Ácidos nucleicos

Ácidos Nucleicos 

¿Qué son los Ácidos nucleicos?


Tanto el ADN como el ARN pertenecen a un tipo de moléculas llamadas “ácidos nucleicos”. El descubrimiento de estos ácidos se debe al investigador Friedrich Meischer (1869), el cual investigaba los leucocitos y espermatozoides de salmón, de los cuales obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. Por encontrarse dentro del núcleo, llamó a esta sustancia nucleina.


En la naturaleza existen solo dos tipos de ácidos nucleicos: El ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) y están presentes en todas las células.

Su función biológica no quedó plenamente confirmada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la molécula portadora de la información genética.

Los ácidos nucleicos tienen al menos dos funciones: trasmitir las características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas.

Tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal.

Químicamente, estos ácidos están formados, como dijimos, por unidades llamadas nucleótidos: cada nucleótido a su vez, está formado por tres tipos de compuestos:

1. Una pentosa o azúcar de cinco carbonos: se conocen dos tipos de pentosas que forman parte de los nucleótidos, la ribosa y la desoxirribosa, esta última se diferencia de la primera por que le falta un oxígeno y de allí su nombre. El ADN sólo tiene desoxirribosa y el ARN tiene sólo ribosa, y de la pentosa que llevan se ha derivado su nombre, ácido desoxirribonucleico y ácido ribonucleico, respectivamente.

2. Una base nitrogenada: que son compuestos anillados que contienen nitrógeno. Biológicamente existen cinco bases nitrogenadas principales, que se clasifican en dos grupos:

- Las Bases Purínicas, derivadas de la estructura de las Purinas (con dos anillos): la Guanina (G) y la Adenina (A). Ambas bases se encuentran tanto en el ADN como el ARN.
- Las Bases Pirimidínicas, derivadas de la estructura de las Pirimidinas (con un anillo): la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U). La timina sólo se encuentra en la molécula de ADN, el uracilo sólo en la de ARN y la citosina, en ambos tipos de macromoléculas.

3. Un radical fosfato: es derivado del ácido fosfórico (H3PO4-).

Los nucleótidos se enlazan para formar polímeros: los ácidos nucleicos o polinucleótidos.
En la estructura de los ácidos nucleicos, las bases nitrogenadas son complementarias entre sí. La adenina y la timina son complementarias (A-T), al igual que la guanina y la citosina (G-C). Dado que en el ARN no existe timina, la complementariedad se establece entre adenina y uracilo (A-U). La complementariedad de las bases es la clave de la estructura del ADN y tiene importantes implicaciones, pues permite procesos como la replicación del ADN y la traducción del ARN en proteínas.

En las hebras enfrentadas A se une con T mediante dos puentes hidrógeno, mientras que G se une con C mediante tres. Entonces, la adhesión de las dos hebras de ácido nucleico se debe a este tipo especial de unión química conocido como puente de hidrogenoucle. 

Las uniones puentes de hidrógeno son más débiles que otros enlaces químicos, como interacciones hidrófobas y enlaces de Van der Waals. Esto significa que las dos hebras de la hélice pueden separarse con relativa facilidad, quedando intactas.

Las largas cadenas de nucleótidos se forman por la unión del C5' de la pentosa con el grupo fosfato formando un nucleótido monosfato.

El ADN y el ARN se diferencian porque:

- el peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN

- el azúcar del ARN es ribosa, y el del ADN es desoxirribosa

- el ARN contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el ADN presenta timina

La configuración espacial del ADN es la de un doble helicoide, mientras que el ARN es un polinucleótido lineal, que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios.

Las distintas estructuras del ADN

Se pueden definir distintas estructuras que adopta el ADN: primaria, secundaria y terciaria, haciendo una analogía con las estructuras de las proteínas.

Estructura primaria: La estructura primaria del ADN está determinada por la secuencia en que se encuentran ordenadas las cuatro bases sobre la "columna" formada por los nucleósidos: azúcar + fosfato. Este orden es lo que se transmite de generación en generación (herencia).

Estructura secundaria: corresponde al modelo postulado por Watson y Crick: la doble hélice. Las dos hebras de ADN se mantienen unidas por los puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, que adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula. En cada extremo de una doble hélice lineal de ADN, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas es decir, tienen una orientación diferente.

