Download tema 9 bioquimica

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA
SEDE – CAMOAPA
ASIGNATURA: BIOQUÍMICA
MATERIAL DE APOYO
Elaborado por: Msc. Javier Antonio Carranza Rocha
Camoapa, 03 de Mayo 2016.
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V UNIDAD.
Nombre de la Unidad: Ácidos Nucleicos.
Objetivo de la Unidad: Estudiar conceptos, estructuras, clasificación, tipos y composición de los ácidos nucleicos,
tipos de ARN, se hará énfasis en la importancia de los trabajos de ingeniería genética.
Contenido a Desarrollar:

Metabolismo de los Ácidos Nucleicos.
En la biosíntesis de nucleótidos de purina y primidinas se utiliza la ribosa-5-fosfato preformada por la vía de la
pentosa fosfato. En la síntesis del nucleótido de purina, 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. Conversión IMP a AMP y
GMP. El IMP es precursor de AMP y de GMP. La conversión de IMP a AMP tiene lugar en dos etapas. La
primera es la reacción del aspartato con IMP para formar adenilsuccinato.
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. 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 urico.
Anabolismo de los nucleótidos de pirimidina. El plan general de los nucleótidos de pirimidinas defiere de los
nucleótidos de purina porque el anillo de pirimidina se ensambla antes de que se una a la ribosa-5- fosfato.
Los átomos de carbono y nitrógeno del anillo de pirimidina provienen del fosfato de carbamoilo y el aspartato.
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 fosforilacion convierten UMP a
UTP, la conversión de uracilo a citosina tiene lugar en la forma de trifosfato, catalizada por la CTP sintetasa.
Catabolismo de pirimidina. Los nucleótidos de primidina 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, Co2 y ß-alanina.
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
Vías de degradación: Hidrólisis de los ácidos nucleicos.
Degradacion de Nucleotidos

Biosíntesis de las Bases nitrogenadas.
El metabolismo de los nucleótidos está centrado en el anfibolismo de las bases nitrogenadas que los forman.
Como sucede con los aminoácidos, en el organismo puede hacerse una separación virtual entre exógeno y
endógeno
formándose
dos
pools
metabólicamente
independientes.
Las
bases
procedentes
de
los alimentos son degradadas y sus productos finales excretados, mientras que la síntesis de nuevos
nucleótido y polinucleótidos se realiza con purinas y pirimidinas formadas en las células.
Los ácidos nucleicos del organismo, al igual que las proteínas, están en continuo recambio. Una parte de las
bases liberada durante los procesos de degradación puede ser reutilizada para la síntesis de nucleótidos y
ácidos nucleicos, a través de la vía llamada de "reciclaje". El resto termina siendo catabolizado y los productos
finales son excretados.
Biosíntesis de Purinas.
El anillo purínico se sintetiza de novo en las células del organismo utilizando como "materia prima":
aminoácidos, como dadores de carbonos y nitrógeno, y otras moléculas pequeñas que completan el esqueleto
de la base.
Estudios con isótopos han permitido establecer el origen de cada uno de los átomos constituyentes del núcleo
purina.
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Contribución al Anillo Purinico.
El ensamblaje de los segmentos se realiza en una secuencia de reacciones llevadas a cabo por enzimas que
se hallan en el citosol de la mayoría de las células. Desde el comienzo participa ribosa-5-fosfato, sobre la cual
se van realizando todas las adiciones, por consecuente el producto final de la vía no es una base libre, sino un
nucleótido (IMP).
La ribosa-5-fosfato se genera en la vía de las hexosas monofosfato, ésta debe ser activada para ingresar a la
síntesis usando una ATP, el cual le transfiere pirofosfato en el carbono 1. Esta reacción es catalizada por la
fosforribosilpirofosfato sintetasa, dando como producto 5-fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP), compuesto que
participa tanto de la síntesis de novo de purinas y pirimidinas como en la vía de reciclaje.
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La siguiente reacción, catalizada por la glutamina PRPP amidotransferasa, transfiere el grupo amida de una
glutamina en el carbono donde se encuentra el pirofosfato de la PRPP, al cual desplaza formado un enlace C–
N que será el enlace N-glucosídico entre el C1 de la pentosa y el N9 de la purina en el nucleósido que se ha
de formar. El producto es 5-foforribosil-1-amina, la cual reacciona con glicina y ATP para dar 5fosforribosilglicinamida, reacción llevada a cabo por la fosforribosilglicinamida sintetasa.
