Los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición demonómeros denominados nucleótidos(polinucleótidos,), unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos llegan a alcanzar tamaños gigantescos, con millones de nucleótidos encadenados. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.
Un organismo vivo contiene un conjunto de instrucciones para cada paso necesario para formar una réplica de sí mismo. Esa información reside en el material genético o genoma del organismo. Los genomas de todas las células están formados por ADN. Algunos genomas virales están formados por ARN. Un genoma puede consistir en una sola molécula de ADN, como en muchas especies de bacterias.
El descubrimiento de los ácidos
nucleicos se debe a Johann Friedrich Miescher, que en el año 1869 aisló los
núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, 1 nombre
que posteriormente se cambió a ácido nucleico. Posteriormente, en 1953, James
Watson y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN, empleando la técnica
de difracción de rayos X.
En los eucariotas, el genoma es
un conjunto completo de moléculas de ADN que se encuentran en el núcleo (es
decir, el conjunto haploide de cromosomas en los organismos diploides). Por
convención, el genoma de una especie no incluye ADN mitocondrial y de
cloroplastos. Con raras excepciones, no hay dos individuos en una especie que
tengan exactamente la misma secuencia del genoma.
La información que especifica la
estructura primaria de una proteína está codificada en la secuencia de
nucleótidos en el ADN. Esta información se copia enzimáticamente durante la
síntesis de ARN, en el proceso llamado transcripción. Algo de la información
contenida en las moléculas transcritas de ARN se traduce o traslada durante la
síntesis de cadenas de polipéptidos, que se doblan y se ensamblan entonces para
formar moléculas de proteína. Así, se puede generalizar que la información
biológica guardada en el ADN de una célula pasa del ADN al ARN y a la proteína.
Funciones e importancia biológica de los ácidos nucleicos
Un organismo vivo contiene un
conjunto de instrucciones para formar una replica de si mismo.
El genoma del organismo o
material genético es donde esta toda esa información.
Los genomas de todas las células
están formados por ADN. Algunos genomas virales están formados por ARN.
Duplicación del ADN
Transcripción del ADN para formar
ARNm y otros ARN
Traducción, en los ribosomas, del
mensaje contenido en el ARNm a proteínas.
Expresión del mensaje genético,
proteínas.
Como se componen los acidos nucleicos.
Los nucleótidos tienen tres componentes: un
azúcar de cinco carbono, uno o más grupos fosfato y un compuesto nitrogenado
débilmente básico llamado base.
Bases nitrogenadas
Las Bases Nitrogenadas son las
que contienen la información genética, éstas presenta una estructura cíclica
que contiene carbono, nitrógeno, hidrógeno y oxígeno.3 Se dividen en dos tipos:
Purinas, que son derivadas de la
purina (dos anillos).
Pirimidinas, derivadas del anillo
de la pirimidina (un anillo).
La presencia de los átomos de
nitrógeno le da un carácter básico a estos compuestos. Son aromáticas y por lo
tanto son planas, también son insolubles en agua y pueden establecer
interacciones hidrofóbicas entre ellas; estas interacciones sirven para
estabilizar la estructura tridimensional de los ácidos nucleicos.4 La
existencia de distintos radicales hace que puedan aparecer varias bases
nitrogenadas, las cuales son:
Adenina, presente en ADN y ARN
Guanina, presente en ADN y ARN
Citosina, presente en ADN y ARN
Timina, presente exclusivamente
en el ADN
Uracilo, presente exclusivamente en el ARN |
| uracilo |
 |
| adenina |
 |
| citosina |
 |
| timina |
 |
| guanina |
Los nucleótidos que contienen
ribosa se llaman RIBONUCLEÓTIDOS y los que contienen desoxirribosa se llaman DESOXIRRIBOCLEÓTIDOS.
 |
| ribosa |
 |
| desoxirribosa |
Características del ADN
El ADN es bicatenario, está
constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su
longitud. Esta doble cadena puede disponerse en forma lineal (ADN del núcleo de
las células eucarióticas) o en forma circular (ADN de las células
procarióticas, así como de las mitocondrias y cloroplastos eucarióticos). La
molécula de ADN porta la información necesaria para el desarrollo de las
características biológicas de un individuo y contiene los mensajes e instrucciones
para que las células realicen sus funciones. Dependiendo de la composición del
ADN (refiriéndose a composición como la secuencia particular de bases), puede
desnaturalizarse o romperse los puentes de hidrógenos entre bases pasando a ADN
de cadena simple o ADNsc abreviadamente. Excepcionalmente, el ADN de algunos
virus es monocatenario.