Estructura terciaria: es la forma en que se organiza la doble hélice. En Procariotas, así como en las mitocondrias y cloroplastos eucariotas el ADN se presenta como una doble cadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. El cromosoma bacteriano se encuentra altamente condensado y ordenado (superenrollado). En los virus, el ADN puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal.
En los Eucariotas el ADN se encuentra localizado en el núcleo, apareciendo superenrollado y asociado con proteínas llamadas histonas. Durante la mitosis, en las células eucariotas la cromatina se enrolla formando cromosomas, que son complejas asociaciones de ADN y proteínas.

Los distintos tipos de ARN
El ARN se encuentra, en una célula típica, en una cantidad 10 veces mayor que el ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el ARN es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente.
En las células, se encuentran varios tipos de ARN, los cuales poseen distinta función y tamaño. Algunos de ellos, son:
ARN mensajero (ARNm): Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripción. Este ARN pasa al citoplasma y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción).

ARN ribosómico (ARNr): El RNA ribosómico está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su función es leer los ARNm y formar la proteína correspondiente.
ARN de transferencia (ARNt): Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos.

Terapia Génica

La terapia génica involucra la transferencia de material genético a una célula para conseguir un beneficio terapéutico, por lo que ofrece una nueva opción para el tratamiento de muchas patologías. En este artículo se presentan algunos de los nuevos fármacos a base de ácidos nucleicos, como plásmidos, aptámeros, oligonucleótidos, ribozimas y pequeños ácidos ribonucleicos de interferencia. Se comenta el mecanismo y nivel de acción de estos agentes terapéuticos y se discuten sus varias vías de administración, como liposomas, polímeros catiónicos, transferencia directa de ácidos nucleicos y vectores virales.

La TG se basa en la introducción de nuevo material genético dentro de una célula para conseguir un beneficio terapéutico.
Cuando la base molecular de la enfermedad a tratar consiste, por ejemplo, en la ausencia de un producto determinado debido a un gen nativo defectuoso (Factor IX, en la hemofilia B; distrofina, en la distrofia de Duchenne, etc.), se podría introducir directamente una copia adicional del gen normal para restablecer la función. Esto se conoce como suplementación génica y es la estrategia que la mayoría de los médicos generalistas considera como sinónimo de TG. Pero la TG involucra también otras estrategias.
Ante una situación opuesta a la del ejemplo previo, cuando la expresión de un gen favorece el desarrollo de una enfermedad, sea éste un gen nativo (oncogenes para el desarrollo de cáncer) o material genético viral (multiplicación y desarrollo de la infección), se pueden introducir oligonucleótidos antisentido o ribozimas, para evitar la expresión del gen en cuestión. Esto se conoce como supresión génica.
Por otra parte, muchas veces la presencia de unas pocas proteínas mutantes puede interferir con la función de muchas proteínas normales. Esto se denomina efecto negativo dominante. Basándose en este hecho, otra estrategia de TG consiste en introducir en la célula secuencias que codifiquen proteínas mutantes para que interfieran, por ejemplo, con las proteínas necesarias para el correcto armado de un virus y así actuar frente a infecciones.

La mayoría de las drogas antivirales efectivas que actúan en este nivel son análogos de los nucleósidos requeridos para la síntesis de nuevos DNA y RNA virales. La síntesis de ácidos nucleicos virales es guiada por una enzima codificada por el virus, tanto cuando el ácido nucleico creciente está siendo extendido por la adición de nucleótidos, como durante la fosforilación de estos últimos.10 Ejemplos de enzimas virus-específicos participantes en la duplicación del genoma son la timidina-quinasa del virus herpes simple, la DNA polimerasa DNA-dependiente del citomegalovirus y herpes simple y la transcriptasa reversa viral (DNA polimerasas RNA-dependiente) del HIV y el virus de la hepatitis B. La activación de esos análogos de glucósidos es tanto selectiva (guiadas por el virus), Ej. aciclovir, como no selectiva (guiada por la célula hospedera), Ej. zidovudina.

Medicamentos

La utilización de drogas antivirales se está convirtiendo en algo cotidiano, tanto en el ámbito hospitalario como en el comunitario, de modo que un número cada vez mayor de agentes antivirales serán empleados en los próximos años. La terapia antiviral efectiva es importante especialmente para los enfermos inmunocomprometidos, pero el tratamiento de los menos afectados (infecciones virales comunes adquiridas en la comunidad), es también un objetivo deseable.

El arsenal y dispendio de las drogas antivirales varía según su uso. Unos pueden ser prescritos por médicos generales, otros son restringidos a unidades especializadas de grandes hospitales, mientras que otros están en fase de investigaciones y ensayos, por lo que se requiere de licencias especiales para su empleo en algunos países. Nos limitaremos al tratamiento de las infecciones víricas no retrovirus (HIV), pues éstas siempre se tratan como tema independiente, dada su complejidad.

