Catabolismo de las Pirimidinas

Héctor Rocha L. DNA
DNA 1
1) ACIDOS NUCLEICOS 656
2) LAS BASES NITROGENADAS 658
3) SINTESIS DE LAS BASES NITROGENADAS 661
a) Síntesis de las Purinas 661
b) Biosíntesis de las Pirimidinas 664
4) DIFERENCIAS ENTRE LA SINTESIS DE PURINAS Y PIRIMIDINAS 667
5) NUCLEÓTIDOS 667
6) REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LAS BASES NITROGENADAS
7) VIAS DE RESCATE DE LAS PURINAS Y PIRIMIDINAS 675
8) DEGRADACION DE LAS BASES NITROGENADAS 676
9) ALGUNOS TRASTORNOS EN EL METABOLISMO DE LAS PURINAS Y
PIRIMIDINAS 679
10) DNA 684
a) Estructura primaria 684
b) Estructura secundaria 684
c) Estructura terciaria 685
d) DNA tipo B 686
e) DNA tipo-A 686
f) DNA tipo-Z 686
11) DNA CRUCIFORME 688
12) DNA PRESENTE EN MITOCONDRIAS, CLOROPLASTOS Y DNA VIRAL 688
13) PROPIEDADES DEL DNA 691
a) En solución 691
b) Temperatura 691
c) Hibridización 691
d) Absorción de luz 692
e) Reparación 692
f) Daños que puede experimentar 693
g) Mutaciones 694
h) Daños por luz UV 696
653

Héctor Rocha L. DNA
DNA 2
14) REPLICACION DEL DNA 698
a) iniciación 701
b) elongación 702
c) terminación 703
15) RNA 704
16) PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE RNA Y DNA EN EUCARIOTES 706
17) TRANSCRIPCION DEL DNA EN PROCARIONTES Y EUCARIONTES 706
18) PROCESAMIENTO DEL TRANSCRITO PRIMARIO O RNAhn 714
19) RNAr 717
20) RNAt 718
21) LOS RIBOSOMAS 721
22) SINTESIS DE PROTEINAS 722
23) PROCESAMIENTO DE LAS PROTEINAS RECIEN SINTETIZADAS 726
24) ALGUNAS CARACTERISTICAS DEL GENOMA HUMANO 728
25) DESARROLLOS POSTERIORES 732
654

Héctor Rocha L. DNA
1) ACIDOS NUCLEICOS.
En los capítulos precedentes se describió el metabolismo de los carbohidratos, los lípidos y
los aminoácidos. Corresponde ahor, el estudio de los Acidos Nucleicos tanto DNA como
655

Héctor Rocha L. DNA
RNA, para completar así el concepto que involucra la dinámica de las macromoléculas
biológicas. En este caso específico nos referirémos a la capacidad para guardar, mantener y
pasar la información, adaptándola al medio externo por medio de su descendencia.
El Acido Desoxirribonucleico o Deoxiribonucleico (ADN: castellano, DNA: inglés), se
encuentra protegido en el núcleo de la célula eucarionte, por una estrecha interacción con
ciertas proteínas ricas en Lys y Arg (básicas) denominadas histonas. Mientras que en los
organelos, como la mitocondria de la célula animal y el cloroplasto de la célula vegetal, se le
encuentra desnudo, es decir, sin histonas. En esta misma, forma se le encuentra en
procariontes, que no poseen núcleo y donde el DNA exciste en la forma de un cromosoma
circular. Por otro lado, es también posible encontrarlo al interior de las bacterias en la forma
de uno o varios DNAs circulares llamados plasmidos o plasmidios. Estos últimos pueden
reproducirse de forma independiente al cromosoma principal. Porotro lado, las partículas
virales tienen su ácido nucleico como DNA o RNA, el cual se encuentra protegido por una
envoltura o cápside.
El DNA es donde radica la herencia, ya que todas las proteínas se encuentran codificadas en
él. Esto significa que una tira lineal de DNA, no solo guarda la información de la estructura
primaria de las proteínas, sino que también se encuentran implícitas sus interacciones
espaciales.
El DNA en sí, esta formado por una doble hebra de polideoxiribonucleotidos. A su vez cada
hebra está formada por la unión entre los Deoxiribonucleótidos mediante enlaces fosfodiester.
La interacción que mantiene juntas ambas hebras depende de los enlaces hidrógeno, entre
las bases nitrogenadas pertenecientes a los Deoxiribonucleótidos de cada hebra. A su vez
las bases de cada una de las hebras, se apilan unas sobre ejerciendo interacción hidrofóbica
entre ellas.
El DNA, posee distintas estructuras espaciales o estructuras promedio, que pueden variar de
un tipo al otro dependiendo del grado de hidratación y la identidad de las bases alternadas en
ambas hebras. De esta manera su grado de torsión puede ser levógiro o dextrógiro, con
distintos anchos y sus formas se denominan tipo A, B, C, D, T y Z.
Los procesos en que se encuentran involucrados los ácidos nucleicos en la célula son
bastante variados e incluyen la Replicación misma de la molécula de DNA, la Transcripción
de su mensaje a otra hebra, esta vez formada de polirribonucleótidos o RNA y la Traducción
de este mensaje lineal a una secuencia aminoacídica que adquirirá una estructura
tridimensional en una proteína.
Otro de los ácidos nucleicos es el RNA, que es capaz de presentar las más variadas
funciones estando constituido tan solo una hebra de Poliribonucleótidos. Esta hebra se puede
plegar y aparear consigo misma, alcanzando una determinada estructura espacial con varios
bucles, sin llegar nunca a la forma helicoidal como el DNA, debido a la presencia del grupo –
OH en la posición 2’ de la Ribosa. Una de las principales funciones del RNA, es hacer de
molécula intermediaria (RNAm) entre la información contenida en el DNA y el punto de
ensamblaje de las proteínas, donde la información se traduce en las cadenas polipetídicas
de secuencia específica. Entre sus otras funciones, se encuentra la transferencia de
aminoácidos a los puntos de ensamblaje proteico en los poliribosomas (RNAt) y,
además su capacidad de actuar como un heteropolímero estructural en el ribosoma
mismo (RNAr). Aquí interviene en el reconocimiento y la fijación del RNA mensajero al
Ribosoma. Nuevas funciones del RNA han sido descritas últimamente y entre ellas se
encuentra la actividad enzimática del RNA mismo, representada por las Ribozimas o
enzimas polimerizantes de nucleótidos formadas por secciones de RNA no
codificante, denominadas Intrones y que pertenecen al transcrito primario o RNA
Heteronuclear (RNAhn) conocido como RNA naciente o recién transcrito del gen en los
Eucariontes.
656

Héctor Rocha L. DNA
Entre otras funciones del RNA, se le atribuye la propiedad de actuar como catalizador de la
formación del enlace peptídico durante la síntesis de proteínas en el Ribosoma.
Una de sus sus facultades es el control de la expresión de los genes en Eucariontes, la que
estaría mediada a su vez por genes que solo se expresan como RNA y no proteínas. Estas
secuencias serían capaces de aparearse con el UNAM, para evitar su lectura por los
ribosomas. Otro de estos mecanismos mediados por el RNA, ocurriría mediante el
apareamiento o hibridización con la hebra con sentido del DNA, para así impedir su lectura
por la RNA polimerasa y la expresión de determinados genes.
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al
2) LAS BASES NITROGENADAS.
Así como los aminoácidos son los ladrillos o heteromonómeros que forman una proteína, los
nucleótidos son los heteromonómeros que estructuran a un polinucleótido de DNA o RNA. La
secuencia y orden de las bases nitrogenada entregan la identidad a las secuencias de los
657

Héctor Rocha L. DNA
ácidos nucleicos. La síntesis de las bases nitrogenadas ocurre "de novo", lo que significa a
partir de cero, ya que se emplean los aminoácidos como precursores, Fig. 1-14.
PRECURSORES E IDENTIDAD DE LAS BASES NITROGENADAS
PURINAS C O 6 2
ADENINA
A s p 7
N H
6 2
7
C 5
N
1 N C 5
9
C H 8
2 H C C
N
N 4
H
3 9
8
3
10
10
N - Formil - F H 4 G l y
N - Formill - F H 4
2
4 G l n G l n 1
H N
2
H N
C
GUANINA
O
C
N
C
C
N
N
H
C H
PIRIMIDINAS
1
Carbamil - P
CITOSINA 2 URACILO TIMINA
3 N
2
C
O
N H
2
C 4
C H 5
C H 6
N
1
A s p
O
N
C
O
C
N
C H
C H
O
N
C
O
C
N
C
C H
C H 3
Fig. 1 - 14. Los aminoácidos son los precursores de las Purinas y Pirimidinas. Las Purinas se
construyen sobre el anillo de Ribosa activado como Fosfo-Ribosil-Pirofosfato (PRPP). En primer
lugar se adiciona el grupo del Amino (1) de la Gln que entra al PRPP, seguido del esqueleto de la
Gly (2) y el grupo Formilo (3) aportado por el ác. Fólico (FH4). A continuación, entra otro grupo
Amino aportado por una nueva Gln (4), acompañado por el cierre del anillo con ATP (5).
Luego se continúa con la incorporación de un CO2 (6), más un grupo Amino aportado por el Asp
(7) y finalmente otro Formilo (8), aportado por el Ác. Fólico, más el cierre del segundo anillo y
formación del Ac. Inosínico ( Inosina -Ribosa - Fosfato).
Por otro lado, las Pirimidinas se forman a partir del Carbamil-P citoplasmático (1) con el
aminoácido Asp (2), formando el Carbamil Aspartato, que se cierra para formar el anillo por medio
de una deshidratación y posterior oxidación con NAD, entregando el Ac. Orótico. A este último
se le agrega Ribosa en la forma de PRPP, para dar finalmente el ác. Orotidílico (OMP) precursor
de Uracilo, Citosina y Timina.
En cuanto a las bases nitrogenadas aportadas por la dieta, estas no se utilizan ya que
pueden haber sufrido alguna modificación previa y seguro aumentará el riesgo de producir
mutaciones al ser incorporadas al DNA o al RNA. Por otro lado, algunas de estas bases son
transformadas por las bacterias intestinales en ac. Úrico y Amonio que puede ser absorbido y
luego excretado en los productos de deshecho.
ESQUEMA GENERAL DE LA SÍNTESIS Y SALVATAJE DE LOS NUCLEÓTIDOS DE
PURINA Y PIRIMIDINA
658

Héctor Rocha L. DNA
SÍNTESIS
DE LAS
PURINAS
VIA DE
SALVATAJ
E
Hipoxantina
PRPP
Guanina
PRP
Asp
CDP
Gln Gly N5,N10 Metenil-FH4 Gln - HCO 3 Asp
C- P PRPP
SÍNTESIS DE
LAS
PIRIMIDINAS
Orótico
CTP
Gln
OMP
UTP
- HCO 3
UMP
UDP
N10 Formil-FH4
Fosforilación
AMP
ADP
HGPRT
PP
IMP
Asp Gln
GMP
GDP
Metilación del Uracilo
por
N5,N10 Metilen-FH4
P
NDPs
Complejo
Ribonucleótido
Difosfato
Reductasa
NTPs
RNA
dTMP
Timidilato
Sintasa
dUMP
dNDP
Fosforilación
dTDP
dTTP
ATP
ADP
dADP
dATP
DNA
dGD
dGTP
dCDP
dCTP
Otra de las vías que aporta bases nitrogenadas corresponde al rescate de bases, que ocurre
a partir del DNA o RNA endógeno que ha sido metabólicamente degradado. En este caso las
Purinas como bases libres pueden ser unidas a la Ribosa activada, como Fosfo-Ribosil-
Pirofosfato (FRPP) para formar el correspondiente nucleótido y las Pirimidinas son rescatadas
a nivel de los Nucleósidos los cuales con ATP se vuelven a fosforilar, como se observará en
detalle más adelante. El costo energético de la síntesis de novo de las Purinas y Pirimidinas
659

Héctor Rocha L. DNA
es alto, por lo tanto el reciclaje es menos costoso y a su vez tiene un efecto regulador sobre la
vía de síntesis inhibiéndola.
Las Purinas forman como producto de excreción ác. Úrico que es parcialmente soluble y 2/3
del que se produce diariamente es excretado por el riñón y solo 1/3 es excretado por el
intestino. En contraste las Pirimidinas no tienen un solo producto de excreción definido, sino
que varios siendo todos ellos solubles como la β-Alanina y el ácido β-Aminoisobutírico, junto
a Amonio y CO2.
CÓMO SE RELACIONA LA VITAMINA B12 CON EL ÁCIDO FÓLICO
La vitamina B12 se necesita para que el Metil-THF pase su grupo metilo a la
Cobalamina para así formar Metil-Cobalamina. Sin B12 se acumula todo el ácido fólico
bajo la forma de Metil-THF, mientras que los niveles de THFdisminuyen. De esta
manera no existirá THF libre para ser destinado a formar N5, N10 – Metenil –THF y
N10- Formil-THF, que intervienen en la síntesis de las Purinas y el otro compuesto N5,
N10 Metilen-THF, empleado durante la síntesis de Timina, lo que a su vez impide la
síntesis de los Ácidos Nucleicos.
Esta carencia de disponibilidad se traduce en una incapacidad para dividirse de parte
del nícleo de los eritroblastos, ya que no disponen de una reserva adecuada de
Purinas y Timina para formar Deoxiribonucleótidos y permitir la replicación del DNA.
La consecuencia de esta falta provoca la enfermedad denominada Anemia Perniciosa.
Esta es del tipo megaloblástica (eritrocitos de gran tamaño, ya que no se dividen sus
precursores).
Por otro lado la falta de Metil — Cobalamina, no permite la formación de Metionina a
partir de Homocisteína en el metabolismo de los aminoácidos.
POR QUÉ LAS PIRIMIDINAS NO TIENEN VIA DE SALVATAJE
En las Purinas el salvataje se produce a nivel de las bases nitrogenadas Hipoxantina y
Guanina, mientras que en las Pirimidinas este proceso no es tan importante y ocurre a
nivel de los Nucleósidos. Esto se debe a que las Purinas forman productos de
degradación parcialmente solubles, que al acumularse cristalizan y producen daño
(Ác. Úrico), mientras que las Pirimidinas forman compuestos de degradación
totalmente solubles.
PORQUÉ EL DNA TIENE TIMINA Y EL RNA PURINA
a) Una de las razones se debe a que la base Uracilo del RNA no es lo suficientemente
específica en su apareamiento, mientras que la misma base metilada como Timina sí lo
és y aparea solo con Adenina. De esta manera se gana en estabilidad y se evita la
formación de bucles en un DNA mal apareado, preservando la fidelidad en la
replicación.
b) Por otro lado el DNA, es en general metilado para preservar su integridad ya que lo
hace de esta manera irreconocible a ciertes Nucleasas que puen ser aporatdas
mediante partículas virales o bacterias
c) La adición de un grupo metilo hace al DNA que sea más hidrofóbico y menos
expuesto a cambios en el solvente. En especial el grupo metilo de la Timina es
repelido por el agua hacia una cierta posición escondida en la hendidura mayor. De
660

Héctor Rocha L. DNA
esta manera la Timina se encuentra menos expuesta a la interacción con otras bases,
al ser su base precursora Uracilo un tanto promiscua en su apareamiento en el RNA.
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al
3) SINTESIS DE LAS BASES NITROGENADAS.
a) Síntesis de las Purinas .
El Fosfo-Ribosil-Pirofosfato (FRPP) es una Ribosa activada con ATP, con un Fosfato en la
posición del carbono 5, mientras que en el carbono 1 se halla el Pirofosfato, (Fig. 2 - 14). En
este último carbono activado (posición 1), se recibe al grupo Amino, donado por la Glutamina
con salida del Pirofosfato, denominándose ahora como 5-FOSFO-RIBOSIL-1-AMINA (PRA).
A continuación se procede la adición del aminoácido Glicina, activado previamente con ATP
en la forma de un acilfosfato, el cual se une al grupo anterior 1-Amino. Una vez que sale el
fosfato activador de la Glicina, se forma la GLICINAMIDA RIBONUCLEÓTIDO (GAR).
En la etapa siguiente el grupo amino de la Glicina es formilado por el N 10 - Formil-FH4, para
formar la α-N-FORMILGLICINA RIBONUCLEÓTIDO (FGAR). A continuación la Glutamina
con ATP, dona su Nitrógeno en la posición γ, al carbonilo de la Glicina ya incorporada,
para así formar la α-N-FORMILGLICINAMIDINA RIBONUCLEÓTIDO (FGAM).
Posteriormente se cierra el anillo con la energía del ATP, formando el 5'-AMINOIMIDAZOL
RIBONUCLEÓTIDO (AIR). De esta manera queda formado el primer anillo de la Purina.
A continuación se carboxila sin Biotina y con - HCO3, para dar origen al 4-CARBOXI- 5-
AMINO-IMIDAZOL RIBONUCLEOTIDO (CAIR). Luego, el Aspartato con la ayuda de ATP
dona su grupo amino para formar el N-SUCCINO-5-AMINOIMIDAZOL-4-CARBOXAMIDA
RIBONUCLEOTIDO (SAICAR), el que posteriormente se descompone liberando ác.
Fumárico, para quedar en la forma de 5-AMINOIMIDAZOL-4-CARBOXAMIDA
RIBONUCLEÓTIDO (AICAR).
Posteriormente, este último
intermediario, recibe otro carbono por la N 10 -Formil-FH4, para formar un nuevo compuesto, el
N-FORMILAMINO-IMIDAZOL-4-CARBOXAMIDA RIBONUCLEÓTIDO (FAICAR). Luego,
se cierra el anillo con salida de agua, para quedar sintetizado el precursor llamado Ác
Inosínico, INOSINATO o IMP.
Una vez sintetizado el doble anillo de la Inosina sobre la Ribosa-Fosfato o IMP (ác.
Inosínico), la vía biosintética se bifurca para dar origen al Adenilato (AMP) y Guanilato
(GMP), (Fig. 3 - 14). En el caso del AMP, el Aspartato deja su Amonio en la posición 6 del
doble anillo saliendo nuevamente como Fumarato y en el caso del GMP, se produce la
oxidación del IMP con NAD en el carbono 2, para quedar como Xantilato o XANTINA MONO
FOSFATO (XMP). Este último, al recibir Amonio aportado por la Glutamina, se convierte en
Guanilato o GUANINA MONOFOSFATO o GMP (Fig. 3 - 14). Finalmente por medio de la
acción de las Fosfoquinasas los nucleótidos monofosfato GMP y AMP, pueden pasar a
formar los respectivos Nucleótidos Trifosfato GTP y ATP.
661

Héctor Rocha L. DNA
Nombre de cada una de las enzimas y productos que participan en la síntesis de las
Purinas de la figura 2-14:
NÚMERO ENZIMA COMPUESTO FORMADO
1 FOSFORIBOSIL PIROFOSFATO
AMIDOTRANSFERASA
5-FOSFO-RIBOSIL-1-AMINA
( PAR)
2 GAR SINTASA GLICINAMIDA
RIBONUCLEÓTIDO (GAR)
3 GAR TRANSFORMILASA α-N-FORMILGLICINA
RIBONUCLEÓTIDO
(FGAR)
4 FGAR AMIDOTRANSFERASA α-N-FORMILGLICINAMIDINA
RIBONUCLEÓTIDO
(FGAM)
5 FGAM CICLASA 5'-AMINOIMIDAZOL
RIBONUCLEÓTIDO
(AIR)
6 AIR-CARBOXILASA 4- CARBOXI-5-AMINOIMIDAZOL
RIBONUCLEÓTIDO
(CAIR)
7 SAICAR-SINTASA N-SUCCINO-5-AMINOIMIDAZOL-
4-CARBOXAMIDA
RIBONUCLEÓTIDO (SAICAR)
8 SAICAR-LIASA 5-AMINOIMIDAZOL-4-
CARBOXAMIDA
RIBONUCLEÓTIDO
(AICAR)
9 AICAR -TRANSFORMILASA N- FORMIL AMINO IMIDAZOL-4-
CARBOXAMIDA
RIBONUCLEÓTIDO (FAICAR)
10 I M P Sintasa AC. INOSÍNICO
(I M P)
662

