Ácidos nucleicos

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Editorial El cuerpo humano esta constituido por cincuenta millones de células, estas se agrupan en tejidos, en conjunto pueden formar órganos. Un ejemplo del tejido, es la sangre, lo cual es un liquido que recorre por el organismo a través de los vasos sanguíneos que transportan nutrientes necesarios para el desarrollo del cuerpo. Sin embargo en las células que están en el cuerpo contienen una molécula de ADN siendo este muy importante debido a la información genética que aporta en cada individuo para que sea un ser único en el mundo. Además, lo conforman sustancias químicas que al ocurrir una destrucción de ellas por el agua (proceso denominado hidrolisis) se obtienen productos finales ejemplo: azucares en concreto pentosa. Las secciones de esta revista dan a conocer temas de gran importancia del ADN, cada articulo es desarrollado para aquellos lectores que sienten curiosidades sobre la ciencia molecular.


Indice Hidrolisis de los Ácidos Nucleicos…………….….…….…….…… 03 Ácidos Nucleicos………………….…………………….……….… 04 Elementos Monomericos de los Ácidos Nucleicos……..………… 06 Bases Nitrogenadas……………………………………………….. 07 Nucleosidos……………………………………………………….. 09 Nucleótidos……………………………………………………….. 10 Polímeros…………………………………………………………. 14 Enzimas que modifican el ADN ………………………………… 15 Estructura de los Ácidos Nucleicos………………………………. 18 Estructura Primaria……………………………………………...... 19 El método de Maxan y Gilbert……………………………………. 20

El método de Sanger, Niklen y Coulson…………………………. 21 Recorrido por la historia de los Ácidos Nucleicos ……………….. 23 La edición genética da dos nuevos pasos hacia la curación de enfermedades………………………………………………………………………………. 25 Un chip eléctrico de grafeno detecta mutaciones en el ADN…....… 27 Juegos…………………………………………………..………… 28


Noviembre 2017

Cuando se realiza la hidrólisis completa de los ácidos nucleicos, se obtienen tres tipos de componentes principales: Azúcar, en concreto una pentosa.

Bases nitrogenadas: púricas y pirimidínicas. Ácido fosfórico. El azúcar, en el caso de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) es la 2-desoxi-Dribosa y en el caso de los ácidos ribonucleicos (ARN) es la D-ribosa.

Cada uno de estos componentes ya mencionados forman lo que hoy en día conocemos como nucleótidos, los cuales son los monómeros de los ácidos nucleicos, estos compuestos que forman los nucleótidos se unen de la siguiente manera: el azúcar se une al grupo fosfato por medio de un enlace fosfoester, mientras que el enlace que une al azúcar con la base nitrogenada se denomina enlace Bglucosidico. Por otra parte, como ya lo mencionamos anteriormente la unión de estos nucleótidos dan lugar a los ácidos nucleicos, los cuales se unen mediante un enlace llamado fosfodiester. Es importante resaltar que el tipo de ácido nucleico siempre va a depender del azúcar que componga el nucleótido, por lo tanto, si el azúcar es la desoxirribosa, este formara un ácido desoxirribonucleico (ADN), si por el contrario el azúcar es una ribosa, la molécula será una ácido ribonucleico, componente de ARN.

Ahora bien, antes de profundizar en el tema de la hidrolisis de los ácidos nucleicos, es importante tener muy en claro ¿Qué son los ácidos nucleicos? ¿Cuál es su estructura? Función, entre otras cosas. Para poder entender con exactitud y de una manera sencilla el tema propuesto, es po ello que te daremos un breve repaso por medio de estas interrogantes.

Melitza Ramírez Navarro, J.(s/f). Capítulo 3: Ácidos nucleicos. Disponible en: http://accessmedicina.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1473&sectionid=102742479


¿Qué son los Ácidos nucleicos?