1- ACICLOVIR: 

 El aciclovir es un análogo de guanosina acíclico (el componente glucídico ribosa no cierra el anillo y pierde el sitio 3-hidroxilo, donde la elongación de la cadena de DNA ocurre normalmente). En su forma trifosfatada, el medicamento inhibe la DNA polimerasa y la replicación del DNA viral, y causa una terminación prematura de la cadena de DNA viral.11,12 La fosforilación y activación de la droga ocurre en 3 etapas (fig. 2). Está ligada directamente a la presencia de la timidina-quinasa del virus del herpes simple. Enzimas celulares convierten el monofosfato de aciclovir generado por el virus, en trifosfato de aciclovir con actividad antiviral. Esta fosforilación selectiva del aciclovir por la timidina-quinasa asegura un índice elevado de actividad antiviral y efectos adversos mínimos.

PROPIEDADES

Activo in vitro e in vivo contra los tipos 1 y 2 de herpes virus, y el virus de la varicela-zóster, su toxicidad es baja para las células infectadas del hombre y los mamíferos.

INDICACIONES

• Herpes virus genital (infección primaria): el tratamiento oral es suficiente en la mayoría, aunque la forma parenteral puede usarse en infecciones graves o complicadas.
• Herpes virus genital recurrente: definido por más de 6 ataques por año; puede ser suprimido por aciclovir en tratamiento prolongado. La droga no es efectiva para tratar recurrencias individuales.
• Herpes virus oro-labial: debe ser reservado para pacientes inmunocomprometidos o individuos inmunocompetentes con infecciones primarias graves.
• Encefalitis por herpes virus: es el tratamiento de elección debido a la considerable reducción de la morbilidad y la mortalidad de esta enfermedad.
• Herpes zóster: es efectivo en el tratamiento de esta entidad en pacientes inmunocompetentes.

Otros usos: Profilaxis en pacientes con trasplante de médula ósea con anticuerpos positivos para herpes virus en el período inmediato; también puede reducir la intensidad de la enfermedad por citomegalovirus en trasplantados (receptores de órganos sólidos).

Infecciones por virus de varicela-zóster. Las indicaciones están cambiando, debido a las diferentes opiniones entre los expertos.

• Herpes zóster (zona). En el paciente inmunodeprimido debe ser tratado para evitar su diseminación.
• Herpes zóster oftálmico debido al riesgo de complicaciones intraoculares.

Los ancianos tienen episodios más graves y el empleo temprano de aciclovir (dentro de las 72 horas de su aparición), acelera la resolución del rash y reduce el dolor agudo. Su uso fuera de este contexto resulta inefectivo.

Varicela. Estudios recientes han demostrado que el tratamiento precoz (dentro de las 24 horas del comienzo del rash) puede acortar la duración de la enfermedad en niños, adolescentes y adultos.29,30 El desarrollo de resistencia por el uso amplio del medicamento es una discusión teórica, no obstante, no se recomienda su uso en niños con varicelas, pero sí en adultos donde la enfermedad es más grave con complicaciones frecuentes.

POSOLOGÍA

Adultos con función renal normal

Infecciones por herpes virus simple tipo I: un comprimido (200 mg) 5 veces al día, cada 4 horas omitiendo la dosis nocturna durante 5 días. En pacientes inmunodeprimidos 400 mg 5 veces al día.

Para la supresión de las recurrencias en pacientes inmunocompetentes: 200 mg 4 veces al día cada 6 horas o 400 mg cada 12 horas. Interrumpir el tratamiento cada 6-12 meses para observar evolución.

Profilaxis en pacientes inmunocomprometidos: 200 mg 4 veces al día. En pacientes con depresión inmunológica grave la dosis se puede duplicar.

Infecciones por herpes zóster. En general requieren de dosis mayores que en el herpes virus: 800 mg 5 veces al día es suficiente para la mayoría de las infecciones en huéspedes inmunocomprometidos incluyendo la fase oftálmica. La vía EV se calcula a 10 mg/kg 3 veces al día para inmunodeprimidos.

El tratamiento oral es adecuado para pacientes con zonas y bajo riesgo de diseminación, así como en aquéllos con HIV o que reciben dosis bajas de esteroides.

Otro esquema

800 mg cada 12 horas en pacientes con filtrado glomerular menor de 10 mL/min y 800 mg cada 6 u 8 horas en pacientes con filtrado mayor de 10-25 mL/min.

En los ancianos se recomienda un aporte líquido adecuado mientras se encuentren en tratamiento.