Héctor Rocha L. DNA
P R P P
2H 2 OPOCH 2
5
H
H O
H
H O O C
H C
2
H O O C
O
H
PRPP
H
O
O P O P O H
OH O H O H
C H
N
H
N H 2
O
C
H N
2
O
C
H N
2
C
C
N
N
N
O
H 2H
2
3 OPOCH 2
O N C C H N H
1
H H
2 H H
2 2
O 3
H H
H H
C H
Ribosa - P
C
C
N
N
H O
C H
Ribosa - P
O H
sintasa Gln Glu
ATP ADP
N 5 , N 10 –
+ PPi
+ Gly + Pi
- M etenil- FH 4
Ribosa- 5´- P
+ ATP
N-Succino
5-Aminoimidazol
4-Carboxamida
Ribonucleótido
(SAICAR)
5-A minoimidazol
4-Carboxamida
Ribonucleótido
(AICAR)
1
O
8
2 H 3 OPOCH 2
5 -P -Ribosil -1 –
Amina (PRA)
ADP
+ Pi
Fumarato
7
Asp
+ ATP
H O O C
C
H N
2
10
N-Formil-F H 4 F H 4
9
C
N
N
H O
C H
Ribosa - P
H N 2
O C
N-Formilamino-Imidazol
4-Carboxamida
Ribonucleótido
(FAIC AR)
Glicina m ida
Ribonucleótido
(GAR)
4-Carboxilato
5 –Aminoimidazol
Ribonucleótido
(CAIR)
H
O
C
N
H
C
C
H
O H
6
N
N
C O 2
H
C
N
H N C
2 N
C H
Ribosa - P
C H
Ribosa - P
O
5
H N
H C
Gln + ATP
ADP + Pi + Glu
ADP + Pi ATP
5-A minoimidazol
Ribonucleótido
(AIR)
F H 4
C
H
N
O
N H
C H
Ribosa - P
Formil - Glicinamida
Ribonucleótido
(FGAR)
H C
C
H
N
O
N H
O
H O
2
C
N
H N C
C H
C
10 H C N
N
H Ribosa - P
Á c. Inosín ico o I M P
4
C H
Ribosa - P
Formilglicinamidina
Ribonucleótido
(FGAMR)
Fig. 2 - 14. Síntesis de las Purinas a partir de PRPP (Pirofosfato va en el carbono 1 de la Ribosa y en el carbono 5 el Fosfato), ATP y
los aminoácidos precursores.
663

Héctor Rocha L. DNA
H N
H C
H O
2
+
N A D
O
C
N
C
C
+
H
+
N A D H
N
N
C H
O
IMP
Deshidro
genasa
H N
C
O
C
N
C
C
Ac. Xantílico
N
N
G l n G l u
+ +
A T P A M P + P P
C H
Ribosa - P
XMP
Aminasa
H N
2
H N
C
O
C
C
C
N
G M P
N
C H
N
Ribosa - P
I M P o Ribosa - P
Ac. Inosínico
A s p
+ G T P
G D P + P i
H O O C C H C H C O O H
2
Adenilo
Succinato
Sintasa
H N
H C
C
N
C
C
N
N
C H
Ribosa - P
Adenilo
Succinato
Liasa
Fumarato
H N
H C
N H
2
C
C
C
N
N
C H
N
Ribosa - P
Ac. Adenilosuccínico
A M P
Fig 3 - 14. Paso del IMP a AMP con Amonio del ác. Aspártico y paso del IMP
a GMP por oxidación y posterior adición del Amonio perteneciente a la
Glutamina con ATP.
b) Síntesis de las Pirimidinas (Fig. 4 - 14).
En la biosíntesis de las PIRIMIDINAS, se sintetiza primero el anillo y después se lo une a
la Ribosa activada. El Carbamil - Fosfato es uno de los precursores del anillo de las
Pirimidinas y se forma en el citoplasma, sin relación con la molécula producida por la
mitocondria en el resto del organismo, con excepción del Hígado, donde la Carbamil-P
Sintasa perteneciente al Ciclo de la Urea, puede aportar algo del Carbamil-P para la
síntesis de las Pirimidinas cuando este es exportado al Citosol. El otro precursor es el Ác.
ASPARTICO, (Fig. 4 -14).
La primera reacción de la vía, es la unión del CARBAMIL-FOSFATO y Ác. ASPARTICO
para dar origen al Ác. CARBAMIL-ASPARTICO. Esta molécula posteriormente se
deshidrata, cerrándose el anillo y pasa a formar el Ác. L-DIHIDRO-OROTICO, que se oxida
con FAD para convertirse en Ác. OROTICO. Este último recibe el anillo de la Ribosa activada,
como 5-Fosforibosil-1-Pirofosfato, para formar la Orotidina-5-Fosfato o Ác. OROTIDILICO
(OMP) con salida del Pirofosfato y posterior hidrólisis. El OMP por descarboxilación dará
664

Héctor Rocha L. DNA
origen al URIDILATO, también llamado URIDINA MONO FOSFATO o UMP. Una vez
formado, se le adicionan dos fosfatos en dos reacciones sucesivas con ATP para dar el UTP
o URIDINA TRIFOSFATO. Esta molécula al recibir un amino de la Glutamina activada con
ATP, forma finalmente la CITIDINA-5-TRIFOSFATO (Fig. 4 - 14). Como se puede observar
esta vía de síntesis es lineal sin mayores bifurcaciones como ocurre con las Purinas.
Nombre de las enzimas y productos involucradas en la síntesis de las Pirimidinas (Fig.
4 – 14):
NÚMEROS ENZIMAS PRODUCTOS
1
2
3
CARBAMIL- FOSFATO SINTASA II 3
ACTI
ASPARTATO
VIDADES TRANSCARBAMILASA
ENZIMÁ-
DIHIDROROTASA
TICAS
EN UN
SOLO
CARBAMIL-P
(CP)
CARBAMIL- ASPARTATO
(CA)
DIHIDROOROTATATO
(DHO)
COMPLEJO
4 Dihidrorotato deshidrogenasa OROTATO (O)
5 Orotato Fosforibosil Transferasa OROTIDINA MONO
FOSFATO
(OMP)
6 Orotidilato Descarboxilasa URIDINA MONO
FOSFATO
(UMP)
7 UMP Quinasa URIDINA DIFOSFATO
(UDP)
8 Nucleósido Difosfoquinasa URIDINA TRIFOSFATO
(UTP)
9 CTP sintasa CITIDINA TRIFOSFATO
(CTP)
inicio
Volver
al
665

Héctor Rocha L. DNA
Carbamil - P
O
H N C
2
1
O PO 3 H 2
- HCO 3 + Gln + ATP
O Ac. A s p a r t i c o
Ac. N – Carbamil
O Aspártico
H O C
H O C
H O
2
+ C H
H N
H
C H
2
C
H
2 C C
P i
3
H N C O O H
O N
2
C O O H
H
O
O
(U D P)
(U M P)
(O M P)
C A D P A T P C
C O 2
H N
H N C H
H N
C H
C C H
C C H
C
7
6
O N
O N
O
2H 3 OP O C H 2
O
A T P Ribosa - O P 2 O 6 H 3 Ribosa – OPO 3 H 2
A D P 8 Uridina - 5' - Di - P Uridina -5' - P
O
N H 2
(U T P) C G l n G l u (C T P) C
+ +
H N C H A T P A D P + Pi H N C H
C C H
C C H
9
O N
O N
H
H O
O H
O
C
N
PP i
C H
C
5
C O O H
Orotidina - 5' – P
o
Ác. Orotidílico
H N
Ac. Dihidro-orótico
O
C
C
O N
H
FAD F A D
FADH 2 2
PRPP
O
H N
C
C H 2
C
H
4
O
C
N
H
C O O H
C H
C
Ac. Orótico
C O O H
Ribosa - O P 3 O 9 H 4
Uridina - 5' - Tri - P
Ribosa - O P 3 O 9 H 4
Citidina - 5' - Tri - P
Fig. 4 - 14. Biosíntesis de las Pirimidinas a partir de Carbamil-P y Aspartato. Las enzimas reguladoras se encuentran en un rectángulo
oscurecido.
666

Héctor Rocha L. DNA .
4) DIFERENCIAS ENTRE LA SINTESIS DE PURINAS Y PIRIMIDINAS.
PURINAS
PIRIMIDINAS
Representadas por Adenina
y Guanina, tanto en el
DNA como en el RNA.
Su único anillo se sintetiza
inmediatamente sobre la Ribosa activada
como 5-Fosfo-Ribosil-1-Pirofosfato.
El ácido Fólico se emplea para adicionar
carbono como Metenilo y Formilo
Sus precursores son el ác. Aspártico, la
Glicina, dos Glutaminas, CO2 y dos
grupos Formilos
A partir de la IMP se bifurcan en la vía para
la síntesis de AMP y GMP
Representadas por Timina, Citosina y
Uracilo El DNA tiene TIMINA y CITOSINA.
El RNA tiene URACILO y CITOSINA.
Ambos anillos se sintetizan primero y
después se unen a la Ribosa activada
como 5-Fosfo-Ribosil-1-Pirofosfato
Una vez formado el anillo del URACILO, el
ác. Fólico se emplea para adicionar el
grupo Metilo al nucleótido dUMP que se
transforma en dTMP
En su síntesis solo se emplea
Ác. Glutámico y Carbamil Fosfato
El ác. Orotidina-5- Fosfato (OMP) es
precursor directo de UMP y CMP
inicio
Volver
al
5) NUCLEOTIDOS
Los Nucleósidos están formados por una base nitrogenada más el azúcar, mientras
que los Nucleótidos tienen la base nitrogenada, el azúcar y uno o más fosfatos en la
posición 5´. Tanto el producto final de la síntesis de las Purinas como de las Pirimidinas es el
nucleótido Monofosfato.
En la figura 5 - 14, se pueden observar las bases nitrogenadas Adenina y Guanina junto a sus
nucleósidos y nucleótidos, los que se encuentran dispuestos en la forma SIN. Esto significa
que el C-5' del azúcar tiene un Fosfato al mismo lado que la posición en que se encuentra el
doble anillo de la base nitrogenada (Figs. 5 - 14 y 6 - 14). Cuando se encuentran en la forma
opuesta se denominan ANTI.
El azúcar de los Nucleósidos puede ser Ribosa o (Desoxi) Deoxiribosa y los fosfatos en el
Nucleótido pueden estar en número de 1 a 3. Con 3 fosfatos es cuando la molécula contiene
la mayor energía. Los fosfatos se ordenan de adentro hacia fuera, es decir desde el C-5' del
azúcar hacia su extremo y se denominan Fosfatos α (C-5'-O-PO3H2), β (C-5'-O-PO2-O-PO3
H2) y γ (C-5'-O-PO2-O-PO2-O-PO3H2), luego el más externo es él γ.
667

Héctor Rocha L. DNA .
1
2
N
H C
N H
2
C
C
N
3
6
5
4
C
ADENINA
N
7
N
H
9
C H
8
N
H C
H O H C
2
4´
H
5´
N H
2
C
C
N
H O
C
O
H H
3´ 2´
O H
H
N N
1´
C H
N
H C
N H
2
C
C
N
C
H O H C 2
O
H H
H
H
H O
H
N N
C H
H O
N H
2
C
N C
N C H
α H C C α
N
N
6 - Aminopurina Adenosina Deoxiadenosina Ac. Adenílico Ac. Deoxiadenílico
O
P O
O
H C
2
H
O
H H
H O
O H
H
H O
O
P
O
O
H C
2
N
H C
H
H O
N H
2
C
C
N
C
O
H H
H
H
N N
C H
H N
2
H N
C
O
C
C
C
N
GUANINA
N N
C H
H N
C
H N
2
H O H C
2
H
O
C
C
C
N
O
H H
H
N N
C H
H N
H N
2
H O H C
2
H
C
O
C
N
C
C
O
H H
H
N N
C H
H O
α
O
P O
O
H N
2
H N
P O
H C
H O
2
O
H
C
O
C
N
O
H H
C
C
H
N N
C H
α
O
H N
2
H C
2
H N
H
C
O
C
N
C
O
H H
C
H
N N
C H
2 - Amino - 6 - ceto
purina
H O O H
H O H
H O O H
H O H
Guanosina Deoxiguanosina Ac. Guanílico Ac. Deoxiguanílico
Fig 5 - 14. Bases Púricas junto a sus Nucleótidos y Deoxiribonucleótidos
668

Héctor Rocha L. DNA .
O
3
N
C
2
4
N H
2
C
C H
C H
N
1
5
6
CITOSINA
H O H C
2
H
N
C
O
O
H H
C
N
H
N H
2
C H
C H
H O H C
2
H
O
H
N
C
O
H
N H
2
C
N
H
C H
C H
H O
O
P
O
O
H C
2
H
O
H H
N
H
N H
2
C
C H
C
C H
α α
O
N
O
H O
P
O
O
H C
2
H
H
O
N
C
O
H
N H
2
C
C H
C H
N
H
2 - Ceto - 4 – Amino
Pirim idina
O
O
H N
H N
C
C
O
C
N
C
N
O
C
C H
C H
C H
URACILO
TIMINA
C H 3
H O
O
H O
O H
H N
C
O H
C
N
O
C H
C H
H O
H O H C H O H C
H O P O
2
2
O
O
O
H H
H H
H
H
H
H
H O H C
2
H
H O
H
H O
H
Citidina D e o x ic itid in a A c . C itid ílic o
C M P
O
O
H
H
H
H
O
H C
2
H
H O
H O
O H
C
C
N
C H
N
C H
N
H H H
C
N
O
C H
O
O
H H
2 , 4 - Dicetopirim idina U rid in a Seudouridina A c . U rid ílic o
U M P
2 , 4 - Diceto - 5 – M e til
Pirim idina
O
H N
C
O
C
N
C
C H
C H 3
d-Tim idina o Deoxitim idina
Fig. 6 - 14. Bases Pirimidínicas con sus respectivos Nucleósidos y Nucleótidos.
α
H O
O
P
O
O
C
O H
H
N
H C
2
H
O
O
O
H O P
O
H O
O
H H
H O
C H
H N
C
H
C
N
H
O
C
C H
H O
A c .D e o x ic itid ílic o
d C M P
α
H C
2
H
O
H O
C H 3
H
O
H H
H
C
H
C
N
O
C H
C H
A c. Seudouridílic o
O
d U M P
A c. Tim idílico
d T M P
669

Héctor Rocha L. DNA .
En la Figura 6 - 14, se pueden observar los Nucleótidos y Nucleósidos de las bases Citosina, Uracilo y Timina. Es importante
destacar que los nucleótidos de la Timina son solo del tipo Deoxi.
670

Héctor Rocha L. DNA .
Los Nucleótidos, fuera de constituir los ácidos nucleicos son empleados en otras actividades
y entre ellas tenemos:
a) la activación de sustratos, como es el caso de la UDP-Glucosa y el CDP-
Diacilglicerol o la CDP-Colina.
b) como parte de los cofactores vitamínicos en las coenzimas NAD, FAD, la
Deoxiadenosilcobalamina (B12) y la Coenzima A.
c) Cómo segundos mensajeros en las cascadas de amplificación AMPc y GMPc.
Los Ribonucleótidos en la forma nucleótido difosfato (NDP), son los precursores de
los deoxiribonucleótidos (dNDP), que son necesarios en la forma de dATP, dGTP,
dCTP y dTTP para la síntesis del DNA. Así tenemos que la enzima RIBONUCLEOTIDO
REDUCTASA de la figura 7 - 14 se encuentra activada en las células mitóticas y cataliza la
Deoxigenación de la D-Ribosa a D-Deoxiribosa, por medio de la reducción directa del
OH a H, sin cambios en la configuración del azúcar.
N A D P H +
H +
N A D P +
Complejo de la Ribonucleótido Difosfato Reductasa donde ocurre
la reducción del 2´OH de la Ribosa a 2´H en la Deoxiribosa.
Solo los Nucleósidos Difosfato son los sustratos del Complejo.
F A D
Tiorredoxina
Reductasa
F A D H 2
2 Fe + 2
+ 3
Fe
T
S
S
Tioredoxina
S H
T
S H
Ribonucleótido
Reductasa
E
E
S H
S H
S
S
A D P
C D P
G D P
U D P
d A D P
d C D P
d G D P
d U D P
Fig 7 - 14. La actividad denominada Tiorredoxina Reductasa es parte del Complejo y actúa
sobre los grupos 2'- Hidroxilos de los Ribonucleósidos Difosfatos.
.
El sistema enzimático de la figura 7 - 14, pertenece al E. Coli, siendo similar en sus
características principales al de los Eucariontes. Este sistema cuenta con un dador de
protones como el NADPH + H, un transportador como FAD, hierro no Hemínico como
transportador de electrones y la proteína Tiorredoxina de PM. 12kD. Esta proteína contiene
un par de Cys formando un puente disulfuro entre sus estados reducido y oxidado. El
Complejo de la Ribonucleótido Reductasa, toma los hidrógenos reversiblemente de ambas
Cisteínas de la Tiorredoxina y con sus propios grupos Tioles o SH procede a la reducción de
la Ribosa
A continuación la enzima Timidilato Sintasa (Fig. 8 - 14), tiene por función catalizar la
reacción en que el Deoxiuridilato (dUMP) pasa por metilación a Deoxitimidilato (dTMP). Se
emplea en este caso la coenzima que contiene Ác. Fólico (THF) como transportador de
carbono, en la forma de N5, N10- Metilen -Tetrahidrofolato. Esta coenzima después de
entregar el Metilo, queda como Ác. Dihidrofólico (DHF). Para llegar nuevamente a este último
compuesto funcional se lleva a cabo una reducción con la enzima Dihidrofolato Reductasa
y NADPH + H.
En la reacción de carga del metilo, como metileno al ác. THF, es también necesaria la
Vitamina B12 o Cobalamina en la forma de Metil-Cobalamina. De esta manera, se puede
671

Héctor Rocha L. DNA .
inhibir la síntesis de DNA en Quimioterapia (tratamiento para Leucemia) por la inhabilidad de
contar con el dTMP necesario para formar dTTP. Para ello se emplean los compuestos
químicos conocidos como Aminopterina, Metopterina y Trimetoprima (Fig. 8 - 14). Su
capacidad, se debe a que actúan como inhibidores competitivos de la enzima
Dihidrofolato Reductasa (DHFR), ya que su estructura es análoga al Ác. Fólico.
a )
NADPH + H
DIHIDROFOLATO
REDUCTASA
NADP
AMINOPTERINA,
METOPTERINA
Y TRIMETOPRIMA
SON INHIBIDORES
DE LA
DIHIDROFOLATO
REDUCTASA
FH2 (DHF)
DIHIDROFOLATO
F H 4 (THF)
TETRAHIDROFOLATO
N 5 , N 10 - METILEN - F H 4
d T M P
TIMIDILATO
SINTASA
d U M P
5-FLUORURACILO
Y
5-FLUORDEOXIURUDINA
SON INHBIDORES
b )
d U M P
TIMIDILATO
SINTASA
d T M P
N 5 , N 10 - METILEN - F H 4 DFH
GLICINA
Serina Hidroxi Metil Transferasa
o
Serina Trans Hidroxi Metilasa
SERINA
B 12
TFH
DIHIDROFOLATO
REDUCTASA
NADP
NADPH + H
Fig 8 - 14. a) Acción de la enzima Timidilato Sintasa y Dihidrofolato Reductasa.
b) Ciclo de carga del grupo Metilo desde la Serina en el ác. Fólico.
También inhiben la síntesis del IMP, precursor de ATP y GTP en aquellas reacciones que
requieren de Ác. Fólico (Figs. 2 - 14 y 4 - 14) en la síntesis de las Purinas. Ver el Capítulo 6
de las Vitaminas.
Por otro lado, se puede también evitar la síntesis de dTMP mediante la inhibición de la
enzima Timidilato Sintasa (Fig. 8-14) con el empleo de sustratos suicidas (5-
Fluoruracilo y la 5-Fluordeoxiurudina o 5-FdUMP), ya que se unen irreversiblemente al
sitio activo.
inicio
Volver
al
672

Héctor Rocha L. DNA .
6) REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LAS BASES NITROGERNADAS.
En la Figura 9 - 14, se observa la síntesis general de los Nucleótidos destinados al RNA y
DNA. La enzima Tiorredoxina Reductasa, esta a cargo de la formación de los
Deoxiribonucleótidos, mientras que la Timidilato Sintasa se encuentra encargada de la
transferencia de metilo al dUMP para formar dTMP, además la enzima CTP - Sintasa se
encuentra catalizando el paso entre UTP y CTP. Finalmente la Desaminasa cataliza el paso
desde dCMP a dUMP.
ESQUEMA DE REGULACIÓN EN LAS PURINAS Y PIRIMIDINAS
R IB O S A -5-P
RIBOSA-5-P PIROFOSFOQUINASA
PRPP
GLUTAMINA-PRPP-AMIDOTRANSFERASA
5-P- R IB O S IL A M IN A
- HCO3 + Gln + ATP
UTP
CTP
CP
C-Asp
CARBAMIL-P
SINTASA II
ASPARTATO
TRANSCARBA-
MILASA
DIHIDRO
OROTASA
ADENILO
SUCCINATO
SINTASA
IM P
DI-HIDROOROTATO
ADENILO
SUCCINATO
XMP
PRPP
OROTATO
A M P
A D P
G M P
GDP
OMP
UMP
DIHIDRO
OROTASA
DESHIDRO-
GENASA
AT P
G T P
UDP
UTP
Fig 9a – 14. Regulación de las Purinas y Pirimidinas
CTP
Fig 9b – 14. regulación de la Pirimidinas
La regulación de las Purinas (fig. 9a – 14), es en gran parte a nivel celular, pero la
disponibilidad de PRPP se encuentra controlada por inhibición de ADP y GDP en la
primera enzima de la vía metabólica. Cuando sube el nivel de estos nucleótidos disminuye
la actividad de la Ribosa-P Pirofosfoquinasa o PRPP Sintasa. Además, la segunda
enzima de la vía Amido Fosfo Ribosil Transferasa (Glutamina PRPP Amidotransferasa),
es inhibida por ATP, ADP, AMP y GTP, GDP y GMP. Esta misma enzima es activada por la
presencia de PRPP. Por otro lado, el paso donde se produce la bifurcación de IMP a GMP y
AMP, es también regulado en forma cruzada. El aumento de ATP estimula la síntesis de GMP
y el aumento de GTP estimula la síntesis de AMP.
673