El ADN es un polímero
relativamente estable. Las reacciones espontáneas, como la desanimación de de
ciertas bases, la hidrólisis de los enlaces base-azúcar N-glucosídicos, la
formación de dímeros de pirimidina inducida por radiación, ocurren lentamente,
pero son importantes debido a que la célula tiene una baja tolerancia a los
cambios en el material genético.
Se puede determinar la secuencia
del ADN y se pueden sintetizar polímeros de ADN por un reglamento que incorpora
métodos químicos y enzimáticos.
Estructuras ADN
Estructura primaria. Una cadena
de desoxirribonucleótidos (monocatenario) es decir, está formada por un solo
polinucleótido, sin cadena complementaria. No es funcional, excepto en algunos
virus.
Estructura secundaria. Doble
hélice, estructura bicatenaria, dos cadenas de nucleótidos complementarias,
antiparalelas, unidas entre sí por las bases nitrogenadas por medio de puentes
de hidrógeno. Está enrollada helicoidalmente en torno a un eje imaginario. Hay
tres tipos:
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.
Estructura primaria:
Secuencia de nucleótidos
encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la información genética, y
dado que el esqueleto en el mismo para todos, la diferencia de la información
radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta
un código, que determina una información u otra, según el orden de las bases.
Estructura secundaria:
Es una estructura de doble
hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el
mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y crick.
Estructura terciaria:
Se define como se almacena el ADN
en un espacio reducido, para formar los cromosomas. Varía según se trate de
organismos procariotas o eucariotas.
En el procariota el ADN se pliega como una
super-helice, generalmente en forma circular y asociada a una pequeña cantidad
de proteínas. lo mismo ocurre en los orgánulos como las mitocondrias y los
cloroplastos.
En la eucariota dado que la
Cantidad de ADN de cada cromosoma es muy grande y el empaquetamiento ha de ser
más complejo y compacto, para ello se necesitan las proteínas como las histonas
y otras proteínas
Características del ARN
El ARN difiere del ADN en que la
pentosa de los nucleótidos constituyentes es ribosa en lugar de desoxirribosa,
y en que, en lugar de las cuatro bases A, G, C, T, aparece A, G, C, U (es
decir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las
de ADN, aunque dicha característica es debido a consideraciones de carácter
biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de ARN tan
largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente idéntico.El ARN
está constituido casi siempre por una única cadena (es monocatenario), aunque
en ciertas situaciones, como en los ARNt y ARNr puede formar estructuras
plegadas complejas y estables.
Mientras que el ADN contiene la
información, el ARN expresa dicha información, pasando de una secuencia lineal
de nucleótidos, a una secuencia lineal de aminoácidos en una proteína. Para
expresar dicha información, se necesitan varias etapas y, en consecuencia
existen varios tipos de ARN:
El ARN mensajero se sintetiza en
el núcleo de la célula, y su secuencia de bases es complementaria de un
fragmento de una de las cadenas de ADN. Actúa como intermediario en el traslado
de la información genética desde el núcleo hasta el citoplasma. Poco después de
su síntesis sale del núcleo a través de los poros nucleares asociándose a los
ribosomas donde actúa como matriz o molde que ordena los aminoácidos en la
cadena proteica. Su vida es muy corta: una vez cumplida su misión, se destruye.
El ARN de transferencia existe en
forma de moléculas relativamente pequeñas. La única hebra de la que consta la
molécula puede llegar a presentar zonas de estructura secundaria gracias a los
enlaces por puente de hidrógeno que se forman entre bases complementarias, lo
que da lugar a que se formen una serie de brazos, bucles o asas. Su función es
la de captar aminoácidos en el citoplasma uniéndose a ellos y transportándolos
hasta los ribosomas, colocándolos en el lugar adecuado que indica la secuencia
de nucleótidos del ARN mensajero para llegar a la síntesis de una cadena
polipeptídica determinada y por lo tanto, a la síntesis de una proteína
El ARN ribosómico es el más
abundante (80 por ciento del total del ARN), se encuentra en los ribosomas y
forma parte de ellos, aunque también existen proteínas ribosómicas. El ARN
ribosómico recién sintetizado es empaquetado inmediatamente con proteínas ribosómicas,
dando lugar a las subunidades del ribosoma.