Niños

Los mayores de 2 años emplearán las dosis de los adultos.

Los menores de 2 años emplearán la mitad de la dosis de los adultos.

El aciclovir parenteral se debe administrar por vía EV exclusiva. Se emplea para las infecciones por herpes virus en pacientes inmunodeprimidos. La dosis es de 5 mg/kg en infusión en 1 hora, que se repite cada 8 horas hasta una dosis total de 15 mg/kg/día durante 7 días. Con este esquema se ha obtenido una mejora de las lesiones clínicas en las primeras 48 horas, y una remisión total en 7 días. Para las formas diseminadas o encefalitis se duplicará esta dosis en el tiempo (14 días).

En Cuba se ha utilizado el aciclovir en el tratamiento de la encefalitis herpética con esquemas de 10 mg/kg/día durante 7 días con buenos resultados.31

Las lesiones mucocutáneas en pacientes inmunocomprometidos se tratan a 250 mg/m2 de superficie corporal EV en infusión (1 hora) cada 8 horas durante 7 días.

2-ACICLOVIR TÓPICO

Infecciones oculares. Indicado en pacientes con conjuntivitis y/o queratitis por herpes simple. En pacientes con varicela-zóster oftálmico tratados con aciclovir sistémico, el nivel de la droga en lágrimas es probablemente suficiente para tratar cualquier queratitis o conjuntivitis asociada. No obstante, la forma tópica (ungüento oftálmico) también se recomienda.

La crema se aplica localmente en las lesiones cutáneo-mucosas 5 veces al día. Si no mejora, continuar 5 días más. No aplicar en los ojos.

3-GANCICLOVIR

INDICACIONES

Infecciones por citomegalovirus (CMV) que pongan en peligro la vida o afecten gravemente la visión de pacientes inmunodeficientes (SIDA, trasplante de órganos, quimioterapia anticancerosa.

Las infecciones antes mencionadas incluyen: retinitis, colitis, esofagitis, gastroenteritis y neumonías.

En los pacientes con trasplantes de médula ósea se emplea habitualmente en combinación con gamma-globulina CMV específica.

No se ha comprobado la eficacia y seguridad del medicamento en el tratamiento de infecciones de menor gravedad.

Preventivo en pacientes receptores de órganos con riesgo elevado de desarrollar la infección.

No está indicado en las infecciones congénitas o neonatales por CMV, ni en sujetos inmunocompetentes.

Tiene un rol potencial en otras infecciones graves por CMV como la mononucleosis en adultos inmunocomprometidos.

POSOLOGÍA

Tratamiento inicial

5 mg/kg EV en infusión en una hora cada 12 horas (10 mg/kg/día) durante 2 ó 3 semanas.

Tratamiento de mantenimiento

El 50 por ciento de los pacientes tratados pueden hacer una recaída en cuanto el medicamento es suspendido.32 Se emplea entonces a 6 mg/kg/día durante 5 días a la semana; o 5 mg/kg/día los 7 días de la semana si no se ha restaurado la función inmune.

Tratamiento precoz-preventivo

Dosis de carga: 5 mg/kg cada 12 horas 1 ó 2 semanas.

Dosis de mantenimiento: 6 mg/kg/día 5 días a la semana; 5 mg/kg/día diariamente.

A los pacientes en régimen dialítico se recomienda 1,25 mg/kg/día justo después de la sesión.

El tratamiento con ganciclovir debe ser supervisado por una unidad especializada y con experiencia en su empleo.

4-FOSCARNET

Es un agente antivírico dotado de un amplio espectro de actividad, de modo que inhibe a todos los virus humanos conocidos del grupo de herpes: virus del herpes simple tipos 1 y 2, virus 6 del herpes humano, virus varicela-zóster, virus de Ebstein-Barr y citomegalovirus.

INDICACIONES

Infecciones por citomegalovirus. Es tan efectivo como el ganciclovir para el tratamiento de la retinitis por CMV en enfermos de SIDA. Se reserva para pacientes con intolerancia a esta última droga. No se ha demostrado la eficacia y la seguridad del foscarnet en el tratamiento de otras infecciones por cito-megalovirus (neumonitis, gastroenteritis), ni en las formas congénitas o neonatales del CMV en pacientes inmunocompetentes.

Infecciones por herpes virus y varicela-zóster. Enfermos inmunodeprimidos, especialmente con SIDA o tratamiento supresivo con aciclovir por tiempo prolongado, pueden desarrollar infecciones por herpes virus resistentes al aciclovir. El foscarnet sería una opción efectiva para estos casos, aunque puede desarrollarse también resistencia con el tiempo. Asimismo ha sido empleado con éxito en infecciones por el virus varicela-zóster rebeldes al aciclovir.

