Agentes químicos y enzimas que causan rompimiento en la cadena

Bleomicina y otros agentes rompen la cadena de ADN al general radicales libres

• Las bleomicinas son una familia de glicopéptidos aislados del hongo Streptomyces verticillus,

Dominio de unión a metales: Fe (II) y Cu (I), este dominio contiene átomos de nitrógeno que coordinan al metal, formando un complejo octaédrico con éste. y en presencia de oxígeno puede catalizar el corte del DNA de cadena sencilla y de cadena doble, además de generar especies de oxígeno

Dominio de unión al DNA: la pirimidina de la bleomicina, en colaboración con el grupo bitiazol, son responsables de la unión con el DNA. Las cargas positivas del grupo bitiazol favorecen la unión electrostática de la bleomicina con el DNA en el surco menor

Carbohidratos: la bleomicina puede estar glicosilada con α–D–manosa y α–L–gulosa. No se conoce con precisión el papel de los carbohidratos, pero existen evidencias de que pueden modular la afinidad de la bleomicina por el DNA.

Β amino alanina

pirimidina

valerato

treonina

Amino terminal

bitiazolona

Β hidroxihistidina

glucosa

manosa

carbomil

MECANISMO DE ACIÓN• Para activarse la bleomicina requiere de la

unión con un metal de transición reducido [Fe (II) o Cu (I)], la presencia de una molécula de oxígeno y un agente reductor.La bleomicina activa ejerce su efecto citotóxico a través de la generación de especies reactivas de oxígeno y por daño directo al DNA al romper la cadena sencilla y doble.

• Generación de especies de oxígeno reactivas: la bleomicina activa puede generar radicales hidroxilo, superóxido y peróxido de hidrógeno, que reaccionan rápidamente con cualquier molécula en forma inespecífica, oxidando lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

Inhibidores deTopoisomerasa

• Para la transcripcion el DNA debe abrirse la doble cadena

• Topoisomerasa I, corta una hebra y permite que la molécula de ADN rote alrededor del enlace fosfodiester generando un acomodamiento en posición anti. La topoimerasa tipo I es independiente de ATP.

• Topoisomerasa II es una enzima esencial para la replicación y transcripción del ADN, así como para la recombinación y segregación cromosómica. Esta enzima hace posible el acceso al ADN mediante rotura y reparación de la doble cadena. La topoimerasa tipo II es ATP dependiente.

Las topoisomerasas I y II del ADN son enzimas nucleares que controlan, ymodifican las estructuras del ADN durante los procesos de replicación ytrascripción del material genético.Algunos fármacos anticancerosos ejercen su acción a este nivel estimulan yestabilizan los complejos ADN-enzima topoisomerasa provocando la escisiónmantenida de la cadena de ADN y la pérdida de su función.

Topoisomerasa I

• Derivados camptotecina: Irinoteca, topoteca, se unen al Complejo ADN-topoisomerasa I y lo estabilizan , impidiendo la reconstrucción de la hebra de ADN, con ello, queda paralizada la síntesis de nuevas cadena de molé ADN

• Actúan en fase S

Topoisomerasa II

• Agentes semisintéticos obtenidos de la mandragora: Etopósido y Tenipósido

• Inhiben la enzima topoisomerasa II desorganizando el ADN e impidiendo o alterando su síntesis

• Todos los inhibidores de Topo II retrasar la transición G2 / M

Enfermedades hereditarias como ataxia espinocerebelosa con neuropatía axonal tienen una mutación en TDP1

Rompimiento de la cadena de ADN por Toxinas Bacterianas

• Cytolethal Distending Toxin (CDT)

• Causa el arresto del ciclo celular en G2, distención y muerte de las células en mamíferos,

• las células crecen sin dividirse, ocasionado que las celulas se alrgen

• Subunudad CdtB, tiene la secuencia de aminoácidos similares a a la DNAasa

• Es un heterotrimero, es necesario un reareglo conformacional para ser activa

• Se une a un dominio rico de lectina

E. coli, Shigella dysenteriae,Haemophilus ducreyi ,Actinobacillus actinomycetemcomitans,Helicobacter hepaticus

endocitosis

CdtB

Dominio rico en lectina

Daño en la estructura de la cromatina

• La cromatina

• En los organismo eucariotas el DNA se encuentra en el núcleo en forma de cromatina, la cromatina es una fibra formada por complejo de DNA y proteínas básicas denominadas histonas y otras proteínas no histonas, la unidad básica de la fibra de cromatina es el nucleosoma

• Nucleosoma esta formado por 2 copias de H2A, H2B, H3 y H4 con 146 pb de DNA. La H1 se une a la partícula núcleo y al DNA “ linker”

Nucleasa micrococal

Rayos Uv forman fotoproductos en la estructura de cromatina y otras proteínas de

unión

La radiación ultravioleta induce la formación de dos fotoproductosrelevantes, los dímeros de pirimidinatipo cilobutano (CPDs), y los fotoproductos de 6-4 pirimidinapirimidona (6-4 PPs).

