UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE MEDICINA “DR. AURELIO MELEAN PROGRAMA DE LICENCIATURA EN NUTRICIÓN Y DIETÉTICA ESTUDIANTES: Bascopé Hinojosa Shirley Luna Vargas Jhoseline Jael Quispe Costana Maria Elena Rodriguez Catari Raily Sánchez Segovia Maria Angélica ASIGNATURA: Bioquímica DOCENTE: Dra. Miriam Rosario Arnez Camacho Cochabamba- Bolivia Noviembre 2013 1. PROPIEDADES QUÍMICAS Denominadas así, porque se descubrieron por primera vez en el núcleo de las células eucariotas. Son compuestos orgánicos, formados por Carbono, Hidrogeno, Oxigeno, Nitrógeno y Fosforo, carecen de Azufre. Son sustancias químicas de carácter ácido. Constituyen el depósito de información de todas las secuencias de aminoácidos de todas las proteínas de la célula. La información contenida en los ácidos nucleícos es transcrita y luego traducida a las proteínas. Las proteínas son las moléculas que finalmente ejecutaran las “instrucciones” codificadas en los ácidos nucleícos. 1.1. FORMACIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Se forman por la polimerización en cadenas lineales de gran número de unidades estructurales llamadas nucleótidos, unidos a través de enlaces fosfodiester. Formadas por cadenas de monómeros (mono nucleótidos o nucleótidos). Un nucleótido mide 3,3 Å (0,33 nm) de largo. NUCLEOTIDO NUCLEOSIDO BASE NITROGENADA BASE NITROGENADA AZUCAR PENTOSA GRUPO FOSFATO AZUCAR PENTOSA 1.1.1. BASES NITROGENADAS Son las que contienen la información genética. De manera que, son componentes esenciales de los ácidos nucleícos. Se clasifican en bases puricas y pirimidicas (Tabla 1). BASES PÚRICAS O PURINAS BASES PIRIMIDICAS Ó PIRIMIDINAS Adenina (A) Guanina (G) Citosina (C) Timina (T) Uracilo (U) Adenina 6amino purina 2-amino 6oxo purina 2-oxo 4amino pirimidina 2,4 dioxo -5-metil pirimidina 2,4 dioxo pirimidina Tabla 1. En esta tabla se observa la clasificación, tipos y estructuras químicas de las bases nitrogenadas: Purinas como la A y G, Pirimidinas como la C, T y U. Además se indican los nombres sistémicos de cada uno. ADN ARN A=T C≡G A=U C≡G 1.1.2. AZÚCAR DE UN NUCLEÓTIDO El azúcar es una pentosa de 5 átomos: la ribosa (Fig. 1) y la desoxirribosa (Fig. 2). La 2-desoxirribosa contiene un átomo menos de oxigeno que la D-ribosa. Figura 1. Estructura del Azúcar pentosa (D-Ribosa) del ARN. Figura 2. Estructura del Azúcar del ADN (2-desoxirribosa). 1.1.3. GRUPO FOSFATO (PO43-) Actúan como transportador fundamental de energía química. Sirve para retener y distribuir la energía producida en la respiración. (fig. 3). Figura.3. Estructura del grupo fosfato Figura 4. Estructura del Nucleósido. El Figura 5. Estructura de un nucleosido no contiene grupo fosfato como trifosfato. se observa en la figura. TIPOS DE NUCLEOTIDOS Base Nitrogenada Nucleósido Nucleótido Adenina Adenosina Ácido Adenílico Guanina Guanidina Ácido Guanílico Citosina Citidina Ácido Citidílico Timina Timidina Ácido Timidílico Uracilo Uridina Ácido Uridílico 2. CLASIFICACION Según su composición química los ácidos nucleícos se clasifican en: Acido desoxirribonucleico ó ADN (Fig. 6), que se encuentran residiendo en el núcleo celular y algunos organelos. Acido ribonucleico ó ARN (Fig. 7), que actúan en el citoplasma. Figura 6. Estructura del ADN Figura 7. Estructura del ARN 2.1. ESTRUCTURAS DEL ADN 2.1.1 ESTRUCTURA PRIMARIA Una cadena de desoxirribonucleótido (monocatenario) es decir, está formada por un solo polinucleótido, sin cadena complementaria (Fig 8.). No es funcional, excepto en algunos virus. Fig. 8 Figura 8. Formación de la cadena polipeptidica del ADN, que no