Transcripción ToxicologíaMarisela Ivankovich

(esto corresponde a la día que se intercambio Farma por toxi)

TTOXICIDADOXICIDAD G GENÉTICAENÉTICA

La toxicidad genética es algo sumamente molecular tiene q ver con el ADN (reparación, mutaciones) y por lo tanto los efectos de la toxicidad genética se va a manifestar más a nivel macro, como: cáncer, tumores, enfermedades congénitas, malformaciones… Por ejemplo las radiaciones pueden ser teratogénicas alterando gametos. Entonces a pesar que la Toxicidad Genética es molecular las manifestaciones son más macro.

El enfoque de la clase va a tener un breve repaso de conceptos que ya se conocen, algunos de los mecanismos de mutación y de reparación que tiene la célula para reparar su ADN, y de algunas de las características de los agentes mutagénicos.

Estructura de ADN:

- Estructura primaria: formado por cadena nucleótidos, los cuales están formados por tres componentes: la base nitrogenada (se acoplan unas con otras con cierta especificidad: Adenina-Timina, Citosina-Guanina), el azúcar que en el caso del ADN es una desoxiribosa y el fosfato (que es el cual forma el enlace de un nucléotido al siguiente). Las bases nitrogenadas se acoplan con especificidad (indicarla). Se debe de recordar que las citosinas con las guaninas se unen por 3 puentes de hidrógeno mientras que las Timinas

con las Adeninas lo hacen por 2. Para el caso del ARN se va a dar unión de adenina con Uracilo y lo hacen por medio de 2 puentes de hidrógeno.

La unión entre bases no siempre es así se han encontrado casos en que los fragmentos tienen apareamientos alterados no siendo necesariamente una patología.

Estructura secundaria: es la disposición en el espacio en dos hebras o cadenas de polinucleótidos en doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrógeno. Entonces es una cadena de nucleótidos van a formar una doble hélice en sentido 5´-3´, donde 5´es el extremo superior y 3´es el extremo inferior, la traducción se da en sentido 5´-3´.

Estructura Terciaria: Una vez que se ha formado la doble cadena el ADN se va plegar formando una hélice que tiene dos curvaturas; una curvatura mayor y una curvatura menor. El hecho que existan estas dos curvaturas facilita que se pueda plegar el ADN para empacarlo por medio de las histonas. Las histonas son importantes a nivel de mutagénesis porque cuando hay formación de radicales libres se puede dar uniones covalentes con proteínas distintas (produciendo defectos en la transcripción o en su duplicación). Las histonas son las proteínas que tienen una relación más cercana con el ADN. La unión con Histonas genera la estructura denominada nucleosoma. Cada nucleosoma está compuesto por una estructura voluminosa, denominada core, seguida por un eslabón o "Linker". El core está compuesto por un octámero de proteínas, Histonas, denominadas H2A, H2B, H3 y H4. Cada tipo de histona se presenta en número par. Esta estructura está rodeada por un tramo de ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al octámero. El Linker está formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma con otro y una histona H1.

Estructura Cuaternaria: La fibra de cromatina de 100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide. Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo inter-fásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas.

Nota: aquí en esta parte de la clase complemente lo que era la estructura terciaria y cuaternaria porque Fran no lo dio pero dijo que quería que averiguaramos como se explicaba la estructura del ADN de forma análoga con el enrollamiento de proteínas entonces mejor por cualquier cosa. El solo dio en clase estructura 1 y 2, y habló un poco de histonas.

El ARN tiene como diferencia principal diferencia es el azúcar que es ribosa y tiene la base nitrogenada Uracilo, además es una sola hebra. Hay ARN mensajero, ARN de transferencia, ribosomal, pequeños y hay un montón de tipos; incluso hay genes que codifican solo para ARN y ya sea que regulan la síntesis de proteínas o forman parte de los ribosomas.

Las mutaciones en el ADN y ARN pueden ser beneficiosa (evolución) y las nocivas que pueden llevar a enfermedades o cáncer. Las mutaciones nocivas en selección natural suelen ser eliminados.

ADN Proteínas:

La tabla lo que nos indica es que el código genético es degenerado. Quiere decir que diferentes códigos de nucléotidos pueden codificar para mismos aminoácidos. Por ejemplo la fenilalanina puede ser codificada por tres uracilos, 2 uracilos y una citosina. La glicina por ejemplo tiene cuatro codones que codifican para él.

