Metabolismo de los ácidos nucleicos

ADN ARN

Componentes fundamentales: NucleótidosBases nitrogenadas

Nucleósidos

+

Fosfato inorgánico

Nucleótidos

Ribosa

+

Desoxirribosa

Componentes fundamentales: Nucleótidos

Unión fosfodiester

Unión puente H2

Las cadenas son antiparalelas

Conformaciones del ADNA B Z

•Poco común•Giro a la derecha•Ocurre en apareamientos entre ADN y ARN•Inducido por la unión de enzimas

•Más común de los tres•Es la forma que adopta en condiciones fisiológicas

•Poco común•Giro a la izquierda•implicadas en la regulación de la transcripción

Tipos de ADN

Genómico Plasmídico

•Muy extenso, 3.200.000.000pb.

•Contiene la información que se transmite a la descendencia.

•Presente en todos los organismos vivos.

•Se compacta en cromosomas

•Muy pequeño, de 1000 a 250.000pb.

•Sólo contiene información determinada, por ejemplo: resistencia a ATB.

•Presente en procariotas (bacterias) y pocos eucariotas (levaduras).

•No se compacta en cromosomas.

•Es la macromolécula más grande que existe en los sistemas biológicos.

•En una célula eucariota existe aproximadamente 2 metros de ADN.

•Existe un sistema de ordenamiento para todo el material genético.

•Consiste en un empaquetamiento en estructuras denominados CROMOSOMAS.

•El ser humano posee todo el ADN organizado en 23 pares de cromosomas (diploides).

ADN genómico

•No todo el ADN posee información codificada.

•Las secuencias lineales de ADN que codifican polipétidos y ARN se denominan GENES (30/70).

•GENES: secuencia de ADN que codifica la secuencia primaria de un producto final, sea una proteína o un ARN, con función estructural o catalítica.

•Entre GENES existen secuencias no codificantes moderadamente y altamente repetitivas.

•Dentro de las secuencias de los GENES existen secuencias intercaladas no transcritas llamadas INTRONES (28,5%).

•Las secuencias de los GENES que si traducen se llaman EXONES (1,5%).

ADN genómico

Ordenamiento del ADN

Cromatina

Cromosomas en mitosis Cromatina en fase F0

HistonasRicas en AA básicos (arginina y lisina, 40% del total)

NucleosomasUnidades fundamentales de organización de la cromatina

Histonas H1

Nucleosoma

Histona H1

ADN doble hebra

Cromatina (10x)

Fibra de 30 nm (100x)

Fibra de 300 nm

Fibra de 700 nm

Cromosoma

Empaquetamiento del ADN

Metabolismo del ADN

Replicación del ADN

Doble cadena madre

Doble cadena hija

Cadena molde

Cadena en crecimiento

La replicación del ADN es semiconservadora

•¿Se desenrolla totalmente las cadenas de ADN antes de que sea replicado?

•¿Empieza la replicación en sitios al azar o en un único punto?

•¿La replicación de las hebras es en una dirección o en ambas?

La replicación comienza en las horquillas o burbujas de replicación

•Se denominan sitios de origen (Ori) o replicones.

•Sitios ricos en A y T.

•Son únicos para cada burbuja.

La síntesis del ADN transcurre en dirección 5’ → 3’ y es semidiscontinua

5’3’3’

3’

3’

5’

5’5’

¿Cómo se pueden sintetizar ambas cadenas simultáneamente si dicho proceso se efectúa en dirección 5’ → 3’?

Sentido de apertura de la horquilla

Cadena conductora

Cadena retrasada

Cadena conductora y cadena retrasada

El ADN es sintetizado por ADN polimerasas

•Requieren de un molde.

•Requieren de un cebador (ARN) que aporta un extremo 3’.

•Son incapaces de sintetizar ADN nueva (sólo las ARN polimerasas).