difiere de la formación de la cadena polipeptidica del ARN. 2.1.2. ESTRUCTURA SECUNDARIA Está formada por una doble hélice, estructura bicatenaria, dos cadenas de nucleótidos complementarias, anti paralelas, unidas entre sí por las bases nitrogenadas por medio de puentes de hidrogeno. Está enrollada helicoidalmente en torno a un eje imaginario. Existen tres tipos como se describen en la tabla 3. Doble hélice A, con giro dextrógiro, pero las vueltas se encuentran en un plano inclinado (ADN no codificante) Doble hélice B, con giro dextrógiro, vueltas perpendiculares (ADN funcional). Doble hélice Z, con giro levógiro, vueltas perpendiculares (no funcional); se encuentra presente en los parvovirus. Tabla 3. En esta tabla se observan las diferencias entre los tres tipos de estructuras secundarias del ADN. 2.1.3. MODELOS MOLECULARES DE LA ESTRUCTURA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS Puede observarse en cada figura la representación de doble hélice en espiral para el caso del ADN, el ARN una sola hebra, en comparación a la estructura de una proteína. Figura 9. Modelo de una molécula de ADN, ARN y de una molécula de proteína Figura 10. Modelo de doble hélice del ADN FIGURA 9. modelo de una molécula del ADN, ARN y de una molécula de proteína. FIGURA 10. Modelo de doble hélice del ADN En el modelo de Watson y Crick, cada nucleótido consiste en un azúcar desoxirribosa, un grupo fosfato y una base púrica o pirimídica. Nótese la secuencia repetida azúcar-fosfato-azúcar-fosfato que forma el esqueleto de la molécula. Cada grupo fosfato está unido al carbono 5' de una subunidad de azúcar y al carbono 3' de la subunidad de azúcar del nucleótido contiguo. Así, la cadena de DNA tiene un extremo 5' y un extremo 3' determinados por estos carbonos 5' y 3'. La secuencia de bases varía de una molécula de DNA a otra. Las cadenas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno (representados aquí por guiones) entre las bases. FIGURA 11. un giro completo de la cadena ADN mide 34 angstrom y tiene 10 nucleótidos. El diámetro de la doble cadena es de 20 angstrom Figura 12. estructura química del ADN, de Watson y Crick. FIGURA 13. Estructura de la doble cadena de ADN y la función molde de la antigua cadena, sobre la cual una cadena complementaria se sintetiza. Figura 14. La replicación de ADN es semiconserva dora. Durante una ronda de replicación, cada una de las dos cadenas del ADN se utiliza como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. La complementariedad del modelo del ADN de doble cadena de Watson y Crick sugiere que la replicación de la molécula de ADN, ocurre en una forma semiconserva dora. De esta manera, cuando cada una de las cadenas de la molécula madre de ADN de doble cadena se separa de su complemento durante la replicación, cada una sirve como un molde en el cual se sintetiza una nueva cadena complementaria, (fig. 13). Las dos moléculas hijas de ADN recién formadas, cada una de las cuales son complementarias mas que idénticas de la molécula madre de doble cadena se distribuyen entre las 2 células hijas (fig.14) cada célula contiene molécula de ADN con información idénticas a la que posee la madre; así en cada hija solo se ha semiconserva do la molécula de ADN de la célula madre. INTERACCIONES NO COVALENTES Energía de los movimientos térmicos a temperatura ambiente. Desestabiliza la estructura tridimensional mediante aumento de temperatura. FIGURA 15. conformación de las cadenas dexosirribonucloticos (ADN) y ribo nucleótido (ARN). La secuencias del ribonuclelotido se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido:UGUA