ACIZI NUCLEICI

5. Acizi nucleici 5.1. Caracteristici generale Acizii nucleici sunt biomolecule de importanţă biologică fundamentală, care deţin un loc aparte în organizarea şi funcţionarea materiei vii. Alături de proteine, acizii nucleici constituie cei mai importanţi biopolimeri care intră în alcătuirea celulei vii. Rolul biologic al acizilor acizilor nucleici constă în faptul că în ei este codificată informaţia gene genetitică că şi dato datori rită tă lor, lor, aceas această tă infor informa maţiţiee se tran transm smitite. e. Prin Prin part partic icip ipar area ea nemijlocită a acizilor nucleici se realizează sinteza tuturor proteinelor, în consecinţă şi a enzime enzimelor lor existent existentee în celula celula vie. vie. Totoda Totodată, tă, multe multe nucleotid nucleotidee – elemen elemente te structurale ale acizilor nucleici – au un rol important important în metabolismul substanţelor şi energetic, îndeplinind funcţii coenzimatice. Acizii nucleici sunt compuşi macromoleculari care posedă o masă moleculară gigantică (milioane de unităţi); se dizolvă în soluţii alcaline şi sunt precipitaţi prin acidularea acestora; posedă proprietăţi acide puternice şi la pH fiziologic poartă o înaltă sarcină negativă; conţin aproximativ 15% azot şi 10% fosfor. Acizii nucleici se pot împărţi în două clase: ribonucleici (ARN) care conţin riboză şi dezoxiribonucleici (ADN), în compoziţia cărora intră dezoxiriboza. Ambele tipuri reprezintă polimeri liniari ai nucleotidelor care se formează cu ajutorul legăturilor esterfosforice între 5’–fosfatul unui nucleotid şi grupa 3’-hidroxilică a pentozei nucleotidului vecin.

5.2. Componenţii acizilor nucleici

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.







Biochimia produselor alimentare

Molecula unui acid nucleic reprezintă un polinucleotid alcătuit dintr-un număr mare de mononuc mononucleo leotid tide. e. Mononuc Mononucleo leotid tidele ele,, la rândul rândul lor, lor, sunt sunt consti constitui tuite te din trei trei componente: azotată (purinică sau pirimidinincă) legată de un glucid (riboză sau o bază azotată dezoxiriboză) dezoxiriboză) şi fosfat care esterific esterificăă glucid glucidul ul la atomii atomii C-2’, C-2’, C-3’ C-3’ sau C-5’. C-5’. Esterificarea la C-5’ este cea mai răspândită.

5.2.1. Baze azotate Bazele azotate care intră în constituţia acizilor nucleici sunt de natură purinică şi pirimidinică. Cele mai importante baze purinice sunt adenina (A) şi guanina (G) – derivaţi ai heterociclului purina. O

NH2 6 N1 5 2 3 4 N

7N 9 8 N H

N

HN

N N

N H

N

H2N

N H

Guanina (G) (2-amino-6-oxipurina)

Adenina (A) (6-aminopurina)

Purina

N

În procesele metabolice care au loc în organismele animale şi vegetale, bazele azotate purinice formează o serie de produşi, printre care deosebit de important este acidul uric; la om, acesta este produsul final al metabolismului purinic. În unele plante se acumulează în cantităţi mari derivaţi metilaţi de natură purinică: cofeina din cafea şi ceai, teobromina – compusul activ al boabelor de cacao. Boabele de cafea conţin până la 1,5% cafeină, iar în ceai, conţinutul ei este mult mai mare (până la 5%). Nivelul teobrominei în boabele de cacao ajunge până la 1,8%. O

O N

H3C

N N

O

HN

CH3

N

O

N N

CH3

N

CH3

CH3

Teobromina

Cofeina

În organismul animal apar ca produşi intermediari de metabolism şi alte baze azotate purinice care nu participă la structura acizilor nucleici: O HN

O N

N

NH

Hipoxantina 131

O

HN O

N NH

NH

Xantina

NH

HN O

NH

NH

Acidul uric

O







Acizi nucleici

Bazele azotate pirimidinice conţinute în acizi nucleici sunt citozină (C), uracil (U) şi timină (T) – care reprezintă derivaţi de la heterociclul pirimidină: O

