Ácidos Nucleicos PDF

Ácidos nucleicos Presentado por: DR. Hugo Alvarado los ácidos nucleicos DNA y RNA son polinucleótidos que codifican la información genética utilizada para construir y mantener a los organismos vivos. Las células convierten las instrucciones operativas del DNA en la secuencia de nucleótidos...

Ácidos nucleicos Presentado por: DR. Hugo Alvarado los ácidos nucleicos DNA y RNA son polinucleótidos que codifican la información genética utilizada para construir y mantener a los organismos vivos. Las células convierten las instrucciones operativas del DNA en la secuencia de nucleótidos de las moléculas de RNA monocatenario. Las moléculas de RNA tienen múltiples funciones que incluyen síntesis de polipéptidos, regulación de la expresión genética (control de si se sintetiza un polipéptido específico y cuándo sucede) y protección contra los ácidos nucleicos introducidos en las infecciones virales. Durante incontables siglos, los seres humanos han observado los patrones de herencia sin entender los mecanismos que transmiten de los padres a la progenie los rasgos físicos y los procesos del desarrollo.  Muchas culturas han utilizado estas observaciones para mejorar sus condiciones económicas, como en la crianza de los animales domésticos o en los cultivos. La investigación científica de la herencia, que en la actualidad se denomina genética, inició hasta el siglo XIX. En los decenios que siguieron al descubrimient o de la estructura del DNA por James Watson y Francis Crick en 1953, emergió una nueva ciencia. La biología molecular se dedica a la investigación de la estructura de los genes y al procesamiento de la información genética. Este trabajo ha revelado los siguientes principios: 1. El DNA dirige el funcionamiento de las células y se transmite a la progenie. Consiste en dos cadenas polinucleotídicas que forman una doble hélice. La información contenida en el DNA está codificada en la forma de la secuencia de bases púricas y pirimídicas. Un gen es una secuencia de DNA que contiene la información (en una secuencia de bases) necesaria para codificar un producto génico (un polipéptido o varios tipos de moléculas de RNA) y secuencias reguladoras que controlan la generación del producto. 2. El mecanismo por el cual se descodifica la información genética y se utiliza para dirigir los procesos celulares comienza con la síntesis de otra clase de ácido nucleico, el ácido ribonucleico (RNA). La síntesis de RNA, llamada transcripción. 3. Varios tipos de RNA participan de manera directa en la síntesis de las enzimas y se requieren otras proteínas para la producción regulada de todas las demás biomoléculas necesarias en la función del organismo. ARN mensajero ARN ribosomal ARN transferencia. La síntesis proteínica, llamada traducción, ocurre dentro de los ribosomas, las máquinas moleculares de ribonucleoproteínas que traducen las secuencias de bases de los mRNA en las secuencias de aminoácidos de los polipéptidos. El conjunto completo de proteínas sintetizadas por una célula recibe el nombre de proteoma.  4. La expresión génica es el conjunto de mecanismos por los cuales las células controlan en términos temporales la síntesis de productos génicos en respuesta a señales ambientales o del desarrollo.  DNA El DNA está formado por dos cadenas polinucleotídicas enrolladas una alrededor de la otra para formar una doble hélice dextrógira. La estructura del DNA es tan característica que con frecuencia a esta molécula se le denomina la doble hélice. Cada monómero nucleotídico del DNA está formado por una base nitrogenada (púrica o pirimídica), un azúcar desoxiribosa y fosfato.  Los mononucleótidos están unidos mediante enlaces 3′,5′-fosfodiéster. Estos enlaces unen el grupo hidroxilo 5′ de la desoxirribosa de un nucleótido con el grupo hidroxilo 3′ del azúcar de otro nucleótido mediante un grupo Fosfato. Existen dos clases de pares de bases en el DNA: (1) la adenina (una purina) se empareja con la timina (una pirimidina) (par AT) (2) la purina guanina se empareja con la pirimidina citosina (par GC) Una vuelta de la doble hélice abarca 3.32 nm y está formada por cerca de 10.3 pares de bases. (Los cambios de pH y de concentración salina afectan ligeramente estos valores.)  Varios tipos de interacciones no covalentes contribuyen con la estabilidad de su estructura helicoidal: 1. Interacciones hidrófobas. La nube de electrones del anillo de la base π entre las bases púricas y pirimídicas apiladas es relativamente apolar.  