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Los ácidos nucleicos son las biomoléculas portadoras de la información genética. Tienen una estructura polimérica, lineal, cuyos monómeros son los nucleótidos. El grado de polimerización puede llegar a ser altísimo, con moléculas constituidas por centenares de millones de nucleótidos en una sola estructura covalente. De la misma manera que las proteínas son polímeros lineales aperiódicos de aminoácidos, los ácidos nucleicos lo son de nucleótidos. La aperiodicidad de la secuencia de nucleótidos implica la existencia de información. De hecho, sabemos que los ácidos nucleicos constituyen el depósito de información de todas las secuencias de aminoácidos de todas las proteínas de la célula.

Relación entre las Proteínas y los Ácidos Nucleicos Existe una correlación entre ambas secuencias, lo que se expresa diciendo que ácidos nucleicos y proteínas son colineares; la descripción de esta correlación es lo que llamamos Código Genético, establecido de forma que a una secuencia de tres nucleótidos en un ácido nucleico corresponde un aminoácido en una proteína.

Función de los Ácidos Nucleicos La función de los ácidos nucleicos no se reduce, por otra parte, a contener la información necesaria para la síntesis de las proteínas celulares. Hay secuencias regulatorias que controlan la expresión de las diferentes unidades genéticas, por sí mismas o a su vez controladas por otras moléculas (hormonas, factores de crecimiento, señales químicas en general); hay asimismo ácidos nucleicos implicados en la transmisión y procesado de la información genética; hay también ácidos nucleicos con funciones catalíticas (ribozimas).

Melitza Ramírez Navarro, J.(s/f). Capítulo 3: Ácidos nucleicos. Disponible en: http://accessmedicina.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1473&sectionid=102742479



Melitza Ramírez Burriel, V.(2011). ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS. Disponible en: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/AcidosNucleicos_veronica.pdf


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De todas estas bases, aparecen en los ácidos nucleicos: citosina, timina, guanina y adenina en el DNA; citosina, uracilo, guanina y adenina en el RNA.

Es un sistema plano de seis átomos, cuatro carbonos y dos nitrógenos. Los átomos del anillo pirimidínico tienen la siguiente numeración: N1: C2: N3: C4: C5: C6: Las distintas bases pirimidínicas se obtienen por sustitución de este anillo con grupos oxo (=O), grupos amino (-NH2) o grupos metilo (-CH3).

Puede observarse que se trata de un sistema plano de nueve átomos, cinco carbonos y cuatro nitrógenos. El anillo purínico pùede considerarse como la fusión de un anillo pirimidínico con uno imidazólico. Los átomos del anillo purínico se numeran de la forma siguiente: N1: C2: N3: C4: C 5: C6: N7: C8: N9: Melitza Ramírez Burriel, V.(2011). ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS. Disponible en: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/AcidosNucleicos_veronica.pdf



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La unión de una base nitrogenada a una pentosa da lugar a los compuestos llamados nucleósidos.

Estructuras ribonucleósidos: nomenclatura: Se utiliza el sufijo osina sobre el nombre radical de la base en el caso de las purinas, y el sufijo -idina en el de las pirimidinas. Ejemplo: El ribonucleósido de timina recibe el nombre de ribotimidina. Por su parte, el ribonucleósido de hipoxantina recibe el nombre de inosina. Por su parte, los desoxinucleósidos se denominan con el prefijo desoxi- delante del nombre del nucleósido. Se exceptúa el desoxirribonucleósido de timina, que recibe el nombre de timidina.

Todos los nucleósidos son del tipo anomérico beta-. Podemos ver como ejemplo la estructura de la Adenosina que es el nucleósido correspondiente a la base adenina (esto es, la beta-D-ribofuranosil adenina). Los átomos de la pentosa se numeran como 1', 2', 3', 4' y 5', para diferenciarlos de los átomos de la base. Estos átomos son: C1': C2': C3': C4': C5':

El enlace glicosídico permite la rotación de la base, originando distintas conformaciones.