Héctor Rocha L. DNA .
La regulación de la síntesis de las Pirimidinas (fig. 9b – 14) es distinta en bacterias y
animales. En animales la enzima es multifuncional o bien es un complejo de multiples
actividades enzimáticas que presenta actividad de Carbamil-P Sintasa (CPS II) en su
primera reacción, que ocurre en el citoplasma a diferencia de la Carbamil Fosfato Sintasa I
del Ciclo de la Urea en la mitocondria. La CPS II del citoplasma, es inhibida por UTP, CTP,
UDP y dUTP a la vez que es activada por ATP. Otras de las actividades de este mismo
complejo son la Aspartato Transcarbamilasa y la Dihidrorotasa. (Fig. 9b - 14).
En general la actividad de CPS II es inhibida por UDP y dUTP y , mientras que el ATP y el
PRPP la estimulan. Otra enzima de la vía biosintética es la Dihidroorotato Deshidrogenasa,
que es estimulada por ATP y PRPP. Por otro lado, la enzima OMP Descarboxilasa u
Orotidilato Descarboxilasa (fig. 4 - 14), es inhibida competitivamente por UMP y CMP .
Finalmente, la enzima CTP sintasa es inhibida por CTP y activada por GTP.
En la figura 10 – 14 , se puede observar el panorama general de la síntesis de los
Nucleótidos de Purina y Pirimidina.
inicio
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674

Héctor Rocha L. DNA .
CO2 + Gln + ATP
CPS II
UDP
U TP
dU TP
C TP
R -5´- P
+
ATP
Carbamil - P
+
A s p
Esquem a G eneral de la Síntesis de Nucleótidos y Acidos Nucléicos .
Aspartato
Transcarbamilasa
– CT P + ATP
AMP GMP
ADP GDP
ATP GTP
P R P P
SINTASA
– AM P
G M P
Ac . Ureido –
Succínico
C T P
P R P P
+
Gln
COMPLEJO
RIBONUCLEÓTIDO
Di-P-REDUCTASA
Ac. O rótico U M P
P R P P (Glutamil)
Amido Transferasa
– AMP GMP + AMP GMP
AD P G D P AD P G D P
ATP G TP ATP G TP
Carbamil-P Sintasa II
5-P-RIBOSIL
AMINA
U D P
d U M P d T M P d T T P
d C M P
U D P U T P C T P C D P d C D P
COMPLEJO
RIBONUCLEÓTIDO
Di-P-REDUCTASA
I M P
d U D P
G M P
CTP SINTASA
R N A
A T P
TIMIDILATO
SINTASA
G T P
G D P
DESAMINASA
d G D P
COMPLEJO
RIBONUCLEÓTIDO
Di-P-REDUCTASA
d CTP
D N A
d G T P
A M P
A D P
d A D P
COMPLEJO
RIBONUCLEÓTIDO
D i-P-REDU CTAS A
d A T P
TIORREDOXINA
REDUCTASA
Fig. 10 - 14. Resumen general de la síntesis de los Nucleótidos.
675

Héctor Rocha L. DNA
7) VIAS DE RESCATE PARA LAS PURINAS Y PIRIMIDINAS.
Debido a que se están continuamente formando y destruyendo células, lo que implica
síntesis y degradación de DNA y RNA, es necesario un suministro adecuado o “pool” de
bases nitrogenadas tanto de Purinas como de Pirimidinas.
En aquellas células cuya destrucción esta programada se produce un primer ataque por las
Endonucleasas, que cortan los ácidos nucléicos en el interior de la cadena, precisamente en
los enlaces fosfodiester produciendo Oligonucleótidos de distintos largos. Estos son
posteriormente atacados por las Fosfodiesterasas, que hidrolizan individualmente las
uniones fosfodiester entregando como producto a los 5´o 3´ Mononucleótidos, los que son
posteriormente hidrolizados por las 5´- Nucleotidasas o 3´- Nucleótidasas, que eliminan su
fósforo para convertirse en Nucleósidos. Sobre estos últimos, actúan las Nucleósido
Fosforilasas (fig.10-4), para dejar finalmente a la base nitrogenada sola y una Ribosa-1-P.
Esta última reacción, es del tipo reversible y las bases individuales pueden ser también
recicladas para formar nuevamente un Nucléosido, que bajo la acción de una enzima
denominada Nucleósido Quinasa (fig. 11-14) y ATP pueden dar origen a un Nucleótido que
puede ser integrado a los ácidos nucleicos.
Las enzimas ADENOSINA FOSFORIBOSIL TRANSFERASA (APRT) e HIPOXANTINA-
GUANINA FOSFORIBOSILTRANSFERASA (HGPRT) en la figura 11 - 14, son las
principales enzimas dedicadas a volver a unir las bases púricas de deshecho a los
respectivos azúcares. De esta manera se evita que las bases de los nucleótidos degradados
sean descartadas.
(APRT) Adenosina Fosfo Ribosil Trasferasa y
(HGPRT) Hipoxantina, Guanina Fosforibosil
Transferasas
Adenina + P R P P A M P + P Pi
Guanina + P R P P G M P + P Pi
Hipoxantina + P R P P I M P + P Pi
Nucleósido +
Adenosina
(Adenina - Ribosa)
Nucleósido Fosforilasa
P i
T im id ina
+
(Timina - Deoxiribosa)
+
A T P
Base
Nitrogenada
Nucleósido Quinasa
A T P
+
A M P
dT M P
Ribosa - 1 - P
A D P
A D P
U rid ina + A T P U M P + A D P
(U racilo - R ib o sa)
C itid ina + A T P C M P + A D P
(Citosina - Ribosa)
+
+
Fig 11 - 14. La mayoría de las vías de salvataje en los animales no incluyen a las
Pirimidinas. La Nucleósido Fosforilasa rompe el enlace Glicosídico entre el Carbono 1 de la
Ribosa y la Base Nitrogenada, dejando la base sola y la Ribosa fosforilada en el mismo
Carbono 1.
676

Héctor Rocha L. DNA .
Por otro lado, en el hombre las Pirimidinas no son recicladas de manera significativa,
como ocurre con el salvataje a nivel primario de las Purinas por HGPRT y APRT, además
las Pirimidinas forman compuestos de degradación solubles sin generar problemas
clínicos, como sucede con el Ác. Úrico de las Purinas. En todo caso, en las Pirimidinas
es importante el salvataje de las Timinas (Fig. 11-14) por la Timina Fosforilasa (Timina +
Deoxiribosa-1-P-------Timidina + Pi) y la Timidina Quinasa (Timidina + ATP------dTMP +
ADP) que preparan a la célula para entrar en división.
Volver al
inicio
8) DEGRADACION DE LAS BASES NITROGENADAS.
Como se vio anteriormente los Nucleótidos de las Purinas (Fig. 12 - 14), se degradan primero
por acción de una 5'-Nucleotidasa que remueve el fosfato tanto del AMP como del GMP,
para luego eliminar en la Adenosina el grupo Amino por una Adenosina Deaminasa dejando
a la Inosina, esta posteriormente pierde la Ribosa con una Nucleosidasa dejando
Hipoxantina. Esta última por medio de la doble actividad enzimática representada por la
Xantina Oxidasa y Xantina Deshidrogenasa, genera Xantina como intermediario para dar
finalmente Ác. Úrico.
La Guanosina (Guanina-Ribosa), (Fig. 12 - 14) pierde a la Ribosa por la Nucleosidasa y
la base restante Guanina, por acción de una Deaminasa, se convierte en el compuesto de
N
C
H O H C O
H O H C O
2 Adenosina 2
H H
H H
Deaminasa
H H
H H
H N
2
N H
2 Adenosina
C N C
C H
C N
N
H O
O H
H N
H C
N
O
C
C
C
H O
Degradación de las Purinas
Inosína
N
N
O H
C H
Núcleo
sidasa
HN
HC
N
O
C
C
C
H2O, O2
Xantina
Oxidasa
2H + -
, O 2
Hipoxantina
N
N
H
C H
O
NAD
Xantina
Deshidrogenasa
NADH + H
C N
N C
O
H
Guanosina
C H
C C N
C O
N
N H
N C
H
C H
Xantina
C C N
N Núcleo- O Guanina
sidasa
Deaminasa
H O H C O
C
2
N
N C
H H
C H
H H
C C
H N
N
2 N H
H O O H
O
HN
O
C C
H
N
C C N
N H
H
Ac. Urico
Fig 12 - 14. En la figura 15 – 14, se observa el paso de Hipoxantina a Xantina y desde esta
últimal ác. Úrico. Este paso es catalizado por dos actividades enzimáticas: Xantina Oxidasa,
que emplea Agua y Oxígeno para formar Superóxido ( O 2
-
) y Xantina Deshidrogenasa, que
emplea NAD como coenzima. Los pájaros eliminan gran cantidad de ác. Úrico, mientras que
los primates lo hacen en menor cantidad, eliminando principalmente Urea.
C
O
677

Héctor Rocha L. DNA .
convergencia Xantina. Esta última, se oxidada por acción de la Xantina Oxidasa para
formar Ác. Úrico.
En el caso de las Pirimidinas, la Citosina (Fig. 13 - 14), se deamina pasando a formar el
Uracilo mediante una reducción del doble enlace del anillo, produciendo el Dihidrouracilo
por medio de la enzima Dihidropirimidina Deshidrogenasa. Este compuesto se
descompone luego en Ác. β-Ureido Propiónico mediante la acción de la
O
(1)
Dihidropirimi
dina
Deshidro
genasa
N
N H
2
C
C
C C
N
H
N H
3
H N
O
O
C
C
C C
N
H
Catabolismo de las Pirimidinas
NADPH + H
NADP
O
HN
C
O
(2)
Dihidropiri
midinasa
H O C O O H
C
H O
2 2
CH
2 HN
CH
2
2
CH
2 C CH
2
N
O N
H
H
Ureidopro
pionasa
+
C O N H
2 + 4
+
HN
C H C H C O O H
2 2 2
Citosina Uracilo Dihidrouracilo Ac. β-Ureidopropiónico β-Alanina
O
H N
C
O
C
N
H
Timina
NADPH + H
C H
C H
C H
3
(1)
Dihidropi
rimidina
Deshidro
genasa
NADP
O
H N
C
O
C
N
H
C H
3
C H
C H 2
Dihidrotimina
(2)
Dihidropiri
midinasa
H O
2
H N
2
C
O
C O O H
C H
3
C H
N
H
C H 2
Ac. β-Ureido isobutírico
H O
2
Ureidoisopro
pionasa
HN
2
C O N H
2 +
+
4
+
C H C H C O O H
2
C H 3
Ac. β-Amino Isobutírico
Fig. 13 - 14. El Amonio de las pirimidinas se excreta como UREA, mientras que los esqueletos
hidrocarbonados pueden degradarse en el CTC. En (1) y (2) se observan los mismos pasos.
Dihidropirimidinasa para dar finalmente β - Alanina, CO2 y NH4 por acción de la Ureido
Propionasa. La β - Alanina puede ir a la síntesis de CoASH o bien después de algunas
transformaciones se puede convertir en Acetil-SCoA para entrar al CTC.
Por otro lado, la Timina (Fig. 13 - 14) al no contar con un grupo Amino, se degrada por
reducción con NADPH (igual que la Citosina) a Dihidrotimina y posteriormente se transforma
en Ác. β-Ureidoisobutírico. Este último se descompone en CO2, NH4 + y Ác. β-
Aminoisobutírico. Este último se puede transformar después de varios pasos en Succinil-
SCoA y entrar al CTC.
En el caso de las aves, primates, reptiles e insectos estos producen Ác. URICO, mientras que
otros vertebrados forman ALANTOINA (Fig. 14 - 14).
678

Héctor Rocha L. DNA .
Los peces teleósteos eliminan Alantoato y los anfibios junto a los peces cartilaginosos
eliminan solo UREA. Finalmente, los invertebrados marinos llevan a cabo toda la vía
degradativa y más completa y eliminan solo CO2 y NH + 4 directamente al medio.
H O
N
C
O H
C
C
C
N
N
N
H
C
AC. URICO EN PRIMATES
PAJAROS, REPTILES
E INSECTOS
O H
1/2 O 2 + H O 2
ALANTOINA
EN ALGUNOS
VERTEBRADOS
O
C O 2
N H
2
C
N
H
O
C
C
H
H
N
N
H
C
O
UREA EN ANFIBIOS Y
PECES CARTILAGINOSOS
ALANTOATO
EN PECES
CON ESQUELETO
H O 2
O
N H C O H N H
2 2
O C C C O
N H N H O 2
H H
C O O H
C H O
O
H N C N H
2
2
H O
2
AMONIO EN
INVERTEBRADOS
MARINOS
C O 2
+
N H 4
Fig. 14 - 14. Distintas especies excretan diferentes productos nitrogenados.
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679

Héctor Rocha L. DNA .
9) ALGUNOS TRASTORNOS DEL METABOLISMO DE LAS PURUNAS Y
PIRIMIDINAS.
I ) En el caso del metabolismo de los Nucleótidos de las Purinas algunas enzimas
involucradas pueden fallar provocando los siguientes problemas:
Cuando falla la enzima enzima Xantina Oxidasa (XO) o la Xantina Deshidrogenasa
(XDH) tenemos:
a) Gota
Falla la Se produce por la acumulación e insolubilidad del Ác. Úrico o Hiperuricemia
(acumulación de ác. Úrico en la sangre) por sobre 7 mg/dl. Las manifestaciones clínicas
aparecen por la precipitación de cristales de Urato de sodio en el líquido sinovial de las
articulaciones especialmente dedo gordo del pié (Podagra), esto produce inflamación y
artritis de la articulación. Surge en general por exceso de Purinas o una deficiencia
parcial de la HGPRT. Se trata con Alopurinol, el cual es un isómero de la Hipoxantina y
a la vez inhibidor competitivo de la
Xantina Oxidasa.
Hipoxantina
Alopurinol
Por otro lado la Gota juvenil o nefropatía hiperuricémica, ocurre tanto en hombres
como mujeres y es de naturaleza fatal. El defecto bioquímico se desconoce hasta la
fecha.
b) Falla de Xantina Deshidrogenasa (XDH) que provoca la Xantiuria Hereditaria
La enzima XDH presente en el Hígado y la Mucosa intestinal cataliza la degradación
de Hipoxantina a Xantina y de esta última a ác. Úrico, emplea NAD como coenzima.
La enzima requiere de cofactores como Molibdeno (Mo), FAD y Hierro (Fe). La
enzima tiene una baja actividad o es inexistente en Homocigotos con deficiencia de
XDH. En estos casos se acumula Xantina, ya que Hipoxantina es empleada en la vía
de salvataje. La deficiencia en la absorción de Molibdeno también se traduce en una
acumulación de Xantina. Todos estos problemas se manifiestan con transtornos
renales agudos a la edad de 8 años.
c) Deficiencia de Adenina Fosforibosil Transferasa (APRT)
Se encuentra en todo el organismo principalmente en el núcleo. Tiene dos diferencias
Tipo I en caucásicos y Tipo II en Japoneses con una Km 10X superior a la primera.
Se acumula como 8-Hidroxi adenina y 2,8-Dihidroxiadenina que es muy insoluble
produciendo falla renal en infantes. Esta enfermedad tiene un amplio espectro y
puede ir desde cálculos a temprana edad hasta pasar inadvertida sin afectar la
calidad de vida de la persona.
680

Héctor Rocha L. DNA .
d) Deficiencia de Hipoxantina Guanina Fosforibosil Transferasa (HPGPRT)
La falla en la enzima HGPRT de la figura 9-14 o la falta de su expresión, provoca en los
niños el síndrome de Lesh-Nyhan. Esta enfermedad se caracteriza por altos niveles de Ác.
Úrico en la sangre y una descontrolada síntesis de novo (cerca de 20 veces) en la vía de las
purinas. Estos transtornos son acompañados por artritis, gota una alta agresividad a la edad
de dos años, acompañada con episodios de automutilación debido a la ingestión de su propia
lengua y dedos. En esta enfermedad se encuentra deteriorado el sistema nervioso, ya que el
rescate de Purinas es en gran medida empleado por el cerebro durante su desarrollo. Esto
último explicaría en parte el comportamiento aberrante de los pacientes.
e) Superactividad de Fosforibosil Pirofosfato Sintasa (PRPS)
Pasa Pirofosfato desde ATP hasta Ribosa-5-Fosfato y se encuentra ligado al
cromosoma X con Gota severa y cálculos en los riñones en adolescencia o antes de
la edad adulta.. La enzima es reguladora y se encuentra sometida al efecto de
diferentes nucleótidos como productos finales de las distintas vías que se derivan
más adelante.
f) Deficiencia de Purina Nucleósido Fosforilasa (PNP).
Causa una inmunodeficiencia por afectar la reproducción de los Linfocitos T y B.
g) Deficiencia de Adenosina Deaminasa (ADA).
Es causada por la falla en la enzima Adenosina Deaminasa que convierte
Adenosina en Inosina, ver figura 11-14. Cuando falta la enzima, el sustrato
Deoxiadenosina se acumula y se fosforila para formar dATP en grandes
cantidades. Como en los Linfocitos son altas las enzimas de salvataje incluyendo a
la Nucleósido Kinasas, ver figura 10-14, las altas concentraciones de dATP
inhiben a la Ribonucleótido Reductasa (fig. 6-14), evitando que otros dNTP sean
formados. El efecto de la falta de dNTPs, conduce a la incapacidad de división de
las células precursoras y destrucción de los Linfocitos T y B de los cuales depende
la respuesta inmune. Esta enfermedad es fatal en la infancia.
h) Deficiencia de Mioadenilato Deaminasa (MAD)
Cataliza el paso de Deaminación de AMP a IMP, son 4 isoenzimas con máxima
actividad en músculo esquelético. Su falla produce calambres musculares y mialgia el
exceso de Amonio producido neutraliza la producción de ácido Láctico. Se
incrementa la Glicólisis.
i) Deficiencia de Adenilo Succinato (ADS).
j) La enfermedad de Von Gierke en el metabolismo de la Glucosa (falla Glucosa-6-
Pasa), produce un exceso de Glucosa-6-P, la cual se dirige a la Vía de las Pentosas
y finalmente a la formación de un exceso de Ribosa-5-P y consecuentemente a un
posterior exceso de PRPP (Ribosa activada), lo que lleva a su vez a tener un exceso
de Purinas, con las dificultades que esto trae consigo, como es el caso de una
Hiperuricemia.
681

Héctor Rocha L. DNA .
II) En el caso del metabolismo de los Nucleótidos de Pirimidina pueden fallar
algunas enzimas provocando los siguientes desórdenes:
a) Aciduria Orótica hereditaria: Se produce cuando falla el complejo (UMP
sintasa) que mantiene a las actividades enzimáticas conocidas como la enzima
(4), Orotato Fosforibosil Transferasa (OFRT) y la enzima (5) Orotidilato
Descarboxilasa en la figura 4 – 14 y 15-14. Esta enfermedad es responsable de
inhibición del crecimiento junto a una anemia severa. Esto se debe a que se
forman eritrocitos hipocrómicos junto a una medula megaloblástica (no hay bases
para que se replique el DNA). Leucopenia es también común. Se trata con Uridina
y con Citidina, que conducen a un aumento en la formación de UMP por las
Nucleósido Kinasas. A su vez el UMP inhibe a la Carbamil-Fosfato Sintasa del
citoplasma atenuando la producción del Ác. Orótico, precursor de las Pirimidinas.
b) Deficiencia de la enzima (1) Dihidropirimidina Deshidrogenasa (DHPD) en la
figura 13 – 14 y 15 - 14.
Se caracteriza por una excreción aumentada de Uracilo y Timina en la orina.
Ocurre tanto en adultos como niños acompañados por desordenes y
malformaciones neurológicas respectivamente. Estos problemas se deben al
defecto en la primera de las tres enzimas que degradan las Purinas, DHPD, que
normalmente actúa catalizando el paso limitante y emplea a la coenzima NADPH
como fuente de protones para reducir el anillo de la Pirimidina. Esta enzima
también limita la efectividad del compuesto anticancerígeno 5-Fluoruracilo al
destruirlo.
c) Deficiencia de (2) Dihidropirimidinasa. Ver figuras 13 – 14 y 15-14.
Enzima que cataliza la abertura del anillo de Pirimidina, para formar ác. β-Ureido
Propiónico y ác. β-Ureido Isobutírico, tanto en la vía de degradación de la Citosina
como de la Timina respectivamente. El aminoácido β-Alanina es un producto final
de estas vías y se le considera como neurotransmisor putativo (puede ser y puede
no ser) y su falta provocaría transtornos nerviosos en infantes con 6 a 8 semanas
de edad.
d) Deficiencia Pirimidina-5´- Nucleotidasa (PMNA).Ver figura 15-14.
Cataliza la hidrólisis de los Nucleótidos de Pirimidina por medio de dos actividades
isoenzimáticas: Uridina Monofosfato Hidrolasa (UMPH1) 1 y (UMPH2) 2, la 1
hidroliza UMP a Uridina y CMP más dCMP a Citidina y la 2 hidroliza dUMP a
Uridina y dTMP a Timidina. La mayor parte de la actividad se encuentra en la
UMPH1. Cuando esta falla en homozigotos se observa anemia hemolítica
acompañada de esplenomegalia y colelitiasis (formación de cálculos biliares en
colédoco). Altos niveles de Bilirrubina son también comunes.
e) Deficiencia de CDP-Colina Fosfotransferasa
682

