Proteinas

Una conformación es un ordenamiento espacial de átomos que depende de la rotación de uno o varios enlaces. La conformación de una molécula, como la de una proteína, puede cambiar sin que los enlaces covalentes se rompan, mientras que las diversas configuraciones de una molécula sólo se pueden cambiar si se rompen y vuelven a unir enlaces covalentes. (Recuérdese que las formas L y D de los aminoácidos representan configuraciones diferentes). Ya que cada residuo de aminoácido tiene varias conformaciones posibles y dado que hay numerosos residuos en una proteína, cada proteína ofrece una cantidad astronómica de configuraciones potenciales. No obstante, bajo condiciones fisiológicas, cada proteína se dobla en una sola forma estable, que se llama su conformación nativa. Hay varios factores que restringen la rotación respecto a los enlaces covalentes en una cadena polipeptídica, en su conformación nativa. Incluyen la presencia de puentes de hidrógeno y otras interacciones libres entre residuos de aminoácidos. La función biológica de una proteína depende por completo de su conformación nativa.

Las proteínas tienen diversas formas. Muchas son macromoléculas aproximadamente esféricas, hidrosolubles y compactas cuyas cadenas polipeptídicas están dobladas de manera apretada. Esas proteínas globulares tienen un interior hidrofóbico y una superficie hidrofílica, en forma característica. Poseen penetraciones o fisuras que reconocen en forma específica a otros compuestos y se unen a ellos en forma transitoria.
También los polipéptidos pueden ser partes de grandes estructuras subcelulares o extracelulares, como ribosomas, flagelos y cilios, músculos y cromatina. Las proteínas fibrosas son una clase particular de proteínas estructurales que proporcionan soporte mecánico a las células u organismos.

Niveles de estructuras de las Proteínas

La estructura secundaria se refiere a las regularidades en las conformaciones locales mantenidas por puentes de hidrógeno entre los hidrógenos de amida y los oxígenos de carbonilo en la columna vertebral del péptido. Las estructuras secundarias principales son las hélices ay las hebras b (incluyendo las láminas a). Se acostumbra representar las regiones helicoidales a con dibujos que muestran las estructuras de proteínas plegadas; las hebras b se representan con flechas anchas

que apuntan desde la dirección N-terminal hacia la C-terminal. La estructura terciaria describe la cadena polipeptídica totalmente plegada y compactada. Muchos polipéptidos plegados consisten en varias unidades distintas unidas por un tramo corto de residuos de aminoácidos, como se ve en la figura 4.1c; a dichas unidades se les conoce como dominios.Las estructuras terciarias se estabilizan por las interacciones de cadenas laterales de aminoácidos en regiones no vecinas de la cadena polipeptídica. La formación de la estructura terciaria acerca partes lejanas de las estructuras primaria y secundaria. Algunas proteínas poseen estructura cuaternaria, que implica la asociación de dos o más cadenas polipeptídica en una multisubunidad, o proteína oligomérica u oligómera. Las cadenas polipeptídicas de una proteína oligómera pueden ser idénticas o distintas.

La Hélice alfa

La conformación helicoidal a fue propuesta por Linus Pauling y Robert Corey en 1950. Tuvieron en cuenta las dimensiones de los grupos peptídicos, las posibles restricciones estéricas y las oportunidades de estabilización por formación de puentes de hidrógeno. Su modelo explicó la principal repetición observada en la estructura de la c-queratina, una proteína fibrosa. Sucede que esta repetición de 0.50 a 0.55 nm es el paso (la distancia axial por cada vuelta) de la hélice a. Max Perutz agregó otros apoyos a la estructura al observar una unidad repetitiva secundaria de 0.15 nm en la figura de difracción de rayos X de la queratina a. Esta repetición de 0.15 nm corresponde a la elevación o subida de la hélice a(la distancia que cada residuo en la hélice avanza a lo largo de su eje). Perutz también demostró que la hélice a estaba presente en la hemoglobina y con ello confirmó que esta conformación existe en proteínas globulares más complejas.

Hebras y Láminas Beta

La otra estructura secundaria común se llama estructura b, una clase que incluye a hebras by láminas b. Las hebras B son partes de la cadena polipeptídica que se encuentran casi totalmente extendidas. Cada residuo en una hebra b ocupa de 0.32 a 0.34 nm de la longitud total, en contraste con la espiral compacta de una hélice a, donde cada residuo corresponde a 0.15 nm de la longitud general. Cuando se ordenan varias hebras b lado a lado forman láminas B, estructura que propusieron originalmente Pauling y Corey cuando desarrollaban el modelo teórico de la hélice a.

Desnaturalización y Renaturalización de Proteínas

Los cambios en el ambiente o los tratamientos químicos pueden alterar la conformación

nativa de una proteína con la pérdida concomitante de su actividad biológica. Esa alteración se llama desnaturalización. La cantidad de energía necesaria para causar la desnaturalización es pequeña, con frecuencia, quizá la equivalente a la que se necesita para alterar tres o cuatro puentes de hidrógeno. Algunas proteínas pueden desdoblarse por completo cuando están desnaturalizadas y forman una hélice aleatoria (una cadena fluctuante que se considera totalmente desordenada); no obstante, la mayor parte de las proteínas desnaturalizadas conserva una estructura interna considerable. A veces es posible encontrar condiciones bajo las cuales las proteínas desnaturalizadas pueden renaturalizarse, o volverse a plegar, en forma espontánea después de haber estado desnaturalizadas.