Melitza Ramírez Burriel, V.(2011). ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS. Disponible en: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/AcidosNucleicos_veronica.pdf


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Cuando un ortofosfato se esterifica a alguno de los -OH de la pentosa de un nucleósido, la estructura resultante se llama nucleótido. Aparte de su carácter como monómeros de ácidos nucleicos, la estructura de nucleótido está generalizada entre las biomoléculas, y particularmente como coenzimas.

Flavina Adenina dinucleótido (FAD). Es otra coenzima redox formada por dos nucleótidos unidos a través de los fosfatos, como en el caso anterior: un ribonucleótido de adenina unido a una estructura similar, pero no idéntica: un ribitol unido a la base isoaloxazina (cuyo conjunto es la riboflavina).

Melitza Ramírez

Niacina adenina dinucleótido (forma reducida, NADH). Se trata de una coenzima redox formada por dos nucleótidos unidos a través de los fosfatos; un ribonucleótido de adenina unido a un ribonucleótido de nicotinamida (o niacina).

Burriel, V.(2011). ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS. Disponible en: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/AcidosNucleicos_veronica.pdf


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Coenzima A (forma acetilada, Acetil-CoA). Se trata de una estructura de nucleótido de adenina unido a una fosfopanteteína (derivado de ácido pantoténico) que interviene en el metabolismo como transportador de grupos acilo; en este caso, acetilo.

Uridina difosfato glucosa (UDPG). Se trata de un 5'-nucleótido de uridina unido a una glucosa a través de un difosfato. Es la forma metabólicamente activa de la glucosa en procesos de biosíntesis (por ejemplo, la síntesis de glucógeno tiene lugar a partir de UDPG).

Melitza Ramírez Burriel, V.(2011). ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS. Disponible en: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/AcidosNucleicos_veronica.pdf




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Las enzimas que hidrolizan polinucleótidos, genéricamente llamadas nucleasas, son, por lo tanto, fosfodiesterasas (porque su acción consiste en la hidrólisis de un fosfodiéster). Las nucleasas pueden actuar de dos maneras: Unas liberan 5'nucleótidos, y se dice que producen rotura tipo a Mientras que otras liberan 3'nucleótidos, y se dice que producen rotura tipo b

Dos nucleótidos pueden unirse a través de un enlace fosfodiéster.

Melitza Ramírez Burriel, V.(2011). ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS. Disponible en: https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/AcidosNucleicos_veronica.pdf


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Nucleasas Las nucleasas son enzimas que cortan las hebras del ADN mientras se aumenta la velocidad de la hidrólisis de los enlaces fosfodiéster. Las nucleasas que hidrolizan nucleótidos a partir de los extremos de las hebras de ADN se denominan exonucleasas, mientras que las endonucleasas cortan en el interior de las hebras.

ligasas Las ligasas son una enzima capas de catalizar la unión de hebras del ADN rotas o cortadas, en donde se da lugar a un nuevo enlace químico, la ligasas son sumamente importante a la hora de la duplicación del ADN, ya que unen las hebras del ADN.

Melitza Ramírez Guedez, P.(2004). Enzimas que modifican el ADN. Disponible en: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos17.htm


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helicasas Las helicasas son proteínas que pertenecen al grupo de los motores moleculares. Es una enzima vital de los seres vivos ya que participa en los procesos de replicación, transcripción, recomb inación y la reparación de ADN, y también de la biogenesis.

Topoisomerasas Las topoisomerasas son enzimas que a la vez actividad nucleasa y ligasa. Algunas de estas proteínas funcionan cortando las hélices del ADN permitiendo que la misma rote para reducir el grado de superenrrollamiento. Después de eso las enzimas hacen que se unan de nuevo los fragmentos del ADN. Melitza Ramírez Guedez, P.(2004). Enzimas que modifican el ADN. Disponible en: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos17.htm



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El ADN es una doble hélice. Cada una de las hélices es un polímero integrado por millones de nucleótidos que son los monómeros del polímero. Cada nucleótido está formado por una desoxirribosa, una base púrica o pirimídica y un grupo fosfato. Las dos cadenas de ADN son antiparalelas y se unen entre sí a través de puentes de hidrógeno que se forman entre las bases complementarias (A·T y G·C) de las dos hebras del ADN. De esta manera, se obtiene una estructura tipo doble hélice, donde las bases de los nucleótidos se encuentran orientadas hacia el interior, mientras que los grupos fosfato y las desoxirribosas lo hacen hacia el exterior, El ADN es diestro

formando los esqueletos fosfodiéster de cada hélice.