Héctor Rocha L. DNA .
Se produce una acumulación de CDP-Colina al fallar el paso de CDP-Colina +
Diacilglicerol para dar Fosfatidilcolina (Lecitina) y CMP. Esta acumulación ocurre
en eritrocitos y produce hemólisis crónica acompañada de ictericia y
esplenomegalia.
RNA
ATP
ADP
AMPc
ADS
DNA
dATP
R - 5´- P
PRPS
PRPP
ADS
ITP
DNA
dGDP
RNA
GTP
GDP
GMPc
AMP
AMPS IMP XMP
GMP
APRT
ADENOSINA
MAD
ADA
INOSINA
HGPRT
GUANOSINA
8-HIDROXI
ADENINA
XDH
ADENINA
PNP
PNP
HGPRT
XDH
2,8 HIDROXI
ADENINA
METILTIO
ADENOSINA
POLIAMINAS
S-ADENOSIL
METIONINA
S-ADENOSIL
HOMOCISTEINA
HIPOXANTINA
XDH
XANTINA
AC.URICO
XDH
GUANINA
Fig 15 –14. Vías de catabolismo, síntesis y salvataje de las purinas en el hombre
ENZIMAS DE LA FIGURA 15-14:
XDH: XANTINA DESHIDROGENASA
APRT: ADENINA FOSFORIBOSIL TRANSFERASA
HGPRT: HIPOXANTINA GUANINA FOSFORIBOSIL TRANSFERASA
PRPS : FOSFORIBOSIL PIROFOSFATO SINTASA
PNP: PURINE NUCLEOTIDO FOSFORILASA
ADA: ADENOSINA DEAMINASA
ADS: ADENILO SUCCINASA
MAD: MIOADENILATO DEAMINASA
683

Héctor Rocha L. DNA .
CICLO NH4 + GLUTAMINA
DE LA Carbamil-P
UREA Sintasa 1 y 2
CARBAMIL-P + ASPARTATO
DNA
CDP- DIACILGLICEROL
RNA
CDP- DIACILGLICEROL
RNA
dCMP
UTP
dUTP
DNA
dCDP
CDP
AC. OROTICO
OFRT
OMP
UDP
dUDP
dTDP
dCMP
PMNA
ODC
CMP
PMNA
CITIDINA
UMP
PMNA
URIDINA
dUMP
dTMP
TIMIDINA
CITOSINA
URACILO
DHPD
DIHIDROURACILO
DHPA
β-UREIDOPROPIÓNICO
TIMINA
DHPD
DIHIDROTIMIDINA
DHPA
β-UREIDOISOBUTÍRICO
β-ALANINA
β-AMINOISOBUTÍRICO
Fig 16 – 14. Vías de síntesis, catabolismo y salvataje de las Pirimidinas en el hombre.
ENZIMAS DE LA FIGURA 16-14:
OFRT : OROTATO FOSFORIBOSIL TRANSFERASA
ODC : OROTIDILATO DESCARBOXILASA
DHPD : DIHIDROPIRIMIDINA DESHIDROGENASA
DHPA : DIHIDROPIRIMIDINASA
PMNA : PIRIMIDINA-5´-NUCLEOTIDASA
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10) DNA
684

Héctor Rocha L. DNA .
La doble hebra duplohelicoidal (Fig. 17 - 14), puede tener varias grados de organización al
igual que una proteína. Por lo tanto se describen en ella las siguientes estructuras:
a) La estructura primaria, depende del orden y secuencia de las bases nitrogenadas que se
encuentran unidas al carbono 1' de las Deoxiribosas, tanto por el Nitrógeno ubicado en la
posición 9 de las Purinas como por el Nitrógeno ubicado en la posición 1 de las
Pirimidinas. La disposición del Deoxiribonucleótido es del tipo SIN, es decir la deoxirribosa
y la base nitrogenada se encuentran hacia el mismo lado, mientras que el arreglo
duplohelicoidal de la doble hebra se forma debido a que la Deoxiribosa no opone
impedimento estérico al acomodarse la doble hebra con una torsión hacia la derecha por
la falta de su 2'- OH.
En cada una de las hebras los Deoxiribonicleótidos se encuentran unidos entre sí por los
enlaces FOSFODIESTER, llamados así por ser los enlaces entre el carbono 5'- OH que
porta el fosfato ácido Alfa con el carbono 3'- OH del Deoxiribonucleótido siguiente.
b) La estructura secundaria, consiste en la interacción mediada por enlace Hidrógeno entre
las bases nitrogenadas de cada una de las hebras que se encuentran dirigidas hacia el
interior de la hélice. Dos enlaces hidrógeno para la interacción A-T y tres enlaces
hidrógeno para la interacción G-C. Entre las bases apareadas existe una pequeña
desviación del plano horizontal que las hace ver como las aspas de una hélice. Además
cada una de la hebras esta dispuesta en sentido antiparalelo de 5'a 3', mientras que las
bases de cada hebra se encuentran apiladas hacia el interior unas sobre otras y se
relacionan por medio de la interacción hidrofóbica.
c) La estructura terciaria depende de lav interacción con las Histonas. Estas son cerca de 5
proteínas que poseen cargas (+) debido a la presencia de Lisinas y Argininas en su
5'
EXTREMO
5'
H N
H
O
3'
H O
C H
2
O
N
N
N
N
H
O
N
N
H
C H 3
O H
3'
EXTREMO
ENLACE
O
H
O
C H 2
FOSFO
DIESTER
O
P
O
O
H N
N
H
H
N
O
N
O
O
P
O
O
ENLACE
FOSFO
DIESTER
3'
EXTREMO
3'
C H 2
H O
N
O
H
O
H
N
H
N
N
H
O
C H
2
O H
5'
EXTREMO
5'
Fig. 17 - 14.Representación de la estructura básica del DNA.
685

Héctor Rocha L. DNA .
secuencia. Estas proteínas se organizan en los complejos (H2A-H2B)2, (H3)2 y (H4)2
formando un octámero (Fig. 18 - 14), que posee ciertas hendiduras específicas que
interaccionan con las cargas negativas de los fosfatos expuestos en los surcos del DNA. La
molécula de ácido nucleico se encuentra en este caso superenrrollado y procede a dar dos
vueltas en el complejo del carrete de Histonas, mientras que su entrada y salida se
encuentran protegidas por la Histona H1.
Interaccionan electrostáticamente con el DNA
HISTONAS
H A H B
2 2
2
Oct'amero : ( H )
3
( H )
4
2
2
H
1
Histona protectora
del carrete : H 1
H
1
H 4
H
1
Histona que interacúa
con proteínas activadoras
y silenciadoras de los genes
Fig 18 - 14. Empaquetamiento de las Histonas para formar el Nucleosoma.
El complejo DNA-Histona es denominado Nucleosoma y su formación se encuentra regulada
por la interacción del amino terminal de la histona H4 con los factores proteicos activadoras o
silenciadoras que modulan la expresión de los genes. La histona H4 mediaría la estabilidad
del Nucleosoma, ya que al entrar en contacto con un factor activador , se produciría la
descomposición del Nucleosoma para dejar al DNA desnudo, con su promotor expuesto listo
para su transcripción. En caso contrario al interactuar el Nt de la Histona H4 con una proteína
silenciadora se formaría esta vez el nucleosoma ocultando al promotor.
Al continuar con la organización estructural del DNA, encontramos que la agrupación de
nucleosomas es denominada polinucleosomas. Estos a su vez forman estructuras compactas
denominadas solenoides los que son parte de las hebras o la cromatina del cromosoma
mismo.
d) DNA tipo B
686

Héctor Rocha L. DNA .
La doble hebra de DNA desnudo puede tener distintas formas y entre ellas encontramos al
DNA B o clásico de Watson y Creek.
Este se caracteriza por tener la torsión duplohelicoidal hacia la derecha y mostrar profundas
hendiduras mayores y menores en sus costados debido a que el carbono C 2´ de la
Deoxiribosa se encuentra en la forma ENDO. Esto significa que al comparar la deoxiribosa
con un sobre, uno de sus vértices se encuentra levantado, es decir por arriba del plano del
resto de los otros vértices o carbonos del anillo.
e) DNA tipo A
Entre las otras formas tenemos al DNA tipo-A con torsión hacia la derecha, pero que se forma
cuando la humedad baja del 75% y es más ancho y corto por vuelta debido al plegamiento
que sufre en este caso la Deoxiribosa. El azúcar aquí es del tipos C 3' ENDO. Este
plegamiento hace que los pares de bases que se encuentran apareados en el centro se
inclinen respecto al eje central, mientras que la disposición entre las Deoxirribosas y las
bases nitrogenadas será del tipo ANTI u opuesta. Estos arreglos hacen desaparecer la
hendidura menor, típica del DNA B y desfavorece la unión de las moléculas de agua a los
fosfatos.
f) DNA tipo Z
Este otro tipo de DNA se encuentra en las secuencias alternadas de C y G, las que se
acomodan con una torsión hacia la izquierda donde los fosfatos presentan un ordenamiento
de ZIG-ZAG junto a una hendidura lateral profunda.
En el DNA Z las bases nitrogenadas son capaces de girar 180 o y pasar de la forma Syn a la
Anti. Esto significa que la estructura cambia desde la forma en que la D-Ribosa y la Base
Nitrogenada se encuentran a un mismo lado, a la forma en que la D-Ribosa y la Base
Nitrogenada se encuentran opuestas una a la otra. A pesar de que este tipo de estructura no
es termodinámicamente favorable, suele ocurrir por la metilación de las citosinas en el
carbono 5.
Finalmente se puede agregar que las tres formas de DNA descritas aquí, más otras que se
verán a continuación son estructuras promediadas. Esto significa que el pozo de energía que
define la estabilidad de cada una de sus formas estructurales no es lo suficientemente
profundo y permite variaciones dinámicas a lo largo de las estructuras propuestas. El hecho
de definirlas como estructuras fijas sería como tomarles una foto con un "flash" en
determinada etapa de su movimiento y encontrarlas solo en la estructura más probable dadas
las condiciones del momento.
A continuación en la Tabla 1 - 14, se pueden observar las características de los distintos tipos
de hélices:
TABLA 1 – 14
687

Héctor Rocha L. DNA .
A B Z
Forma Más ancha Intermedia Más elongada
Incidencia
DNA natural
y sintético
DNA natural
y sintético
DNA alternado
de purina y pirimidina
Elevación por par de
bases
23nm 34nm 38nm
Diámetro Hélice 255nm 237nm 184nm
Sentido Derecho Derecho Izquierdo
Enlace Glicosídico "anti" "anti" "anti" para C,T y "sin"
para G
Pares de bases por
vuelta
11 10.4 12
Altura por vuelta 246nm 322nm 456nm
Inclinación desde el
eje normal
19 o 1 o 9 o
Hendidura Mayor
Estrecha
y muy Profunda
Ancha y Profunda
Sin surco plana
Hendidura Menor
Muy ancha
y superficial
Estrecha y Profunda
Muy estrecha
y profunda
En la figura 19, 20 - 14, aparecen representadas las tres formas del DNA. Existen aún otras
dos formas más del DNA. Estas son el:
DNA C con 9,3 pb/vuelta a la derecha y 33nm de elevación por cada par de bases, frecuente
en modelos dshidratados de DNA natural y sintético. El DNA D con 8pb/vuelta a la derecha
mayormente encontrado en el DNA sintético de secuencia ATATAT y con 30 nm de elevación
por cada par de bases. Otra forma extra corresponde al DNA T presente solo en
bacteriófagos.
Cómo se dió a entender anteriormente las distintas formas del DNA estarían ligadas al
reconocimiento específico que ocurriría por proteínas activadoras y silenciadoras de los
genes, junto al reconocimiento de ciertos tipos de DNA por receptores hormonales que
actuarían controlando la expresión al reconocer, no solo secuencias específicas, sino que
también diferentes formas y tipos en que se acomoda la doble hélice.
Por otro lado las distintas formas del DNA dependerían de las secuencias que se encuentran
presentes en el y de su capacidad para adaptarse a los cambios inducidos por el medio,
donde son de importancia el grado de hidratación, la salinidad del medio, el pH y la presencia
de otros factores involucrados en la expresión de los genes. Por ejemplo un espécimen
688

Héctor Rocha L. DNA .
adaptado a alta temperatura tendría un mayor nivel de secuencias GC para mantener la
estabilidad de la doble hebra y favorecerá con ello una de las formas promedio que puede
tomar el DNA.
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11) DNA CRUCIFORME
Ocurre cuando aparece una secuencia repetitiva de tipo recíproca, en que para una
secuencia dada de bases le sigue otra complementaria de orden inverso lo que se denomina
palíndrome. La estructura cruciforme se representa aquí por un trébol de dos hojas u
horquillas:
C T
G A
A T
T A
T A
5' AGCCTGA TCGGCCT 3'
3' TCGGACT AGCCGGA 5'
A T
A T
T A
C T
G A
Esta forma con simetría bicatenaria en el DNA también puede servir de reconocimiento para
algunas proteínas que controlan la expresión de los genes.
Híbridos DNA-RNA.
Estas formas híbridas serían similares al DNA tipo A con 11 a 12 pares de bases por vuelta.
Sin embargo según la secuencia de bases que se apareen pueden llegar incluso a ser
polimórficas. Estos híbridos estarían involucrado en el control de la expresión de los genes.
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12) DNA PRESENTE EN MITOCONDRIA, CLOROPLASTOS y DNA VIRAL.
al
El DNA mitocondrial humano tiene solo 16,569 kB y es cerca del 1% del DNA nuclear.
Codifica para cerca de trece genes estructurales sin intrones y 22 moléculas de RNA en total
que son del tipo de transferencia y ribosomal. Entre las proteínas que codifica están algunas
subunidades de la Citocromo Oxidasa del Complejo IV de la Cadena Respiratoria, el
Citocromo b del Complejo III y algunas subunidades de la ATP Sintasa incluyendo el canal de
los protones en la parte Fo. El DNA mitocondrial se encuentra en su mayor parte desnudo sin
histonas y es similar en todos los vertebrados con un peso de 15 a 20 kD, sin embargo difiere
con el DNA de los no vertebrados representado por las plantas, cuyo DNA mitocondrial tiene
de 218.000 a 2.400.000 nucleótidos de extensión. Esto no significa un mayor número de
689

Héctor Rocha L. DNA .
genes codificadores, sino que pueden ser incluso los mismos genes que se hallan en el DNA
mitocondrial de los vertebrados, pero en este caso acompañado de grandes trozos de DNA
no codificante entre ellos.
Los genes mitocondriales son de herencia exclusiva materna y se han empleado en la
actualidad para trazar los orígenes de las distintas razas. Cada persona hombre o mujer porta
el DNA mitocondrial de su madre.
Z
B
Fig 19 - 14. Modelos de algunas de las conformaciones del DNA representadas por la unión
de los átomos de fósforo, mientras que los segmentos horizontales indican la posición de los
pares de bases.
A
De esta forma en la mitocondria se encuentran codificadas solo un pequeño número de
proteínas que ejerce una función esencial, mientras que la mayoría de las otras proviene de
los cromosomas nucleares. Las proteínas de origen nuclear se transportan a la mitocondria
por medio de un complejo sistema de señales que se encuentra en la secuencia misma, para
de esta manera integrarse con las proteínas de origen mitocondrial una vez cortada la señal
que les premitió entrar a la mitocondria.
El Cloroplasto también cuenta con un DNA más pequeño que el del núcleo y con su propio
sistema de transcripción y traducción. Al igual que la mitocondria, no fabrica todas las
proteínas que necesita, por lo tanto se importan del citoplasma las subunidades proteicas o
las enzimas que necesita y cuyos genes forman parte del genoma de la célula.
Los virus tienen su material genético en el interior de una envoltura o cápside y no son
capaces de expresar esta información por lo que deben infectar bacterias para usurpar la
maquinaria de la Traducción y Transcripción. Algunos permanecen largo tiempo integrados al
genoma nuclear y se expresan posteriormente, mientras que otros codifican para elementos
de control de la expresión en los genes normales que se han vuelto silentes en los
Eucariontes durante la ontogenia.
690

Héctor Rocha L. DNA .
ig. 20 - 14. Distintos largos entre DNA A, el más corto, B y Z el más
extendido respectivamente.
El virus de la gripe tiene 8 cadenas de RNA de 800 a 5000 nucleótidos. El virus de la hepatitis
B con tiene una doble hebra de DNA de solo unos pocos miles de pares de bases.
Los virus RNA se pueden expresar inmediatamente pasando la información a una proteína
empleando su RNA como RNAm. Mientras que otros generan otra cadena de RNA
complementario que será el verdadero RNA mensajero. En el caso de los RETROVIRUS,
estos generan un DNA a partir de su RNA por la acción de la Transcriptasa Inversa codificada
en su propio gen. Este DNA se integra al genoma de la célula huésped donde puede estar
silente, es decir se comporta como integrante del DNA o bien se puede expresar causando
enfermedades como tumores en animales o el SIDA en los humanos. Los Retrovirus son aún
capaces de arrancar elementos de control de los genes de una célula huésped y en una
posterior infección controlar la expresión de un gen que ha sido silenciado durante los
eventos normales correspondientes al desarrollo y diferenciación celular. Este mecanismo de
acción ocurre con los proto-oncogenes, los que codifican para algunas Proteínas Quinasas
que controlan la actividad de ciertas vías metabólicas de las células y que están a su vez
relacionadas con los efectos causados por algunas hormonas. De esta manera tejidos que no
responden a una hormona después de diferenciados, lo empiezan a hacer nuevamente con
posterioridad a la infección con un retrovirus que porta un oncogen. Por este mecanismo
reaparece la multiplicación celular e indiferenciación lo que se denomina usualmente como
cáncer.
Afortunadamente esta última forma de infección viral ocurre principalmente en animales y no
ha sido del todo comprobada en los humanos.
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al
691

Héctor Rocha L. DNA .
13) PROPIEDADES DEL DNA.
a) En solución:
El DNA forma soluciones viscosas en agua según el grado de denaturación que presente. A
mayor denaturación presentará mayor viscosidad. La viscosidad disminuye cuando se
fragmenta el DNA.
b) Temperatura:
692

Héctor Rocha L. DNA .
La temperatura produce la "fundición" o separación de ambas hebras. La Temperatura de
fusión 50 o Tf 50 , es la constante que indica la Temperatura a la que el 50% del DNA
duplohelicoidal se ha separado en sus hebras individuales (Fig. 20a - 12). La Tf 50 variará con
la composición de las bases, así a mayor % de GC se tendrá un mayor Tf 50 y a mayor % de
AT una menor Tf 50 .
c) Hibridación del DNA.
Las hebras individuales o separadas del DNA duplohelicoidal pueden unirse nuevamente
entre sí o con otras hebras homólogas al bajar gradualmente la temperatura (Fig. 20a - 14).
La reasociación del DNA se estudia por la ecuación de la figura 20b-14, que relaciona de
manera inversamente proporcional la fracción f de DNA monofibrilar con su concentración
inicial y el tiempo de asociación.
En la figura 20c - 14, se observa en forma numerada del 1 al 4 la cinética de reasociación de
secuencias cada vez más heterogéneas.
La curva 1 corresponde al DNA repetitivo o con un alto % de GC alternadas, mientras que la
curva 4 corresponde al DNA heterogéneo. Las curvas 2 y 3 corresponden a DNA
entremezclado de repetitivo y heterogéneo. Este efecto permite estudiar casos de secuencias
repetitivas, donde ambas hebras pueden unirse en forma desfasada y no necesitan alinearse
de manera estrictamente opuesta o bien el caso de secuencias heterogéneas donde ambas
hebras deben aparear en solo una posición como ocurre entre una llave y una cerradura.
A )
D N A fragmentado me
Desnaturalización
Térmica
T o C
Reasociación
al bajar la
Temperatura
k
B ]
f
: fracción de moléculas de
una sola hebra
1
f = 1 + k C
o
t
C )
f
1,0
1 2 3 4
f = fracci'on de mol'eculas monofibrilares
0,5
+
k
k = Cte. de Velocidad de reacción
C o = Concentración del DNA
t = tiempo
-- 4 4
10 1 10
C o
t
Fig 20a - 14. Separación y reasociación de hebras del DNA.
Fig 20b - 14. Cinética de reasociación de las hebras del DNA
Fig 20c - 14. Reasociación del DNA.
Por el análisis anterior se puede estudiar el grado de parecido entre un gen y sus similares
dentro de una misma especie y también entre dos especies distintas. Mientras mejor aparee
el DNA monocatenario de una especie con la hebra de la otra especie, ambas estarán
693