Defiere de la estructura del ADN en la cadena pilipeptidica, en su tamaño, su composición y la secuencia de bases como se describió inicialmente. La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido. ACGU. Al igual que en el caso del ADN, las moléculas de ARN están constituidas por cadenas de ribo nucleótidos unidas entre si por medio de enlaces fosfodiester y se localizan en el citoplasma celular. Hay algunas diferencias estructurales entre ADN y ARN: la pentosa del ARN es la ribosa; en la molécula del ARN no existe la timina, que es sustituida por el uracilo. las cadenas de ARN son mucho mas cortas ya que son copias de determinadas zona de una cadena de ADN (gen). las moléculas de ARN están constituidas por una sola cadena, no por dos como el ADN. EL ADN posee la misma estructura en todas las células del organismo mientras que el ARN, de acuerdo con las diferentes misiones que puede cumplir, puede presentar 3 estructuras diferentes (ARNm,ARNt, ARNr, fig (17). 2.3.2.TIPOS DE ARN ARN mensajero.- tiene forma lineal. ARN de transferencia.tiene forma cruciforme o de trébol. ARN ribosomal.- forma la parte estructural de los ribosomas. ARN MENSAJERO ARN DE TRANSFERENCIA ARN RIBOSOMICO COMPONENTES Ac. Orto fosfórico Ribosa A-U-C-G Ac. Orto fosfórico Ribosa A-U-C-G Ac. Orto fosfórico Ribosa A-U-C-G FUNCIONES Lleva el mensaje genético a los ribosomas. Transporta Traducción del aminoácidos hacia mensaje une los ribosomas codón con anticodón. LOCALIZACION citoplasma citoplasma citoplasma SINTESIS Núcleo Núcleo Núcleo 2.4.ACIDOS NUCLEICOS ARTIFICIALES 2.4.1.ACIDO NUCLEICO PEPTIDICO. El fosfato se cambia por glicina con enlace peptídico . 2.4.2.MORFOLINO. En el que se sustituye el azúcar por un anillo de morfolina. 2.4.3. ACIDO NUCLEICO GLICOLICO. En el que se sustituye la ribosa por glicerol. 2.4.4. ACIDO NUCLEICO TREOSICO. En el que se sustituye el azúcar por una treosa. GLICINA GLICEROL MORFOLINO TREOSA 3.FUNCIONES DE LOS ACIDOS NUCLEICOS FUNCIONES DE LOS ACIDOS NUCLEICOS Principal función almacenar la información genética. Trasmitir la información genética. Fuente de energía. Duplicación del ADN. Regulación del metabolismo. FUNCIONES DEL ADN Y ARN FUNCIONES DEL ADN Tiene toda la información de los caracteres hereditarios del organismo. FUNCIONES DEL ARN Principalmente fabricar las proteínas. 4.CUADRO RESUMEN COMPONENTES APAREAMIENTO DE NITROGENADAS PURINA – PIRIMIDINA ADN BASES Apareamiento con dos puentes de hidrógeno ARN TIPO DE AZÚCAR A =T Apareamiento con tres puentes de hidrógeno C≡G 2-Desoxirribosa Apareamiento con dos puentes de hidrógeno A=U Apareamiento con tres puentes de hidrógeno C≡G D-Ribosa ENLACES Fosfodiéster Fosfodiéster POLINUCLEOTIDO Polidesoxiribonucleótido Poliribonucleótido Doble hélice (dinámica) que, confiere una mayor protección a la información contenida en el. Estructura bicatenaria La estructura del ADN es la misma en todas la células del organismo MASA MOLECULAR ADN mitocondrial ADN recombinante ADN superenrrollado ADN fosil Mayor Una hebra ó una sola cadena (dinámica) Estructura monocateriana Puede presentarse en diferentes formas La cadena es mucho mas corta que la del ADN, ya que son copias de determinadas zonas de una cadena del ADN (GEN) ARNm, de forma lineal ARNt, forma plegada cruciforme ARNr, igual que el ARNt ARNn (nucleoral) Menor LOCALIZACION Núcleo, específicamente en los cromosomas Pequeña cantidad en la mitocondria y cloropastos Núcleo (nucléolos) (ribosomas). MODELO/ESTRUCTURA TIPOS FUNCIONES PRINCIPALES y en el citoplasma Almacenar, conservar y transmitir la información