ATP
Los nucleótidos trifosfato son
aquellos que presentan tres moléculas de ácido fosfórico enlazadas en el
carbono 5' de la pentosa.
Estos enlaces son altamente
energéticos (7,3 Kcal/mol en el caso del ATP), debido a que los fosfatos se
encuentran ionizados a pH fisiológico, produciéndose una repulsión entre las
cargas negativas (-) de los oxígenos.
Estructuras del NAD+ (y de NADP+)
y el NADH y (NADPH)
NAD+ = Nicotinamida Adenina
Dinucleótido
NADP+= Fosfato de Nicotinamida
Adenina Dinucleótido
Estructuras del FAD y el FADH2
FAD= Flavina Adenina Dinucleótido
REGLAS DE CHARGAFF PARA ADN DE
DOBLE HÉLICE
La proporción de Adenina (A) es
igual a la de Timina (T). A = T . La relación entre Adenina y Timina es igual a
la unidad (A/T = 1).
La proporción de Guanina (G) es
igual a la de Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina y Citosina es igual
a la unidad ( G/C=1).
La proporción de bases púricas
(A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La
relación entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1.
Sin embargo, la proporción entre
(A+T) y (G+C) era característica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto,
diferentes valores según la especie estudiada. Este resultado indicaba que los
ácidos nucleicos no eran la repetición monótona de un tetranucleótido. Existía
variabilidad en la composición de bases nitrogenadas.
Aplicación de los Ácidos nucleicos en la industria farmacéutica
Las vacunas de ADN que pueden revolucionar la inmunización (y prescindir de las agujas)
La evolución de una nueva técnica
para activar la repuesta del sistema inmunitario podría cambiar el concepto de
vacunación que se ha utilizado en los últimos 100 años.
Lo que se busca con una inyección
es estimular la inmunidad en el organismo al exponerlo a un agente infeccioso
modificado, con el objetivo de que el cuerpo pueda neutralizarlo antes de que
pueda desarrollar la enfermedad.
En la actualidad, este objetivo
se logra de dos formas.
Con la primera se introduce un
antígeno –sustancia que genera una reacción de defensa y permite la formación
de anticuerpos- y en la segunda una infección activa pero atenuada que suele
generar una protección más prolongada.
Pero el nuevo mecanismo, descrito
por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como un "enfoque
radical", consiste en la introducción en el tejido de una secuencia del
ADN del antígeno al que se quiere que el cuerpo reaccione.
Ventajas
Varias investigaciones médicas
coinciden en los beneficios de esta técnica cuando se le compara con el sistema
de vacunación que existe en la actualidad.
Contenedores médicos
La esencia de estas vacunas
consiste en la preparación de una secuencia de ADN del antígeno al que el
cuerpo debe reaccionar.
Uno de los principales es el
hecho de que para su realización no se requiere el uso de ningún agente
infeccioso, un aspecto del enfoque actual que genera preocupación desde el
punto de vista de seguridad.
"En lo que respecta al
diseño (de la vacuna de ADN) se puede hacer con mayor rapidez debido a que se
puede aislar y clonar en muy poco tiempo", se afirma en Tecnologías para
la mejora en la eficacia de las vacunas de ADN, un estudio publicado en la
Biblioteca Nacional de Medicina e Institutos de Salud de Estados Unidos.
La investigación también resalta
su versatilidad y proceso de producción.
"Múltiples vacunas pueden
ofrecerse en una sola inyección y elaborarla no es muy costoso, además de que
se puede reproducir a gran escala con relativa facilidad".
La seguridad que ha demostrado la
técnica en los estudios que se han hecho con humanos, su estabilidad y el hecho
de que no necesita la cadena de enfriamiento que si es fundamental para las
vacunas actuales, también son aspectos positivos que destaca el estudio
referido con anterioridad.
¿Adiós a las agujas?
La OMS indica que el principio
del funcionamiento de la vacunación de ADN ha sido verificado a través de
pruebas experimentales realizadas con animales y una variedad de agentes
infecciosos como la influenza, el virus de papiloma humano –que causa el cáncer
cervical- el VIH, la rabia, cierto tipo de meningitis y la malaria.