Héctor Rocha L. DNA .
mayormente relacionados entre sí. De esta forma se ha demostrado que el Chimpancé
pigmeo difiere del hombre en solo un 1% de sus secuencias y que el Orangután difiere en un
4,5%, siendo el más distinto.
El DNA repetitivo que se encuentra cerca de los centrómeros del cromosoma es de tamaño
pequeño e hibridiza mucho más rápidamente que aquél de largo tamaño y heterogéneo. Este
DNA se emplea en la actualidad en pruebas de paternidad al estudiar la fragmentación de
sus trozos por medio de enzimas restrictivas (solo cortan el DNA doble hebra en un centro de
simetría bicatenaria) y electroforesis entre los posibles familiares y no familiares del vástago.
d) Absorción de luz:
Las bases nitrogenadas absorben luz UV a 260 nm (Fig. 21 - 14) y el grado de absorción
aumenta cuando una doble hebra en solución, se descompone exhibiendo sus bases
nitrogenadas a la luz incidente. Este efecto se conoce como Hipercrómico. En el caso
contrario cuando se baja la temperatura de un DNA que se encuentra separado, se produce
el efecto Hipocrómico, ya que ambas hebras se aparean nuevamente y ocultan sus bases
disminuyendo la absorción de la luz UV.
e) Reparación del DNA.
El DNA puede sufrir ya sea lesiones de origen exógeno por el medio ambiente que lo rodea y
también del tipo endógeno. Este último ocurre cuando el apareo entre las bases no es
correcto, es decir las DNA pol I y III introducen un error en el apareo de las bases con un
promedio de 1 en un total de 10 4 bases. Sin embargo se ha descubierto que casi todas las
DNA polimerasas de origen bacteriano tienen una actividad correctora por la que reparan las
secciones mal apareadas del DNA. Este tema se abordará más adelante.
A bs.
Efecto
H ip e rcró m ico
Efecto
Hipocrómico
220 260 280
λ
( n m )
Fig 21 - 14. El DNA de una sola hebra absorbe mayor cantidad de luz UV que el
DNA duplohelicoidal por tener sus bases descubiertas.
f) Daños que puede experimentar el DNA.
694

Héctor Rocha L. DNA .
La doble hebra no es inmutable y puede experimentar una serie de modificaciones físicoquímicas
que en caso de no ser reparadas acarrean una modificación en el control o la
expresión de los genes. En la Tabla 2-12, se pueden observar algunas de las lesiones a que
se encuentra expuesto el DNA.
TABLA 2 - 14
Lesión del DNA
Perdida de una base
Base alterada
Base incorrecta
Deleción/Inserción
Dímeros de Timina
Ruptura de las Hebras
CAUSA
Remoción por medio ácido o temperatura.
2x10 4 purinas/célula día en eucarionte a
37 o C.
Radiación ionizante GAMA, agentes
alquilantes, diol epóxidos derivados del
cigarrillo.
Deaminaciones espontaneas: C-->U, A--
>Hipoxantina
Agentes químicos que se intercalan,
Ej.:Acridina
Radiación U.V.
Radiación ionizante, tipo γ o rayos X
g) Mutaciones en el DNA.
Las mutaciones (Figs. 22-14 y 23-14) que cambian el marco de lectura para la síntesis de una
proteína pueden ser por deleción o la inserción de una base en la secuencia de la hebra. Otro
tipo de mutaciones solo afectan a un solo triplete y se traducen en un solo aminoácido
cambiado en la proteína y su mecanismo es por transición, en que una Purina se cambia por
otra Purina o transversión en que se cambia una Purina por una Pirimidina o viceversa.
695

Héctor Rocha L. DNA .
A )
TIPOS DE MUTACIONES .
AUG UUU UCU UAU CGG AAG GAA GUU GAA CCU UAA
Met - Phe- Ser - Tyr - Arg - Lys - Glu - Val - Glu - Pro -
CODON
DE
INICIO
CODONES
:
:
A U G
U A A
B )
U
INSERCION
AUG UUU UCU UAU CGG AAG GAA GUU GAA CCU UAA
DE
TERMINO
U A G
U G A
AUG UUU UCU UAU CGG AAU GGA AGU UGA
Met - Phe- Ser - Tyr - Arg
-
Asn - Gli -
Ser
A
DELECION
C )
AUG UUU UCU UAU CGG AAG GAA GUU GAA CCU UAA
AUG UUU UCU UAU CGG AGG AAG UUG AAC CUU
Met - Phe- Ser - Tyr - Arg
-
Arg
- Lys - Leu - Asn - Leu -ETC
-ETC
Fig. 22 - 14. a) Secuencia normal de un gen. b) Se produce la inserción de Uracilo en el triplete AAG
que pasa a AAU-G. c) El triplete AAG pierde Adenosina y pasa a ser AG-G.
A continuación se explica detalladamente cada una de estas mutaciones y se puede empezar
analizando las que ocurre cuando se introduce una base como Citosina * en el lado 3' de la
hebra cebadora. La Citosina no aparea con la Adenina de la hebra Templada:
3' A G C T G C A C T A G 5' Hebra Madre
5' T C G A C G C * - - - - - 3' Hebra Hija
En este ejemplo la base mal apareada puede ser removida junto con otras vecinas por la
capacidad exonucleásica 3'--> 5'de la DNA pol I o la DNA pol III de E. Coli y el sitio puede ser
repavimentado con la base correcta. Esta capacidad es también denominada EDITORA en
las DNA pol bacterianas y animales.
Otro ejemplo de mutación ocurre cuando una molécula plana como el Benzopireno (alquitrán
de cigarrillo) o las Aminas cíclicas (carne a las brazas) se intercalan en el DNA separando las
bases. En estos casos se produce una mutación por cambio del marco de lectura.
Esto significa que una proteína puede ser normal en su secuencia aminoacídica hasta el
punto de la mutación y desde este lugar se salta en la lectura una o dos bases por la
presencia de la molécula foránea que se encuentra intercalada en la secuencia. De esta
manera la proteína es totalmente distinta desde el triplete de la mutación en adelante y en
este caso la secuencia anormal puede en algunos casos detenerse prematuramente cuando
se forme el codón que no codifica para ningún aminoácido (debido al desfasamiento de la
lectura) o continuar aún más allá de su terminación normal, hasta que se forme alguno de los
codones de terminación por similar razón a la anterior.
696

Héctor Rocha L. DNA .
Igual cosa ocurre si se intercala una base extra en una de las hebras como se observa en la
figura 19 - 14, donde la secuencia desde el lugar de la mutación en adelante es distinta a la
original.
Mutaciones por Deleción ocurren cuando se pierde una base por Depurinación espontanea,
la que puede ser llevada a cabo por la Temperatura o la acidez del medio. En este caso se
pierde el marco de lectura, ya que la base que falta para la lectura de un triplete se toma del
siguiente alterando la proteína desde aquí en adelante en su secuencia (Fig. 19 - 14).
En el caso de mutaciones por Transversión, es decir el cambio de una Purina por una
Pirimidina o de Transición con el cambio de una Purina por otra Purina o de una Pirimidina
por otra Pirimidina, ocurre que se altera en la secuencia de la proteína solo el aminoácido
correspondiente al triplete afectado (Fig. 20 - 14). Si ocurre que este aminoácido tiene entre
cuatro a seis tripletes para su codificación, este tipo de mutación puede ser silente. Esto
significa que la mutación ocurre en el DNA, pero no se manifiesta en la Proteína, ya que el
nuevo triplete producido aún codifica para el mismo aminoácido.
De acuerdo a este postulado la primera y segunda base de un triplete afectan más la
identidad de un aminoácido que la tercera base. Esta última no es importante ya que el
código genético es degenerado o ambiguo. Lo que significa que distintas combinaciones
pueden aún codificar para el mismo aminoácido.
La expresión de la mutación siempre dependerá de los mecanismos correctores de la célula y
en el caso de que esta sobrepase la corrección, dependerá del sitio y el nivel donde se
produzca. Si es en los elementos de control de la expresión de un gen, el resultado será
catastrófico, pero si ocurre en las zonas no codificadoras es probable que no ocurra ningún
efecto, excepto cuando ocurre en las zonas repetitivas como se observará posteriormente.
697

Héctor Rocha L. DNA .
h) Daño por luz UV.
La luz Ultravioleta por tener la longitud de onda de mayor energía del espectro induce daños
en el DNA especialmente en aquellos lugares donde un par de bases nitrogenadas como la
Timina se encuentran vecinas en la misma hebra, (Fig. 23 - 14). Así tenemos que en una
célula de la dermis en un día de playa, dos timinas vecinas pueden dar origen a un aducto
formado por un Ciclo Butilo entre los dos anillos de Timina. Esta unión produce una pequeña
joroba en el DNA que si persiste en la replicación del DNA, las dos Timinas no tendrán
representación como dos Adeninas en la hebra hija y en el caso de sintetizarse una proteína
se producirá un salto en la lectura de las Timinas lo que se traducirá en una mutación por
deleción.
En los humanos existe la enfermedad denominada Xeroderma Pigmentosa, en que la piel se
mancha fácilmente bajo la exposición de la luz solar. Esta enfermedad presenta una alta
susceptibilidad al desarrollo de carcinomas y melanomas, donde se sospecha la existencia de
varios genes involucrados en la reparación del DNA y que pueden encontrarse defectuosos
por esta razón. En este caso las enfermedades son clínicamente similares, pero
molecularmente pueden tener distintos orígenes.
En bacterias el fenómeno es mucho mejor comprendido y ha sido descrito en detalle (Fig. 24-
14).
TIPOS DE MUTACIONES .
CODON
DE
INICIO
A )
AUG UUU UCU UAU CGG AAG GAA GUU GAA CCU UAA
:
A U G
Met - Phe - Ser - Tyr - Arg - Lys - Glu - Val - Glu - Pro
G
TRANSICION
CODONES
:
DE
TERMINO
U A A
U A G
U G A
B )
AUG UUU UCU UAU CGG AAG GAA GUU GAA CCU UAA
AUG UUU UCU UAU CGG GAG GAA GUU GAA CCU UAA
Met - Phe - Ser - Tyr - Arg - Glu - Val - Glu - Pro
- Glu
Glu - Val Glu - Pro
C
TRANSVERSION
C ) AUG UUU UCU UAU CGG AAG GAA GUU GAA CCU UAA
AUG UUU UCU UAU CGG CAG GAA GUU GAA CCU UAA
Met -
Phe - Ser - Tyr - Arg
Gln - -
-
Fig. 23 - 14. a) Secuencia normal de un gen. b) Mutación por Transición donde Adenina es
reemplazada por Guanina. c) Transversión donde Citosina es reemplazada por Citosina.
698

Héctor Rocha L. DNA .
Las proteínas UvrA y UvrB participan en la reparación uniéndose a la joroba del aducto y lo
desenrollan con la energía del ATP. Luego una tercera proteína, UvrC se une a las otras dos
e induce cortes de 12 nucleótidos, los que se desenrollan por la acción de la helicasa II. Este
hueco es posteriormente relleno por la DNA pol I y a continuación la enzima DNA ligasa
completa la reparación cerrando los extremos libres.
Reparación de ADN dañado por luz U V.
por sistema de reparación Uvr ABC.
Luz UV .
se separan cerca de 12 bases de la hebra
dañada .
T
T
D N A pol I
cierra la
brecha .
Acción de la
L I G A S A .
T
T
T
T
ATP ADP P
T
T
P
T
T
P
P
O H
O H
O H
Uvr A
Uvr B
Ambas proteínas desenrrollan la sección de ADN
con joroba . Requieren de ATP .
Uvr C
Corta la sección de 12
nucleotidos y con Helicasa II
se remueve el fragmento
Fig 24 - 14. La reparación de los dímeros de Timina en E. Coli se emplea de modelo para el
estudio de la reparación del DNA en humanos.
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699

Héctor Rocha L. DNA
14) REPLICACION DEL DNA.
Durante la replicación del DNA descrita en procariontes intervienen una serie de proteínas
que se catalogan en la Tabla 3 - 14. Estas proteínas son de varios tipos y entre ellas
encontramos a las proteínas estabilizadoras, las enzimas replicadoras y aquellas proteínas
que evitan la formación de nudos al desenrollar el DNA.
TABLA 3 - 14
PROTEINAS NECESARIAS PARA INICIAR LA REPLICACION DEL DNA.
Proteína PM kD Nº de subunidades Función
Proteína DNA A 50 1 Abre la doble hebra en lugares
específicos en el origen
Proteína DNA B o 300 6 Desenrolla DNA
Helicasa
Proteína DNA C 29 1 Requerida para la unión del DNA B en
el origen
HU 19 2 Proteína similar a la Histona. Se
necesita para el inicio.
Primasa o proteína G 60 1 Sintetiza RNA cebadores
SSB 75,6 4 Se une a una sola hebra del DNA
RNA polimerasa 454 6 Facilita la actividad de la DNA A
DNA topoisomerasa II
o Girasa
400 4 Reduce la tensión generada por el por
el desenrrollamiento del DNA.
En la Tabla 4 - 14, se aprecian las características de las distintas DNA polimerasas descritas
hasta la fecha en E. Coli.
La DNA pol I es la que se encuentra en mayor proporción, sin embargo es lenta para la
replicación del DNA en bacterias, pero tiene actividad exonucleásica 5' ---> 3', hidrolizando y
rellenando sectores del DNA que no aparean.
La DNA pol II actúa para reparar sectores específicos del DNA y la DNA pol III es la enzima
principal involucrada en la replicación del DNA bacteriano (Fig. 22 - 14). La DNA pol III es
multimérica con más de diez subunidades que poseen distintas actividades polimerizadoras y
editoras.
TABLA 4 - 14.
700

Héctor Rocha L. DNA .
COMPARACION ENTRE DNA POLIMERASAS DE E. COLI.
I II III
Gen Estructural polA PolB polC
Subunidades 1 > 4 > 10
PM kD 103 88 900
3'-->5'Exonucleasa Si
Editora
5'-->3'Exonucleasa Si No
Vel.
16-20 7 250-1000
Polimerización.(nct/sg
)
NCT agregados antes 3-200 > 10000 > 500000
de
la disociación
En la Tabla 5-12, se caracterizan las subunidades que constituyen la DNA polimerasa III:
TABLA 5 - 14
SUBUNIDADES DE LA ENZIMA DNA pol III EN E. COLI.
Subunidad PM kD Gen Función
Alfa α 13,2 polc(dna E) Polimerización
Epsilon ε 27,0 dnaQ (MutD) 3'--> 5'Exonucleasa Editora
Deta θ 10,0 hho lE
Tau τ 71,0 DnaX
Gama γ 52,0 DnaX
Delta δ 35,0 HolA
Delta' δ’ 33,0 HolB
Xi χ 15,0 HolC
Psí φ 12,0 Hold
Beta β 37,0 DnaN ATPasa requerida para óptima
actividad
El lugar desde el que se inicia la replicación se denomina oriC y se encuentra en un sitio
específico del cromosoma gigante en la bacteria E. Coli. Este sitio esta caracterizado por
tener un sector con cuatro secuencias repetitivas de 9 pares de bases (4 de 9) y otro sector
701

Héctor Rocha L. DNA .
con tres secuencias de 13 pares de bases repetitivas (3 de 13), dando un total de 245 pares
D N A Polimerasa I I I Holoenzima de
E . Coli.
Fig 25 - 14. Estructura general de la DNA pol III.
de bases (Fig. 23 - 14).
3 secuencias
de
1 3 pares de bases
en tandem
GATCTNTTNTTTT
4 secuencias
de
9 pares de bases
TTATCCACA
Fig. 26 - 14. Secuencias repetitivas en Ori C.
En la práctica se suele dividir el proceso de replicación en tres etapas: Iniciación, Elongación
y Terminación.
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702

Héctor Rocha L. DNA .
a) INICIACION:
Esta etapa parte con la unión de cerca de 20 a 30 moléculas de proteína bajo la acción del
ATP al sitio Ori C con 4 sectores repetidos de 9 pb con la secuencia TTATCCACA (Fig. 27 -
14). Este sitio debe poseer DNA circular superen rollado negativamente como exigencia.
Luego bajo la presencia de la proteína HU similar a la histona, se forma un "loop" u horquilla
con el DNA que se desaparea en la secuencia GATCTNTTNTTTT abriéndose.
Posteriormente se unen a este sitio la proteína DNA B ayudada por la proteína DNA C. La
proteína DNA B actúa como helicasa en presencia de ATP y desenrolla el DNA oriC en forma
bidireccional creando una burbuja de replicación con dos horquillas de replicación en cada
extremo con la ayuda de las proteínas DNA B y C.
O r i C
Secuencias
repetitivas
9 - mers
13 mers
Cromosoma de E. Coli
DNA Circular
Proteínas
dna A
requerida para
la iniciación
Proteínas
dna B
dna C
30 o C
Ambas proteínas
son requeridas en el
primosoma
O r i C
9 - mers
DNA Super –
Enrrollado
13 mers
Fig 27 - 14. Etapa de Iniciación. El término "mers" se refiere a las secuencias repetitivas.
En este momento es posible la unión de la proteína SSB (Proteínas estabilizadoras) para
estabilizar el DNA abierto junto a la DNA Girasa (DNA topoisomerasa II). La Girasa corta la
hebra para desenrollar y aliviar la tensión producida por la Helicasa y la une posteriormente
con la energía del ATP.
inicio
Volver
al
703

Héctor Rocha L. DNA .
b) ELONGACION:
En esta etapa se sintetizan la hebra líder o continua de 5'--->3' y la hebra discontinua o
retrasada que debiera ir de 3'--->5, sin embargo existe aquí un problema ya que la DNA
polimerasa III y I avanzan en la dirección 5'--->3' solamente (Fig. 25a-12). La hebra líder o
continua se sintetiza con la ayuda de la enzima PRIMASA del complejo PRIMOSOMA. Esta
es una RNA pol que produce una hebra de 10 a 60 ribonucleótidos de RNA cebador en el
sitio de origen. Este RNA cebador o "primer", aporta su lado 3'OH para la unión del 5' Alfa
Fosfato del primer Deoxiribonucleótido del DNA que se esterifica a este lugar por medio de la
enzima DNA polimerasa III (Fig. 25b - 14). Esta enzima solo avanza replicando en dirección
5'--->3' de acuerdo con el avance simultáneo de la burbuja de replicación en la misma
dirección 5'--->3'. En la hebra discontinua o retrasada se presenta el problema de la falta de
bidireccionalidad de la DNA pol III (Fig. 25c - 14). Por lo tanto un conjunto agrupado de
proteínas en el complejo denominado PRIMOSOMA( 7 proteínas distintas) subsana este
problema.
En este caso se forman varios RNA cebadores o "primers" de 10 a 60 ribonucleótidos por
acción de la Primasa del PRIMOSOMA en dirección opuesta al avance de la burbuja de
replicación. Posteriormente a los cebadores de RNA se les unen trozos de DNA en su lado
3'libre por acción de la DNA polimerasa III, formando el fragmento mixto RNA-DNA conocido
como fragmento de Okasaki (Fig. 25d - 14).
RNA DNA Fragmento
5'---------->3'-P- 5'------------>3' de OKASAKI.
unión fosfodiéster
Fig. 28 - 14. Horquilla con bucle permitiría la síntesis de la hebra Retardada en el mismo
sentido de la hebra Líder coincidiendo con el movimiento de la Helicasa.
Las horquillas permiten el avance del replisoma en ambos sentidos.
Cuando se han completado varios de los fragmentos de Okasaki en ambas direcciones de la
burbuja, la DNA polimerasa I del PRIMOSOMA hidroliza los RNA cebadores y
simultáneamente los reemplaza por DNA (Fig. 25d - 14). La brecha entre los distintos trozos
es luego cerrada por una LIGASA del PRIMOSOMA, que forma los enlaces entre el final 3'OH
de un deoxirribonucleótido y el inicio 5' Fosfato del otro, formando de esta manera el enlace
fosfodiéster y dándole continuidad a la hebra recién sintetizada (Fig. 25e - 14 y 25f - 14).
Ocurre el caso de que la hebra retardada puede ser también sintetizada en la dirección del
avance de la horquilla cuando se produce un "loop" o bucle alrededor de la DNA polimerasa
704

Héctor Rocha L. DNA .
III (Fig. 26 - 14). De esta manera ambas hebras de DNA con sus respectivas DNA pol III, la
líder (continua) y la retardada (discontinua), se encontrarán avanzando en la misma dirección
de la horquilla (Fig. 26 - 14) a medida que el bucle se traslada en la misma dirección en que
se mueven las Topoisomerasas.
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inicio
c) TERMINACION
Ambas horquillas de replicación se encuentran en el otro extremo del cromosoma circular del
E. Coli, donde intervienen las Topoisomerasas Tipo II. Estas enzimas son necesarias para la
separación de los dos pares de hebras madre-hija. Las proteínas Ter especifica la
terminación evitando que las Helicasas desenrollen más DNA impidiendo el avance de la
horquilla.
Algunos detalles de la replicación aún se desconocen, sin embargo es conocido que pueden
aparecer varias burbujas de replicación simultáneas cuando la bacteria cuenta con un buen
aporte de nutrientes.
La replicación en Eucariontes es de 50 nucleótidos por segundo lo que es solo un décimo de
la rapidez con que ocurre en los Procariontes, pero empieza en sectores denominados sitios
de replicación autónomos y existen varios de estos sitios por cromosoma y a la vez varias
burbujas de replicación autónomas. En Eucariontes las DNA polimerasas son tres, ALFA (α),
DELTA (δ) y EPSILON (ε).
La α replica la hebra retardada y la δ la hebra líder, mientras que la ε tiene actividad
reparadora, además actúa en conjunto a otras proteínas estabilizando y facilitando el
ensamblaje de los sistemas replicadores.
705