Articular procesos de expresión de la información genética de células padres a hijos “interviene en la genética del ADN en la síntesis de proteínas y es transmisión de los caracteres hereditarios” el responsable del metabolismo celular Tabla 4. En esta tabla se observa las características, diferencias en la estructura, composición y función del ADN y ARN. 5.FUENTES DE ACIDOS NUCLEICOS 5. FUENTES DE ÁCIDOS NUCLEICOS Pescado El pescado es una gran fuente de proteínas saludables que actúan como bloques de construcción para las proteínas humanas en sus propias células y tejidos humanos. Entre ellos el salmón sardina, y el atún. Frutas Cada célula dentro de la fruta, incluyendo la piel, la carne dulce y las semillas, contienen células ricas en ácidos nucleicos. GRANOS Y LEGUMBRES Además de su contenido de ácido nucleicos, estos alimentos son una fuente de proteínas, ayudando a que llegue a su ingesta diaria recomendada de proteínas sin tener que ingerir proteínas animales grasos CARNES Las carnes rojas son las mejores, y por lo general tiene un ácido nucleicos contenido en porcentaje de 0.05 Verduras Muchas verduras son buenas fuentes de ácidos nucleicos. Estos incluyen la col china, brócoli, coliflor, frijoles y soja. Los espárragos, espinacas, las cebollas. 6.REQUERIMIENTOS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Las purinas y las pirimidinas innecesarias en la dieta Los son ácidos nucleicos contenidos en la dieta representan una fracción pequeña del nitrógeno total ingerido (entre 300 y 500 mg/día de bases púricas y, aproximadamente, la misma cantidad de bases pirimidínicas). 7.METABOLISMO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS 7.METABOLISMO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS En la biosíntesis de nucleótidos de purina y pirimidinas se utiliza la ribosa-5-fosfato preformada por la vía de la pentosa fosfato. 7.1. BIOSÍNTESIS DE PURINAS En el sistema de anillo en crecimiento se enlaza con la ribosa fosfato mientras se está formando la cadena de carbono de la purina, primero se forma la de anillo de cinco miembros y después el de seis y al final se produce inosina-5-monosfosfato La conversión de IMP a AMP tiene lugar en dos etapas . La primera es la reacción del aspartato con IMP para formar adenil succinato. La conversión de IMP a GMP también tiene lugar en dos etapas. El primero de los dos pasos es una oxidación, donde el grupo C-H en posición C-2 se convierte en un grupo cetonico. El nucleótidos monofosfatos, disfosfatos y trifosfatos de purina constituyen inhibidores de retroalimentación en las primeras etapas, de su propia biosíntesis. 7.1.1. CATABOLISMO DE PURINAS El catabolismo de los nucleótidos de purina procede por hidrolisis al nucleosido y subsecuentemente a la base libre, que se degrada aun más. La hipoxantina puede oxidarse a xantina, de modo que esta base constituye un producto común de degradación, tanto de la adenina como la guanina. La xantina se oxida a su vez a acido úrico CATABOLISMO DE LAS PURINAS 7.2. BIOSINTESIS DE LAS PIRIMIDINAS 7.2.1. ANABOLISMO DE LOS NUCLEÓTIDOS DE PIRIMIDINAS Los compuestos que participan en reacciones hasta este punto de la vía pueden desempeñar otros papeles en el metabolismo, pero después de este punto, el N-carbomoil aspartato se emplea únicamente para producir pirimidinas; de ahí el término "Paso comprometido". Esta reacción es catalizada por la aspartato transcarbamoilasa. El dihidroorotato es transformando a orotato por la dihidrooratato deshidrogenasa, con la conversión concomitante de NAD+ a NADH. Dos reacciones sucesivas de fosforilación convierten UMP a UTP, la conversión de uracilo a citosina tiene lugar en la forma de trifosfato, catalizada por la CTP sintetasa. 