Los demás átomos del heterociclo purina se agregaran en 8 etapas sucesivas. La actividad enzimática de
varios pasos de ésta vía, residen en dominios separados de proteínas enzimáticas multifuncionales. De toda
estas etapas el primer nucleótido que se obtiene es inosina monofosfato (IMP), cuya base nitrogenada es
la hipoxantina.
Formación de AMP y GMP.
A partir del IMP se produce una bifurcación de la vía de síntesis, debido a que el IMP se convertirá en AMP o
GMP. Posteriormente estos nucleótidos formarán ATP y GTP respectivamente, utilizando las enzimas 5´monofosfato quinasa y nucleósido-5´-disfosfato quinasa. La conversión hacia uno u otro nucleótido no es al
azar; la formación de GMP requiere energía de ATP, mientras que la formación de AMP requiere GTP. Esto
se interpreta como una reacción reciproca, es decir, un aumento de ATP provoca un aumento de GMP y
viceversa, mucho GTP aumenta la producción de AMP. Esto es una forma de regulación que equilibra las
cantidades de GTP y ATP sintetizadas dentro de la célula.
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Regulación de la Síntesis de Purinas.
La biosíntesis de nucleótidos purínicos se regula fundamentalmente por feed-back La formación de 5fosforribosil-1-amina a partir de glutamina y 5-fosforribosil-1- pirofosfato es la etapa comprometida de la vía y
en la enzima que la realiza se halla el punto principal de regulación.
La glutamina PRPP amidotransferasa es regulada alostéricamente por los productos finales de la vía IMP,
AMP y GMP que actúan como efectores negativos; mientras que los sustratos PRPP y glutamina, son
efectores positivos. En realidad se podría considerar al PRPP como verdadero efector por la alta Km de la
enzima para este sustrato.
La enzima es un monómero enzimático activo, pero en presencia de IMP, AMP y GMP forma un dímero
menos activo. La PRPP favorece la forma monomérica. La enzima posee dos centros alostéricos, en uno se
fijan IMP y GMP, nucleótidos oxopurínicos; y en el otro AMP, nucleótido aminopurínicos. La fijación simultanea
de AMP y IMP o GMP produce un efecto aditivo o sinérgico en la inhibición del enzima.
No se conoce control alguno entre la formación de 5-fosforribosil-1-amina y el IMP. Por el contrario si se sabe
que existe regulación en la bifurcación del IMP a AMP o a GMP. Debido a que el IMP se convierte en AMP o
en GMP, un aumento de estos productos inhibe por competición a la enzima que los forman. También debe
destacarse que al usarse ATP para formar GMP y, a la inversa, GTP para formar AMP se crea un dispositivo
regulador para el funcionamiento coordinado de ambas ramas. Un exceso de ATP producirá un aumento de
GMP y luego GTP, el cual favorecerá la formación de AMP y consecuentemente ATP. Debe haber además
otros mecanismos, hasta ahora desconocidos, que regulen el cociente ATP/GTP, dado que en la mayoría de
las células, la concentración total de nucleótidos de adenina (AMP, ADP y ATP) es de 4 a 6 veces la de
nucleótidos de guanina.
Vía de Reciclaje, Recuperación o Salvataje de Purinas.
Esta es una vía alternativa para formar nucleótidos a partir de bases preformadas procedentes de la
degradación de ácidos nucleicos en tejidos o absorbidos de la dieta. La vía necesita de las
enzimas fosforribosil transferasas, las cuales son dos:
1. Adenina fosforribosil transferasa (APRTasa): sus sustratos son adenina y PRPP, y su producto es AMP.
2. Hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa (HGPRTasa): utiliza hipoxantina o guanina más PRPP para
formar los nucleótidos correspondientes: IMP y GMP.
