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Metabolismo de Acidos Nucleicos

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Jorge Cuarenta

on 26 May 2014

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Transcript of Metabolismo de Acidos Nucleicos

El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un acido nucleíco formado por una cadena de ribonucleótidos. El ARN celular es lineal y de hebra sencilla y es la molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica
Estructura del ARN

En la actualidad se conocen tres tipos de estructura de doble hélice del ADN: las formas B, A y Z:

La forma B
fue descrita por Watson y Crick. Es una hélice dextrógira con las bases complementarias situadas en planos horizontales, de manera que el eje de la molécula atraviesa dichos planos por su centro. La forma B es la más corriente en el ADN en dispersión.
La forma A
también es dextrógira, pero las bases complementarias se encuentran en planos inclinados y el eje de la molécula atraviesa dichos planos por puntos desplazados del centro. Esta forma aparece cuando se deseca la forma A, y no se ha encontrado en condiciones fisiológicas.
La forma Z
es levógira, y tiene un enrollamiento irregular que provoca una configuración en zigzag, a la que hace referencia su nombre. Esta estructura aparece en regiones del DNA donde se alteran muchas citosinas y guaninas. Se piensa que la forma Z constituye señales para las proteínas reguladoras de la expresión del mensaje genético.
Estructura del ADN y ARN

Poseen la codificación, almacenamiento, transmisión y expresión individual de información genética, es decir del mantenimiento de todos los caracteres y funciones biológicas.
Participan en la síntesis proteínica y correcto ensamblaje de aminoácidos en secuencias definidas.

Funciones de los ácidos nucleicos

Bases nitrogenadas

Pueden ser de dos tipos: púricas y pirimidínicas.

Bases púricas
Derivadas de la purina; son Adenina (A) y Guanina (G)

Bases pirimidínicas
Derivadas de la purina; son Citosina (C), Uracilo (U) y Timina (T)

Características de los ácidos nucleicos

Degradación de los ácidos nucleicos e importancia del salvamento de nucleótido



La estructura terciaria del ARN es el resultado del apilamiento de bases y de los enlaces de hidrógeno entre diferentes partes de la molécula.

Los ARNt son un buen ejemplo; en disolución, están plegados en forma de L¸ compactada y estabilizada por apareamientos de Watson y Crick convencionales (A=U, C=G) y por interacciones de bases entre dos o más nucleótidos, como tripletes de bases; las bases pueden donar átomos de hidrógeno para unirse al esqueleto fosfodiester.

Estructura terciaria

La estructura primaria del ARN es similar a la del ADN, excepto por la sustitución de desoxirribosa por ribosa y de timina por uracilo.

La molécula de ARN está formada, además por una sola cadena y no suelen formar dobles hélices extensas. No obstante, si se pliega como resultado de la presencia de regiones cortas con apareamiento intermolecular de bases, es decir, pares de bases formados por secuencias complementarias más o menos distantes de la misma hebra, es lo que constituiría la estructura secundaria.
Estructura primaria y secundaria

El ADN presenta una estructura terciaria, en la cual la fibra se halla retorcida sobre sí misma, formando una especie de súper hélice. Esta disposición se denomina ADN Súper enrollado, y se debe a la acción de enzimas denominadas Topoisomerasas-II.
Este enrollamiento da estabilidad a la molécula y reduce su longitud. El ADN es una molécula muy larga en algunas especies y, sin embargo, en las células eucariotas se encuentra alojado dentro del minúsculo núcleo.


Estructura terciaria

Se llama estructura secundaria de los ácidos nucleicos, a la asociación que se forman entre zonas de una misma cadena o dos cadenas distintas. Esta asociación depende de la
complementariedad
entre las bases
púricas
y
pirimidicas
.
La complementariedad de las bases está dada por el número y posición de los puentes de Hidrógeno que pueden formar, dos entre Adenina y Timina, y tres entre Guanina y Citocina. Estas dos hebras se sitúan de forma antiparalela, es decir, una orientada en sentido 5’- 3’y la otra de 3’- 5’.
Las dos hebras están enrolladas en torno a un eje imaginario, que gira en contra del sentido de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas hélices se estabilizan mediante puentes de Hidrógeno.
Estructura secundaria

Los ácidos nucleicos se forman cuando el grupos fosfato de un nucleótido se une al OH en la posición 3 del azúcar de otro nucleótido, mediante un enlace éster. Como la unión entre nucleótidos depende de dos enlaces éster con una misma molécula de fosfato, se acostumbra designarlo como enlace “diester de fosfato” ó “fosfodiester”. La cadena resultante recibe el nombre de
polinucleótido
.
La estructura primaria del DNA está formada por desoxinucleótidos de Adenina, Guanina, Citosina y Timina.