2. Enlaces de hidrógeno. Los pares de bases tan próximos forman un conjunto preferido de enlaces de hidrógeno, tres entre los pares GC y dos entre los pares AT. El efecto de “cremallera” acumulativo de estos enlaces de hidrógeno mantiene las cadenas en la orientación complementaria correcta. 3. Apilamiento de bases. Una vez que las cadenas antiparalelas de polinucleótidos se unieron mediante el emparejamiento de bases, el apilamiento de las bases heterocíclicas casi planas estabiliza la molécula por el efecto acumulativo de las débiles fuerzas de van der Waals generadas por los cambios en la nube PI conforme las bases se apilan. 4. Hidratación. Como en el caso de las proteínas, el agua estabiliza la estructura tridimensional de los ácidos nucleicos. Las moléculas de DNA se unen a una cantidad significativa de moléculas de H2O.  Las moléculas de H2O se unen a los grupos fosfato, a átomos de oxígeno de los carbonos 3′ y 5′ de la ribosa y a átomos electronegativos presentes en las bases nucleotídicas.  5. Interacciones electrostáticas. La superficie externa del DNA, que se denomina esqueleto azúcar- fosfato, posee grupos fosfato con carga negativa. La repulsión entre los grupos fosfato adyacentes, una fuerza potencialmente desestabilizadora, se disminuye por los efectos protectores del agua sobre cationes divalentes como el Mg2+ y moléculas policatiónicas como las poliaminas y las histonas.  Estructura del DNA: naturaleza de las mutaciones Aunque la estructura del DNA lo hace ideal para almacenar información, no es una molécula estática. El DNA es vulnerable a varios tipos de fuerzas perturbadoras que pueden causar mutaciones, cambios permanentes en la secuencia de la base estructural. Las mutaciones varían desde pequeñas alteraciones (p. ej., cambios en una sola base) hasta alteraciones cromosómicas a gran escala. Aunque la mayoría de las mutaciones es nociva o neutral (sin efecto discernible en la adecuación de un organismo), en raras ocasiones una mutación puede mejorar la adaptación de un organismo a su ambiente.  TIPOS DE MUTACIÓN Las mutaciones más frecuentes incluyen cambios en una sola base, inserciones, deleciones, duplicaciones, reacomodos del genoma. Como su nombre implica, el cambio en una sola base es la modificación en la identidad de una sola base en una cadena de DNA. También se conocen como mutaciones puntuales, pueden ocasionar cambios en una sola base nitrogenada.  En las mutaciones por transición, causadas por reacciones de desaminación o tautomerización, una pirimidina se sustituye por otra pirimidina o una purina se sustituye por otra purina. Las mutaciones por transversión, generadas por agentes alquilantes o radiación ionizante, se producen cuando una pirimidina se sustituye con una purina o viceversa.  Las mutaciones puntuales que ocurren en una población en cualquier medida se conocen como polimorfismos de nucleótido individual (SNP, single nucleotide polymorphisms). Dichas mutaciones también pueden producirse por inserciones o deleciones de un solo par de bases.  Las mutaciones puntuales en las secuencias de DNA que codifican productos génicos (p. ej., polipéptidos), se clasifican como silentes, finalizadora o mutación de aminoácido, según su impacto en la estructura o función del producto génico.  Los reordenamientos del genoma como las inversiones, translocaciones y duplicaciones, pueden alterar la estructura o regulación génica. Pueden ser resultado de roturas en el DNA bicatenario causadas por diversas circunstancias, incluidos errores en la meiosis y exposición a mutágenos o radiación. Una inversión se produce cuando un fragmento de DNA eliminado se reinserta en su posición original, pero con la orientación contraria. La translocación es una anomalía cromosómica observada en los organismos eucariotas en la que un fragmento de DNA de un cromosoma se inserta en una posición distinta en el mismo cromosoma o en uno distinto (no homóloga). Duplicación génica es la creación de genes o partes de genes duplicados. Puede ser resultado del cruzamiento desigual durante la meiosis o de la retrotransposición.  CAUSAS DE DAÑO AL DNA El daño al DNA puede ser resultado de fuerzas perturbadoras endógenas o exógenas. Las causas endógenas de las mutaciones incluyen fenómenos espontáneos como las variaciones tautoméricas, despurinación, desaminación y daño oxidativo.  Los factores exógenos, como la radiación y la exposición a xenobióticos, también son mutágenos. Fin de la primera parte