Células patógenas
Las enfermedades con las que se
han hecho experimentos de esta técnica incluyen el VIH, la influenza y el virus
de papiloma humano.
El concepto de este tipo de
vacunas se descubrió hace varios años, sin embargo, es la segunda y reciente
generación de esta técnica la que ha arrojado resultados prometedores.
En la actualidad, de hecho, se
realizan numerosas pruebas con esta nueva versión de las vacunas.
Según una investigación realizada
en la Universidad de Pensilvania, en EE.UU., este progreso se debe, en gran
medida, a los avances logrados en el diseño del antígeno, que ahora permite
atacar a varios agentes patógenos, y en el sistema utilizado para que la
sustancia ingrese en el organismo.
"En vez de utilizar agujas,
una de las alternativas es hacer un orificio minúsculo en la piel para
introducir un líquido con el ADN. Otra es el uso de parches que se adhieren a
la epidermis (similares a los que se usan en terapias de reemplazo hormonal). Y
una tercera opción es la aplicación de cortos pulsos eléctricos", se
explica en el estudio.
¿En contra?
La OMS advierte que la evaluación
con respecto al valor y las ventajas de este tipo de vacunas debe realizarse
caso a caso.
Inyección
También que su aplicabilidad
dependerá de la naturaleza del agente contra el que se quiere obtener la
inmunidad y el tipo de respuesta requerida por el sistema inmunitario para
protegerse.
El estudio de la Universidad de
Pensilvania también señala que una de las preocupaciones originales con
respecto a esta técnica era la posibilidad de que el cuerpo desarrollara una
respuesta inmune en contra del ADN.
Pero en los estudios
experimentales que se han realizado, no se han reportado casos que corroboren
ese temor.
Mecanismos de inducción de
respuesta inmune por las vacunas de ADN
Las vacunas de ADN se basan en la
inyección directa en el huésped de un plásmido que codifica para un antígeno de
un patógeno, en lugar del antígeno proteico o del patógeno atenuado o muerto.
Al ser las células del paciente las que producen la proteína, el antígeno no
contiene impurezas, al contrario que en las vacunas tradicionales, donde en el
proceso de purificación pueden quedar trazas de antibióticos o proteínas del
medio de cultivo. La expresión del antígeno dentro de las células del huésped
puede inducir una respuesta inmune completa y duradera. Esta respuesta incluye
anticuerpos, aunque es frecuentemente más débil que la que se puede obtener con
vacunas recombinantes, así como una activación fuerte y duradera de células T
cooperadoras y citotóxicas o de respuesta celular.
Un aspecto que aún no se
comprende del todo consiste en la interacción de la vacuna de ADN con el
sistema inmune. Las cantidades del antígeno que se producen cuando se
administra el plásmido están en el orden de los picogramos o nanogramos. Estos
niveles relativamente pequeños de antígeno hacen pensar que la respuesta inmune
tan fuerte y sostenida se debe al tipo de células que capturan el ADN, ya que
es necesario que células especializadas llamadas células presentadoras de
antígeno (CPA) capturen el antígeno lo procesen y lo presenten a otras células
del sistema inmune como como los linfocitos T.
Existen tres mecanismos por el
que el antígeno es procesado y presentado al sistema inmune tras lavacunación
con ADN.
a) El ADN desnudo podría ser
capturado directamente por las CPA, éstas células poseen en su superficie una
molécula que es conocida como CMH (Complejo Principal de Histocompatibilidad)
de clase II, a través de esta molécula las CPA presentan el antígeno a los
linfocitos T cooperadores, dependiendo del tipo de célula cooperadora es
también el tipo de respuesta que se activa, para Th1 se activa la respuesta
celular, para Th2 se activa la respuesta humoral y para Th3 se activa la
respuesta en mucosas. Se sabe que éste tipo de células se encuentran presentes
en pequeñas cantidades en el músculo y que constituyen un potente estímulo para
el sistema inmune. Tan sólo se requieren 100 CPAs para activar al sistema inmune,
y ésta cantidad no es difícil de transfectar si consideramos que 8% de las
células en la epidermis corresponden a CPA.
b) El otro mecanismo está
relacionado con la adquisición del ADN por las células musculares y
queratinocitos, las cuales no poseen CMH de clase II, en su lugar poseen CMH de
clase I, que ayuda a la activación de células T de tipo citotóxico con la
capacidad de destruir células que se encuentren infectadas.
c) El tercer mecanismo es una
presentación cruzada, es decir, que a su vez el ADN sea capturado por una
célula muscular y por una CPA.
la insulina
Con la ingeniería genética se ha
conseguido que la bacteria Escherichia Coli (E. Coli) pueda producir insulina.