Anais Hernández Battaner, E.(s/f). Modelos Moleculares, 6: Ácidos Nucleicos. Disponible en: https://campus.usal.es/~dbbm/modmol/modmol06/index06.html

Esto significa que el ADN es asimétrico desde el punto de vista de que la molécula y su imagen en un espejo no se pueden superponer. Un ejemplo de esto mismo son las manos: son espejos la una de la otra, pero las pongas como las pongas jamás podrás superponer una a la otra. Por esta razón, podemos decir que el ADN es diestro.


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Estructura primaria de los ácidos nucleicos

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

Secuenciación

La secuencia de nucleótidos o estructura primaria solo varía según las bases. Por eso un ácido nucleico puede representarse por la secuencia de bases, cada base representa al nucleótido que la porta. En 1977 se desarrollaron dos métodos para la secuenciación de DNA, que nos permiten secuenciar fragmentos de entre 200 y 400 pb: Método de Maxan y Gilbert..............................Hidrólisis química parcial • Método de Sanger, Niklen y Coulson................Síntesis parcial

Anais Hernández Battaner, E.(s/f). Modelos Moleculares, 6: Ácidos Nucleicos. Disponible en: https://campus.usal.es/~dbbm/modmol/modmol06/index06.html


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El método de Maxan y Gilbert

Esto se consigue dividiendo la muestra de DNA monocatenario y marcado en cuatro partes. Cada una de estas porciones de muestra se trata con procedimientos químicos que permiten la rotura de la cadena por un tipo de base, eliminando dicha base. Esto genera una serie de fragmentos que pueden separarse por electroforesis, solo se visualizarán aquellos que contienen el extremo 5`marcado. Las cuatro porciones de fragmentos que han sido hidrolizadas para la identificación de cada una de las cuatro bases que componen el DNA se someten a electroforesis en 4 calles de un gel de secuenciación.

Anais Hernández

Aproximadamente el 8% del ADN deriva de virus que en algún minuto entraron al cuerpo de nuestros ancestros. Con el tiempo, estos virus pasan a ser parte del genoma de las personas. De todas formas, los virus están desactivados y no provocan problemas.

Battaner, E.(s/f). Modelos Moleculares, 6: Ácidos Nucleicos. Disponible en: https://campus.usal.es/~dbbm/modmol/modmol06/index06.html


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Consiste en hacer la síntesis de la cadena complementaria en presencia de la DNA polimerasa e introduciendo un nucleótido malo de forma que la polinucleasa termina y no continúa la síntesis de la cadena complementaria. Como nucleótido defectuoso suele usarse el dideoxinucleótido. El dideoxinucleótido no posee el grupo 3`hidroxilo por lo que no puede enlazarse con el siguiente nucleótido y la síntesis se detiene. La polimerasa necesita un primer, que se marca con radioactividad o fluorescencia; en la síntesis se utilizan pequeñas cantidades del nucleótido defectuoso con lo que la síntesis se irá parando en diferentes puntos. El resultado, si utilizamos la citosina defectuosa dideoxycitosina, será la obtención de fragmentos de diferente longitud y marcados, terminados en citosina. Después de separar los fragmentos en un gel de acrilamida capaz de diferenciar fragmentos cuyo peso molecular se diferencie en una sola base, podemos obtener la secuencia complementaria a la cadena que se desea secuenciar. Anais Hernández Battaner, E.(s/f). Modelos Moleculares, 6: Ácidos Nucleicos. Disponible en: https://campus.usal.es/~dbbm/modmol/modmol06/index06.html