Héctor Rocha L. DNA .
O
5'
O H
P O
O
C H
2
O
N
N
N
N
H
N
2
O
O H
O
O
P
O
N
O
C H
2
O
N
N
H
2
O
O H
O
O
P
O
N
O
C H
2
O
N
O
O
O H
O
O
P O
O
C H
2
O
N
N
N
N
N
H
2
3'
O H
O H
Fig. 29 - 14. Hebra de RNA.
inicio
Volver
al
15) RNA
El RNA está formado por solo una hebra de Poliribonucleótidos al igual que una de las hebras
de DNA y se dirige desde el extremo 5'Fosfato al 3'OH. Los Ribonucleótidos se encuentran
unidos por enlaces fosfodiéster y poseen las siguientes bases nitrogenadas: Adenina,
Guanina, Citosina y Uracilo (Fig. 27 - 14). La molécula tiene en su Ribosa un grupo 3' OH
para el enlace fosfodiéster y un grupo 2'OH que la hace susceptible a la hidrólisis alcalina. La
molécula de RNA puede aparear consigo misma, pero no forma hélices duplohelicoidales
similares al DNA debido al impedimento estérico de la Ribosa con 2'OH que impide la torsión
adecuada.
El RNA es una molécula que posee variadas funciones y entre sus diversas moléculas se
puede contar al RNAm que lleva la información desde el DNA a la proteína, al RNA ribosomal
que interacciona con las proteínas del Ribosoma (RNAr) e interviene en el reconocimiento y
fijación del RNAm a los ribosomas. Otras de estas moléculas se conocen como RNA de
transferencia (RNAt) que lleva aminoácidos al sitio de ensamble en el Ribosoma, también se
pueden citar al RNA cebador, para la DNA pol III en la formación de los fragmentos de
Okasaki y aún se le puede encontrar como una enzima (Ribozima) en los Intrones de los
706

Héctor Rocha L. DNA .
transcritos primarios (RNA recién transcrito que lleva al RNAm) que son capaces de cortar y
empalmar Exones de forma autocatalítica.
La secuencia aminoacídica de una proteína esta determinada por la secuencia de los tripletes
en el DNA. Cada triplete esta formado a su vez por tres bases y codifica para un aminoácido
de la proteína. La información total para la secuencia aminoacídica de cada proteína reside
en el Código Genético (Fig. 28 – 14). Esta información es transportada por el RNAm y leída
por la maquinaria que da origen a la proteína.
En el Código Genético cada aminoácido de los 20 conocidos, está codificado por uno o más
tripletes de tres bases.
En general existen 64 tripletes para codificar los 20 aminoácidos. Dos aminoácidos están
codificados por solo un codón, como es el caso de la Metionina por AUG y Triptófano por
UGG, mientras que Leu y Arg tienen seis codones para cada uno de ellos, además existen
U C A G
U
C
A
G
Phe
Phe
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Ile
Ile
Ile
Met
Val
Val
Val
Val
Fig. 30 - 14. Código Genético.
Ser
Ser
Ser
Ser
Pro
Pro
Pro
Pro
Thr
Thr
Thr
Thr
Ala
Ala
Ala
Ala
Tyr
Tyr
No codifica
No codifica
His
His
Gln
Gln
Asn
Asn
Lys
Lys
Asp
Asp
Glu
Glu
Cys
Cys
No codifica
Trp
Arg
Arg
Arg
Arg
Ser
Ser
Arg
Arg
Gly
Gly
Gly
Gly
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
tres codones que no codifican para aminoácidos e indican el final de una proteína y son UAA,
UAG y UGA. Todas las proteínas empiezan con el aminoácido Metionina (AUG) en
Eucariontes, mientras que en bacterias empiezan con Formil-Metionina.
El código genético es universal entre comillas, ya que en ciertos organismos y las
Mitocondrias es un tanto diferente lo que indica que aún se encuentra evolucionando. Su
origen según las nuevas teorías puede provenir a partir de materiales encontrados en
cometas orgánicos, sistemas marinos hidrotermales o bien de un mundo primordial regido
por el RNA como origen de genes y proteínas.
inicio
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al
707

Héctor Rocha L. DNA .
16) PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE RNA Y DNA EN EUCARIONTES
RNA
a) Posee una Ribosa con 2'OH que no le
permite formar una hélice similar al DNA
cuando aparea consigo mismo
b) Posee en su secuencia Uracilo en vez
de Timina
DNA
a) La Deoxiribosa tiene un 2' H que le
permite formar la doble hélice
b) En vez de Uracilo posee Timina
c) Se hidroliza con NaOH c) Estable a la hidrólisis alcalina
d) En su estructura reside la información o
la actividad catalítica.
e) Interacciona con las proteínas formando
las Ribonucleoproteínas y Ribosomas
f) Se forma por de transcripción selectiva
de los genes de la forma DNA --> RNA o
pasa información de la forma RNA -->
DNA en los retrovirus
g) Existen los siguientes tipos: RNAm
(mensajero), RNAr (ribosomal), RNAt
(transferencia), Ribozimas.
d) Solo almacena información
e) Interacciona con proteínas en los
Nucleosomas y los complejos activadores y
silenciadores
f) Se forma por Replicación todo el DNA
como DNA--> DNA
g) Existen varios tipos como: DNA “génico”
y DNA “basura” que comprende a su vez al
DNA repetitivo DNA satélite DNA
minisatélite, etc.
inicio
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al
17) TRANSCRIPCION DEL DNA EN PROCARIONTES Y EUCARIONTES.
La transcripción del DNA es el paso de la información desde una de las hebras del DNA al
RNA mensajero, tanto en Procariontes como en Eucariontes.
En Eucariontes se lleva a cabo este proceso mediante la acción de tres RNA polimerasas y el
comienzo ocurre antes del sitio real de codificación. La nueva hebra de RNA crece en la
dirección 5'--> 3' y proviene de la hebra 3'

Héctor Rocha L. DNA .
En el extremo 3' se encuentra la secuencia AAUAAA, la cual es poliadenilada para aumentar
la estabilidad del RNAm procesado a las Ribonucleasas. Esta cola de poli A disminuye
cuando envejece el RNAm.
Una vez que el RNA ha madurado o ha sido procesado con estos tres cambios CAP, Poli A y
corte y empalme de exones, el RNAm aparece en el citoplasma, ya que los cambios
mencionados anteriormente ocurrieron en el núcleo.
A continuación se detallan las principales diferencias en la transcripción de Procariontes y
Eucariontes:
Procariontes
Eucariontes
La RNApol tiene dos subunidades Alfa similares y
dos Beta distintas: (Alfa) 2 Beta-Beta' de 500kD en
total.
Existe una RNA polimerasa con un factor de inicio
Sigma y otro de terminación Rho.
La RNA pol reconoce secuencias específicas de
inicio junto al factor SIGMA en el PROMOTOR
Hay distintos factores SIGMA para cada serie de
genes u operones que se transcriben
policistronicamente
La holoenzima (RNApol+Sigma,) desenrolla la
doble hebra.
El PROMOTOR tiene la secuencia específica de
consenso de TTGACA y TATAAT a -35 y -10 pb
corriente arriba de la región del inicio del RNAm.
-35 pb -10 pb +1
TTGACA---------TATAAT--/- .
Las RNA pol tienen de 10 a 15 polipéptidos y un
origen común con las de E.Coli.
Existen tres tipos distintos de RNA polimerasas
especializadas.
RNApol I transcribe RNAr 45S ubicada en el
nucléolo RNApol II transcribe RNAm y RNA
procesador. RNApol III transcribe RNAt ubicada
fuera del nucléolo y RNAs de histonas.
El control de la transcripción depende de
elementos CIS, los cuales son segmentos de DNA
con secuencias específicas para intensificar o
inhibir la transcripción mediante los elementos
TRANS o Proteínas tanto Activadoras como las
Represoras (silenciadoras) que se unen a los
elementos CIS
Existen factores de iniciación, elongación y de preiniciación
poco conocidos (Figs. 29a - 12, 29b - 12
y 31 - 12).
El PROMOTOR contiene las secuencias de
consenso CCAAT, GC y TATA a -110, -40 y -25
pb respectivamente, en la dirección corriente
arriba de la región codificadora:
-110 -40 -25 +1
-CCAAT--/--GC-/-TATA--/---
A estas secuencias se unen la proteína TATA y
los factores basales que permiten la unión de la
RNA pol II
Entre los Factores basales de Transcripción (Fig.
30-12) tenemos al TFIID (100kD) o proteína
TATA que se une a la misma caja TATA corriente
arriba de la región codificadora.
TF = Transcription Factor
El factor TFIIB se une luego a la RNApol II y
ambos se unen al DNA, donde hidrolizan ATP
para abrir la doble hebra. Inmediatamente
empieza la transcripción con adición de TFIIE y
nucleótidos. Esta transcripción es de baja
intensidad.
Los cambios que existen en la secuencia de los Por esta razón se requiere de los "enhancers" o
709

Héctor Rocha L. DNA .
TF I I B
RNA pol
Transcripción
Transcripción
Sitio de inicio
de la
transcripcion
+ 1
T F I I D
A T P A D P
RNA pol I I
El D N A se TF I I E
abre en TF I I S
sitio l de N C T
iniciación
TF I I B
5'
R N A
Caja T A T A
_ 30 pb
T F II D
T F II D
COMPLEJO
Fig. 31 - 14. El inicio de la transcripción depende de la unión primaria de los Factores Basales que
facilitan la entrada a la RNApol. TF IID se une a TATA y el factor TF II B se une a la RNA pol II. El
factor TF II B actúa como ATPasa en el Complejo. El DNA se funde abriéndose para iniciar la
Transcripción con los factores restantes TF II E y TF II S más los NCTs o Nucleótidos.
promotores afectan la afinidad con que la RNA pol
se une y los transcribe
intensificadores o exacerbadores de la eficiencia
de unión de la RNA pol II. Los intensificadores se
unen a la región GC y actúan favoreciendo la
formación de loops o repliegues del DNA que
facilitan la entrada de la RNA pol II (Figs. 31-12 y
32-12).
En procariontes los genes poseen proteínas
inductoras y represoras que se unen a regiones
adjuntas al promotor o en el operador mismo que
se encuentra dentro del promotor. Ambas se
activan por señales, moleculares (Fig. 30 - 12).
En Eucariontes también existen secuencias
silenciadoras a las cuales se unen proteínas
represoras que inhiben la expresión del gen.
Dentro de los promotores hay pequeñas
secuencias de 6 a 20 pb denominadas motivos
donde se unen las proteínas reguladoras
Los motivos son también las regiones
intensificadoras y silenciadoras
710

Héctor Rocha L. DNA .
A y B son Secuencias Reguladoras, mientras que X , Y y Z son Genes Inducibles
+
-
A B X Y Z
Sitio de unión de
la Proteína
activadora
OPERADOR
donde se une la
proteína
Represora
Genes Inducibles
Policistrónicos
PROMOTOR: Sitio de unión del a RNA pol y donde se encuentran las
secuencias - 35 pb TTTACA y - 10 pb TATGTT
Fig 32 - 14. Control de los genes inducibles en bacteria.
POSICION DE LAS SECUENCIAS ACTIVADORAS,
INTENSIFICADORAS O “ENHANCERS” .
a )
Región corriente
arriba del Gen
INICIO
TERMINO
Región corriente
abajo del gen
G E N
- 200 -40
+ 1
C C A A T
G G G C G
T A T A Región Codificadora
b )
T A T A
Región Codificadora
EXON
I N T R O N
EXON
Activador de 0,1 a 10
kB ubicado antes de la
región codificadora
INICIO
Región
activadora
en el
Intron
TERMINO
Activador a 10 kB del
término
Fig. 33 - 14. a) Secuencias de consenso desde -200 pb hasta la región codificadora. b) Las
secuencias activadoras pueden encontrarse corriente arriba, en el Intrón o corriente abajo del gen.
711

Héctor Rocha L. DNA .
La transcripción es policistrónica, es decir consta
de varias cadenas polipeptídicas con múltiples
señales de inicio y término
Los puntos anteriores se resumen en el modelo
desnudo de la transcripción del DNA. En este las
secuencias activadoras y silenciadoras se unen a
los factores del mismo nombre para facilitar la
disposición de los factores basales y la eficiencia
de la RNApol (Figs. 34 - 14)
Factores basales
R N A polimerasa
Secuencia activadora
ubicada curso arriba
Promotor proximal
Región codificadora
Caja T A T A
Proteínas Activadoras
Lugar iniciador
de la
transcripción
R N A polimerasa
R N A mensajero
R N A mensajero
Fig. 34 - 14. Activación génica. Modelo del DNA desnudo donde las secuencias intensificadoras junto a
sus factores activadores más la presencia de los factores basales pliegan al DNA y ayudan a la entrada
de la RNApol.
712

Héctor Rocha L. DNA .
EXPRESION NO MODULADA O BASAL
B
F
E
H
RNA pol
A
REGION CODIFICADORA
CAJA TATA
PROTEINA DE UNION
FACTORES BASALES
Fig 35 -14. Expresión basal de baja intensidad
IRegiones Intensificadoras
Regiones Sileciadoras
Proteínas
Activadoras
Proteína
Represoras
COACTIVADORAS
A
B
F
E H
RNA pol
Caja TATA
Región
Codificadora
Proteína de unión a la caja TATA
Factores basales
Fig. 36 - 14. Los factores intensificadores y silenciadores se unen a sus respectivas secuencias para
interaccionar con los factores basales modulando la eficiencia de la Transcripción por la RNApol.
713

Héctor Rocha L. DNA .
El modelo de la transcripción del DNA con histonas
en Eucariontes atribuye a las histonas un papel
encubridor de la caja TATA y para que se unan a
ella los factores basales, las proteínas activadoras
corriente arriba deben interaccionar con el Nt de la
histona H4 (Fig. 34-12); que forma parte del
nucleosoma más cercano. A continuación el
nucleosoma se desarma dejando la caja TATA libre
para la unión de los factores basales apareciendo un
bajo nivel de transcripción. En seguida el DNA se
repliega por acción de las proteínas activadoras que
interaccionan con los factores basales o
coactivadores para tener un nivel máximo de
transcripción
La transcripción policistrónica es:
AUG-//-UAA--AUG-//-UAA--AUG-//-UAA
El gen es continuo en procariontes
Transcripción y Traducción son simultáneas en
procariontes
La transcripción es monocistrónica es:
AUG --//--UAA.
El gen en Eucariontes es discontinuo con EXONES
codificadores e INTRONES no codificadores.
El RNAhn contiene al RNAm
La terminación puede ocurrir con el factor Rho o sin
él. Se forma en el RNA transcrito una horquilla
autocomplementaria cerca del final donde se
debilita el apareamiento RNA-DNA entre poli Us del
RNA con poli As del DNA y se facilita el
apareamiento RNA-RNA transcrito formando una
horquilla poli G-C y poli C-G.
El RNAhn sufre procesamiento para pasar a RNAm.
El RNAhn esta intercalado por INTRONES que no
se traducen y EXONES que si se traducen.
El extremo 3’ lleva un poli A (200-250 ncl)) integrado
en el núcleo Post-transcripcionalmente al RNAhn
que después madura a RNAm
Existe una secuencia denominada SHINE-
DELGARNO previa al AUG del RNAm en el extremo
5'que aparea con el RNAr 16S
Otra modificación en el extremo 5' es la adición de
CAP (m 7 G) que es el 7-metilguanilato en unión 5'--5
del RNAm. Está también presente en el RNAhn.
El RNAhn debe sufrir corte y empalme de exones.
Existen 4 formas de corte y empalme, 2 son
catalizadas por el Intrón y dos por enzimas proteicas
RNAsn 1,2,4,5,6 y las ribonucleasas.
El RNAm solo tiene extrones, una 5'-CAP y una. 3'-
poli A, con lo que sale del núcleo.
Podemos decir finalmente que en Eucariontes cuando un gen se activa, debe unirse un grupo
de proteínas a la región promotora proximal donde se encuentra la caja TATA, posteriormente
se unen otras proteínas y forman el complejo de preiniciación. Luego se coloca la RNApol en
el promotor proximal. Otras proteínas se unen curso arriba del DNA y son activadoras lo cual
desencadena la producción máxima de mensajero y son los “enhancers” o activadores o
exacerbadoras o intensificadores como se observa en el esquema:
Los intensificadores (Enhancers), son secuencias específicas del DNA o elementos cis donde
se unen elementos trans como un complejo receptor-hormona, aumentando la actividad de
714

Héctor Rocha L. DNA .
los promotores cercanos tanto para RNASpol I como II. No son en si mismos promotores,
pero estimulan la Transcripción.
Se encuentran de 5' a 3' o de 3' a 5’, en cualquiera dirección y su efecto mismo pareciera ser
un cambio en la conformación de la doble hebra para aumentar la afinidad por la RNA pol.
inicio
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PROTEINAS
ACTIVADORAS
COLA DE H 4
N H 2
FACTORES
BASALES
R N A polimerasa
SECUENCIA
ACTIVADORA
O
INTENSIFICADORA
CORRIENTE ARRIBA
CAJA T A T A
REGION CODIFICADORA
H 2 A - H 2 B
R N A polimerasa
RESTOS
DEL
NUCLEOSOMA
R N A mensajero
R N A mensajero
Fig 37 - 14. a) Los factores activadores interaccionan con el Nt de la Histona H4. b) El Nucleosoma se
descompone y se unen los factores basales a la secuencia TATA. c) Entrada de la RNApol facilitada.
18) PROCESAMIENTO DEL TRANSCRITO PRIMARIO.
715

Héctor Rocha L. DNA .
Existen cuatro formas de cortar y empalmar los exones:
I) La primera de ellas ocurre en el Intrón autocatalítico (Fig. 38 - 14), con la adición de un
GMP. El grupo 3' OH del GMP actúa como nucleófilo sobre el Fosfato de la unión 5'- 3'
cortano la unión exón-intrón al extremo 5, para que de esta manera la Guanosina se una al
intrón.
E x o n 1
U
O H
3 '
P
A
O H
P G p U E x o n 2
5 ' 5 '
( G M P )
G
2 '
O H
E x o n 1
U
p O O H
3 '
5 '
O H
3 '
O H
p O
G A
2 ' 2 '
O H O H
P P
3 ' 3 '
5 ' 5 '
P
G
O H
3 '
P
U
O H
P
E x o n 2
El empalme se produce por el ataque del grupo 3' OH del Exón
a la unión ester situada al extremo del Intrón
E x o n 1
U
O H
3 '
P
U
O H
P
E x o n 2
Fig 38 - 14. Corte y empalme Autocatalítico de Exones.
Ahora el extremo 3' libre que resta del exón ataca el otro extremo del intrón,
para romper nuevamente la otra unión 5'- 3', quedando de esta manera unidos el lado 3' del
exón A con el lado 5' del exón B.
II) La segunda forma de corte y empalme (Fig. 39 - 14) es también autocatalítica y en este
caso el intrón mismo aporta el grupo 2' OH de una Adenosina en el centro del intrón y que
actúa como nucleófilo atacando la unión 5'- 3' cortando la unión exón-intrón al extremo 5'.
La Adenosina a su vez queda unida al extremo del intrón formando un circulo o lazo,
mientras
716

Héctor Rocha L. DNA .
INTRON
C
A
P
O H
P
P
2 ' O H
A
O H
5 '
5 '
Exon 1
Exon 1
U 2 ' G 2 '
O H O H
5 '
P
U
O H
O H
3 '
P
P
P
U
C
A
O H
P
P
2 '
A
5 '
O H
G
Exon 2
O H
P
U
3 '
Exon 2
3 '
5 '
Exon 1
U U
O H
P
3 '
Exon 2
3 '
C
O H
P
A
P O H
2 '
A
5 '
P
P
O H
G
3 '
Exones empalmados
Intron Circularizado
Fig 39 - 14. Otro mecanismo de corte y empalme de Exones autocatalítico.
que en el otro extremo de la unión 5'-3' se produce ahora el ataque en la unión intrón-exón
restante por el lado 3' OH del extremo 5' en el exón que actúa como nucleófilo, así se
5'
B
3'
5'
Exon 1
A
Exon 1
S i t i o d e C o r t e
5 '
A G G U A A G U
U 1
U 1
CGG UCC
A C A m U m 5' pp
UA
p5'm 7 G5'
A GGUAA G U
U 2
S i t i o d e C o r t e
3 '
UACUA C A A G
R a m a 2' O H
3'
A
U 2
A U G A U G U
UACUA
C A
A G
3'
Exon 2
5'
3'
Exon 2
U 4
U 6
U 4
U 6
U 5
U 4
U 4
U 5
U 6
U 2
E
5' 3'
Exon 1
Exon 2
C
U 1
U 2 U 4 Exon 1
U 6 U 5
Exon 2
U 5 U 6
U A C U A C A A G
U G A A
A
L a z o c o n
e n l a c e 2' , 5'
empalma al otro exón.
f o s f o d i e s t e r
Fig 40 - 14. Pequeños RNA participan en el corte y empalme de los exones.
717