CPDS10.5 pb

Radiación Uv B y UvC280 nm

PPsazar

Dímero de pirimidina ciclobutano CPDDímeros TT tiamina- tiaminaDímeros TC tiamina- citosina}Diremos C-c citosina-citosina

Base de pirimidina( timina o citosina)

Base de purinaadenina o guanina)

Azúcar fosfatada

NER,nucleotide-excision repairBER base-excision repair

La unión a proteínas puede proteger la estructura del cromosoma contra el daño de bacterias

• Dps es una proteína que se produce en

grandes cantidades cuando la célula bacteriana se enfrenta a un daño, lo que se traduce en la protección del ADN

• Se activa cuando el microorganismo se encuentra en amientes carentes de nutrientes, condiciones de estrés oxidativo

• Dps es uno de los principales componentes de las proteínas en la etapa final de la fase estacionaria del crecimiento, proporciona estabilidad al ADN al formar complejos DNA-AD

• Compacta el DNA al máximo, limitando el acceso al DNA y posible daño por radícales libres

• Dps esta formada por un dodecamero sus subunidades idénticas, forman u a jaulas en el centro tiene un ion hierro 2+

• similar a la proteína ferritina

• En este lugar lleva a cabo la reacción de Fentom

• 2 Fe2+ + H2O2 + 2 H+ = 2 Fe3+ + 2 H2O

• protege DNA del estrés oxidativo rayos UV y radiación gamma, estrés térmico, y daño en las bases

• Small, Acid-Soluble Spore Protein (SASP)

• Son pequeñas proteínas de 6 o 7 residuos de aminoácidos

• Provén resistencia contra, calor, deshidratación, radiación Uv, variaciones osmóticas, estrés exudativo, escisión enzimática

Efecto de la estructura de la doble hélice del DNA

Netropsin,distamicina

uniones electrostática,Puentes de hidrógeno y van der Waals.

Donantede hidrógenos

Sitios aceptores de hidrógenos en el DNA

N del anillo de purinas O grupo carbonilo O anillo de azucar

Secuencia especifica de proteínas de unión al DNA

• La vinculación de grupos hidrogeno de bases del DNA provee un modelo de unión secuencia específica que es leída por proteínas. Esta interacción incluye enlace hidrogeno donador e hidrogeno aceptor . El grupo C5 de timina esta frecuentemente en contacto por residuos hidrofóbicos de uniones DNA- proteínas.

• La superficie de The major groove de doble cadena de DNA presenta una mayor sintaxis rica de interacción que the minor groove.

El DNA es una molécula flexible

• La forma flexible del DNA también se considera un factor importante que contribuye al reconocimiento específico de proteínas.

• Esta flexibilidad facilita la compactación en complejos nucleosomales.

• El rango normal de movimientos dentro de la doble hélice de DNA es gobernada por las interacciones entre pares de bases adyacentes a lo largo de axis helical

• La interacción apilada entre pares de bases adyacentes dentro del A-tract o estas uniones con secuencias vecinas favorece el rol positivo entre los pares sucesivos de bases que causan curvatura de la doble hélice.

• Las cargas repulsivas de los fosfatos adyacentes a lo largo del DNA también contribuyen a la forma.

• La neutralización asimétrica de fosfatos en una cadena duplex de DNA puede puede inducir curvatura por disminución de la condensación de fosfatos a lo largo del propio radio de la curva.

• Los mecanismos de unión y distorsión pueden involucrar una baja afinidad inicial “complejo encontrado” que evoluciona dentro de una interacción mas intima por un incremento progresivo en el número de contactos.

• El limite del DNA se hace más altamente distorsionado y mejor ajustada a la superficie de unión de las proteínas en el complejo “estrecho”.

• Las proteínas represoras diméricas están en contacto con dos sitios operadores adyacentes los cuales están separados por secuencias ricas en AT en el centro del sitio de unión que no están en contacto directo con los represores.

• Los tractos ricos en AT son una hélice altamente retorcida, que permite una red bifurcada de uniones hidrogeno que conectan pares de bases adyacentes y endurecen el DNA entre sitios operadores.

Lectura indirecta de la secuencia de DNA

• Las proteínas de contacto que se unen específicamente a sitios del DNA necesitan no estar directamente interactuando con el DNA.

• Paul y colaboradores hicieron un sorprendente descubrimiento que ordenaba moléculas de agua localizadas en la interface entre el represor de triptofano de E. coli (TrPR) y su sitio operador de DNA que participaba en el contacto mediado por agua que especificaba las secuencias de los sitios de unión al DNA

• Para mediar las secuencias específicas de interacción con el DNA, la orientación rotacional del límite de las moléculas de agua debe ser fijado por dos o mas puentes de hidrogeno con el DNA y/o moléculas de agua adyacentes.

• Siempre que el ligado de moléculas de agua no pueda mover su spin alrededor, los grupos hidrogeno disponibles tendrán una orientación definida que podrá ser leída por una proteína justo como los enlaces de hidrogeno de las bases subyacentes de DNA. Sin embargo la evidencia estructural de la mayoria de las proteínas de unión resulta de una interacción directa de la proteína con el DNA.