NH2

N1 6 5

HN

N

2 3 4

N

Pirimidina

O

O

O

N H

HN N H

O

Uracilul (U) (2,6-dioxipirimidina)

Citozina Citozina (C) (C ) (2-oxi-6-aminopirimidina)

CH3 N H

Timina (T) (2,6-dioxi-5-metilpirimidina)

Uneo Un eori ri se întâl întâlnes nescc 5-me 5-metitilc lcititoz ozin inaa şi 5-oxi 5-oxime metitilc lcititozi ozina na sau sau alţi alţi deri deriva vaţiţi ai pirimidinei: NH2

NH2 N O

N

CH3

CH2OH

O

N H

N H

5-oximetilcitozina

5-metilcitozina

5.2.2. Nucleozide Combinarea unei baze azotate purinice sau pirimidinice cu o pentoză conduce la un nucleozid (prin analogie cu glicozidele). glicozidele). Adenina legată cu riboza se numeşte adenoz adenozină ină,, guanin guaninrib ribonuc onucleo leozid zidul ul – guanoz guanozină ină şi respec respectiv tiv ribonuc ribonucleoz leozide idele le pirimidinice, citidină şi uridină. Nucleozide analoge se formează şi cu dezoxiriboza: adenindezoxiribonucleozid (sau dezoxi oxiaden adenoozină), ă), dezoxi oxicitidină etc.. Tre Trebuie subli bliniat niat că dezoxiribonucleozidul timinei, care se găseşte cu precădere în ADN se numeşte timidină şi nu dezoxitimidină. Timina se mai întâlneşte în unul din tipurile de ARN şi anume ARN de transp nsport ort. În acest caz se folos oloseeşte denumirea de timinribonucleozid sau riboziltimină. Nucleozidele purinice obţinute din ARN au o legătură β-glicozidică între C-1 ’ al ribozei şi azotul din poziţia 9 purinică. Nucleozidele pirimidinice sunt N-3-glicozide: NH2 N1 2

6 3

NH2 N

5 4

9

N

N1 6 5

7 8

2

N

O

5'

HO

H2C 4'

5'

O H

HO 1'

H

H

H 3'

HO

3 4

N

2'

OH

Adenozina (9-β-D-ribofuranoziladenina)

H2C 4'

O H

1'

H

H

H 3'

HO

2'

OH

Citidina (3-β-D-ribofuranozilcitozina)

132








Nucleo Nucleozid zidele ele purinic purinicee se hidroli hidrolizea zează ză uşor uşor sub acţiune acţiuneaa acizil acizilor, or, în timp timp ce nucleo nucleozid zidele ele pirimi pirimidini dinice ce se hidroli hidrolizea zează ză numai numai după după o preluc prelucrar raree destul destul de prelungită cu acid concentrat. Nucleozidele care conţin dezoxiriboză posedă acelaşi tip de legături glicozidice şi reprezintă reprezintă 9-β-D-2 9-β-D-2’-dezoxi -dezoxirib ribofur ofuranoz anozide ide ale guanine guanineii şi adenine adenineii şi 3-β-D3-β-D-22’dezoxiribofuranozide ale citozinei şi timinei.