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1952. Rosalind Franklin y Maurice Wilkins llevan a cabo estudios de cristalografía de

1871. Johann Meisher describe el ácido desoxirribonucleico (ADN) en el esperma de la trucha

1944. Oswald Avery, Colin McLeod y Macyln McCarthy demuestran que el ADN es la substancia en donde reside la información genética.

rayos X del ADN

1953. James Watson y Francis Crick proponen el modelo de la doble hélice del ADN.

1961. Marshall Niremberger y Severo Ochoa establecen el código genético universal

1977. Allan Maxam y Walter Gilbert, y Frederick Sanger et al., desarrollan simultáneamente métodos para la determinación de la secuencia de nucleótidos del ADN.

1988. Por iniciativa de Watson, el Instituto Nacional de Salud en EUA, establece la Oficina para la Investigación del Genoma Humano. 1995. Se reporta la primera secuencia completa del genoma de un organismo vivo, el de la bacteria Haemophilus influenzae. Anais Hernández

2002. Se reportan las secuencias nucleotídicas de los genomas del ratón(Musmusculus) y del arroz (Oryza sativa).

Battaner, E.(s/f). Modelos Moleculares, 6: Ácidos Nucleicos. Disponible en: https://campus.usal.es/~dbbm/modmol/modmol06/index06.html



La herramienta de edición genética CRISPR ha revolucionado la investigación, pero ahora se han desarrollado dos técnicas que abren nuevos horizontes: una de ellas se dirige al ácido de ribonucleico (ARN), sin modificar el genoma de manera permanente, y la otra desarrolla un nuevo "editor de bases".

El primer estudio, firmado por expertos del estadounidense MIT, presenta una nueva herramienta llamada "Repair" que edita el ARN y que tiene el potencial de tratar enfermedades sin afectar de manera permanente el genoma. La edición de ARN en lugar de ADN tiene varias ventajas, según el estudio, entre ellas reducir las preocupaciones éticas asociadas con la modificación del ADN y proporcionar a los científicos un marco temporal más preciso para la edición en organismos vivos, por ejemplo, durante períodos clave de desarrollo. Los doctores David Cox y Feng Zhang se basaron en el sistema CRISPR-Cas9, pero usando nuevas subfamilias de la proteína CAS (una enzima especializada en el corte del ácido nucleico o edición genética).

Balani Parra

Los científicos descubrieron una versión activa de la enzima Cas13, llamada Cas13b y diseñaron una nueva versión de esta para lograr la edición de ARN. Usando el método "Repair" lograron la edición genética de ARN con una eficiencia que varía entre el 20 % y el 40 %, y de hasta el 89 % en ciertos casos. Los autores afirman que Cas13b puede corregir múltiples variantes, que por sí solas podrían no alterar el riesgo de enfermedad, pero que unidas sí pueden modificarla. Para demostrar el potencial de esta técnica, el equipo trabajó con mutaciones que causan, entre otros males, la anemia de Fanconi y las introdujeron en células humanas para luego repararlas.

Getty, A. (2017). La edición genética da dos nuevos pasos hacia la curación de enfermedades. Disponible en: http://www.huffingtonpost.es/2017/10/25/la-edicion-genetica-da-dos-nuevos-pasos-hacia-la-curacion-de-enfermedades_a


Lo que hace el editor es 'engañar' a una parte de los nucleótidos para luego reordenarlos y reparar así el problema, logrando un cambio permanente. Los científicos sostienen que este sistema es "muy eficaz", comparado con otras técnicas de edición del genoma, para la corrección de mutaciones puntuales, y no hay apenas consecuencias indeseadas, como podrían ser inserciones, eliminaciones o conversiones no requeridas. Para demostrar el potencial de ABE, los científicos la usaron para corregir una mutación que causa hemocromatosis hereditaria, pero Liu advirtió de que se necesita investigar más antes de que este sistema pueda ser utilizado para tratar directamente a pacientes con enfermedades genéticas. En el otro estudio, los expertos desarrollaron un nuevo "editor de bases" que permite reparar directamente las uniones entre nucleótidos del genoma humano, cuyos errores se asocian a patologías humanas. Los científicos crearon una máquina molecular que puede cambiar la unión de dos nucleótidos en la cadena "sin cortar la doble hélice (que forma el ADN), con gran eficiencia y prácticamente sin efectos indeseados". Balani Parra Getty, A. (2017). La edición genética da dos nuevos pasos hacia la curación de enfermedades. Disponible en: http://www.huffingtonpost.es/2017/10/25/la-edicion-genetica-da-dos-nuevos-pasos-hacia-la-curacion-de-enfermedades_a