Unión a la cadena simple de DNA• La cadena simple del DNA es altamente

recombinogénica y la acumulación intracelular de cadenas simples de DNA puede activar checkpointsde daño al DNA.

• Las proteínas ligantes al DNA (SSBs) son componentes esenciales de todo el sistema de replicación y SSBs también funciona en la recombinación del DNA y en las vías de reparación.

• La estructura car4acteristica de SSBs consiste en una o mas copias de pequeñas estructuras β.barril conocidas como oligonucleotidos/oligosacaridosbinding fold (OB-fold)

• La reparación del DNA dañado requiere la separación de las cadenas o algún otro tipo de distorsión del DNA para exponer las regiones dañadas a las enzimas de reparación.

Difusión facilitada de proteínas en el DNA

• La posesiva actividad enzimática en los substratos del DNA que contienen múltiples sitios de daño pueden ser explicados por difusión de una enzima que no es objeto de secuencias en orden para procesar múltiples lesiones antes de su disociación del DNA.

• La fuerza iónica de las reacciones buffer afecta el comportamiento con la actividad enzimática que se por las concentraciones de sal.

• Por unión a secuencias no específicas y deslizamiento en el DNA, incluso para una extensión limitada de concentración de sal fisiológica, las enzimas de reparación pueden encontrar sus sitios blanco en le DNA más rápidamente e iniciar la reparación.

• Los químicos que dañan al DNA pueden desestabilizar los pares de bases o causar otros cambios generales en la estructura del DNA que podría ser detectada a través de perdida de interacción con el DNA

Selección de substratos por las enzimas de reparación

• Paso A

La unión especifica de la enzima al DNA para formar un no específico complejo de encuentro.

• Paso B

Evoluciona en un complejo enzimático de alta afinidad que distorsiona el DNA para exponer los substratos del nucleótido.

• Paso C

Inserción del sustrato dentro del sitio activo.

• Paso D

Reacción química que genera productos.

• Paso E

Se disocia la enzima.

Exposición de substratos de nucleótido en el DNA flipping de basesdel DNA

• Muchas enzimas que catalizan reacciones de reparación con las bases de la doble cadena de DNA usa un proceso conocido como flipping para extrudir sus substrato de la doble hélice de DNA y dentro del sitio activo enzimático que tiene una forma cóncava que acepta el flippedout del nucleótido.

Reconocimiento de pares de bases no coincidentes en el DNA

• Los pares de bases no coincidentes son detectados durante la replicación y excisión por mecanismos de corrección

• La reparación postreplicativa es catalizada por vías de reparación de mecanismos de corrección, con proteínas de la familia MutS que funcionan en los mecanismos de reparación de pares de bases.

Gracias…

Mecanismos que contribuyen a una mutación espontanea

• Sustitución de base por otra, ocurre como un error durante la sientes de DNA

• Los errores en el apareamiento incorrecto de las bases nitrogenadas pueden ser detectados por la función correctora de pruebas de la ADN polimerasa III.

• Transiciones, en las que una purina es sustituida por otra purina y una pirimidina es sustituida por otra pirimidina

• Transversiones, por apareamientos erróneos una purina por una piramidita,

• debidos a cambios tautoméricos. Pueden realizarse si una base sufre un cambio tautomérico mientras que la otra base rota sobre su enlace glucosídico y quedan enfrentadas sus cargas

• Las ADN polimerasas pueden añadir hasta 1000 nucleótidos por segundo

• Su tasa de error, para el apreamiento erroneo de bases es de 1 error / 1000 nucleotidos

• La DNA polimerasa pose actividad de exonucleasa3´5´con lo que puede corregir sus errores

Resultado de las mutaciones, desajustes durante la síntesis de DNA

Mutaciones sin sentido corresponden a la inserción prematura de un codón stop en la secuencia de un gen. Puede ser un cambio en un solo nucleótidocodón CAG que codifica glutamina codón TAG mutado codón stop

Desfases: si hay una deleción de la base, el marco de lectura cambia y se produce cambio en la estructuta de la proteína y es muy grave. Mutaciones silenciosas: son mutaciones sin efecto: Codón UUU (Phe)---> Codón UUC (Phe) El aminoácido que cambia es muy parecido y la proteína sigue funcionando

Deleción de Triplete Este tipo de mutaciones remueve exactamente un aminoácido del polipéptido (lo que puede cambiar un aminoácido en un sitio de mutación)

La mutación más común en la Fibrosis Qúistica es la delta F508 que consiste en la delecióndel aminoácido número 508: una fenilalanina.

El gen TSC1 de la esclerosis tuberosa contiene un repetido directo

de 4 nucleótidos, AAAGAAAG. Se han identificado 4 mutaciones independientes en las que

1 repetido se ha perdido or deleción de AAAG, lo que lleva a un corrimiento del marco del

marco de lectura y a una prematura terminación de la cadena.