de hélice (doble hélice), el ARN es monocatenario y lineal. FUNCIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS  FUNCIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos, a su manera respectiva y específica, sirven para el almacenamiento, lectura y transcripción del material genético contenido en la célula. En consecuencia, intervienen en los procesos de construcción (síntesis) de proteínas en el interior de la célula. Este proceso ocurre siempre que la célula fabrica enzimas, hormonas y otros péptidos indispensables para el mantenimiento del cuerpo. Por otro lado, los ácidos nucleicos también participan en la replicación celular, o sea, la generación de nuevas células en el cuerpo, y en la reproducción del individuo completo, ya que las células sexuales poseen la mitad del genoma (ADN) completo de cada progenitor. El ADN codifica la totalidad de la información genética del organismo a través de su secuencia de nucleótidos. En ese sentido, podemos decir que el ADN opera como un molde de nucleótidos.  IMPORTANCIA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son fundamentales para la vida tal como la conocemos, ya que son imprescindibles para la síntesis de proteínas y para la transmisión de la información genética de una generación a otra (herencia). La comprensión de estos compuestos representó en su momento un enorme salto adelante en la comprensión de los fundamentos químicos de la vida. Por eso, la protección del ADN es fundamental para la vida del individuo y de la especie. Agentes químicos tóxicos (como la radiación ionizante, metales pesados o sustancias cancerígenas) pueden causar alteraciones en los ácidos nucleicos, y ocasionar enfermedades que, en ciertos casos, pueden ser transmisibles a las generaciones venideras. Alteraciones genéticas, mitocondriopatías. https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0036- 36342001000200010  NÚCLEO CELULAR Y GENES El núcleo celular es fundamental para la regulación de la vida celular, albergando el material genético y controlando su expresión para dirigir las funciones celulares. Su estructura compleja y su capacidad para regular y proteger el ADN son esenciales para el correcto funcionamiento y supervivencia de las células eucariotas.  ADN MITOCONDRIAL Y ARN ADN Mitocondrial (mtDNA): Estructura y Características Localización: Se encuentra en las mitocondrias, orgánulos que producen energía en forma de ATP a través de la fosforilación oxidativa. Forma: Es generalmente circular, a diferencia del ADN nuclear que es lineal. Tamaño: Mucho más pequeño que el ADN nuclear, con alrededor de 16.500 pares de bases en humanos. Herencia: Se hereda exclusivamente de la madre, ya que los espermatozoides aportan muy poco o ningún ADN mitocondrial al cigoto. Funciones Codificación de Proteínas: Contiene genes que codifican 13 proteínas esenciales para la función de la cadena respiratoria y la  ADN MITOCONDRIAL Y ARN ARN (Ácido Ribonucleico) Tipos de ARN y sus Funciones ARN Mensajero (ARNm): Lleva la información genética del ADN a los ribosomas para la síntesis de proteínas. Es transcrito del ADN en el núcleo y luego se transporta al citoplasma. ARN Ribosomal (ARNr): Junto con las proteínas ribosómicas, forma la estructura de los ribosomas. Es esencial para la traducción del ARNm en proteínas. ARN de Transferencia (ARNt): Transporta aminoácidos específicos al ribosoma durante la traducción, alineándolos con el ARNm mediante anticodones complementarios. ARN No Codificante (ncRNA): Incluye varios tipos de ARN que no codifican proteínas pero tienen funciones reguladoras, estructurales y catalíticas (por ejemplo, microARN y ARN largo no codificante). GENOMA HUMANO Estructura y Contenido 1.ADN Nuclear: Compuesto por aproximadamente 3 mil millones de pares de bases distribuidos en 23 pares de cromosomas. 2.Genes: Contiene alrededor de 20,000-25,000 genes que codifican proteínas. Solo el 1.5% del genoma está compuesto por regiones codificantes de proteínas. 