El chip sensor. Fuente: UCSD.

Bioingenieros de la Universidad de California en San Diego (UCSD, EE.UU.) han desarrollado un chip eléctrico de grafeno capaz de detectar mutaciones en el ADN. Los investigadores dicen que la tecnología podría usarse algún día en diversas aplicaciones médicas, tales como pruebas de sangre para la detección temprana del cáncer, el seguimiento de biomarcadores de una enfermedad y la detección en tiempo real de secuencias virales y microbianas. El avance se ha publicado en la edición temprana en línea de Proceedings of the National Academy of Sciences. La tecnología, que está en una etapa de prueba de concepto, es un primer paso hacia un chip biosensor que se pueda implantar en el cuerpo para detectar una mutación específica de ADN en tiempo real, y transmitir la información de forma inalámbrica a un dispositivo móvil, como un teléfono inteligente o una computadora portátil. El chip consiste en una sonda de ADN incorporada en un transistor de efecto campo de grafeno. La sonda de ADN es una pieza de ingeniería de ADN de doble cadena que contiene una secuencia que codifica un tipo específico de SNP. El chip está específicamente diseñado y fabricado para capturar ADN (o ARN) moléculas con una única mutación de nucleótidos: siempre que estas piezas de ADN (o ARN) se unen a la sonda, se produce una señal eléctrica.

Novedad Los investigadores señalan que una característica novedosa de su chip es que la sonda de ADN se une a un transistor de grafeno, que permite al chip funcionar electrónicamente. "Este es el primer ejemplo de la combinación de nanotecnología de ADN dinámica con un sensor electrónico de alta resolución. El resultado es una tecnología que podría utilizarse con dispositivos electrónicos inalámbricos para detectar SNPs", dice Michael Hwang, estudiante de doctorado de ciencia de los materiales y co-primer autor del estudio. Los próximos pasos incluyen la ampliación de la tecnología y la adición de capacidad inalámbrica al chip. Más adelante, los investigadores prevén probar el chip en el ámbito clínico y utilizarlo para realizar biopsias de líquidos. También prevén que la tecnología pueda conducir a una nueva generación de métodos diagnósticos y tratamientos personalizados en medicina.

Balani Parra Michael, T.(2016). Un chip eléctrico de grafeno detecta mutaciones en el ADN. Disponible en: http://www.tendencias21.net/Un-chip-electrico-de-grafeno-detecta-mutaciones-en-el-ADN_a42799.html


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Vertical 1)Elementos monómeros de los ácidos nucleicos 2)Compuesto formado por la unión de una pentosa y una base nitrogenada 3)Azúcar que compone el ADN 4)Base nitrogenada que se enlaza con guanina 5)Científico que propone el modelo de la doble hélice del ADN

4 2 3

3

5

5

2

Horizontal 1)Base nitrogenada presente en el ARN 2)Enlace que une los nucleótidos 3)Enzima que hidroliza el ADN Y ARN 4)Bases nitrogenadas presentes en el ADN 5)Estructura primaria de los ácidos nucleicos

M A I T W O D E Ñ P V R N U L G Ñ A H Ñ U S C H X P B U T R M S I T O J R L O F B I R R N U C L E O S I D O S I Ñ K D O R I L B

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Nucleosidos Acido nucleico Purinas Enlaces Fosfodiester Nucleótidos Proteínas Enzimas ADN ARN HIDROLISIS




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