La importancia de esto radica en que puede haber diferentes mutaciones que pueden o no afectar la transcripción de proteínas. Se tienen mutaciones de tipo:

Nonsense: por ejemplo hay un codón que es U-A-C que codifica para la tirosina, y que esta citosina sufre de un cambio a adenina (U-A-A) en el codón, este cambio se da en la mitad de la síntesis. Entonces si se tiene un ARN de transferencia, en el momento de la transcripción a proteínas y se llega a ese codón, ahí se va a acabar la proteína y no se va a

sintetizar una parte del péptido y se tienen proteínas incompletas y no van a funcionar adecuadamente. La mutación produce una señal de terminación.

Missense: “se pierde el sentido” Mutaciones pequeñas pueden cambiar el mismo amino ácido y se pierde el sentido de la proteína, aquí la importancia que el código genético sea degenerado. Se podría dar un cambio en un codón y no afectar a la proteína que se tiene como resultado. Es un mecanismo que se desarrollo a lo largo de la evolución para evitar las mutaciones que son nocivas, podría afectar o no. Pueden tener efectos beneficiosos para el desarrollo de las especies. Se tendría en resumen el cambio de un amino ácido por otro. Ejemplo de la prolina: al sintetizar el péptido este se va sintetizando en línea recta, esta prolina al producirse da doblece, por lo tanto una mutación en la prolina haría un cambio de conformación y este cambio produce cambios importantes. Recordar que hay casos en que las mutaciones pueden no afectar o más bien ser beneficioso.

*Metionina es el amino ácido que inicia todas las cadenas de proteínas.

Mutaciones silenciosas: se cambia el codón pero no cambia el amino ácido, es decir cambios a nivel de bases nitrogenadas que no produce cambio en secuencia de amino ácidos.

Fran menciona la diferencia entre transcripción y traducción pero lo dice como enredado entonces mejor busque una definición más concreta:

- Transcripción: es el proceso en el cual una vez que se conforman las dos cadenas nuevas de ADN, lo que sigue es pasar la información contenida en estas cadenas a una cadena de ARN, proceso que se conoce como transcripción. Aquí la enzima responsable es la ARN polimerasa, la cual se une a una secuencia específica en el ADN denominada promotor y sintetiza ARN a partir de ADN. En la transcripción, la información codificada en un polímero formado por la combinación de 4 nucleótidos (ADN) se convierte en otro polímero cuyas unidades también son 4 nucleótidos (ARN).

- Traducción: Consiste en el proceso de la síntesis de una proteína a partir de la información contenida en el ARNm.

Conceptos:

- Mutagénesis: pérdida, alteración o adición de bases individuales o pares de bases. Simplemente se altera una base o más bases nitrogenadas y tiene efectos específicos en la síntesis de proteínas.

- Aneugénesis: adquisición o pérdida de cromosomas completos. Por ejemplo: Si se está haciendo una línea celular para trabajo invitro, casi todas as líneas celulares tienen una característica muy importante y es que se deben de mutar para que se sigan reproduciendo muchas veces en el laboratorio, una de las mutaciones más comunes que se da en las líneas celulares es que se tiene sed de cromosomas aneoploides (más o menos

cromosomas de la cuenta), entonces lo que se hace es que se introducen fragmentos de cromosomas que van a facilitar que esas células se puedan seguir reproduciendo

Cariotipo, que es el ordenamiento de los cromosomas en pares. Este tiene una anormalidad muy evidente; es una aneogénesis. La trisomía 21, se da sobre todo cuando se producen los gametos, si hay defecto de cito-esqueleto, dos usos acromáticos se unen al mismo cromosoma.

El caso de la falta de cromosomas es muy mal tolerado y por lo general no es compatible con la vida. Es mejor tolerado el exceso de cromosomas pero hay síntomas evidentes.

- Clastogénesis: inducción de aberraciones cromosómicas, ya no es un exceso ni falta de cromosomas, sino que se puede dar el caso que:

Eliminan fragmentos de como resultado de la pérdida de un fragmento (delección) Adición o re-arreglo de las partes de los cromosomas (inserción) Duplicación de cromosomas Inversión en lugar de ir 5´-3´se invierte. Puede tener efectos en la síntesis de

proteínas. Inserción como en el caso del cromosoma filadelfia. Translocación en caso que se invierten fracciones del ADN.

En este caso se elimina un pedazo de cromosoma y se inserta en porciones diferentes de cromosomas, siendo un ejemplo de clastogénesis. El cromosoma 22 es el cromosoma filadelfia.

Volviendo a mutagénesis; las mutaciones en el ADN pueden ser silenciosas, no siempre tienen importancia clínica debido a que el 100% del genoma es un 50% de secuencias repetidas y no se conoce su uso (podrían ser un mecanismo de defensa ante las mutaciones).