Héctor Rocha L. DNA .
III) Otra forma de procesar RNAs transcritos primarios es mediante los RNAsn (small nuclear)
(Fig. 40 - 14). Cinco de ellos U1, U2, U4 ,U5, y U6 están asociados a proteínas y
reconocen sectores de la unión exón-intrón donde cortan y empalman. Las proteínas con
que se asocian son de 6 a 10 en número y algunas son comunes a todos ellos y otras son
específicas.
IV) Esta última forma de corte y empalme es mediada por la acción de endonucleasas y
ligasas que actúan en los extremos exón-intrón (Fig. 41 - 14).
5' E X O N !
I N T R O N
E X O N 2 3'
E n d o n u c l e a s a
I N T R O N
3'
5'
E X O N !
2'
P
P
H O
O H 2'
E X O N 2
3'
5'
3'
5'
P
E X O N !
O H
3'
5' E X O N !
2'
3'
P
P
5'
P
5 " A P P
O H 2'
E X O N 2
A T P
O H 2'
A D P
E X O N 2 3'
A T P
O H 2' P P
E X O N 2 3'
P A
3'
K i n a s a
L i g a s a
F o s f a t a s a
P
R N A t M A D U R O
5' E X O N !
5'
2'
O H
P
3'
5'
O H 2'
E X O N 2
3'
Fig. 41 - 14. La presencia de enzimas proteicas permite el corte y empalme de este tipo de
Exones.
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718

Héctor Rocha L. DNA .
19) RNA r
El RNA ribosomal en Eucariontes proviene de precursores o transcritos primarios (RNA
recién traducido sin haber sido procesado) de gran tamaño que se encuentran representados
en tandem en el genoma en un número cerca de 450 veces en el genoma y que se
encuentran presentes en el nucleolo. Su transcripción se lleva acabo mediante la RNA pol I.
Los transcritos primarios o preribosomales son procesados paulatinamente mediante cortes y
metilaciones, hasta formar las moléculas que definitivamente participan en el ensamble de los
ribosomas.
En Procariontes el precursor es un RNA 30 S que luego de cortes y metilaciones da origen a
los RNA 5s,16S y 23S (Fig. 42 - 14).
Procesamiento de pre RNA r en bacteria.
16 S 4 S 23 S 5 S
M e t i l a c i ó n
R u p t u r a
N u c l e a s a
N u c l e a s a
16 S R N A r 4 S R N A t 23 S R N A r 5 S R N A r
Fig. 42 - 14. La maduración de un precursor 30S de RNAr en bacteria consiste en la
eliminación de secuencias intermedias y metilación
En E.Coli hay 7 genes que producen el mismo precursor 30S, pero con distinta secuencia en
los espacios entre los cuales se encuentran los precursores. También ocurre que entre las
secciones 16 S y 23 S de RNAr, hay secuencias para distintos RNAt en cada uno de los 7. En
Eucariontes (Fig. 43 - 14), el precursor de los RNAr o RNA preribosomal es de 45 S y sufre
procesamiento en el nucleolo para formar la familia de los RNA ribosomales 5.8 S, 18 S y 28
S.
719

Héctor Rocha L. DNA .
P rocesamiento de R N A preribosomal en EUKARIONTES
1 8 S 5 . 8 S 2 8 S
M e t i l a c i ó n
C o r t e
1 8 S 5 . 8 S 2 8 S
R N A r R N A r R N A r
Fig 41 - 14. Formación de los RNAr en Eucariontes.
El RNAr 5S es formado por otro transcrito distinto, que también se encuentra con un
precursor representado en el DNA en tandem. Aquí los espaciadores son mayores que en el
gen del RNAr 5S.
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inicio
20) RNAt
No existe interacción directa entre los tripletes del Codón del RNAm y los aminoácidos, por lo
tanto se requiere de una molécula adaptadora denominada RNAt que lee la información del
RNAm y la traduce en los aminoácidos que formarán parte de la secuencia de la futura
proteína.
Los RNAt se encuentran representados por unas 40 a 50 moléculas en Eucariontes y por
unas 32 en Procariontes. Tienen pesos moleculares que van de 24 a 31kD y con un número
de 73 a 93 nucleótidos donde algunos aminoácidos tienen más de un RNAt.
Entre las características de los RNAt o adaptadores, está la presencia de 7 a 15 bases no
comunes en su estructura. El extremo 5' esta fosforilado y puede ser pG, mientras que el
extremo 3'OH donde se transporta el aminoácido es CCA en todos ellos. Los RNAt tienen
cuatro brazos (fig 44-14) y se denominan:
1)brazo Ribotimina-Seudouracilo-Citosina
2)brazo Dihidrouracilo
3)brazo anticodón que aparea con el codón del RNAm y
4)el brazo 3' CCA donde se une el aminoácido.
720

Héctor Rocha L. DNA .
5 ' p G U U A U C A G U U A A U U G A U U 3 ' O H
C G
U A
Transcrito
C G
U G
primario
C G
G C
G C C C C G C
U G
U G G G C G
A
A C C G
A
C
U
G
G
U
U
U
A A GGC G
C
A
U
G A G A
U
U
C
U
A
A
G
A
C
A
U A
G C G
U A
A U
A
C
A
U
C
U
U A C
Procesamiento
de RNA t en bacteria
y eukarionte.
R N A t
maduro
U D
m G
G
U
D
U
G
A
A C C G
C
A
G
U C
U
Corte
5 ' p
C
U
U
G
G
U
C G
U G
C G
G C
G C
m U G
m
A A GGC U G
C
A
A
G
A
C
U A
i
G A
U
U G
U
U
3 ' O H
A
C
C
A
G
A
m
C
G A G A
U
U
C
U
A
5 ' p
C
G
G
U
A
A C C G
A
A AGGC G
C
A
C
U
C G
U
3 ' O H
G A
A
G
G
C
C
U
G A G A U
U
U C
A
G
A
C A
A
U A
G C G
U A
A U
C
A
A
U
C
U
U A C
C
U A
C C G C m
C
G
G G G C GT
C
D
U
C C C G C
G G G C G
C
C
A
G
U C U
U
G
G
U
Empalme
A d i c i ó n
d e
C C A
Modificación
de
Bases
U
G
G
U
U G
U
U
5 ' p
U
C
G
G
U
A
A C C G
A
A AGG C G
C
A
A
G
A
U
C G
G
G
C
C
U
G A G A
U
U
C
U
A
A
G
A
C
U A
G U
A
A AGG C G
C
A
A
G
A
C A
U A
G U
A
3 ' O H
U
C C C G C
G G G C G
C
3 ' O H
A
C
C
5 ' p C G A
U A
C G
U G
C G
G C
U
G C C C C G C
U G
U G G G C G
A
G
A
A C C
C
U
U U
G A GA U
U
U C
C
A
G
U C U
C
A
G
U C U
Fig 45 -14. Corte, empalme y modificación de bases en la formación de los RNAt.
Los RNAt provienen de precursores de 120 a 150 nucleótidos que son transcritos por la
RNApol III. A estos transcritos primarios se les acortan los extremos 5' y 3' y se modifican sus
bases (Fig. 45 - 14).
La enzima aminoacil RNAt sintasa que carga los aminoácidos al RNAt, debe reconocer entre
los aminoácidos y entre los distintos RNAt disponibles. Esto parece que se consigue
mediante las bases especiales que se encuentran en los brazos de los RNAt y la
conformación estructural de cada RNAt, de esta manera la enzima sabe cuál es el
aminoácido que le corresponde (Fig. 45 - 14).
La verdadera forma de L del RNAt (Fig. 46 - 14), se determinó por cristalografía de RAYOS X,
en esta estructura existen algunas interacciones entre las bases que no son estrictamente G-
C y A-U. Las bases se encuentran en algunos casos metiladas y con una secuencia común a
todos ellos cerca del centro de la secuencia UUCG.
Un solo anticodón del RNAt puede reconocer más de un codón siempre que este
corresponda al mismo aminoácido a causa del "alabeo o bamboleo", como se verá más
adelante. Sucede que la
721

Héctor Rocha L. DNA .
Posiciones de identificación por las Aminoacil'RNAt Sintasas.
posiciones iguales en todos los RNAt
3'
5'
Brazo de unión al
aminoácido.
posicines de reconocimiento para
una o más RNAt sintasas.
Brazo D H U
Brazo T
C
Brazo extra
Anticodon
Fig. 45 - 14. Sitios específicos en la estructura de los RNAt.
tercera base del codón no se une estrictamente (como bases de Watson y Creek) a la
primera base del anticodón. Lo que ocurre en realidad es una unión aproximada, más débil
que permite mantener la velocidad de síntesis de la proteína sin abandonar la especificidad.
Asa
con el ANTICODON
Asa
D H U
Asa
T
C
5 '
Extremo de unión
del Aminoácido
A
C C
3 '
Fig 46 - 14. Los RNAt tienen forma de L en su estado natural.
De esta manera Adenina, Uracilo y Citosina en la posición 3 del Codón del RNAm pueden
aparear con Inosina en la posición 1 del anticodón del RNAt.,mientras que Adenina y Guanina
en similar posición del Codón aparean con Uracilo del Anticodón y Citosina y Guanina del
722

Héctor Rocha L. DNA .
Codón aparearán con Guanina del Anticodón. Por otro lado Guanina del Anticodón puede
aparear normalmente con Citosona del Anticodón y Uracilo con Adenina del Anticodón.
inicio
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al
21) LOS RIBOSOMAS.
Los ribosomas son complejos ribonucleoproteicos formados por distintas moléculas de RNAr
y proteínas(Fig. 47 - 14). Entre ambos forman el andamiaje para la unión del RNAt cargado
con su aminoácido y el RNAm con la secuencia de la proteína a sintetizar. En el Ribosoma el
aminoácido abandona al RNAt y se ensambla con su vecino de uno en uno siguiendo las
instrucciones de orden y secuencia escritas en el RNAm. Si estas reacciones se llevaran a
cabo en solución de forma escalar la síntesis de proteínas sería muy lenta y desordenada.
En Procariontes (Fig. 47 - 14), 31 proteínas más los RNAr 23S y 5S forman la subunidad 50S
de los ribosomas, mientras que la subunidad 30S esta formada por 21 proteínas más el RNAr
16S.
En Eucariontes (Fig. 47 - 14), 50 proteínas más los RNAr de 5S, 28S y 5,8S forman la
subunidad de 60S, mientras que la de 40S esta formada por 33 proteínas más el RNAr de
18S.
Eukarionte
RNAr 18 S 33 Proteínas Subunidad 40 S
RNAr 5,8 S
Ribosoma
RNAr 28 S
50 Proteínas
Subunidad 60 S
80 S
Prokarionte
RNAr 16 S
21 Proteínas
Subunidad 30 S
Ribosoma
RNAr 23 S
RNAr 5 S
31 Proteínas
Subunidad 50 S
70 S
Fig 47 - 14. Composición de los Ribosomas en Eucarionte y Procarionte.
Volver al inicio
723

Héctor Rocha L. DNA .
22) SINTESIS DE PROTEINAS.
1 ETAPA .
La primera etapa requiere de los 20 aminoácidos, 20 o más Aminoacil-RNAt sintetasas y 20 o
más RNAt con ATP y Mg +2 . Las enzimas del citosol Aminoacil-RNAt-Sintasas son específicas
para cada aminoácido y su RNAt.
AA + ATP ---------------> Aminoacilo-AMP + PPi
PPi ---------------> 2Pi
El aminoacilo-AMP permanece unido a la enzima hasta que entra el RNAt adecuado,
produciéndose la aminoacilación del RNAt.
Aminoacilo + RNAt -------------->Aminoacilo-RNAt
---------------------------------------------------
AA + RNAt + ATP ------> aminoacilo-RNAt + PPi
PPi-------> 2 Pi -29 kJ/mol
De esta manera se activa el aminoácido y se une a un adaptador para la síntesis de
proteínas. En aquellos aminoácidos relacionados estructuralmente la enzima Aminoacil RNAt
Sintasa tiene dos sitios activos uno para la formación del compuesto intermediario Aminoacil-
AMP, antes de unirlo al RNAt y el otro que compueba la efectividad de la unión del aminoacilo
que corresponda al RNAt adecuado, ya que al menos existe una enzima por cada RNAt.
En Procariontes (Fig 48 – 14), se empieza con FORMIL Metionina y en Eucariontes con solo
Metionina, pero con dos RNAt uno para la Met del principio y el otro para la Met del interior de
la proteína.
En la etapa de iniciación se congregan el RNAt con Formil- Metionina, la subunidad 30S de
los ribosomas con el RNAr de 16S , el RNAm, tres factores de iniciación, GTP, la subunidad
50S y Mg+2.
A la subunidad 30 S se une el factor de iniciación IF-3, en seguida se une el RNAm dejando
al codón AUG en un lugar preciso de la 30 S. La posición adecuada del AUG en el 30S para
que quede en el sitio P, se alcanza debido a la secuencia SHINE-DELGARNO, del RNAm
que se encuentra corriente arriba de 8 a 13 pb del AUG y que aparea con el 16S RNAr:
16 S RNAr
3' OH G-----------//--5'
A A
U C
U C C U C C A
5' A U U C C U A G G A G G U U U G A C C U [ A U G ] C G A G C 3'
SECUENCIA SHINE-DELGARNO en el RNAm
724

Héctor Rocha L. DNA .
El sito P (Fig. 48 – 14), está formado tanto por la subunidad 30S como la 50S. Ahora tenemos
unido el IF-3, la subunidad 30S y el RNAm a los cuales se une el Factor de Iniciación 2 o FI-2
que esta unido a GTP y el Formil-Metionina-RNAt fMet con el anticodón 5' UAC 3'
Enseguida se produce la combinación de este complejo con la subunidad 50S, se hidroliza el
GTP unido a IF-2 y se sueltan los factores de iniciación. El sitio P queda ocupado por el
primer formil Met-RNAt.
Formación del complejo de Iniciación.
F I - 3
5 '
A U G
3 '
P
3 0 S
A
F I - 3 P A
5 ' A U G
3 '
U A C
F I - 2
UAC
G T P
f M e t
f M e t
F I - 2
G T P
F I - 3
F I - 1
F I - 2
F I - 1
P A
5 '
A U G
3 '
UAC
5 0 S
G D P + P
f M e t
Fig 48 - 14. Formación del Complejo de Iniciación.
2º ETAPA .
La siguiente etapa (Fig. 49 - 14), requiere del complejo de iniciación más tres proteínas o
Factores de Elongacion (FE), como son los FE-Tu, FE-Ts y FE-G en conjunto con el siguiente
RNAt cargado y GTP.
El sitio A del complejo de iniciación esta desocupado y tiene una vacante para la unión del
segundo AA-RNAt, el cual entra unido a al factor Tu que se halla previamente unido al GTP.
Una vez el AA-RNAt situado en el sitio A y con la interacción codón-anticodón completada, se
hidroliza el GTP saliendo el Tu unido al GDP. El GDP ahora, se libera por la acción del factor
de elongación Ts quedando unidos Tu-Ts. Luego entra otra molécula de GTP sacando a Ts y
dejando GTP para la entrada del tercer AA-RNAt.
Cuando ambos sitios P y A están ocupados con sus respectivos RNAt cargados con los
aminoácidos la actividad enzimática de Peptidil Transferasa se manifiesta, catalizando el
ataque nucleofílico del Amino del segundo aminoácido sobre el Carbonilo que se encuentra
en la unión éster con el 3' OH de la Ribosa del RNAt del primero. Para formar enseguida un
725

Héctor Rocha L. DNA .
enlace peptídico en que el primer aminoácido aporta el carboxilo y el segundo el grupo amino.
Es una reacción en la cual se pierde una molécula de agua y es catalizada, no por una
proteína sino que por una RIBOZIMA (Peptidil Transferasa) formada por el RNAr 23S, de la
subunidad mayor del ribosoma en Procariontes.
Cuando se ha formado el enlace peptídico el ribosoma debe translocar un sitio para la unión
del tercer AA-RNAt al sitio Aminoacilo. Esto se logra por la acción de la Proteína G y la
hidrólisis de una molécula de GTP. De esta manera el sitio P queda con el segundo RNAt
unido al dipéptido ( el aminoácido que trajo el primer RNAt ubicado en el lado amino terminal
del dipéptido más el segundo unido al lado 3' del segundo RNAt), mientras que el primer
RNAt abandona el lugar para ser empleado nuevamente.
El polipéptido crece a medida que se repite la operación mediante la formación de sucesivos
enlaces peptídicos. La enzima que cataliza este proceso se denomina Ribosomasa o Peptidil
Transferasa y une el polipéptido al lado amino de los sucesivos aminoácidos que son
transportados al sitio Aminoacilo por sus respectivos RNAt.
Como la síntesis de las proteínas debe ser un proceso rápido, la interacción entre el
Etapa de la Elongación .
P
A
P
A
5 '
A U G
U
A C
A A A
C C C
3 '
5 '
A U G
UAC
A A A
UU U
C C C
3 '
U U U T u G T P
T u
G T P
T s
O
R
O
C
C
N H
O
R
O
C
C
H
N H 2
T u
G D P
T u
G T P
T s
G D P
T s
G
O
O
C
R
C
H
G T P
N
H
O
C
R
C
H
G D P + P
N H
2
P
A
5 '
A U G
P
A A A
U U U
A
C C C
3 '
G G G
5 '
A U G
U A C
A A A
UU U
C C C
3 '
U A C
T u
G T P
O
O
C
R
C
H
N H 2
O
O
C
R
C
H
O
O
C
R
C
H
N
H
O
C
R
C
H
O
R
O
C
C
H
N H
N H 2
N H 2
Fig 49 - 14. Formación del enlace peptídico, translocación y liberación del RNAt vacío.
Anticodón del RNAt cargado con el aminoácido y el Codón del RNAm debe ser de corta
duración. Esta necesidad no sería posible si la interacción fuera normal, por ejemplo el Codón
CCC aperearía con el Anticodón GGG y tendría 9 enlaces hidrógenos, en cambio la
interacción del Codón AUA con el Anticodón UAU tendría solo 6 enlaces hidrógeno. Esta
diferencia en la capacidad de interacción retrasaría la síntesis de las proteínas en algunos
726

Héctor Rocha L. DNA .
puntos más que otros y se necesitarían 61 RNA distintos de transferencia. Para remediar esta
situación ocurre que la verdadera interacción Codón-Anticodón no es tan estricta, de esta
manera el Anticodón del RNAt puede reconocer a más de un Codón del RNAm siempre que
correspondan al mismo aminoácido. Más aún, un Anticodón reconoce a varios Codónes
debido a que el apareo entre la bases no es estricto entre el primer nucleótido del Anticodón y
el tercero del Codón, (Fig. 49 - 14).
3 a ETAPA.
Finalmente cuando aparecen los codones UAA, UAG y UGA,(Fig. 50-14) los que son
reconocidos por los factores de terminación FT1 que reconoce a UAG y UAA mientras que
FT2 reconoce a UGA y UAA. Al unirse los FT al codón la actividad de Peptidil Transferasa
transfiere la cola de la proteína al agua en vez de a otro AA-RNAt, cosa imposible porque
estos tres codones no codifican para ningún aminoácido.
Etapa de Terminación.
U A A
U G A
F L
3 0 S
P
A
P
A
5 ' 5 ' C C U U A A AG
3 ' 5 ' 5 ' C C U U A A AG
3 '
G G A
G G A
F L
F L
G G A
O
O
C
R
C
N
O C
H
H
C t
H
O
O
C
R
C
N
O C
H
H
5 0 S
5 '
C C U
U A G
3 '
N
t
N
t
Fig 50 - 14. Terminación y descomposición del Complejo.
En bacterias la Transcripción y la Traducción son simultaneas, además los RNAm son de
corta vida media lo que permite una economía al cambiar su metabolismo rápidamente de un
substrato a otro junto con las enzimas necesarias. Por lo tanto este sistema favorece una
rápida adaptación a las condiciones del medio en que se encuentren los Procariontes.
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727

