Es el componente químico primario de los cromosomas. En las bacterias, el ADN se encuentra en el citoplasma mientras que en organismos más complejos, tales como plantas, animales y otros organismos multicelulares, la mayoría del ADN reside en el núcleo celular. Una molécula de ADN está formada por dos largas cadenas que se envuelven para formar una doble hélice, dando el aspecto de una escalera retorcida. Las unidades estructurales de los ácidos nucleicos se llaman nucleótidos. Cada cadena de la doble hélice está compuesta por muchos nucleótidos. Cada nucleótido de ADN tiene 3 partes: una base nitrogenada, una pentosa (azúcar de cinco carbonos) llamada desoxirribosa y un grupo fosfato (molécula de ácido fosfórico).
La base nitrogenada es un compuesto
cíclico que contiene átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
Bases: Adenina (A),
Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G)
-A
y G tienen dos anillos y se denominan purinas.
-T y C tienen un solo anillo y se denominan pirimidinas.
Los nucleótidos se nombran según su
base nitrogenada. Ej: un nucleótido con timina se llama nucleótido de timina
La desoxirribosa de un nucleótido se
une al grupo fosfato del siguiente .
La purina A siempre se aparea con la pirimidina T
La purina G siempre se aparea con la pirimidina C
Las bases se unen por puentes de hidrógeno. El par A-T se une por dos puentes,
mientras que el par C-G se une por 3.
Un determinado fragmento de una cadena nucleótida constituye un gen, y una sola molécula de ADN puede
contener miles de genes. Los genes
determinan todos los caracteres hereditarios y controlan todas las actividades
que tienen lugar en el interior de la
célula.
-Las
cadenas de ADN son complementarias, esto quiere decir que si se conoce la
secuencia de bases de una de las dos cadenas se puede predecir la secuencia de
bases de la otra. Por ejemplo: si una cadena tiene la secuencia de bases ATGC ,la otra cadena
tendrá la secuencia TACG.
*El término nucleósido se refiere a la base nitrogenada + la
pentosa, es decir que no incluye al grupo fosfato.
La radiobiología es el estudio de la
acción biológica de las radiaciones sobre la materia. Conocer los mecanismos
biológicos de lo que ocurre cuando el individuo se expone a radiaciones tanto
ionizantes como no ionizantes, junto con avances físicos, ha impulsado el
perfeccionamiento y avance de especialidades del campo de la Radiología, como
son la Radioterapia, la Medicina Nuclear y la Protección Radiológica
Las dos grandes razones que han impulsado la investigación de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes son:
1.
Protección Radiológica: Poder utilizar esas radiaciones de forma segura en
todas las aplicaciones médicas o industriales que las requieran.
2. Radioterapia: Utilizarlas de forma efectiva en el tratamiento del cáncer, lesionando lo menos posible el tejido humano normal.
Lesiones radioinducidas en la molécula de ADN
La lesión del ADN es de vital
importancia en radioterapia
para combatir las células tumorales.
La radiación produce
distintos tipos de lesiones en el ADN entre las que destacan:
-Rotura
simple de cadena: Se produce en el enlace entre el fosfato y la desoxirribosa, o más frecuentemente entre la base nitrogenada y la pentosa. Es la lesión más abundante tras la radiación. Ocurre
de tres a cuatro veces más frecuente en las células humanas bien oxigenadas que
en las hipóxicas, y se pueden originar en una sola hebra o en las dos del ADN.
Tras la rotura del enlace fosfato-desoxirribosa, las dos cadenas de ADN se
separan con penetración de moléculas de agua en esa zona, rompiéndose los puentes de hidrógeno entre
las bases. A la rotura simple de cadena también se le llama lesión subletal,
porque no existe relación alguna con la muerte celular.
-Rotura
doble de cadena: Es una lesión compleja que se produce como consecuencia de la
rotura de las dos hebras del ADN en sitios muy próximos tras la interacción
única o por combinación de dos roturas simples de cadenas complementarias,
cuando una segunda partícula o fotón choca en la misma región del ADN antes de
que la primera rotura simple haya tenido tiempo de ser reparada. La rotura
doble es homóloga cuando ocurre al mismo nivel de pares de bases y heteróloga
en caso contrario, siendo éstas más frecuentes. A la RDC se la llama también
lesión letal, porque existe una estrecha relación con la muerte celular.
-Lesión
en las bases nitrogenadas: Consiste en la pérdida de una o más bases, la
modificación química de alguna de ellas y la ligadura entre dos bases
contiguas, formando dímeros. La mayor parte de estos tipos de lesión, de
frecuencia elevada, afectan a la timina. La radiosensibilidad, en orden decreciente de las
bases, vendría dada por la secuencia Timina>Citosina>Adenina>Guanina. Son por otra parte lesiones susceptibles de
reparación, proceso que cuando no transcurre correctamente puede provocar el
desarrollo de una mutación puntual.