5.2.3. Nucleotide Prin esterificare esterificareaa nucleozidelor nucleozidelor cu o moleculă moleculă de acid fosforic se obţin substanţe mai complexe care poartă denumirea de nucleotide şi care joacă un rol extrem de important în metabolismul metabolismul celular. Importanţa deosebită a nucleotidelor constă nu numai în faptul că din ele sunt construite moleculele gigant ale acizilor nucleici, ci şi aceea că ele intră în structura unor enzime, iar unele din ele sunt compuşi în care se acumulează energie necesară pentru desfăşurarea proceselor vitale. Ca esteri fosforici fosforici ai nucleozidelor nucleozidelor,, nucleotidele nucleotidele reprezintă reprezintă nişte acizi puternici. Ei se numesc, corespunzător, acizi adenilic, guanilic, timidilic, citidilic şi uridilic. În ARN ,numai poziţiile 1’ şi 4’ nu sunt disponibile pentru esterificare şi prin urmare vor exista nucleotide cu acidul fosforic în poziţiile 2’, 3’ şi 5’. In schimb,fosforilarea restului de glucid al dezoxiribonucleozidului este posibilă numai în poziţia C-3’ şi C-5’ deoarece atomii C-1’ şi C-4’ sunt incluşi în ciclul furanozic, iar atomul C-2’ nu are grupă hidroxil. Ambele tipuri de fosfaţi au fost identificate identificate în dezoxiribonuc dezoxiribonucleotid leotidee izolate izolate după hidroliza hidroliza ADN. Structurile Structurile acizilor adenilic şi dezoxiadenilic se prezintă astfel: NH2

NH2

N N

HO O

N

P O H2C

HO

N

O H

H HO

H

P

O

H2C

HO

H

OH

N N

HO O

Acid 5'-a 5' -adenil denilic ic (Adenozin-5'-monofosfat) 5' AMP

133

N N

O H

H H

H HO

H

Acid 5'-dezoxiadenilic (Dezoxiadenozin-5'-monofosfat) 5'd AMP







Acizi nucleici

Analog acidului adenilic sunt constituite şi celelalte nucleotide ce intră în constituţia acizilor nucleici: Baze azotate Purinice Adenina Guanina

Nucleozide

Nucleotide

Adenozina Guanozina

Acidul adenilic (AMP) Acidul guanilic (GMP)

Pirimidinice Citozina Uracilul Timina 5-metilcitozina

Citidina Uridina Timidina 5-metilcitidina

Acidul citidilic (CMP) Acidul uridilic (UMP) Acidul timidilic (TMP) Acidul 5-metilcitidilic

Nucleotidele predominante în celulă sub formă liberă sunt cele care au restul de acid acid fos fosfori foricc în pozi poziţiţiaa 5’, adică adică nucl nucleoz eozid id-5 -5’-fosfaţi -fosfaţii;i; aceste aceste nucleot nucleotide ide îndeplinesc roluri importante în metabolismul celular. Structura şi nomenclatura celorlalte celorlalte ribonucleotid ribonucleotidee (ribonucleozi (ribonucleozide-5 de-5’-monofosfat) -monofosfat) şi dezoxiribonu dezoxiribonucleoti cleotide de ’ (dezoxiribonucleozide-5 -monofosfat) sunt următoarele: Ribonucleotide: O

O

HN HO O

H2N

P O H2C HO

HN

N N

HO

N O

O H

H

H

H

O

N N

P O H2C O HO H H H H

OH

HO

NH2

P O H2C

O

HO

N

O H

H

H

OH

HO

Acid guanilic (Guanozinmonofosfat) GMP

O

HO

HO

H

OH

Acid citidilic (Citdinmonofosfat) CMP

Acid uridilic (Uridinmonofosfat) UMP

Dezoxiribonucleotide: O

O HN HO O

H2N

N

P O H2C HO

HN

N N

O H

H

HO

H

H

H

Acid dezoxigu dezoxiguanil anilic ic (dezoxiguanozinmonofosfat) d GMP

O

HO

O

CH3 N

O P O H2C O HO H H H H HO

NH2

H

Acid timidilic (Timidinmonofosfat) TMP TMP

HO

HN

N O

N N

HO O P O H2C N O N O P HOO H2C HO H H H HO H H HH H HO HO

OH

Acid dezoxicitidilic (Dezoxicitidinmonofosfat) Acid inozinic d CMP (inozinmonofosfat) 134