Estructura primaria

El acido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN, es un tipo de acido nucleico, una macromolécula que forma parte de todas las células y contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, siendo el responsable de su transmisión hereditaria.
Estructura del ADN

FUNCIONES

Unidad estructural del ADN Y ARN
Fuentes de energía: ATP, GTP
Mensajeros intracelulares: AMPc
Participan en sistema oxi-red: NADH, FADH2
Intervienen en el metabolismo de carbohidratos y lípidos

Nucleótidos

En la cadena del ácido nucleico, cada nucleótido se une a través de enlace fosfodiéster
Enlace entre el carbono 3’ de la pentosa y el carbono 5’ de la siguiente.

Pentosas

Las pentosas que se encuentran en los ácidos nucleicos son dos:

D-ribosa D-2-desoxirribosa

Macromoléculas formadas por polimerización de monómeros llamados nucleótidos, unidos por enlaces éster de fosfato.
Son de peso molecular variable, llegando a los cientos de millones de Daltons.
Moléculas de mayor longitud en seres vivos (hasta 2 m).


Ácidos nucleicos

Estructura Primaria

Nucleótido

Los ácidos nucleicos son el material genético de todos los seres vivos, esta función es compartida por dos tipos de ácidos nucleicos que difieren entre si en pequeños detalles de su estructura, propiedades y composición química y gran parte de su función: el Ácido Ribonucleico (RNA o ARN) y el Ácido Desoxirribonucleico (DNA o ADN).
Nucleósido

Existen dos clase de acidos nucleicos:

Ácido desoxirribonucleico (DNA)
Ácido ribonucleico (RNA)

Tipos de ácidos nucleicos

Nucleótidos

Cada monómero o nucleótido se integra por:
Un azúcar pentosa
Una base nitrogenada
Un grupo fosfato.

A la unión de una pentosa con una base nitrogenada se le llama nucleósido; esta unión se hace con un enlace β-glucosídico.

Bioquímica II

Equipo 7

Jorge Humberto Cuarenta Preciado
Octavio De la Torre Sánchez
Gabriela Garnica Márquez
Marlene Rodríguez Vazquez


Ácidos Nucleicos

Universidad de Guadalajara

Centro Universitario de Ciencias
Exactas e Ingenierías

Licenciatura en Químico Farmacobiologo

Rutas de biosíntesis


Rutas de novo:
La mayoría de los organismos pueden sintetizar nucleótidos de purina y pirimidina a partir de precursores de bajo peso molecular, en cantidades suficientes para satisfacer sus necesidades.


Rutas de salvamento:
de los organismos pueden sintetizar también los nucleótidos a partir de los nucleósidos o las bases de los que disponen por haberlos ingerido con los alimentos o por haberlos obtenido mediante la degradación enzimática de los ácidos nucleicos

Metabolismo de los Nucleótidos
El PRPP: Un metabolito central en las rutas de novo y de salvamento


Una ruta de salvamento alternativa sintetiza los nucleósidos 5´-fosfato directamente a partir de las bases libres. En esta ruta interviene una clase de enzimas denominadas fosforribosiltransferasas y un azúcar fosfato activado, el 5-fosfo-α-D-ribosil-1-pirofosfato (PRPP), que es un intermediario clave en la síntesis de novo de los nucleótidos púricos y pirimidínicos.

Una reacción fosforribosiltransferasa cataliza la transferencia reversible de una base libre a la ribosa del PRPP, produciendo un nucleósido monofosfato y pirofosfato
Biosíntesis de novo de los nucleótidos de purina

Síntesis de purina a partir de PRPP hasta el ácido Inosínico

Reacción 1:

No requiere ATP
Se produce una inversión de la configuración, cuando el nitrógeno amido desplaza al grupo pirofosfato. Este último es un excelente grupo de salida, dando un nucleótido simple (5-fosforribosilamina)
Reacción 2

Se transfiere una molécula de glicina, con la ayuda del ATP, al nitrógeno de la fosforribosilamina
Reaccion 3:

Reacción transformilasa, en la que un grupo formilo se transfiere desde el 10-formiltetrahidrofolato al anillo de purina en formación.
Reacción 4

Catalizada por una amidotranferasa dependiente de ATP
Reacción 5

Es un cierre del anillo dependiente de ATP, que da origen a la porción imidazol del anillo de purina.
Reacción 6

Es una reacción de carboxilación reversible.
Reacción 7

Se transfiere toda la molécula de aspartato al grupo carboxilo del 4-carboxi-5-aminoimidazol ribonucleótido
Reacción 8

Se produce entonces una reacción de eliminación α,β, que da lugar a AICAR
Reacción 9