•Utilizan la energía de hidrólisis de los nucleósidos trifosfato para la síntesis.

•Tienen un alto grado de fidelidad.

•Poseen actividad exonucleasa 3’ → 5’ para eliminar nucleótidos mal apareados (corrección de pruebas).

ADN polimerasas

•ADN polimerasa: cataliza la unión de nucleótidos a hebras molde (α, β, γ, δ, ε en eucariotas o I, II y III en procariotas)

•Helicasa: separa ambas hebras

•Topoisomerasas: disminuye la tensión topológica de torsión del ADN

•Prot. fijadoras de ADN (RPA o SSBP): estabilizan las hebras separadas

•Primasa: sintetiza cebadores de ARN

•ADN ligasa: une las mellas que quedan del reemplazo de los cebadores

Enzimas que intervienen en el proceso de replicación

La replicación del ADN implica la actuación de un grupo de enzimas: REPLISOMA

La replicación implica fases

Inicio: implica sectores específicos del ADN, denominados Ori,ricos en A y T donde actúan ciertas proteínas que desestabilizan su estructura.

Elongación: formación del complejo multienzimático replisoma y comienzo de la síntesis de las cadenas continua y fragmentos de Okazaki. Esta última cuenta con un sistema multenzimático llamado primosoma.

Terminación: desensamblaje de los sistemas multienzimáticos al interactuar con secuencias Ter.

Reparación del ADN

Reparación de apareamientos incorrectos: metilación de cadena molde y revisación de prot. Mut H, S y L.

Reparación por corte de bases: ADN glucosilasas identifican daños específicos en nucleótidos (desaminación de citosina y adenina).

Reparación por corte de nucleótido: enzimas específicas reconocen aberraciones (dimerización de pirimidina) y eliminan trozos de cadenas por corte.

Reparación directa: no implican eliminación de fragmentos, sólo la reparación del nucleótido (dimerizaciones, metilación de guanina).

Mutación:

Es un cambio permanente en la secuencia de bases del ADN.

Metabolismo de los ARN

Transcripción

El ARN es el producto de la transcripción del ADN

• Transportador de la información copiada del ADN.

• Capacidad catalizadora.

• Es sintetizado por ARN polimerasas y dirigido por el ADN.

• La síntesis de ARN se inicia en secuencias de la hebra molde llamadas promotores.

• La hebra de ADN que da origen al ARN se llama hebra molde y la otra se llama hebra codificante.

Características del ARN

Hebra molde y codificante

• Existen varios tipos:

- Implicados en la síntesis de proteínas: ARNm, ARNr, ARNt.

- Reguladores: iARN, miARN, siARN, piARN, ARN antisentido, ncARN y Riboswitch.

- Con actividad catalítica: Ribozimas, Espleciosoma, ARN pequeño nucleolar.

Clasificación del ARN

ARN polimerasa

ARNpol.

Procariotas

Eucariotas

β

σ

α

ω

α

β’

Polimerasa I

Polimerasa II

Polimerasa III

σα

β’

α

ARN polimerasa

β

ω

Promotor del ADN

• Son secuencias del ADN encargadas de dirigir la transcripción.

• Se encuentran ubicados entre -35 y -10.

• Su número varía entre 2 a 3 generalmente (2 en procariotas y 3 en eucariotas).

• Se los designa con un número negativo que corresponde al número de bases ubicados antes del gen estructural (no existe el 0).

• Los mas conocidos son la caja TATA, TTGACA, GC y CCAAT.

Promotor eucariótico

El inicio de la transcripción esta regulado

Transcripción: síntesis de ARNm

Elongación y terminación de la transcripción

• El ARNm se sintetiza con ayuda de proteínas que se unen a la ARN polimerasa llamados Factores Elongadores.

• La elongación del ARNm continúa hasta la aparición de una secuencia de finalización.

• La secuencia de finalización suelen ser polinucleótidos de A.