Fármacos y unión a Proteína Plasmática

La eficacia de un fármaco puede ser afectada por el grado de unión a las proteínas dentro del plasma sanguíneo. La mínima parte unida de un fármaco puede atravesar de manera eficiente las membranas celulares o difundirse. Las proteínas comunes a las cuales se une un fármaco son la albúmina serosa humana, las lipoproteínas, glicoproteínasα, ß‚ y a las γ globulinas.

Un fármaco en la sangre existe en dos formas ligado o suelto. Dependiendo de la afinidad específica del medicamento con el plasma, una proporción del mismo puede unirse a las proteínas del plasma y el resto quedar libre, si la interacción molecular proteínica es reversible, entonces existirá un equilibrio químico entre los estados libre y ligado, tal:

Proteína + fármaco ⇌ Complejo Fàrmaco-Proteína

Notablemente, es la fracción libre la que exhibe los efectos farmacológicos. Es también la proporción libre la que puede ser metabolizada o excretada. Por ejemplo la fracción límite del anticoagulante warfarina es un 97%. Esto significa que la cantidad de Warfarina en la sangre un 97% está unida a las proteínas del plasma. El remanente 3% es la cantidad activa y que puede ser excretada.

La unión proteínica puede influir en la vida media de eliminación en el cuerpo. La proporción ligada puede actuar como un depósito o reserva del fármaco que es liberado lentamente como proporción libre. Mientras que la parte libre es metabolizada o excretada del cuerpo, la proporción ligada será liberada a fin de mantener el equilibrio.

Dado que la albúmina es ligeramente básica, los fármacos ácidos o neutrales se unirán primariamente a ella. Si la albúmina se satura , entonces los fármacos se unirán a las lipoproteínas. Los fármacos de perfil básico se unirán a la ácida alfa-1 glicoproteína ácida. Esto es relevante ya que diversas condiciones médicas pueden afectar los niveles de albumina, alfa-1 glicoproteína ácida y lipoproteínas.

Nucleotidos y acidos Nucleicos

Acidos Nucléicos

El descubrimiento de la sustancia que luego se llamó ADN fue realizado en 1869 por Miescher, quien comenzó el estudio con leucocitos obtenidos del pus de los vendajes y después con espermatozoides de salmón. Obtuvo una sustancia que contenía C, H, O, N y un alto porcentaje de P, a la que llamó nucleína, por proceder del núcleo de dichas células. Años más tarde fragmentó esta nucleína y separó el componente proteico, de naturaleza básica. El grupo prostético reveló su carácter ácido y se le llamó ácido nucleico. 

Friedrich Miescher

La determinación de la estructura de la nucleína fue muy lenta y, en los años 30, Kossel demostró que las nucleínas no eran simples mezclas de proteínas y ácido nucleico, sino que eran auténticos complejos supramoleculares, conocidos por los histólogos como cromatina. La cromatina, durante la etapa de división celular se organiza en cromosomas. A finales del siglo XIX se había reconocido que los cromosomas eran los portadores de la información hereditaria. Pero la información podía residir en las proteínas o en el ADN. La evidencia de que es el ADN de estos cromosomas la molécula que contiene la citada información no se obtuvo hasta 1944.

Los estudios químicos de Kossel establecieron que la subunidad repetitiva del ADN es un nucleótido que contiene azúcar, un grupo fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas heterocíclicas.

Trabajos posteriores descubrieron cómo están unidos estos componentes. En los años 40, Chargaff demostró que el número de bases de adenina es igual al número de bases de timina, y el número de bases de citosina coincide con el de guanina. Pero no fue hasta 1953 cuando James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura tridimensional del ADN, basándose en la equivalencia de bases de Chargaff y en los estudios de difracción de rayos X sobre fibras de ADN obtenidos por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins.

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Concepto e Importancia Biológica de los Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son biomoléculas orgánicas compuestas siempre de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Se definen químicamente como polinucleótidos, ya que están formados por la repetición de unidades moleculares llamadas nucleótidos.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN).

Estas moléculas que poseen todos los organismos, dirigen y controlan la síntesis de proteínas, proporcionando la información que determina su especificidad y características biológicas y contienen las instrucciones necesarias para realizar los procesos vitales  y son los responsables de todas las funciones básicas de los seres vivos. Podría decirse que lo que  un organismo es o puede llegar a ser, en términos biológicos, aparece “programado” en estas moléculas. O dicho de otro modo, su función está relacionada con el almacenamiento y la transmisión de la información genética constituyendo la base molecular de la herencia.

Niveles Estructurales de los Ácidos Nucleicos

Estructura del ADN

El ADN tiene un elevado peso molecular y presenta varios niveles estructurales.

1. Estructura primaria Es la secuencia de nucleótidos de una cadena de ADN. Presenta un esqueleto de fosfatos y pentosas del que parten las bases nitrogenadas (A, G, C, T). Estas bases se encuentran en igual porcentaje en todos los seres vivos de una misma especie, por lo que su mensaje genético es semejante. En la estructura primaria reside la información necesaria para la síntesis de proteínas. 