7.2.2.CATABOLISMO DE LAS PIRIMIDINAS. Los nucleótidos de pirimidina se descomponen primero al nucleosido y después a la base, igual que los nucleótidos de purina. El anillo se abre para producir N-carbamoil propionato, que a su vez se descompone en NH4, C02 y ß-alanina. 8. LOS EXCESOS O DEFICIENCIAS: ¿QUÉ ALTERACIONES ORIGINA? • LA GOTA ES UN TRASTORNO METABÓLICO DEL CATABOLISMO DE LAS PURINAS La afinidad incrementada por la ribosa 5-fosfato, o resistencia a inhibición por retroacción da por resultado producción y excreción excesivas de catabolitos de purina. Cuando las cifras séricas de urato exceden el límite de solubilidad, el urato de sodio se cristaliza en los tejidos blandos y las articulaciones, y origina una reacción inflamatoria: la artritis gotosa. Figura 25. Como se manifiesta la gota y que alimentos son buenos para evitar la gota. 8.1.1. OTROS TRASTORNOS DEL CATABOLISMO DE LAS PURINAS LAS HIPERURICEMIAS Se excretan cantidades normales o excesivas de uratos totales. Algunas hiperuricemias reflejan defectos enzimáticos específicos. Otras son consecutivas a enfermedades como cáncer que aumenta el recambio de tejido. ENFERMEDAD DE VON GIERKE La producción excesiva de purina y la hiperuricemia en la enfermedad de von Gierke (deficiencia de glucosa-6-fosfatasa) son una consecuencia de generación aumentada del precursor de PRPP ribosa 5-fosfato. Una acidosis láctica relacionada incrementa el umbral renal para urato, lo que aumenta los uratos corporales totales. DEFICIENCIA DE ADENOSINA DESAMINASA Y DE NUCLEÓSIDO PURINA FOSFORILASA La deficiencia de adenosina desaminasa se relaciona con una enfermedad por inmunodeficiencia en la cual los linfocitos derivados tanto del timo (células T) como de la medula osea (células B) son escasos y disfuncionales. Los afectados sufren inmunodeficiencia grave. 8.2. LA PRODUCCIÓN EXCESIVA DE CATABOLITOS DE PIRIMIDINA SÓLO RARA VEZ SE RELACIONA CON ANORMALIDADES IMPORTANTES EN CLÍNICA • ACIDURIAS ORÓTICAS Consecuencia de la incapacidad de mitocondrias dañadas de manera grave para usar carbamoil fosfato, que entonces queda disponible para la producción citosólica excesiva de acido oratico. La aciduria orótica tipoI refleja una deficiencia tanto deorotato fosforribosiltransferasa como de orotidilato descarboxilasa, la aciduria orótica tipoII, más rara se debe a una deficiencia solo de orotidilato descarboxilasa. TRANSTORNOS PRODUCIDOS POR EL EXCESO O FALTA DE UNO O MÁS CROMOSOMAS. Los ácidos nucleicos se encuentran en los genes y estos contienen cromosomas (Fig. 26), las alteraciones que se originan son a causa del exceso o la falta de uno o más cromosomas están en la Tabla 6. ANOMALÍAS NUMÉRICAS Nomenclatura cromosómica 41,+21 disyunción del par 21: (trisomía del par 21) Formula cromosómica Síndrome clínico Frecuencia estimada al nacer 2n+1 Down 1/700 2n+1 Patau 1/5000 47,+13 2n+1 Edwards 1/4000 a 1/8000 45, X 44 autosomas +X=45 cromosomas 2n-1 Turner 1/500 47, XXY. 48, XXXY. 48, XXYY. 49, XXXXY 50, XXXXXY 2n+1, 2n+2, 2n+2 2n+3 2n+4 Klinefelter 1/500 47, XXX 2n+1 Triple X 1/700 47,+18 Principales características fenotípicas Estatura baja, cara redonda y llena, lengua grande y con estrías, parpados gruesos, retraso mental. Manos pequeñas y anchas con pliegue palmar de tipo simio, hiperflexibilidad de las articulaciones Deficiencia mental y sordera, ataques musculares menores, labio y/o paladar hendido, polidactilia, anomalías cardiacas, prominencia de la parte posterior del talón. Deformación congénita múltiple, en muchos órganos, orejas deformes y bajas; barbilla atrofiada, boca y nariz pequeñas, con apariencia general de “duendecillo”; deficiencia mental; riñón doble; esternón corto. 