-Daño
múltiple localizado: Combina una o más roturas dobles de cadena, con un número
variable de roturas simples de cadena, lesiones de bases y azúcar, difíciles de
reparar y que conduce a la muerte celular radioinducida.
Características de los
efectos biológicos de las radiaciones ionizantes:
*Aleatoriedad: La interacción
de la radiación con las células es
una función de probabilidad y tiene lugar al azar. Un fotón o partícula puede alcanzar a una célula o a otra,
dañarla o no dañarla y si la daña puede ser en el núcleo o en el citoplasma.
*Rápido depósito de energía:
El depósito de energía a la
célula ocurre en un tiempo muy corto, en fracciones de millonésimas de segundo.
*No selectividad La radiación
no muestra predilección por ninguna parte o biomolécula, es decir, la interacción no es selectiva.
*Inespecificidad lesiva: Las lesiones de las radiaciones ionizantes son siempre
inespecíficas o lo que es lo mismo, las lesiones puede ser producidas por otras
causas físicas.
*Latencia: Las alteraciones
biológicas en una célula que resultan por la radiación no son inmediatas,
tardan tiempo en hacerse visibles a esto se le llama "tiempo de
latencia" y puede ser desde unos pocos minutos o muchos años, dependiendo
de la dosis y tiempo de exposición.
Tipos de efectos de la
radiación sobre los seres vivos:los
efectos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos se pueden
clasificar desde distintos puntos de vista:
*Según el tiempo de aparición
Precoces: Aparecen en minutos u horas después de
haberse expuesto a la radiación, por ejemplo eritema cutáneo, náuseas. Tardíos: Aparecen meses u años después de la
exposición, por ejemplo cáncer radioinducido, mutaciones genéticas.
*Desde el punto de vista biológico
Efectos somáticos: Sólo se manifiestan en el individuo
que ha sido sometido a la exposición de radiaciones ionizantes por ejemplo el
eritema (inflamación superficial de la piel, caracterizada por manchas rojas) Efecto hereditario: No se manifiestan en el individuo
que ha sido expuesto a la radiación, sino en su descendencia, ya que lesionan
las células germinales(espermatozoides y óvulos) del individuo expuesto, por ejemplo las
mutaciones genéticas.
*Según la dependencia de la dosis
Efecto estocástico: Son efectos absolutamente
aleatorios, probabilísticos; pudiendo aparecer tras la exposición a pequeñas
dosis de radiación ionizante. No necesitan una dosis umbral(valor mínimo de una magnitud
a partir del cual se produce un efecto determinado). para
producirse; si bien al aumentar la dosis aumenta la probabilidad de aparición
de estos efectos, que suelen ser de tipo tardío. Se cree que el único efecto
estocástico es el cáncer radioinducido y las mutaciones genéticas. Efecto no estocásticas: Se necesita una dosis umbral
para producirlos, por debajo de la cual, la probabilidad de aparición de los
mismos es muy baja. Suelen ser efectos precoces, por ejemplo el eritema
cutáneo.
Enfermedades
humanas por trastornos en la reparación de ADN:
*Xeroderma pigmentosum: es un desorden raro transmitido de manera recesiva,
se caracteriza por provocar fotosensibilidad, cambios de pigmentación,
envejecimiento prematuro de la piel y desarrollo de tumores. Todas estas
características se deben a una hipersensibilidad celular a la radiación
ultravioleta debido a un defecto en la reparación del ADN)
*Ataxia-telangiectasia : es un trastorno hereditario que afecta muchos
tejidos y sistemas del cuerpo, caracterizado por la presencia de múltiples
síntomas como marcha atáxica (sin coordinación), telangiectasia (dilatación de
capilares), propensión a las infecciones, defectos de la inmunidad celular y
humoral y un aumento de riesgo a las malignidades
*Anemia de Fanconi: es un
trastorno hereditario que afecta principalmente la médula ósea, generando una
disminución en la producción de todo tipo de células sanguíneas. La carencia de
glóbulos blancos predispone el paciente a las infecciones, mientras que la
carencia de plaquetas y glóbulos rojos puede producir sangrado y fatiga
(anemia) respectivamente. También está asociado con una gran variedad de
anomalías físicas. Es un trastorno renal raro en el cual los nutrientes se
pierden por medio de la orina.
*Cáncer
de mama hereditario por
BRCA1/BRCA2: BRCA1: Gen supresor de
tumores localizado en el cromosoma 17. Responsable de la enfermedad en el 45%
de las familias con cáncer de mama, y más del 80% de familias con cáncer de
mama y ovario.
BRCA2: Gen supresor de
tumores localizado en el cromosoma 13. Responsable de aproximadamente el 35% de
casos de incidencia familiar múltiple. Se asocia también con cáncer de mama en
varones, cáncer ovárico, prostático y pancreático.