2. Estructura secundaria Es la disposición espacial que adoptan dos cadenas de polinucleótidos (hebras) dispuestas en doble hélice y con las bases enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno. Esta estructura se dedujo a partir de los siguientes datos: I. En 1950, Erwin Chargaff llegó a la conclusión de que las 4 bases del ADN no están presentes en partes iguales, pero existe una regla constante: 

• La concentración de bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas [Bases púricas] = [Bases pirimidínicas]; [A + G] = [C + T]

 • La cantidad de Adenina es igual a la de Timina, y la de Citosina igual a la de Guanina. Es el llamado “Principio de Equivalencia de Bases”. [A] = [T] → [C] = [G] 

II. En ese mismo año (1950) Wilkins y Franklin dedujeron, al analizar el ADN mediante rayos X, los siguientes datos: El ADN es una molécula alargada, delgada y con un diámetro constante de 20 Å (angström). 

(1 Å = 10-10 m) 

• Dicha molécula debería ser helicoidal. 

• Tiene una estructura repetitiva, unas unidades se repiten cada 3.4 Å y otras cada 34 Å. III. Basándose en estos datos, en 1953, James Watson y Francis Crick propusieron la estructura de doble hélice del ADN: 

• Presenta 2 cadenas de polinucleótidos antiparalelas, con los enlaces 3’–5’ orientados en diferente sentido en cada una de las cadenas. 

• Las dos cadenas son complementarias y están enrolladas una sobre la otra en una doble hélice. Son complementarias porque si en una cadena hay A, en la otra al mismo nivel habrá T. Por tanto la secuencia y la información son diferentes. 

• Las cadenas presentan un esqueleto de pentosas y fosfatos hacia el exterior, con las bases nitrogenadas de ambas cadenas hacia el interior y enfrentadas estableciendo puentes de hidrógeno. A se une a T mediante 2 puentes de Hidrógeno. A = T C se une a G mediante 3 puentes de Hidrógeno. C ≡ G 

• La doble hélice da una vuelta cada 34 Å y la distancia entre 2 pares de nucleótidos es de 3.4 Å, por lo que habrá 10 pares por vuelta, y su diámetro es de 20 Å. 

• Cambios o mutaciones en la secuencia de nucleótidos alteran la información genética.  

3. Estructura terciaria o primer nivel de empaquetamiento 

Consiste en la asociación de ADN con proteínas. Se encuentra en el núcleo de la célula eucariota formando la cromatina. 

Existen dos modelos: 

 a) Collar de perlas: (Fibra de cromatina de 100 Å) Se encuentra cuando la célula está en interfase (reposo). Consiste en una sucesión de partículas llamadas nucleosomas formadas por: 

• Partícula nuclear, que consta de: o Octámero de proteínas Histonas o Fragmento de ADN (20 Å): 1.75 vueltas y 146 pares de bases. 

• ADN ligador o espaciador (linker): Une las partículas nucleares y es un fragmento de ADN de 54 pares de bases. Un nucleosoma tiene un ADN de unos 200 pares de bases. Este modelo constituye la fibra de cromatina laxa.  

Cada nucleosoma puede asociarse a una nueva histona, la H1, que queda fijada por los 10 primeros pares de nucleótidos de cada uno de los extremos del ADN que salen de la partícula nuclear. De este modo la partícula nuclear más la H1 recibe el nombre de cromatosoma y constituye la fibra de cromatina condensada. El ADN del cromatosoma tiene 166 pares de bases (146 +10 +10).

 b) Estructura cristalina: Resulta de la asociación de ADN con protaminas, que son proteínas básicas, más afines que las histonas, por lo que la estructura aparece más empaquetada. Aparece en el núcleo de los espermatozoides. Las protaminas, a diferencia de las histonas, son más pequeñas y diferentes en cada especie. 

4. Estructura cuaternaria o segundo nivel de empaquetamiento 

Constituye la fibra de cromatina de 300 Å. El modelo más aceptado es la hipótesis de Solenoide: La fibra de 100 Å se enrolla helicoidalmente presentando 6 nucleosomas por vuelta y las H1 se disponen formando el eje de la hélice. En el núcleo de la célula toda la cromatina se encuentra como fibra de 100 Å y de 300 Å. 

Nucleótidos y nucleósidos 

Estructura Los nucleótidos 

están formados por tres tipos de moléculas: pentosas, ácido fosfórico y bases nitrogenadas. 

a) Pentosas: Son dos aldopentosas: 

• Ribosa en el ARN

 • Desoxirribosa en el ADN  

b) Ácido fosfórico

c) Bases nitrogenadas: Son compuestos heterocíclicos de C y N. Son de dos tipos: 

• Bases púricas: Derivan de la purina 

• Bases pirimidínicas: Derivan de la pirimidina 

La unión de una pentosa y una base nitrogenada constituyen un NUCLEÓSIDO. Se establece un enlace N-glucosídico entre el carbono 1 de la pentosa y el nitrógeno 9 si la base es púrica o 1 se es pirimidínica. 