Los transposones eran fragmento de ADN que solos se iban intercalando y copiando muchas veces dentro del genoma. También se tienen los LINEs (20%) y SINEs (25%) que son secuencias de repetición, hay duplicaciones segmentales que son fragmentos de ADN sumamente grandes que se repiten unas dos o tres veces. Las secuencias únicas son un 50% y un 30% de estos son ADN no repetitivo que no son ni intrones ni codones. Si se da mutación en las secuencias repetitivas no tienen efectos, pero si son a nivel del otro si hay efecto porque podrían ser secuencias reguladoras y afectar. Las mutaciones más peligrosas son en las regiones que codifica para proteínas.

En mutagenesis hay varios tipos de daño:

1) Daño primario al ADN:- Remoción de bases nitrogenadas- Enlaces ADN-AND (por enlaces covalentes)- Enlaces ADN-proteínas (cuando seforman enlaces covalentes entre AND y las histonas)- Formación de dímeros de pirimidinas- Intercalación- Ruptura del ADN - Daño oxidativo por 2) Sustitución de bases3) Adición o eliminación de bases

La imagen tiene un resumen de los mecanismos por los que se puede dañar el ADN:

(Se mencionan una a una cada mecanismo que viene en la imagen). Es importante la formación de puentes cruzados entre bases.

Radiaciones ionizantes: alfa, beta, gamma, X, ultravioleta. Producen cortes en el ADN y en el caso de los rayos X pueden producir daños en las bases nitrogenadas. El daño va a depender del tipo de radiación al que se está exponiendo. Se debe de saber que estas radiaciones son altamente mutagénicas. Ejemplo: es por esto la importancia del uso de los chalecos para protección de rayos X en el caso de los odontólogos y de los médicos, pues tienen un daño potencial alto.

Luz ultravioleta: produce principalmente dos cosas, no a nivel de radicales libres sino a nivel de bases nitrogenadas: se forman complejos de bases nitrogenadas que forman enlaces entre dos o aductos (6-4 fotoproductos).

Se utiliza como esterilizante. Y tiene como problema de esterilizante que no tiene mucha penetración.

Sustancias químicas: importante en el campo de la toxicología. Producen desaminación de bases nitrogenadas. En el dibujo se observa el desacople entre las dos bases, se desamino una Citosina y la desaminación de Citosina produce Uracilo (A), cuando se da la replicación de este ADN lo que se va a dar es una hebra anormal la del desacople, donde G se cambia por A y otra hebra que no está mutada; la hebra mutada cuando se sigue replicando y en mitosis produce más mutaciones, estas mutaciones podrían desencadenar un cáncer. Si se elimina una base como en (B) que se elimina una Adenina, se da un compresión del sitio (se corre) y ya la otra hebra queda bien, hay una mutada y otra que se encuentra bien, la problemática es la mutada que puede llevar cáncer.

Agentes endógenos: los más importantes son los radicales libres que pueden desestabilizar un montón de moléculas y provocar mucho daño si no es eliminado.

Mecanismos de reparación:

Corte de bases dañadas: se sustituye la base nitrogenada dañada por una que se encuentre en buen estado.

Corte de nucleótidos dañados (nucleasas) Reparación de ruptura del ADN

a) Recombinación homóloga b) Unión de terminaciones no homologas

(A) En la imagen se tiene la sustitución de la base nitrogenada, se desamino una Citosina y quedó un Uracilo. Llega una glicosilasa (No debemos saber nombres de enzimas) y va a eliminar el Uracilo, después elimina el azúcar y por la polimerasa se sustituye el daño por nuevamente una Citosina.

(B) En el caso de la sustitución o eliminación del nucléotido lo que se hace es que por ejemplo entre la Citosina y la Timina se formó un dímero, que los dímeros son los que se da un enlace entre dos bases nitrogenadas. Una nucleasa va a llegar a cortar quita toda la secuencia de nucléotidos y utilizando la otra hebra como plantilla la polimerasa sustituye la cadena.

Si la reparación es en una sola hebra es más fácil porque se elimina la dañada y se utiliza la no dañada para hacer una plantilla.

Los mecanismos más interesantes están la recombinación homóloga (b) y la recombinación no homóloga (a).

En el caso que se dé una unión no homóloga de las hebras de ADN, la ruptura por ejemplo está desfasada. Lo que se hace es que se corta y se pierden nucleótidos es decir se eliminan un fragmento de ADN y se unen entre los fragmentos resultantes. Se da una pérdida de ADN o delección. No queda normal pero es la única forma de recuperarse.

En el caos de la unión homóloga que es un proceso menos dañino. Se da cuando el ADN está duplicado, por lo que tengo dos copias de la cadena. Si hay una ruptura, se corta y se utiliza la hebra copia como plantilla y se repara el ADN de forma correcta.

La importancia de esto a nivel toxicológico es que hay sustancias que pueden producir cortes en el ADN y repararse por mecanismos que lleguen a causar alteraciones en el ADN.