POSOLOGÍA

Adultos

Tratamiento de inducción: en el paciente con función renal normal, se puede administrar en forma de infusiones intermitentes cada 8 horas a la dosis de 60 mg/kg (tabla 2). La dosis de foscarnet debe ajustarse constantemente a la función renal (aclaramiento de creatinina). La duración de cada infusión no debe ser inferior a una hora.

5-AMANTADINA

INDICACIONES

Tiene actividad solamente contra el virus de la influenza A. Acorta la duración de la fiebre y los síntomas respiratorios en pacientes con influenza A si ésta es administrada dentro de las primeras 48 horas del comienzo de la enfermedad. También puede ser usada profilácticamente en grupos de riesgo que no han sido vacunados o en contactos no vacunados durante brotes epidémicos en hospitales y otras instituciones.

POSOLOGÍA

Profilaxis de la influenza A

Adultos y niños de 9 a 14 años: 100 mg cada 12 horas durante 10 días.

Niños de 1 a 9 años: 4,4 - 8,8 mg/kg/día dividido en 2 ó 3 subdosis (máximo de 150 mg al día).

6- ZIDOVUDINA: Es un análogo nucleósido no selectivo empleado para la infección por HIV. Al igual que el aciclovir, debe ser fosforilado para su actividad; sin embargo, no involucra enzimas virales, sino sólo de la célula hospedera. El trifosfato de zidovudina inhibe la transcriptasa reversa del HIV, así como el crecimiento de la cadena del DNA viral. Debido a que la zidovudina es activada por enzimas de las células hospederas, produce también efectos indeseados en las células no infectadas, por lo que su empleo se asocia con efectos adversos incluyendo la anemia.

7- RIBAVIRINA


Este análogo de nucleósido tiene actividad in vitro contra un número determinado de virus RNA que incluyen el virus sincitial respiratorio, virus de la influenza A, parainfluenza, parotiditis, sarampión, el herpes simple y virus exóticos como el de la fiebre Lassa. El fármaco administrado en aerosol presenta absorción sistémica.

INDICACIONES
Infecciones graves del tracto respiratorio inferior por el virus sincitial respiratorio en pacientes de alto riesgo (niños y lactantes con enfermedad pulmonar crónica o con cardiopatías congénitas o en prematuros). El tratamiento es efectivo cuando se inicia en los 3 primeros días. No se recomienda el uso de la ribavirina en aerosol si no se ha identificado el agente causal.
Infecciones por influenza y parainfluenza en niños y adultos, aunque su papel exacto en el tratamiento de estas enfermedades espera el resultado de estudios futuros.
La ribavirina tiene un efecto beneficioso en los niveles de aminotransferasas séricas y en los hallazgos histológicos hepáticos en pacientes con hepatitis crónica por virus C, pero estos cambios no se acompañan de mejora en los marcadores de RNA viral; por tanto, su empleo como droga única por períodos prolongados (12 meses), no tienen valor en el tratamiento de la hepatitis C.41
Ha sido aprobada para el tratamiento de la hepatitis crónica por virus C en adultos combinados con el interferón.

POSOLOGÍA
Se administra exclusivamente en forma de aerosol con una concentración final de 20 mg/mL, previa dilución con agua estéril.
El tratamiento se realiza durante 12 a 18 horas al día con un mínimo de 3 días y un máximo de 7 en dependencia de la respuesta clínica.

En resumen, los análogos de nucleósidos selectivos y no selectivos poseen un doble modo de acción:

Inhiben la duplicación del DNA viral mediante la terminación prematura de la cadena de DNA en formación.

En su forma trifosfatada, compiten con las bases nucleótidas naturales por las polimerasas virales.Existen otros sitios en las polimerasas que pueden ser blancos de las drogas antivirales. Uno de tales regiones es el sitio de transporte de pirofosfatos donde ocurre un intercambio de esta sustancia durante la duplicación del DNA. El foscarnet (fosfonoformato) es un inhibidor potente de este proceso. Aunque la polimerasa viral es más sensible al foscarnet, la polimerasa celular también puede afectarse, y ocasionar mayor toxicidad (disfunción renal). La droga es usada en ocasiones para tratar infecciones muy graves por virus del herpes simple y hepatitis B y D. También tiene un papel relevante en el tratamiento de las infecciones por virus herpes simple resistentes al aciclovir, así como infecciones por CMV refractarias a la terapia con ganciclovir.