Se nombran con el nombre de la base terminado en –osina si es púrica y en –idina si es pirimidínica. Si la pentosa es desoxirribosa se añade el prefijo desoxi-. Adenosina, guanosina, timidita, histidina, uridina. Desoxiadenosina, desoxiguanosina,…

 La unión de un nucleósido y un ácido fosfórico constituye un NUCLEÓTIDO. Se establece un enlace fosfodiéster entre el –OH del carbono 5 de la pentosa y un H del ácido fosfórico. Se nombra con el nombre de la base terminado en –ílico y se antepone la palabra ácido. Ácido adenílico. Si la pentosa es desoxirribosa, se antepone la palabra desoxi. Ácido desoxiadenílico.  

Medicamento Adenosina Trifosfato

Descripción

La adenosina es un nucleósido constituído por adenina y ribosa que se utiliza por vía intravenosa para la conversión a ritmo sinusal de taquicardia supraventricular paroxística (TSVP), incluido la asociada al síndrome de Wolff-Parkinson-White.

Mecanismo de acción: la adenosina disminuye el tiempo de conducción a través del nodo A-V, interrumpiendo las vías de reentrada a través mismo y restaura el ritmo sinusal normal en pacientes con paroxística taquicardia supraventricular (TSVP), incluyendo la TSVP asociada con el Síndrome de Wolff-Parkinson-White. La adenosina es antagonizada competitivamente por las metilxantinas como la cafeína y la teofilina y potenciada por los bloqueantes del l transporte de nucleósidos como el dipiridamol. La adenosina no es bloqueada por la atropina.

La dosis intravenosa en bolo de 6 o 12 mg de adenosina generalmente no tiene ningún efecto hemodinámico sistémico. Cuando administran grandes dosis por infusión, la adenosina disminuye la presión sanguínea al reducir las resistencias periféricas.

Dosis

a adenosina debe administrarse como un bolo rápido por una vía intravenosa periférica.

• Adultos: se recomienda una dosis inicial de 6 mg dada como un bolo intravenoso rápido (administrado durante un período de 1-2 segundos). Si la primera dosis no resulta en la eliminación de la taquicardia supraventricular en 1-2 minutos, se deben administrar 12 mg como un bolo intravenoso rápido. Esta dosis de 12 mg puede repetirse una segunda vez si fuese necesario.
• Niños: las dosis en neonatos, lactantes, niños y adolescentes son equivalentes las que se administran para adultos, ajustándolas en función del peso:.
  • < 50 Kg de peso de pacientes pediátricos con un cuerpo: Dosis inicial: 0,05 a 0,1 mg/kg como un bolo IV rápido. Si la conversión de TSVP no se produce dentro de 1-2 minutos, pueden ser administrados bolos adicionales de adenosina en dosis gradualmente mayores, siendo los incrementos de 0,05 a 0,1 mg/kg. Este proceso debe continuar hasta que se establece el ritmo sinusal o se utiliza una dosis máxima de 0,3 mg/kg.
  • ≥ 50 kg: Administrar la dosis para adultos.

No se recomiendan dosis superiores a 12 mg para pacientes adultos.

Funciones de los nucleótidos 

Derivados de los nucleótidos de interés biológico 

a) Fosfatos de adenosina: Actúan como intermediarios en las reacciones metabólicas en las que se libera o consume energía ya que los enlaces entre fosfatos acumulan energía. Son coenzimas. Los más importantes son: 

• AMP: Adenosín-monofosfato 

• ADP: Adenosín-difosfato 

• ATP: Adenosín-trifosfato ATP ADP + Pi + Energía ADP AMP + Pi + Energía AMP + Pi + Energía ADP ADP + Pi + Energía ATP El ATP tiene un papel importante como moneda de intercambios energéticos. 

Otros ribonucleótidos análogos al ATP son: GTP, TTP, CTP, UTP, que desempeñan un papel más limitado como transferentes de energía. GDP, CDP,… AMPcíclico (AMPc): Actúa como mediador en muchos procesos hormonales y controla la velocidad de muchas reacciones químicas intracelulares.

 Piridín nucleótidos: 

• NAD: Nicotinamín-adenín-dinucleótido 

• NADP: Nicotinamín-adenín-dinucleótido-fosfato Actúan como coenzimas en reacciones de oxidación- reducción c) Flavín nucleótidos: La base nitrogenada es flavina. 

• FMN: flavín-monofosfato 

• FAD: Flavín-adenín-dinucleótido Actúan como coenzimas en reacciones de oxidación- reducción Los nucleótidos son piezas estructurales de los ácidos nucleicos.

Características y diferencias del ADN Y ARN

Propiedades del ADN 

a) Estabilidad: En condiciones normales la molécula de ADN es muy estable. Pero para que se produzca la duplicación es necesaria la separación de las dos cadenas, y lo mismo para la transcripción (formación de ARN mensajero). 

b) Desnaturalización: Si el ADN se somete a temperaturas superiores a los 100 ºC se rompen los puentes de hidrógeno que unen las bases, separándose las dos cadenas. Ocurre lo mismo con variaciones de pH . Los enlaces fosfato-pentosa-base no se rompen. 

c) Renaturalización: Si se restablecen las condiciones iniciales, el ADN recupera su estructura. 

d) Hibridación: Si se desnaturaliza una mezcla de ADN de distintas especies, en la renaturalización aparecerán formas híbridas. Esto se llama hibridación del ADN. 