3.Elementos No Codificantes: Incluyen intrones, regiones reguladoras, secuencias repetitivas y otros elementos funcionales como los centromeros y telómeros. Funciones 4.Codificación de Proteínas: Genes que contienen la información para la síntesis de proteínas, que son cruciales para la estructura, función y regulación de los tejidos y órganos del cuerpo. 5.Regulación Génica: Regiones no codificantes que regulan cuándo y dónde se expresan los genes. 6.Variabilidad Genética: Las mutaciones y variaciones en el genoma contribuyen a la diversidad genética, que es esencial para la evolución y adaptación de las especies. GENOMA HUMANO Estructura y Contenido 1.ADN Nuclear: Compuesto por aproximadamente 3 mil millones de pares de bases distribuidos en 23 pares de cromosomas. 2.Genes: Contiene alrededor de 20,000-25,000 genes que codifican proteínas. Solo el 1.5% del genoma está compuesto por regiones codificantes de proteínas. 3.Elementos No Codificantes: Incluyen intrones, regiones reguladoras, secuencias repetitivas y otros elementos funcionales como los centromeros y telómeros. Funciones 4.Codificación de Proteínas: Genes que contienen la información para la síntesis de proteínas, que son cruciales para la estructura, función y regulación de los tejidos y órganos del cuerpo. 5.Regulación Génica: Regiones no codificantes que regulan cuándo y dónde se expresan los genes. 6.Variabilidad Genética: Las mutaciones y variaciones en el genoma contribuyen a la diversidad genética, que es esencial para la evolución y adaptación de las especies. GENOMA HUMANO Relación y Procesos Bioquímicos Transcripción y Traducción 1. Transcripción: El ADN se transcribe a ARN en el núcleo. La ARN polimerasa sintetiza una cadena de ARNm complementaria a la cadena de ADN. 2. Traducción: El ARNm se traduce en proteínas en los ribosomas en el citoplasma. El ARNt lleva aminoácidos al ribosoma, donde se ensamblan en una cadena polipeptídica según la secuencia codificada en el ARNm. Replicación del ADN Mitocondrial 3. Autónoma: El ADN mitocondrial se replica de manera independiente del ADN nuclear, aunque utiliza algunas proteínas codificadas por genes nucleares. GENOMA HUMANO  EPIGENÉTICA La epigenética es el estudio de los cambios heredables en la expresión génica que no implican modificaciones en la secuencia del ADN. Estos cambios pueden influir en cómo los genes se activan o desactivan y, por lo tanto, afectan cómo las células leen los genes. Mecanismos Epigenéticos Principales Metilación del ADN: Descripción: La adición de grupos metilo (CH3) a la molécula de ADN, generalmente en las citosinas de los dinucleótidos CpG. Efecto: La metilación suele silenciar genes al impedir que los factores de transcripción se unan al ADN.  EPIGENÉTICA Modificaciones de Histonas: Descripción: Las histonas son proteínas alrededor de las cuales se envuelve el ADN. Las modificaciones químicas, como la acetilación, metilación, fosforilación y ubiquitinación, pueden ocurrir en las histonas. Efecto: Estas modificaciones pueden alterar la estructura de la cromatina, haciéndola más o menos accesible para la transcripción. Por ejemplo, la acetilación de histonas generalmente está asociada con la activación génica. ARN No Codificante: Descripción: Los ARN no codificantes (ncRNA), como los microARN (miRNA) y los ARN largos no codificantes (lncRNA), pueden regular la expresión génica post-transcripcionalmente. Efecto: Los ncRNA pueden unirse a moléculas de ARNm para degradarlas o impedir su traducción en proteínas. EXPRESIÓN Y CONTROL GENÉTICO La expresión y control genético se refieren a los procesos mediante los cuales las células regulan la actividad de los genes y, por ende, la producción de proteínas, que son esenciales para la función y desarrollo celular. Este control es crucial para la respuesta adaptativa de las células a su entorno y para el correcto desarrollo y funcionamiento de los organismos. Etapas de la Expresión Génica Transcripción: Proceso: El ADN se transcribe en ARN mensajero (ARNm) por la ARN polimerasa. Control: Factores de transcripción y elementos reguladores, como promotores y enhancers, influyen en la eficiencia y frecuencia de la transcripción. Procesamiento del ARNm: Proceso: El ARNm primario se modifica mediante el corte y empalme (splicing), la adición de un capuchón en el extremo 5' y una cola poli-A en el extremo 3'. Control: Factores de empalme y otras proteínas reguladoras determinan qué segmentos del ARNm se incluyen en la versión madura. Control Post-Transcripcional: MicroARN (miARN): Moléculas de ARN que pueden unirse al ARNm y bloquear su traducción o inducir su degradación. Procesamiento Alternativo del ARNm: Variantes de corte y empalme pueden generar diferentes proteínas a partir de un mismo gen EXPRESIÓN Y CONTROL GENÉTICO El control de la expresión génica es un proceso complejo y multifacético que permite a las células responder de manera adaptativa a las señales internas y externas. La regulación ocurre en múltiples niveles, desde la transcripción hasta la degradación de proteínas, y es esencial para el desarrollo, la homeostasis y la adaptación de los organismos. ALTERACIONES GENÉTICAS, MITOCONDRIOPATÍA Las S alteraciones genéticas y las mitocondriopatías son trastornos que afectan la función normal de las células y pueden tener un impacto significativo en la salud: Mutaciones : Anemia de células falciformes: Cambio de un solo nucleótido en el gen de la hemoglobina, causando la producción de una hemoglobina anormal (HbS). Deleciones y Duplicaciones: Síndrome de Williams: Delección de una región del cromosoma 7 que incluye varios genes, causando problemas cardíacos, desarrollo intelectual reducido y características faciales distintivas. ALTERACIONES REORDENAMIENTOS GENÉTICAS, CROMOSÓMICOS: MITOCONDRIOPATÍA Deleciones S y Duplicaciones: Síndrome de Down: Trisomía del cromosoma 21, lo que resulta en tres copias de este cromosoma en lugar de dos. Mutaciones en Genes Supresores de Tumores: Cáncer de mama hereditario (BRCA1/BRCA2): Mutaciones en estos genes aumentan el riesgo de desarrollar cáncer de mama y otros tipos de cáncer. Enfermedades Monogénicas: Fibrosis quística: Mutación en el gen CFTR, que afecta la producción de una proteína que regula el movimiento de sal y agua en las células, causando acumulación de moco espeso en varios órganos. ALTERACIONES GENÉTICAS, MITOCONDRIOPATÍA MITOCONDRIOPATÍAS S Las mitocondriopatías son trastornos causados por disfunciones en las mitocondrias, las organelas encargadas de la producción de energía en la célula. Estas enfermedades pueden ser resultado de mutaciones en el ADN mitocondrial (ADNmt) o en genes nucleares que afectan la función mitocondrial. Enfermedad de Leigh: afecta el sistema nervioso central. Síndrome de MELAS (Mitochondrial Encephalopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like episodes): Episodios de accidente cerebrovascular, encefalopatía, acidosis láctica y debilidad muscular. Neuropatía Óptica Hereditaria de Leber (LHON): Pérdida súbita de visión central, generalmente en adultos jóvenes, Síndrome de Kearns-Sayre:Trastorno multisistémico que afecta principalmente los músculos y los ojos, causado por grandes deleciones en el ADNmt.Miopatía Mitocondrial:Descripción: Trastorno que afecta principalmente los músculos, causando debilidad muscular y fatiga. Puede ser causado por mutaciones tanto en el ADNmt como en genes nucleares. BIOTECNOLOGÍA: CONCEPTOS Y APLICACIONES BIOTECNOLOGÍA: CONCEPTOS Y APLICACIONES LA ENFERMEDAD DE LOS REYES https://www.scielo.org.mx/scielo.php? script=sci_arttext&pid=S0026-17422014000400058  BIBLIOGRAFÍA E. Villalobos Rodríguez, Fijación simbiótica del Nitrógeno, San José (Costa Rica) 2006. F. Castillo Rodríguez, Biotecnología ambiental, Madrid 2005. J. R. Peña, Cuaderno de Histología vegetal, Salamanca 2010. L. Taiz-E. Zeiger, Fisiología Vegetal, Vol. I, Castellón de la Plana 2006 Céspedes M, Ela M. Enzimas que participan como barreras fisiológicas para eliminar radicales libres. Rev Cubana Inv Biomed 1996;15(2):75-8. Halliwell B. Antioxidant nutrients-Efficacy in diesease prevention and safety. Bioquemistry 1995;feb/Mar:16-8. Yu BP. Aging and oxidative stress: modulation by dietary restriction. Free Rad Biol Med 1996;21:651-68. 07/04/2024 Ing. Flor Silva Meza, Medicina Ciclo I  Licenciada por: Visítanos aquí: https://medicina.usmp.edu.pe Av. Alameda del Corregidor 1531 – La Molina.