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Ambas enzimas se regulan por feed-back, inhibición competitiva de los productos. Estas vías alternativas de
síntesis de nucleótidos interrumpen eficazmente la síntesis de novo de estos compuestos. En primer lugar, por
el uso de PRPP, activador de la Gln PRPPamido transferasa, lo que provoca una gran disminución de
su velocidad de catálisis; y en segundo lugar, la formación de AMP, GMP y IMP provocan efecto negativo
sobre la misma enzima. Esto evita el uso de energía innecesario, pero más importante aún, desciende
marcadamente la síntesis de AMP y GMP así como el metabolito de su degradación, el ácido úrico. Esto se ve
reflejado en el síndrome de Lesch-Nyhan, enfermedad neurológica hereditaria ligada al cromosoma X, donde
la actividad de la HGPRTasa esta disminuida de forma importante, dando hiperuricemia, retraso mental y
trastornos sensoriales que pueden llevar a la automutilación.
Catabolismo de Purinas.
La degradación de DNA y RNA por nucleasas produce nucleótidos (ribo y desoxiribonucleótidos) y estos a su
vez son sometidos a hidrólisis de nucleotidasas con acción fosfatasa dando nucleósidos libres, en el caso de
las purinas, adenosina y guanosina; esta última es degradada a guanina y ribosa-1-fosfato por la nucleósido
purínico fosforilasa.
El nucleósido adenosina, por acción de la adenosina desaminasa, se convierte en inosina, luego una
nucleósido fosforilasa divide a la inosina en hipoxantina y pentosa-1-fosfato. La hipoxantina se oxida a xantina
por la xantina oxidasa, flavoproteína que contiene Fe y Mo (molibdeno). Por otro lado la guanina, por acción
de la guanasa, se convierte también en xantina. Tanto adenina como guanina convergen en xantina. Este
metabolito es sustrato de la xantina oxidasa, nuevamente en escena, que lo convierte en ácido úrico, producto
terminal de la degradación de purinas, el cual es escretado principalmente por orina.

Biosíntesis del ADN y ARN.
El ADN contiene instrucciones para todas las proteínas que la célula necesita. El ARN es una molécula que
sirve de intermediaria entre las instrucciones del ADN y la formación de proteínas. Sin embargo, en al ARN el
azúcar es ribosa (en el ADN es desoxirribosa) y la base uracilo sustituye a la timina.
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Azúcar
Bases nitrogenadas
Bases
complementarias
Desoxirribosa
Adenina
Diferencias entre ADN y ARN
Ribosa
Adenina
Guanina
Guanina
Citosina
Citosina
Timina
A=T
Uracilo
Al transcibir de ADN a mARN:
T=A
T=A
G=C
A=U
C=G
C=G
G=C
A partir del ARN se transcriben tres tipos principales de ARN:
-
ARNr (el ARN ribosómico)
-
ARNt (el ARN de transferencia)
-
ARNm (el ARN mensajero)
Se le llama transcripción al proceso mediante el cual el ARNm copia instrucciones del ADN, eso se hace
sintetizando moléculas de ARN complementarias al ADN. Sólo una de las cadenas de ADN de un gen es
complementaria al ARNm, esta es la cadena que se transcribe.
En el ARNm la información está especificada por codones. Cada codón es una combinación de 3 bases
consecutivas que especifican un aminoácido. El ARNm también contiene instrucciones para iniciar la
transcripción o señalar el fin de la transcripción.
Se le llama traducción al proceso mediante el cual el ARNm convierte las secuencias de bases en secuencias
de aminoácidos de una proteína. El “lenguaje de ácidos nucleicos” del ARNm se traduce en “lenguaje de
aminoácidos” de la proteína.
Existen 20 aminoácidos, cada uno se une a su ARNt (que tiene una secuencia de tres bases llamada
anticodón). Cada ARNt reconoce el codón apropiado del ARNm y coloca a los aminoácidos en el orden
requerido para formar la proteína.
Los ribosomas son organelos de dos subunidades. Están formados por proteínas y ARNr (ARN
ribosómico). Los ribosomas “leen” las instrucciones del ARNm y donde se forman las cadenas de polipéptidos
en la medida que el ARNt une a los aminoácidos en el orden requerido por el ADN.
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
Importancia de los ácidos nucleicos en la ingeniería genética.
Método que modifica las características hereditarias de un organismo en un sentido predeterminado mediante
la alteración de su material genético. Suele utilizarse para conseguir que determinados microorganismos
como bacterias o virus, aumenten la síntesis de compuestos, formen compuestos nuevos, o se adapten a
medios
diferentes.