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Replicación del ADN

1ª etapa: desenrrollamiento y apertura de la doble hélice.en el punto ori-c.

Intervienen un grupo de enzimas y proteínas, a cuyo conjunto se denomina replisoma

2ª etapa. síntesis de dos nuevas hebras de ADN.

* Actuan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´-3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´-5´.

* Intervienen las ADN polimerass I y III, que se encargan de la replicación y corrección de errores. La que lleva la mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III

* Actua la ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos.

3ª etapa: corrección de errrores.

El enzima principal que actua como comadrona (R. Shapiro) es la ADN polimerasa III, que corrige todos los errores cometidos en la replicación o duplicación. Intervienen otros enzimas como:

* Endonucleasas que cortan el segmento erroneo.

* ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco.

* ADN ligasas que unen los extremos corregidos

Transcripcion del ADN

Es el proceso por el cual en ADN se copia a ARN en la primera etapa de la expresión génica.
Aquí se da el ensamblaje de varios factores en el inicio del gen. Entre estos factores están:
RNA polimerasa quien durante cierto tiempo esta unida al complejo pero de un momentos a otro es liberada y se desplaza rápidamente por la cadena de ADN leyendo el gen, para leerla debe desenrollar la doble hélice y al mismo tiempo copia una de ellas, esta copia es el RNA, para poder hacer esta copia hay nucleótidos que entran a través de la RNA polimerasa por medio de un túnel, que es el centro activo de la enzima y estos se aparean nucleótido a nucleótido copiando la A, G Y T del gen, la diferencia es que las timinas son reemplazadas por Uracilos.

Traducción del ADN

La traducción ocurre tanto en el citoplasma, donde se encuentran los ribosomas, como también en el retículo endoplasmático rugoso (RER). Los ribosomas están formados por una subunidad pequeña y una grande que rodean al ARN. En la traducción, el ARN mensajero se decodifica para producir un polipéptido específico de acuerdo con las reglas especificadas por el código genético. Es el proceso que convierte una secuencia de ARN mensajero en una cadena de aminoácidos para formar una proteína. Es necesario que la traducción venga precedida de un proceso de transcripción. El proceso de traducción tiene tres fases: iniciación, elongación y terminación (entre todos describen el crecimiento de la cadena de aminoácidos, o polipéptido, que es el producto de la traducción).

ARN 

Es un polinucleótido compuesto por ribonucleótidos de A, G, C y U, nunca T. Es monocatenario, excepto en algunos virus, por lo que presenta estructura primaria, y los nucleótidos se unen siempre en la dirección 5’→ 3’. A veces se enrolla en doble hélice, presentando estructura secundaria y otras veces se asocia a proteínas, por lo que tiene estructura terciaria. 

• Transcripción: Formación de ARN a partir del ADN. 

• Traducción: Formación de proteínas según la información del ARN mensajero. Existen varios tipos de ARN. 

• ARN mensajero (ARNm) 

Es una molécula corta y lineal de hasta 5000 nucleótidos, de vida corta y estructura primaria. Se origina a partir del ARN hetereogéneo nuclear, que es complementario de un fragmento de ADN, por lo que contiene su información genética. 

El ARN hetereogéneo nuclear (ARNhn) tiene unos segmentos con información llamados exones y otros sin información llamados intrones. Tras un proceso de maduración, elimina los intrones y forma ARNm, que tiene en su inicio una caperuza, que constituye la señal de inicio de la síntesis proteica, y al final una cola de poli A (muchas adeninas), que tiene función estabilizadora. Se forma en el núcleo y viaja hasta el citoplasma. El ARNm es el portador de la información genética del ADN. Se forma con intervención de una ARN polimerasa II y atraviesa los poros nucleares para asociarse a los ribosomas en el citoplasma y dirigir la síntesis de proteínas.  

 ARN transferente (ARNt) 

Está formado por moléculas pequeñas. Tiene forma de hoja de trébol, con 4 brazos con estructura primaria y secundaria. Tres de los brazos tienen un asa o bucle, son los brazos D, T y uno llamado Anticodón. El cuarto es un brazo aceptor de aminoácidos, con un extremo (3’) más largo que otro que termina siempre en el triplete CCA y es por la A por la que se unirá a un aminoácido. 

Existen unos 50 tipos diferentes que se sintetizan en el nucleoplasma por acción de una ARN polimerasa III y viaja hasta el citoplasma. En el Anticodón hay diferentes tripletes, que son complementarios de los diferentes aminoácidos que capta el codón del ARNm. Su función es captar aminoácidos específicos en el citoplasma y transportarlos hasta los ribosomas, donde, siguiendo la secuencia dictada por el ARNm, se sintetizan las proteínas.  

ARN ribosómico (ARNr)

Es el más abundante y se encuentra asociado a proteínas formando los ribosomas. Está formado por un filamento con estructura primaria, secundaria y terciaria. 

Su función e formar los ribosomas donde se realizará la síntesis de proteínas. Los ribosomas se diferencian por su velocidad de sedimentación, que se mide en Svedberg (1S = 10-13 s) s = segundos.  

ARN nucleolar (ARNn) 

Se forma en el núcleo a partir de ciertos segmentos del ADN llamados organizadores nucleolares o región organizadora nucleolar. Se asocia a proteínas y forma el nucléolo. Una vez formado, se fragmenta y da origen a los diferentes tipos de ARNr. 