• En el ARNm la hebra de poliA se traduce como poliU, señal de desacople del complejo ARNpol.

ARNm y las modificaciones postranscripcionales

Transcrito primario

maduro

7-metilguanosina

• Los lntrones son cortadospor las ribonucleoproteínas ARNsn U1, U2, U4/U6, U5.

• Luego los Exones se unen por un proceso de empalmado(splicing).

ARNm y las modificaciones postranscripcionales

Síntesis de ARNr

45 S

18 S 5.8 S 28 S

• Los ribosomas están formados por 2 subunidades: mayor y menor.

•Compuestos de ARNr y proteínas.

• El ARNr se trascribe en la Región Organizadora del Nucleolo, por la ARN polimerasa I.• El ARNr recién transcrito tiene una sedimentación de 45S.

El ARN 45 S es procesado posteriormente

Son condensados con el 5S transcrito de genes no nucleolares (ARN polimerasa III) y originan la subunidad 60 S

5.8 S 28 S

5. S

60 S

Proteinas

18 S

40 S

El ARN 18S es condensado con proteínas y originan la subunidad 40 S

Maduración del ARNr

Ribosoma

• Sintetizado por la ARN polimerasa III.• Es la clave para descifrar las palabras del código del ARNm.• Necesario para la síntesis de proteínas durante la traducción.• Sus promotores se encuentran dentro de la secuencia transcrita.• Estructura similar en todos los RNAtexcepto por la región del anticodon.• 70-80 nucleótidos y existe complementariedad de bases en diferentes regiones.

Síntesis de ARNt

•Corte de un intrón en el extremo 5‘, por una ribozimaARNasa P

•Corte en el extremo 3‘ poruna ARNasa convencional y agrega la terminación CCA.

•Modificación química de sus bases por bases no convencionales (inosina, metilguanosina dihidrouridina, ribotimidina pseudouridina).

Maduración ARNt

•La unión del AA al ARNt catalizado por ARNt-sintetasa.

•Deben ser específicas para reconocer al AA y a su ARNt (anticodon).

Formación del aminoacil-ARNt

Código Genético

•Está constituido por una secuencia de 3 nucleótidos en el ARNm llamados codones.

•Existen 64 combinaciones posibles con cada uno de los 4 nucleótidos.

•Cada codón es específicopara un aminoácido.

•Cada aminoácido puede poseer varios codones que lo codifican.

•Las combinaciones pueden ser:

AUA AGA AAA ACAAUU AGU AAU ACUAUG AGG AAG ACGAUC AGC AAC ACC

FenilalaninaFenilalanina

LeucinaLeucinaLeucinaLeucinaLeucinaLeucina

SerinaSerinaSerinaSerinaProlinaProlinaProlinaProlina

TirosinaTirosina

ParoParo

HistidinaHistidinaGlutaninaGlutanina

Paro

CisteinaCisteina

TriptofanoArgininaArgininaArgininaArginina

IsoleucinaIsoleucinaIsoleucina

Metionina (inicio)

TreoninaTreoninaTreoninaTreonina

AsparaginaAsparagina

LisinaLisina

SerinaSerina

ArgininaArginina

ValinaValinaValinaValina

AlaninaAlaninaAlaninaAlanina

Acido aspartico

Acido aspartico

Acido glutamico

Acido glutamico

GlicinaGlicinaGlicinaGlicina

U

C

A

G

U C A GUCAGUCAGUCAGUCAG

CodónUGC

CodónCAC

CodónGGA

ACG

cis

GUG

His

CCU

Gli

RNAt1ª letra

2ª letra

3ª letra

Código Genético

Traducción del ARNm

• Síntesis de proteínas mediada por un molde de ARNm

• Dirección de lectura del ARNm: 5´- 3´• Dirección de Síntesis del péptido: H3N- terminal a HOOC- terminal

• Localización: citosol

• Soporte catalítico: Ribosomas

• Intérprete: ARNt

Traducción

• ARNm maduro dictamina el orden de ensamble de aa.