Esta insulina se le llama insulina con ADN recombinante.
En 1978 se consigue obtener la
secuencia de insulina humana. Esta secuencia se introduce en el interior de la
Escherichia Coli y se consigue que la bacteria produzca insulina. Es decir, con
ingeniería genética se trasforma la E. Coli con una fábrica de producción de
insulina. El laboratorio sólo tiene que mantener las bacterias mucho más barato
que un cerdo y se puede producir mucha más cantidad. La insulina se extrae de
las bacterias, se purifica y se vende como medicamento. A parte de la E.Coli
también se ha utilizado para la producción levadura (Sacchatomyces).
En 1982 se comercializa la primer
insulina con ADN recombinante, su nombre es Humulina (humalin ®). Actualmente
hay diferentes tipos de insulina que se han obtenido con modificaciones a
través de ingeniería genética.
La ventaja de esta insulina
“humana” es que es fácil mantener la bacteria, se pueden producir grandes
cantidades en menor tiempo que la de origen animal y con costes menores. La
compatibilidad de la insulina es del 100%. Aunque puede haber reacciones debido
a otros componentes.
En 2007, SemBioSysGenetics Inc.
(compañía de biotecnología canadiense) consiguió insulina del cártamo, una
planta. Actualmente, los estudios están en fase 2. Se han probado en animales y
en humanos. La importancia de este descubrimiento es poder reducir los costes
más de un 40%. 1 hectárea de cártamo podría alcanzar la insulina necesaria para
2500 pacientes (1 kg de insulina). Con 16000 hectáreas de cártamo se podría
obtener la demanda mundial de insulina.
No obstante, esta insulina
exógena es diferente que la insulina humana endógena. La insulina humana se
elimina 40% por vía renal y 60 % hepática en cambio la exógena se elimina 60%
renal y 40% hepática. Por otro lado, la insulina exógena a diferencia de la
endógena no lleva péptido C. Este péptido forma parte de la proinsulina. La proinsulina
es el precursor de la insulina. Es decir la proinsulina al ser procesada da el
péptido C y la insulina. El péptido C se utiliza para valorar si el cuerpo es
capaz de producir insulina.
Diferentes presentaciones de insulina
Mitomicina
Mecaniso: Al entrar a la célula es convertida
a su forma hidroquinona, que es muy reactiva, funcionando como un agente
alquilante bifuncional que origina entrecruzamientos entre las dos hebras del
ADN. Las consecuencias de ello son: las dos hebras no pueden separarse durante
el intento de replicación, por lo que ésta se detiene.
A continuación el ADN
entrecruzado es atacado y destruido por las nucleasas de la propia célula.
Dosis:Como agente único, mitomicina se administra como dosis única IV de
En regímenes de combinación, se
administra en dosis de 5-10 mg/metro cuadrado, repetida cada 4-6 semanas.
Hasta 60 mg/semana se pueden administrar
intravesicalmente en cáncer de vejiga.
Actinomicina – D:
Mecanismo: El hecho de tener tres
anillos conjugados en un plano le permite intercalarse entre pares de bases
adyacentes de la doble hélice del ADN, mientras que las dos L-treoninas
establecen puentes de H con guaninas del ADN adyacentes al sitio de
intercalación del antibiótico. De esta forma inhibe la replicación del ADN y su
transcripción a ARNm.
Dosis:
En adultos:
- 2 mg/semana IV o 500 mcg/día
hasta 5 días, repetido a las 3 o 4 semanas.
En niños:
- 450 mcg/mL/día, hasta un máximo
de 500 mcg/día, durante 5 días; el ciclo se repite dentro de 3 semanas. La
dosis debería reducirse en presencia de disfunción hepatobiliar.Medicamento de ADN recombinante precursores de la hormona del crecimiento