Fármacos en base a ADN

Hace 10 años, científicos de EEUU analizaron dos tipos de vacuna para determinar su eficacia frente al virus del VIH. Una de las vacunas estaba compuesta por plásmidos (su objetivo era desencadenar en las células del receptor la síntesis de proteínas víricas, para provocar una reacción en el sistema inmune. El otro tipo de vacuna empleaba el adenovirus, portador de un único gen del VIH. Weiner esperaba obtener excelentes resultados demostrando la capacidad de los plásmidos para inducir inmunidad contra patógenos. Esto no fue así ya que los receptores de la vacuna de ADN no respondieron o mostraron una respuesta inmunitaria débil contra las cinco proteínas del VIH, mientras que los receptores de la vacuna con el adenovirus manifestaron una reacción intensa.

Debido al éxito en los ensayos con el adenovirus, en el 2007 la compañía farmacéutica Merck inició un gran ensayo clínico con una vacuna contra el VIH, empleando el Adenovirus AdHu5 para suministrar genes del VIH. Unos 300 VIH-negativos recibieron una inyección de la vacuna o del placebo. Pero conforme avanzó el estudio se observó que las personas vacunadas no estaban más protegidas que las que habían recibido el placebo, y parecía incluso que eran más vulnerables a una infección por VIH.

Por todo ello, los científicos se esforzaron en impulsar la actividad de los plásmidos. Se pensaron nuevas formas de introducción en las células.... y entre los últimos logros destacan los nuevos métodos para la administración de la vacuna, que consiguen transferir los plásmidos a un número bastante mayor de células (inclusive las células inmunitarias). Los parches transdérmicos y otros sistemas sin agujas que utilizan aire comprimido para inyectar la vacuna, introducen los plásmidos en la piel, donde abundan las células presentadoras de antígeno, un tipo de células inmunitarias. Para obtener un resultado similar al de las vacunas administradas mediante una aguja en el músculo o la piel, se aplica acto seguido una electroporación (impulsos eléctricos que provocan la formación de poros transitorios en las membranas, con lo que se facilita la entrada de los plásmidos en las células).

También se han mejorado las construcciones gen-plásmido mediante diversos refinamientos en las secuencias de ADN de los genes que portan. La optimización de codones implica deletrear las instrucciones del gen de forma que la célula ejecute más fácilmente.

Después de todo tipo de ensayos, como mejora final de la vacuna, consistiría en emplear un adyuvante (sustancias añadidas a las vacunas que actúan potenciando la respuesta inmune). Un aspecto relevante de las técnicas basadas en el ADN sería la posibilidad de incorporar en el plásmido de la vacuna un adyuvante. De este modo se evitaría añadir adyuvante a la formulación final de la vacuna, algo que a veces genera preocupaciones.

Todo esto está teniendo mucha relevancia en estos últimos años, ya que la estrategia basada en el ADN promete usos que van más allá de la vacunación clásica, entre ellos, la administración mediante plásmidos de algunos medicamentos de inmunoterapias contra el cáncer.

ADN: Una Diana de los fármacos

• La mayoría de los fármacos actúan sobre proteínas.
• Algunos lo hacen sobre ácidos nucleicos y alteran: replicación, transcripción y traslación.
• Los Fármacos que actúan sobre ácidos nucleicos son muy tóxicos.
• Se utilizan en el tratamiento de enfermedades muy graves como: canceres e infecciones viricas.
• Para poder diseñar fármacos mas selectivos es preciso conocer la estructura de los ácidos nucleicos.

Los oligonucleótidos se han ensayado para el tratamiento de patologías como el cáncer, la atrofia muscular espinal e infecciones por citomegalovirus (CMV), hepatitis C y papilomavirus, entre otras. Un oligonucleótido antisentido (Fomivirsen) fue aprobado por la FDA para tratar la retinitis causada por CMV en pacientes inmunocomprometidos con lo cual se ha convertido en el primer fármaco basado en ácidos nucleicos.

Fomivirsen

Descripción

El fomivirsen (también conocido como ISIS 2922) es un agente antiviral oftálmico. Se administra mediante inyección intravítrea para el tratamiento de la infección por citomegalovirus (CMV) en pacientes con SIDA que han fracasado al tratamiento con otros medicamentos contra el CMV, que son intolerantes o presentan contraindicaciones a otras terapias. El fomivirsen causa menos efectos secundarios y es más selectivo en sus acciones que otras terapias contra el CMV. Debido a su mecanismo de acción, el fomivirsen es más potente frente a CMV que el ganciclovir o el foscarnet. La inyección de fomivirsen también parece estar asociada con una menor incidencia de desprendimiento de retina que el implante intravítreo de ganciclovir. El fomivirsen se pueden utilizar en combinación con foscarnet o ganciclovir.

Mecanismo de acción: El fomivirsen inhibe la replicación del citomegalovirus humano a través de un mecanismo anti-sentido. La secuencia de nucleótidos de fomivirsen es complementaria a una secuencia en las transcripciones de ARNm de la región principal temprana 2 (IE2) de la partícula de CMV. La unión de fomivirsen a la IE2 de citomegalovirus ARNm inhibe la síntesis de proteínas y posteriormente la replicación de CMV. El fomivirsen es igualmente potente contra 21 CMV humanos aíslados, incluyendo cepas conocidas para ser resistentes al cidofovir, foscarnet, y ganciclovir. Los cepas aisladas que son resistentes al fomivirsen puede ser sensibles al cidofovir, foscarnet, y/o ganciclovir.