Es otra reacción transformilasa, con la transferencia de un grupo de un carbono desde el 10-formiltetrahidrofolato
Reacción 10

Por último, una reacción de condensación interna produce el primer compuesto de purina.
El ácido inosínico se convierte en adenosina-5´-monofosfato y en guanosina-5´-monofosfato. La ruta de los nucleósidos de guanina se inicia con una hidroxilación del anillo de purina, dependiente de NAD+, que da lugar al nucleótido xantosina monofosfato (XMP). Se produce a continuación una reacción amidotransferasa dependiente de la glutamina, que da lugar a GMP. La ruta para la producción de AMP comporta la transferencia de nitrógeno desde el aspatato al IMP. En primer lugar se forma un intermediario succinilonucleótido, y a continuación una reacción de eliminación α,β da lugar a AMP y fumarato.

Los nucleótidos son activos en el metabolismo, principalmente en forma de nucleósidos trifosfato. El GMP y el AMP se convierten en sus correspondientes trifosfatos a través de dos reacciones de fosforilación sucesivas. La conversión en los difosfatos comporta la acción de quinasas específicas dependientes de ATP.

Degradación de las purinas
Formación de Ácido Úrico

El catabolismo de las purinas en los primates termina en el ácido úrico, que se excreta. Sin embargo, la mayoría de los animales oxidan en mayor medida el anillo de purina, a alantoína, y luego a ácido alantoico, que se excreta o cataboliza a urea o amoniaco.
Síntesis y degradación

de bases pirimidicas
Síntesis de nucleótidos de pirimidina

La uridina 5´-monofosfato (UMP) es el precursor de otros nucleótidos de pirimidina.
La ruta de la biosíntesis de UMP es más simple que la de purina y consume menos moléculas de ATP.

Los átomos del anillo de la pirimidina provienen del bicarbonato, que aporta el C-2, el grupo amida de la glutamina (N-3) y del aspartato, que aporta los átomos restantes.
El C-2 y el N-3 se incorporan después de formar el intermediario carbamoílo fosfato.

Se requiere el PRPP (fosforribosil 1-pirofosfato) para la biosíntesis de nucleótidos de pirimidina.
Ruta de síntesis de pirimidina
Regulación de la síntesis de pirimidina

La enzima carbamoílo fosfatosintetasa es inhibida alostéricamente por ribonucleótidos de pirimidina, como la UMP.
Se activa por la L-ornitina, precursor de la citrulina, y por nucleótidos de purina.
El PRPP y la IMP activan la enzima y varios nucleótidos de pirimidina la inhiben.

La siguiente enzima de la ruta es la asparto transcarbamoilasa (ATCasa) que cataliza el primer paso comprometido en la biosintesis de pirimidina.
Es inhibida por nucleótidos de pirimidina y activada in vitro por ATP.
La inhibición puede ser casi total cuando hay presentes CTP y UTP al mismo tiempo.

La enzima contiene seis subunidades catalíticas arregladas en dos trímeros y seis subunidades reguladoras formando tres dímeros.

Síntesis de CTP a partir de UMP


En estas dos reacciones se convierten dos moléculas de ATP en dos moléculas de ADP.
3.- la CTP sintetasa cataliza la transferencia de la amida nitrógeno, dependiente de ATP, de la glutamina al C-4 de la UTP, formando CTP.

Catabolismo de la pirimidina

Comienza con la hidrólisis para formar los nucleósidos correspondientes y Pi, catalizada por la 5´-nucleosidasa.

Los enlaces glucosídicos de la uridina y la timidina se rompen por fosforólisis, en reacciones catalizadas por la uridina fosforilasa y la timina fosforilasa, respectivamente.

La descomposición del uracilo y la timina consiste en varios pasos:

1.- El anillo de pirimidina se reduce a 5,6-dihidropirimidina en una reacción catalizada por la dihidrouracilo deshidrogenasa.

2.- Se abre el anillo reducido por escisión hidrolítica del enlace en el N-3 –C-4, en una reaccion catalizada por la dihidropirimidinasa
Bibliografía

Primo Yúfera, E (1995). Química orgánica básica y aplicada: de la molécula a la industria. Barcelona: REVERTE
Archivo pdf: ácidos nucleicos_9, Universidad Politécnica de Valencia, autor: Francisco Javier Gálvez Sánchez, Valencia, 7 de mayo de 2009.
Estructura de los Ácidos Nucleicos pdf: Miguel Ángel Ordorica Vargas & María de la Luz Velázquez Monroy.
Christoper K. Mathews. Bioquímica. 3ª Edición. 2010. Editorial Pearson.
http://adncristal.wordpress.com/
http://www.fodonto.uncu.edu.ar/upload/acidos-nucleicos-ok1.pdf
ARNm ARNt ARNr
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