Héctor Rocha L. DNA .
23) PROCESAMIENTO DE LAS PROTEINAS RECIEN SINTETIZADAS.
No todas las proteínas tienen Metionina o Formil Metionina como primer aminoácido al ser
analizada su composición y secuencia. Esto significa la existencia de una etapa de
procesamiento o que las proteínas sufren algunas modificaciones antes de ser
completamente funcionales.
Entre estas modificaciones post-traducción se encuentran:
a) Modificaciones del Amino terminal y Carboxilo terminal.
b) Perdida de las secuencias señalizadoras o "péptido señal". Aquellas secuencias que
dirigen el destino final de las proteínas, una vez en su lugar ya no son necesarias (Figs. 51,52
- 14 ).
Pre Pro Proteínas
N t
C t
Secuencia Funcional
Pre
Pro
Pre - Secuencia : Generalmente se emplea para indicar el lugar donde el péptido funcional será
Pro - Secuencia : Su salida se relaciona con la adquisición de la estructura funcional por la pro
Secuencia Funcional : Es la prote'ina con la conformaci'on 'optima para llevar a cabo su funció
Fig 51 - 14. Proteínas con secuencias intermedias que señalizan su destino y el momento de
entrar en función.
c) Modificaciones a los aminoácidos. Los aminoácidos como Ser, Thr y Tyr pueden ser
fosforilados como ocurre en la Caseína, otros como el Glu Carboxilados. Algunos otros
pueden sufrir deaminaciones como ocurre en el paso de Gln a Glu o de Asn a Asp. Otros
aminoácidos pueden ser Hidroxilados, como Pro a OH-Pro o Lys a OH-Lys, Tyr a 3,4
Dihidroxifenilalanina, etc.
d) Unión a carbohidratos o Glicosilación. En aquellas glicoproteínas de lubricación como las
Mucoproteínas, los carbohidratos se unen a los aminoácidos como Asn, Ser y Thr.
e) Adición de grupos prostéticos no aminoacídicos. Algunas proteínas como Hemoglobina,
Citocromo C, Mioglobina reciben grupos HEME o grupos prostéticos.
f) Procesamiento proteolítico en los Zimógenos.
728

Héctor Rocha L. DNA .
g) Formación de puentes -S-S- durante el procesamiento proteolítico como en la insulina.
h) Isoprenilación. La proteína Ras sufre la unión al farnesil pirofosfato, quedando con una cola
hidrofóbica con la que se pega a las bicapas aportándole su carácter transformante.
(Para mayor información ver Capítulo de Proteínas).
Señal de la Secuencia
Caperuza
GUA
p p p G m 5 '
Partícula
Reconocedora
de la
Señal
UAA
A A A ( A ) A A3 '
n
Poli A
Receptor del
Ribosoma
RETICULO
ENDOPLASMICO
Receptor
Peptidasa
de la
Partícula Reconocedora
de la
Señal
Proteína
Terminada
Fig 52 - 14. Asociación entre poliribosomas y Retículo Endoplásmico Liso, por medio de un receptor
específico y la partícula reconocedora de la señal en el polipéptido.
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729

Héctor Rocha L. DNA
ALGUNAS CARACTERISTICAS DEL GENOMA HUMANO.
El contenido total del DNA en el humano es el genoma y consiste en 3•10 9 pb (pb= pares de
bases). Se le encuentra representado por 23 cromosomas individuales aportados por cada
padre, es decir 22 autosomas más el cromosoma X o Y según sea el sexo de los
progenitores (X: mujer, Y: hombre), de esta manera una persona tendrá 46 cromosomas más
el par XX (mujer) o XY(hombre). Los cromosomas difieren físicamente cuando son teñidos y
observados al microscopio (Kariotipo), presentando diferentes bandeos y tamaños. Es decir,
solo los cambios groseros en su estructura pueden ser detectados, como lo son la pérdida de
una copia, las rupturas y translocaciones. Así tenemos, que una tercera copia del cromosoma
21 se asocia al síndrome de Down o trisomía del cromosoma 21. Sin embargo, los cambio
sutiles de unas cuantas a tan solo una base no pueden ser detectados como ocurre con la
Fibrosis cística o la Anemia Falsiforme. Por esta razón, con el fin de predecir, prevenir y
encontrar una cura a estas enfermedades partió el Proyecto Genoma Humano en 1990.
Se pensaba que los humanos cuentaban con 80.000 o 100.000 genes, sin embargo
investigaciones recientes han mostrado que no son más de 30.000 comparados a los 6000 u
8000 genes, que se encuentran presentes en los procariontes.. Los genes humanos en este
número son capaces de controlar todas las etapas de la existencia de la célula, como ser
embriogénesis, desarrollo, crecimiento, reproducción, etc.
Algunos especímenes, como el Salmón son tetraploides con cuatro copias de un gen,
mientras que otras especies, como lo es un tipo particular de ciervo es haploide con al menos
una copia de cada gen. Sin embargo la cantidad total de DNA en este animal es similar a la
encontrada en los ciervos diploides.
Otro hecho sorprendente es lo que ocurre al comparar la cantidad de DNA presente entre las
ranas, algunos peces y el hombre. Los anfibios poseen una mayor cantidad de DNA y se
podría pensar que se encuentran en una etapa superior de la evolución al asumir que
cuentan con una mayor cantidad de genes expresados. Sin embargo no ocurre así, ya que
una gran parte de su DNA es "inútil" o no codificante y se encuentra formado por secuencias
de relleno que no son precisamente genes.
Los 30.000 genes humanos estarían codificados por cerca del 3% de su DNA total, mientras
que el resto (97%) pasaría a ser DNA "basura" o DNA "inútil", sin embargo poco a poco se
han desarrollado las técnicas y medios para estudiar este último tipo de DNA y hasta la fecha
se ha visto que es responsable de algunas importantes funciones.
Gran parte del DNA "basura" o "inútil" esta formado por secuencias repetitivas que son
características de cada persona y algunas de ellas se encuentran localizados en lugares tales
como los centrómeros o punto de unión de los cromosomas al huso durante la división celular
y en los telómeros o extremos del cromosoma.
Así tenemos que la familia "Alu" de secuencias repetidas tiene 300 o 500 pb y cuenta con
cerca de 500.000 copias, algo así como el 4% del genoma humano. En esta familia de
secuencias repetidas se piensa que estarían los centros en que se forman las burbujas
durante la replicación del DNA.
Existen algunas hipótesis que le atribuye a este DNA repetitivo, la cualidad de no ser más que
un parásito de los genes útiles al observar que una parte del DNA humano y de los
vertebrados superiores no codifica y que la otra parte es de secuencias repetidas. Este hecho
730

Héctor Rocha L. DNA .
permite deducir que los genes útiles se encuentran dispersos en un mar de DNA no
codificante.
A pesar de lo anterior, un reciente enfoque atribuye a los cromosomas con sus distintas
secuencias la cualidad de ser "Organelos Informacionales", que presentan un
sofisticado sistema de mantenimiento de su estructura y control de la expresión de los
genes. Este sistema estaría radicado en el % de DNA considerado como "inútil" o DNA
" basura".
Esta hipótesis se basa en observaciones que han demostrado la existencia de al menos 5
secuencias regulatorias por gen, donde algunas de ellas se encuentran enterradas entre las
secuencias denominadas inútiles e incluso dentro de las secuencias de tipo repetitiva. Las
mutaciones en el DNA minisatélite, formado por secuencias altamente repetitivas se han visto
asociadas a algunos tipos de cáncer mamario, colorectal, vejiga y aún leucemia aguda.
Otras secciones del DNA repetitivo que se encuentran en los centros y extremos del
cromosoma, parecen ser centro de unión para proteínas que protegen los extremos del
cromosoma para que este no se "deshilache" en aquellos puntos o bien cumplen con el papel
de reparar las posibles lesiones que ocurran en este lugar. Este DNA es parte del "DNA inútil"
y se denomina DNA satélite, aunque sus secuencias son de mayor tamaño que las presentes
en el DNA minisatélite.
Otra función que posiblemente se pueda atribuir al "DNA basura", es que codificaría para
ciertas secuencias de RNAs que no se traducirían en proteína y que actuarían en la
modulación de la expresión de los genes. Su mecanismo de inhibición sería mediante la
unión de este RNA regulatorio a una de las hebras del DNA en el gen mismo o al RNA
producido por este. Más aún, este RNA regulatorio podría ser también parte de los Intrones
que se encuentran durante el procesamiento del RNA heteronuclear en Eucariontes.
En general el "DNA basura" constituido por el 97% del DNA en humanos consta de las
siguientes secuencias:
INTRONES : Secuencias que no codifican proteínas y que se encuentran entre los genes en
Eucariontes separando las distintas regiones que si codifican (Exones) en los distintos
dominios que forman una proteína.
Por otro lado, el genoma Eucarionte presenta islas de secuencias cortas que se repiten una y
otra vez en arreglos cortos y largos, los que se denominan DNA repetido en tandem (TR
DNA) o bien DNA Satélite:
SATELITES: Secuencias cortas que se repiten de 100 a 1000 veces en el centro o extremo
de los genes. Se dice que de la estabilidad estructural de estas regiones depende la
sobrevivencia del cromosoma.
Otros tipos de estas mismas secuencias, aún más cortas son los mini y microsatélites que se
pueden denominar como Secuencias Repetidas de Número Variable o VNTR (Variable
Number Tandem Repeats)
MINISATELITES: Secuencias similares a la satélite, pero más cortas y que se encuentran en
cualquiera parte del cromosoma. Algunos defectos en su secuencia están asociados con
cáncer.
731

Héctor Rocha L. DNA .
MICROSATELITES: Secuencias repetitivas aún más cortas que los minisatélites. Sus
defectos están también asociados con cáncer.
Las repeticiones de una secuencia son altamente variables en distintos individuos e
incluso el número de repeticiones en un locus especial es distinto en los cromosomas
paterno y materno para este mismo locus que posee un individuo, es decir es heterozigoto
Una técnica altamente específica para identificar la individualidad y que se emplea en
análisis forénsico consiste en distinguir el número de repeticiones de una secuencia dada
perteneciente al DNA de cada sospechoso dejado en la escena de un crimen, ya sean
pelos, piel, sangre o semen.
Sondas
La figura muestra los sitios de corte del DNA por una endonucleasa de restricción
(enzima Hinf1 extraída de Haemophylus Influenzae, estirpe 1 y que es capaz de
reconocer una misma secuencia específica las veces que se encuentre presente en la
doble hebra de DNA procediendo a cortarla). Esta enzima reconoce el mismo sitio de
corte, en dos segmentos de DNA que difieren en el largo de las repeticiones, es decir c/u
de ellos posee lo que se llama un Número Variable de Repeticiones en Tandem o
Variable Number Tandem Repeats con 8 y 3 repeticiones respectivamente. Los
fragmentos una vez separadas sus hebras podrán hibridizar con la sonda o hebra de
DNA marcada, que identifica la zona repetitiva en cada uno de los casos. Ambas zonas
repetitivas pueden separadas por su tamaño mediante Electroforésis.
Otro alcance de esta técnica es la variabilidad entre los sitios de restricción o corte
(Variable Restriction Site) por las Endonucleasas de Restricción en zonas no codificantes
del DNA. Este proceso es particularmente común y puede ser empleado en el
reconocimiento de individuos. La aparición o desaparición de un sitio de corte por una
Endonucleasa de Restricción, puede ocurrir cundo tan sola una de las bases sufre una
mutación. Por ejemplo un cambio de AGATCC por GGATCC, introduce un nuevo sitio de
corte para la enzima Hinf en un segmento de DNA y este hecho permite distinguir un
individuo de otro.
Este tipo de polimorfismo se traduce en variabilidad en el largo de los segmentos de DNA
producto de una digestión con una endonucleasa determinada y pasan a llamarse
Polimorfismos en el Largo de los Fragmentos de Restricción o RFLPs por Restriction
Fragment Length Polymorphisms.
Sondas
732

Héctor Rocha L. DNA .
En la figura, se observa que el fragmento superior tiene solo dos sitios de corte y el
inferior tres sitios, por lo tanto después de ser separados por tamaño, la sonda será
capaz de identificar cada uno de ellos. En el siguiente Capítulo se explicará con más
detalle cada una de estas técnicas.
REGIONES NO TRADUCIDAS EN EL EXTREMO 3'(3'UTR): Las secuencias finales al
extremo 3'de regiones codificadoras de proteínas en el gen, son seguidas de DNA que es
transcrito en RNA, pero que no es traducido en proteína. Estas secuencias contienen
regiones que regulan la actividad del gen mismo.
RNA HETERONUCLEAR (RNA hn): Solo el 25% del transcrito primario o RNAhn
corresponde a los Exones e Intrones que darán origen al RNAm. El 75% restante no se sabe
que papel desempeña.
RETROTRANSPOSONES:
Desarrollos posteriores respecto a los Transposones ha demostrado la presencia elementos
conocidos por las siglas “LINE” y “SINE” o elementos intercalados largos y cortos
respecitvamente. Se caracterizan por ser secuencias del DNA que pasan por RNA antes
de volver a incertarse en distintos lugares del DNA.
ELEMENTOS INTERCALADOS CORTOS O "Short interspersed elements" (SINEs): son
de 100 a 400 pbs y comprenden a los genes que dan origen a RNA “small nuclear” o RNAsn,
RNAs de transferencia o RNAt y RNA ribosomal especialmente RNAr 5S. Todos ellos son
originalmente transcritos por RNA pol III. Los más comunes son la secuencia Alu (300pbs)
con 10 6 secuencias (11%). Dependen de la maquinaria de LINE para “copiarse y pegarse” en
el genoma.Son copias de secuencias repetitivas que se encuentran repartidas a lo largo del
genoma humano sin orden alguno. La secuencia ALu nombrada anteriormente pertenece a
esta familia. Se sabe que estas secuencias pueden "saltar" a distintas partes del genoma
(Transposones) e insertarse en un gen. Son causantes de enfermedad como la
neurofibromatosis-1 presente en el caso del "hombre elefante".
ELEMENTOS INTERCALADOS LARGOS (LINEs): Corresponden a un 18% del total del
genoma. Son similares a los anteriores, pero más largos como de 7000pb. Son causantes de
enfermedad ya que por el mismo mecanismo anterior producen la discontinuidad del gen
donde caen. Los LINEs constituyen unos (850.00 en genoma humano. El mecanismo por el
cual los LINE, especialmente la familia L1 (LINE-1) ejercen su funcionan consiste en la
transcripoción del DNA L1desde unos cientos de pares de bases hasta 90000pbs. Cera de 50
(6500 pbs) de ellos son funcionales, es decir se transcriben y se traducen. Codifican 3
proteínas Endonucleasa , Transcriptasa Inversa.
La región con secuencia LINE L1-DNA se transcribe en RNA L1 por la RNA pol II. El RNA
L1 se asocia a ribosomas y fabrica unas proteínas: Transcriptasa Inversa y Endonucleasa.
Posteriormente las Proteínas y RNA se asocian y vuelven al núcleo donde la actividad de
Endonucleasa corta al DNA en una secuencia blanco en un Intron y la Transcriptasa Inversa
retrotranscribe el RNA L1I en DNA L1, e introduce el DNA aumentando al distancia entre los
exones. Por lo tanto, similares personas pueden tener los mismos exones con distinta
separación
Se sospecha que su presencia regula la eficinecia de la transcripción en los mismos genes,
pero de distintas personas.Se supone que este mecanismo pudo dar origen a los
Pseudogenes sin promotores o intrones.
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TRANSPOSONES: Actuán provocando daño a la expresión de un gen cualquiera sea el
lugar donde se incertan, exones, intrones , intensificadores y promotores. Solo hacen más
copias de si mismos. Su función en Humanos no se sabe. Los Transposones se encuentran
muy bien caracterizados en las plantas.
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25) DESARROLLOS POSTERIORES
Al continuar con la descripción del genoma humano podemos decir que los genes se pueden
agrupar en diferentes tipos, entre ellos tenemos las familias o grupos de genes que son muy
similares en la secuencia de sus exones o de los péptidos que codifican, indicando con ello
que han evolucionado desde un único gen ancestral que se ha duplicado y diversificado.
Algunos de los cromosomas humanos se encuentran llevando la mayoría de la información
(cromosoma 19: 23 genes/ 10 6 pb), mientras que otros son pobres en genes (cromosoma 5:
5 genes/ 10 6 pb) y tienen una mayor proporción de “DNA de relleno”.
Entre los genes se pueden distinguir dos grandes tipos, aquellos inducibles o que se
expresan bajo determinadas condiciones metabólicas y los constitutivos, que se clasifican
como de mantención o "housekeeping". Estos últimos son activos en todas las células
cumpliendo funciones comunes. Entre estos últimos se pueden clasificar las enzimas
corrientes del metabolismo y entre los primeros algunas enzimas marcapasos.
Dentro de las familias de genes es posible encontrar a los pseudogenes o genes inactivos
como se los nombró anteriormente y que debido a una mutación en los elementos que
controlan su expresión permanecen silenciosos en la actualidad.
Entre los genes de las cadenas de la Hemoglobina, el gen Delta permanece silente mientras
que los Alfa y Beta se expresan. A su vez ambos parecen ser el producto de un “crossing
over” desigual ocurrido entre sus genes.
Otros genes se caracterizan por encontrarse anidados o "nested", también se les denomina
solapados. Estos genes se encuentran dentro de otros genes en la misma hebra o en la
hebra opuesta y no se expresan usualmente.
En general los genes de los organismos superiores o Eucariontes, son discontinuos y
presentan los llamados Extrones o partes codificantes y los Intrones o partes no codificantes,
pero que también se transcriben aunque son posteriormente eliminadas al madurar el
transcrito primario o RNAhn (RNA heteronuclear) en el RNA mensajero. En bacterias o
Procariontes los genes son del tipo continuo, sin Intrones.
Los Intrones van desde las 0,1kB (1kB = 1000 bases) hasta 1 kB o más y pueden existir dos
como en el caso de las cadenas Alfa y Beta de la Hemoglobina hasta 7 en la Ovoalbumina.
Algunos de estos Intrones como ha visto tienen actividad enzimática propia y pueden catalizar
sus propias reacciones de corte y empalme del transcrito primario para formar el RNAm.
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Los Extrones parecen codificar para zonas o dominios específicos en las proteínas que les
confieren una determinada característica. Su existencia se justifica parcialmente al pensar
que las proteínas de Eucarionte han evolucionado intercambiando exones para obtener
nuevas capacidades adaptativas antes de esperar a la aparición de mutaciones puntuales
que puedan ocurrir o no en cada una de ellas con el mismo fin.
La familia del gen Beta de la Hemoglobina se encuentra dispuesta en varias copias que se
emplean durante las distintas etapas del desarrollo u ontogenia como son, la etapa
embrionaria fetal, la infancia primaria y el estado adulto. Presentando un total de 5 genes
homólogos a lo largo de 80 kB. Se encuentran dentro de esta familia los llamados Pseudo
genes β1 y β2, los cuales presentan una secuencia algo divergente a la original y no
determinan a una proteína ya que son inoperantes. Por lo tanto dentro de las 80kB en que se
encuentran dispersa la familia Beta, solo 3kB pertenecen a los genes operantes de las
globinas, o sea un 4% del total.
Igual cosa sucede con otros genes como los de la Ovoalbúmina o los genes de los Antígenos
de Histocompatibilidad del ratón, con espacios no codificadores de 5 a 15 kB entre cada gen
y con un promedio en total de un 10% de DNA no codificador.
Parece ser evidente que la existencia de familias de genes dedicados a un fin entrega un
mayor poder de adaptabilidad a la especie. Cada copia de una enzima correspondiente a una
determinada familia de genes tendrá características especiales de actividad bajo una
determinada condición, como lo es el pH, temperatura, fuerza iónica, etc.
Esto demuestra que la duplicación de un gen original y su divergencia puede ser un poderoso
motor evolutivo al variar este nuevo gen presentando características de funcionamiento y
adaptabilidad distintas al gen original.
Por último se puede concluir que los genes Eucariontes presentan una determinada
dinámica interna, la que ocurre en un ambiente de secuencias no codificadoras rica en
repeticiones y que pueden actuar como la causa o la señal de numerosas variaciones
genéticas junto con el control de la expresión de los genes. Es posible comparar esta
disposición a una solución acuosa, en que los genes serían el soluto y las secuencias
repetitivas el solvente. Cualquier cambio de uno de los componentes afecta al otro en
el estado dinámico en que ambos se encuentran interrelacionados.
El proyecto Genoma Humano pretende arrojar luz sobre las distintas posibilidades que se han
analizado en el párrafo anterior, contribuyendo al diagnóstico, predicción y susceptibilidad a
las enfermedades. En la actualidad se han identificado cerca de 30.000 genes de los
supuestos 100.000 genes que se habían propuesto. En la actualidad se ha encontrado que,
entre la mosca Drosophyla de la fruta (13.500 genes), el gusano C. elegans (19.000 genes) y
humanos, existe una gran similaridad en la información contenida en sus genes (genes
homólogos) y se ha propuesto que cada uno de ellos actuaría como las unidades de aquel
juego denominado LEGO, donde se pueden construir variadas formas desde un automovil a
un edificio con las mismas piezas.
Gran parte del DNA codificante pertenece a los factores de Transcripción que regulan la
expresión de los genes como ocurre en el Ciclo Celular y muchos de los genes cofificantes
producen más de una proteína por medio del corte y empalme alternativo (“alternative
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splicing”) incluyendo proteínas intensificadoras (“Enhancers”) de la trascripción basal. Esto
nos entrega un número superior de proteínas que los mismos 30.000 genes descubiertos
(Proteómica). A la vez existen genes pequeños desde un exon a cerca de 80 exones
cubrinedo una buena cantidad de bases de varios millones.La proteína promedio tiene 450
aminoácidos y 4 exones a lo más.
Aprendiendo más del material genético y su entorno, se desarrollará una nueva y mejor
tecnología, tanto en la secuenciación como en la computación asociada a ella, para así
analizar y relacionar los datos obtenidos junto con revisar los aspectos éticos, legales y
sociales que este nuevo procedimiento implique.
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