Dosis

Tratamiento local de citomegalovirus (CMV) en pacientes con síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) que no toleran o presentan alguna contraindicación a otros tratamientos

Administración intravítrea:

• Adultos: La dosis de inducción es de 330 mg (0,05 ml) por vía intravítrea en ojo afectado cada dos semanas hasta completar dos dosis. Las dosis de mantenimiento de 330 g por ojo afectado se deben administrar por vía intravítrea una vez cada cuatro semanas después de la inducción. En los pacientes cuya enfermedad progresa durante la fase de mantenimiento, puede intentarse una reinducción a la misma dosis

Para la profilaxis de la retinitis secundaria citomegalovirus (CMV)(terapia crónica de mantenimiento) en los pacientes con VIH con enfermedad terminal

Administración intravítrea:

• Adultos: el CDC recomienda fomivirsen 330 mg por vía intravítrea una vez cada 2-4 semanas, como alternativa a otros tratamientos. La profilaxis de la retinitis por CMV puede interrumpirse en pacientes adultos cuando se cumplan los siguientes criterios: 1) CD4 +> 100 a 150 células /ml durante> 3-6 meses; 2) supresión duradera de ARN del VIH en el plasma cuidada; 3) lesión que no supone la pérdida de la vistal; 4) adecuada visión en el ojo contralateral; y 5) el paciente se somete a exámenes oftalmológicos regulares. La terapia de mantenimiento debe reiniciarse cuando el recuento de CD4 + es <50 a 100 células /ml

Pacientes con insuficiencia renal: no están disponibles directrices específicas para el ajuste de la dosis en la insuficiencia renal, si bien parece que es necesario un reajuste de las mismas.

Antibióticos que inhiben la síntesis de ácidos nucleicos

Muchos agentes antimicrobianos pueden interferir a diferentes niveles en la síntesis de los ácidos nucleicos. Pueden inhibir la síntesis de nucleótidos o causar una interconversión de nucleótidos, pueden interferir con polimerasas involucradas en la replicación y transcripción del ADN. Un grupo numeroso de agentes interfieren con la síntesis de purinas y pirimidinas dando lugar a interconversión de nucleótidos o actuando como análogos de nucleótidos e incorporarse a la cadena de polinucleótidos.

La rifampicina, un antibiótico, inhibe la actividad de la RNA polimerasa bacteriana dependiente de DNA, uniéndose en forma no covalente pero muy firme a esta enzima. La RNA polimerasa es una enzima cuyas cadenas polipeptídicas se unen a un factor que confiere especificidad para el reconocimiento de los sitios promotores precisos requeridos para iniciar la transcripción del DNA. La rifampicina se une a subunidades de la RNA polimerasa e interfiere específicamente con la iniciación del proceso pero no tiene efecto después de que la polimerización se ha iniciado.

La inhibición de la replicación del DNA puede provocarse por antimicrobianos que inhiben la actividad de la DNA girasa, involucrada en el rompimiento y reunión de tiras de DNA. La girasa está constituida por dos componentes, A y B. El ácido nalidíxico, una quinolona, se une al componente A de la DNA girasa e inhibe su acción. El ácido nalidíxico tiene acción antimicrobiana sólo contra especies gramnegativas, aunque recientemente se ha sintetizado un derivado carboxil fluorinado que inhibe bacterias grampositivas. La subunidad B de la DNA girasa puede ser inhibida por agentes como la novobiocina, un antibiótico de uso restringido debido a su toxicidad.

Rifampicina

Descripción

Derivado semisintético de la rifamicina, antibiótico macrocíclico complejo que inhibe la síntesis del ácido ribonucleico en una amplia gama de microbios patógenos. Tiene acción bactericida y ejerce un potente efecto de esterilización contra los bacilos tuberculosos tanto en localizaciones celulares como extracelulares.

La rifampicina es liposoluble. Tras la administración oral, se absorbe rápidamente y se distribuye por todos los tejidos y humores orgánicos; si las meninges están inflamadas pasa al líquido cefalorraquídeo en cantidades importantes. Una sola dosis de 600 mg produce en 2-4 horas una concentración sérica máxima de unos 10 microgramos/ml, que disminuye ulteriormente con una semivida de 2-3 horas. La rifampicina se recicla en gran medida en la circulación enterohepática y los metabolitos formados por desacetilación en el hígado se eliminan finalmente en las heces.

Como la resistencia aparece rápidamente, la rifampicina debe administrarse siempre en combinación con otros agentes micobacterianos eficaces.

Dosis

La rifampicina debe administrarse de preferencia al menos 30 minutos antes de las comidas, puesto que su absorción se reduce cuando se toma acompañada de alimentos.

Adultos y niños: 10 mg/kg (máximo: 600 mg) al día o tres veces por semana.