90% de los afectados perecen durante los seis meses de vida. Sexo femenino, desarrollo sexual retardado, generalmente estéril, baja estatura, pliegues de la piel en la región del cuello, anormalidades cardiovasculares, deficiencias en el oído. Sexo masculino, subfertilidad y testículos pequeños, voz con tonalidad femenina, deficiencia mental, miembros alargados, rodillas gruesas, discurso incoherente, frecuente muerte a temprana edad. Sexo femenino con órganos genitales atrofiados y fertilidad limitada. Retraso mental frecuente. Tabla 6. En esta tabla se observa las alteraciones cromosómicas por exceso o ausencia de uno o más cromosomas, también se menciona el nombre clínico de la alteración, la frecuencia estimada al nacer y los síntomas. ¿CÓMO SE PUEDE IDENTIFICAR A LOS ÁCIDOS NUCLEICOS EN LABORATORIO? 9. A través de un procedimiento sencillo se aislará el ADN de las frutas MATERIALES Frutas (fresa, kiwi, tomate, guineo o mangó) o cebollas Filtro de café o gasa de cocinar (Cheesecloth) Tubo de ensayo Embudo cónico Varilla de vidrio o palito de madera Vaso pequeño (beaker) o matraz Licuadora Alcohol 70% (frío, en hielo) Solución lítica * ¡N O T A S I M P O R T A N T E S! Las frutas pueden ser frescas o congeladas. Si son congeladas, se deben descongelar antes del laboratorio. Se puede utilizar cualquier fruta, pero las fresas usualmente producen una mayor cantidad de ADN. P R O C E D I M I E N T O: • Prepare de antemano la solución lítica: Solución lítica: Mezcle líquido de fregar (o champú sin acondicionador) con agua en una razón de 1:9 A cada 100 ml de solución preparada añada 1 gr de NaCl. 1. Seleccione una fruta y corte en pedazos hasta tener el equivalente a media taza. 2. Ponga los pedazos en la licuadora y añada 10 ml de la solución lítica. 3. Macere en la licuadora hasta que se forma un puré. 4. Coloque el embudo cónico con el filtro de café o gasa sobre el vaso o matraz y filtre el líquido. 5. Transfiera el líquido filtrado a un tubo de ensayo hasta llegar a aproximadamente 5 cm del fondo del tubo. 6. Coloque el tubo de ensayo en hielo por 5 minutos. 7. Mezcle por inversión dos a tres veces. 8. Eche 5 ml del alcohol frío al tubo y agite suavemente con movimientos circulares. En la capa superior, el alcohol 9. Dentro de poco tiempo, se observarán tres capas: En el medio, los 10. Remueva el ADN con la varilla de vidrio y descríbalo (color, textura, apariencia) hilos de ADN. En el fondo, el extracto de fruta. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Tortora-Derrickson; Principios de Anatomía y Fisiología; 11a edición. Editorial Medica Panamericana, 2006 España, pág. 54 Química 4 secundaria. Víctor Hugo Cortez Aranda. Editorial Don Bosco. La Paz- Bolivia. Biología 3. Sonia Camacho y Carmen Cuellar. Editorial La Hoguera. Rolando Álvarez – Química Orgánica Básica tomo 4. CochabambaBolivia es.wikipedia.org/wiki/Ácido_nucléico Ángel Gil Hernández Fermín Sánchez de Medina Contreras; Capítulo 1.2. Funciones y metabolismo de los nutrientes BIOQUÍMICA-1º de Medicina. Departamento de Biología Molecular; M. Dolores Delgado. TEMA 15. Introducción al metabolismo y bioenergética. Josefina Bálsamo. Biología 4 secundaria. Editorial El Pauro. Pág. 114 http://lopezalexia18.blogspot.com/2013/05/metabolismo-deacidos-nucleicos.html http://academic.uprm.edu/~jvelezg/labmoleculas.pdf Bioquímica de Harper. 28ªedición.