• Formado solo por exones, protegido por los casquetes 7-metil-guanosina, y la cola Poli-A.

• Debe ser reconocido por los factores de iniciación que lo dirigen a la subunidad 40s del ribosoma

Traducción

• Subunidad pequeña debe ser reconocida por factores de iniciación.

• El complejo formado se ensambla en el extremo 5´del ARNm.

Traducción

N-formilMet-ARNt

Traducción

Traducción

Traducción

• Son cambios que se producen en las proteínas recién sintetizadas.

• Se han descrito más de 10 modificaciones.

• Algunos ejemplos son los plegamientos, adición de grupos glucosídicos, fosforilaciones, ubiquitinación, metilaciones, hidroxilaciones, etc.

Modificaciones postraduccionales

Antibióticos

Metabolismo de los nucleótidos

inosina-5'-monofosfato

Biosíntesis de Purinas

Biosíntesis de Purinas

Degradación de Purinas

Biosíntesis de Pirimidinas

Biosíntesis de Pirimidinas

Biosíntesis de Pirimidinas

Biosíntesis de Pirimidinas

BIBLIOGRAFÍA

• Fundamentos de Bioquímica. Voet, Voet, Pratt. 2da edición. Ed. Panamericana.

• Biología Molecular de la Célula. Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter. 4ta edición.

• Química Biológica. A. Blanco. 7ma edición. Editorial El Ateneo.• Principios de Bioquímica. A. Lehninger. Nelson, Cox. 4ta edición.• The Medical Biochemistry Page (themedicalbiochemistrypage.org).

Cultivo celular y odontología

Conjunto de técnicas que permiten el mantenimiento de las células 'in vitro', manteniendo al máximo sus propiedades fisiológicas, bioquímicas y genéticas

Cultivo celular

• La mayoría de los tejidos animales y vegetales están compuestos de diversos tipos de células, mientras que pueden ser cultivadas células de un único tipo específico con propiedades homogéneas.

• En el cultivo se controla mejor el medio ambiente donde crecen las células que en un organismo intacto.

• En muchos casos una única célula puede ser cultivada más rápidamente hasta formar una colonia de muchas células idénticas, un proceso que se conoce actualmente como clonación

Ventajas

Cultivo celular

• Todas las células cultivadas no crecen en un ambiente natural, sino en un medio artificial que simula condiciones de pH, osmolaridad y nutrientes necesarios para el desarrollo lo más normal posible.

• Las células no están sometidas a una regulación endógena, como ocurre en las células de un organismo entero.

Desventajas

Cultivo celular

• Cultivo primario• Línea primaria• Línea celular continua

Tipos

Cultivo celular

Aplicaciones

Cultivo celular

• Investigación de la actividad intracelular.• Investigar el flujo o movimiento intracelular.• Ver ambiente e interacciones.

Flujointracelular

Actividadintracelular

Ambientee interacciones

Tipos celulares con utilidades clínicas

Cultivo celular

Células de utilidad clínica

Células hematopoyéticas

Queratinocitos

Precursores cerebrales

Células madre o progenitoras

Células productoras de insulina

Hepatocitos

Tipos celulares con utilidades clínicas en odontología

Cultivo celular

El ligamento periodontal posee: Osteoblastos

Condroblastos

Cementoblastos

Odontoblastos

Cel. mesenquimales(CM)

Características del cultivo de CM:

Cultivo celular

• Las CM son las únicas que se mantienen a lo largo de un cultivo.

• Las descendientes de progenitoras siguen madurando y cumplen un ciclo de vida determinado y luego mueren.

• El crecimiento de las CM luego de su extracción del ligamento periodontal es muy lento.

• Se requiere de un entrenamiento y manejo de buenas prácticas de laboratorio.

Características del cultivo de CM:

Cultivo celular