Estructura química de la Rifampicina

Fármacos Genotóxicos

Los agentes genotóxicos son fármacos quimioterapéuticos que afectan los ácidos nucleicos y alteran sus funciones. Estos fármacos pueden unirse directamente al ADN o pueden llevar al daño del ADN indirectamente al afectar las enzimas involucradas en la replicación del ADN. Las células en división rápida son particularmente sensibles a los agentes genotóxicos porque éstas sintetizan ADN nuevo activamente. Si el ADN ha sido dañado ostensiblemente, la célula pasa por apoptosis, o el suicidio celular.

Los tratamientos quimioterapéuticos genotóxicos incluyen:

- Agentes Alquilantes: La primera clase de agentes quimioterapéuticos usados. Estos fármacos modifican las bases del ADN, interfiriendo con la replicación del ADN y la transcripción y resultando en mutaciones.
- Agentes Intercalantes: Estos fármacos fueron diseñados para intercalarse en los espacios entre nucleótidos en la doble hélice del ADN. Éstos interfieren con la transcripción, la replicación e inducen mutaciones.
- Inhibidores de Enzimas: Estos fármacos inhiben enzimas claves, tales como las topoisomerasas involucradas en la replicación del ADN, induciendo daño al ADN.

Busulfano

Mecanismo de acción: El busulfán es un miembro de los agentes alquilantes con grupos sulfonato. En soluciones acuosas, busulfán se hidroliza para liberar los grupos metanosulfate, produciendo iones carbonio reactivos que pueden alquilar el ADN y otras proteínas ocasionando citotoxicidad. El busulfán reacciona más fácilmente con los grupos tiol de aminoácidos y proteínas que las mostazas nitrogenadas.La reacción de alquilación depende de las concentraciones tanto de busulfán como del compuesto diana. El busulfán se une al ADN en la posición N-7 de la guanina.

La actividad de busulfán se observa sobre todo en las células mieloides y en las células madre hematopoyéticas. Esto puede conducir a la aplasia prolongada de la médula ósea en algunos pacientes. La razón de esta especificidad es desconocida.

La resistencia al busulfán se produce a través de mecanismos similares a los de otros agentes alquilantes, que incluyen la disminución de la absorción del fármaco por las células malignas, el aumento de la inactivación celular, aumento de la inactivación de compuestos intermedios alquilantes y el aumento de los mecanismos de reparación del ADN.

Dosis

Administración oral:

• Adultos: 4-8 mg PO o 1,8-4 mg/m2 PO una vez al día, con un rango de dosis de 1-12 mg/día. Reducir la dosis si el recuento de leucocitos alcanza 30.000-40.000/mm 3; suspender si el recuento de leucocitos es < 20,000 / mm3. La terapia de mantenimiento de 1-3 mg/día puede mantener el estado hematológico bajo control y evitar la rápida recaída.
• Niños: 0,06 a 0,12 mg / kg o de 01.08 a 04.06 mg/m2 PO por día. Reducir la dosis si el recuento de leucocitos alcanza 30.000-40.000 / mm 3; suspender si el recuento de leucocitos y < 20,000 / mm3.

Estructura Química del Busulfano

Carboplatino

Mecanismo de acción: el carboplatino actúa como un agente alquilante bifuncional, igual que el cisplatino. El carboplatino atraviesa fácilmente la membrana celular. Una vez dentro de la célula, la estructura de anillo de carboplatino es hidroxilado por el agua para formar la fracción activa. Esta reacción se produce más lentamente que la activación de cisplatino. Por lo tanto, se requiere de 4-6 veces la cantidad de carboplatino para producir los mismos efectos citotóxicos que el cisplatino. Una vez en la forma activa, las funciones del carboplatino son similares a las del cisplatino y el fármaco se une con el ADN, ARN, u otras macromoléculas en dos sitios para formar enlaces inter- e intracatenarios. El carboplatino forma enlaces covalentes irreversibles que inhiben la replicación del ADN, la transcripción del ARN, y la síntesis de proteínas. Los enlaces intracatenarios cruzados en la posición N-7 de la guanina son los sitios de unión predominantes. Los entrecruzamientos de ADN máximas ocurren 18 horas después de la exposición al carboplatino en comparación con 6-12 horas para cisplatino. La tasa de eliminación de las reticulaciones es más lenta que la del cisplatino. Esta tasa más lenta de inicio y de la eliminación de enlaces cruzados de carboplatino es debida a una lenta velocidad de formación de aductos monofuncionales y/o a una menor tasa de conversión de monoaductos a enlaces cruzados. Aunque se considera no específica del ciclo celular, la citotoxicidad del carboplatino aumenta con la exposición durante la fase S y con el aumento de las tasas de infusión (24 horas frente a 1 hora). El carboplatino provoca la detención del ciclo celular en la fase G2-y luego induce la muerte celular programada o apoptosis.

Dosis

• Adultos: La dosis total de carboplatino en mg para los adultos se pueden calcular utilizando la ecuación de Calvert:
  Dosis total (mg) = AUC objetivo x (FG + 25 años)
• Niños: La siguiente ecuación se debe utilizar para calcular la dosis de carboplatino (mg / m2) para dar cuenta de las diferencias en la eliminación renal de carboplatino entre los adultos y los niños:
  Dosis total (mg/m2) = objetivo AUC x [(0,93 x TFG) + 15]

Estructura Quimica del Carboplatino

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