Otras
aplicaciones
de
esta
técnica,
también
denominada
técnica
de
ADN
recombinante, incluye la terapia génica, la aportación de un gen funcionante a una persona que sufre una
anomalía genética o que padece enfermedades como síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) o
cáncer.
La ingeniería genética consiste en la manipulación del ácido desoxirribonucleico, o ADN. En este proceso son
muy importantes las llamadas enzimas de restricción producidas por varias especies bacterianas. Las
enzimas de restricción son capaces de reconocer una secuencia determinada de la cadena de unidades
químicas (bases de nucleótidos) que forman la molécula de ADN, y romperla en dicha localización. Los
fragmentos de ADN así obtenidos se pueden unir utilizando otras enzimas llamadas ligasas. Por lo tanto, las
enzimas de restricción y las ligasas permiten romper y reunir de nuevo los fragmentos de ADN. También son
importantes en la manipulación del ADN los llamados vectores, partes de ADN que se pueden auto replicar
(generar copias de ellos mismos) con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos
vectores permiten obtener múltiples copias de un fragmento específico de ADN, lo que hace de ellos un
recurso útil para producir cantidades suficientes de material con el que trabajar. El proceso de transformación
de un fragmento de ADN en un vector se denomina clonación, ya que se producen copias múltiples de un
fragmento específico de ADN. Otra forma de obtener muchas copias idénticas de una parte determinada de
ADN es la reacción en cadena de la polimerasa, de reciente descubrimiento. Este método es rápido y evita la
clonación de ADN en un vector.
En febrero de 1997, se hizo pública la noticia de que había sido clonado el primer mamífero adulto: una oveja,
a la que bautizaron con el nombre de Dolly. Los genetistas del Instituto Roslin y los de PPL Therapeutics de
Edimburgo (Escocia), para llevar a cabo esta clonación, emplearon una técnica de ingeniería genética
conocida como transferencia nuclear. Esta técnica consiste en fundir mediante un pulso eléctrico dos células,
una de ellas un huevo no fecundado u ovocito al que previamente se ha extraído el núcleo, con otra que
contiene un núcleo con el código genético deseado. El pulso eléctrico hace que el huevo comience a dividirse
y se convierta en un embrión viable. Después este embrión se implanta en una gestante provisional, la cual ha
sido preparada para llevar a cabo el embarazo. Al final se obtiene un clon o un ser idéntico, en este caso una
oveja gemela.
Este descubrimiento es una auténtica revolución biotecnológica debido a las importantes aplicaciones en
áreas como la investigación médica y la reproducción animal, pero referido al ser humano plantea una serie
de cuestiones morales, legales y éticos.
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GUIA DE AUTOESTUDIO
UNIDAD V. Ácidos Nucleicos.
Objetivo.
Al finalizar esta unidad serás capaz de:
Estudiar conceptos, estructuras clasificación, tipos y composición de los ácidos nucleicos, tipos de ARN, se hará
énfasis en la importancia de los trabajos de ingeniería genética.
I.
Orientaciones.
 Lea detenidamente el material de estudio referente a esta temática.
 Analice lo que va leyendo parte por parte y trate de comprender cada una de las situaciones
planteadas.
 Conteste científicamente en su cuaderno y preséntelo en limpio cuando se haya concluido la discusión
de las situaciones planteadas en la guía.
 Explique aplicando el tema en estudio evitando razonamientos no relacionados con lo estudiado.
II.
Organización.
Los estudiantes se reunirán en pequeños grupos (no más de 3 estudiantes) para dar resolución a las
actividades planteadas en la guía de autoestudio.
III.
Actividades.
1. ¿En qué consiste el metabolismo de los Ácidos Nucleicos?
2. ¿Explique la biosíntesis de las bases nitrogenadas?
3. ¿Explique la degradación de nucleótidos por el proceso de hidrolisis?
4. ¿Cómo se da la regulación de la síntesis de purinas?
5. ¿explique el proceso catabólico de purinas?
6. Explique la biosíntesis del ADN y ARN?
7. ¿Cuál es la importancia de los ácidos nucleicos en la ingeniería genética?
8. Evaluación.
 Cada grupo de estudiantes contestaran la guía y la entregaran al Maestro para su evaluación..
 Tienen la opción de enviar su trabajo al correo [email protected].
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