IMP








Nucleozid-5’-fosfaţii -fosfaţii (sau 5’-nucleotidele) -nucleotidele) sunt substanţe care au proprietatea proprietatea de a intensifica răspunsul organelor senzoriale la stimulii gustativi ai unui aliment, adică sunt potenţiatori de aromă. Ele acţionează sinergic cu glutamatul şi sunt utilizate pentru aromatizarea supelor pulbere, a sosurilor, a semiconservelor de carne etc.. Nucleotidul Nucleotidul 3’,5’-AMP-ciclic (cAMP) este un nucleotid la care acidul fosforic

esterifică grupele –OH din poziţiile 3’ şi 5’ ale aceleiaşi molecule de riboză, formându-se o legătură di-ester internă (3’→5’). c-AMP este dotat cu proprietăţi regulatoare funcţionând NH2 în în dive divers rsee proc proces esee bioc biochi himi mice ce ca un regu regula lato torr al activi activităţi tăţilor lor metabo metabolic licee şi fiziol fiziologi ogice. ce. La mamife mamifere, re, N N acţi acţiun unea ea c-AMP c-AMP este este core corela lată tă cu acti activi vitat tatea ea unor unor N N horm ormoni oni care are acti activveaz ează enzi enzim ma adenilatciclaza, responsabilă pentru formarea sa în celulă din ATP. La O CH2 O rândul sau, c-AMP controlează controlează activitatea activitatea unor enzime enzime H H şi are un rol important în sinteza proteinelor. c-AMP se H H găseşte şi în ţesuturile vegetalelor însă funcţia sa, în OH O P O acest caz, nu este clarificată. HO

Nucleotide difosfat şi trifosfat. Acidul adenilic poate

c-AMP

lega la restul său de fosfat încă una sau două resturi de (ADP) sau adenozintrifos acid acid fosfor fosforic ic cu formar formarea ea adenozi adenozindi ndifos fosfat fatului ului ADP) adenozintrifosfatul fatului ui (ATP). În molecula de adenozintrifosfat, trei resturi de acid fosforic se leagă succesiv una de alta, în următoarea structură: NH2

legături macroergice N

N Adenina

OH

OH

N

OH

HO P~O P~O P O CH2 O

O

O

legătură esterică esterică normală

N

O H

H H

Riboza H

OH

OH

Adenozina Adenozinm ozinmonofosfat (AM (AMP) Adenozindifosfat (ADP) (A DP)

Se obse observ rvăă că AD ADP P şi AT ATP P Adenozintrifosfat (ATP) sunt compuşi compuşi ce conţin legă legătur turii macr macroe oergi rgice ce,, adic adicăă pose posedă dă o cant cantititat atee mare mare de energ energie ie pe care care o eliberează la descompunerea lor hidrolitică. Prin hidroliza unei legături esterice obişnuite se formează aproape 2-3 kcal, iar prin hidroliza unei legături macroergice din din AT ATP P - apro aproxi xima matitivv 7 kcal kcal.. Acea Aceast stăă elib eliber erar aree de ener energi giee are are loc loc prin prin defosforilar defosforilarea ea ATP-ului cu formare formare de ADP sau AMP, iar energia energia produsă este este utilizată utilizată în celule pentru diferite diferite procese procese de sinteză sau alte scopuri. scopuri. La rândul 135









Acizi nucleici

său, ADP se fosforilează în ATP pe seama energiei care se eliberează prin oxidarea compuşilor organici. În celulele organismelor are loc permanent procesul de defosforilare a ATP şi de fosforilare a ADP sau AMP. Reacţia: ATP ↔ ADP + P i reprezintă reprezintă baza bioener bioenergeticii geticii şi şi reflectă reflectă dinamica dinamica fluxului fluxului de energie energie în cadrul celulei; celulei; prin această reacţie reacţie se asigură transferul transferul energiei chimice chimice utilizată utilizată în metabolismul celular al tuturor organismelor. Energetica sistemului

ATP ↔ ADP + Pi

implică două aspecte fundamentale şi anume: conservarea energiei chimice chimice rezultată din metabolizarea alimentelor: ADP + Pi →ATP -

eliberarea şi utilizarea energiei stocate: ATP → ADP + Pi

Sub acţiunea unei enzime specifice – adenilatciclaza, adenozintrifosfatul formează c-AMP după următoarea reacţie: ATP → c AMP + PP Analog cu ADP şi ATP, sunt alcătuite uridindifosfatul (UDP) şi uridintrifosfatul (UTP (UTP)) care care sunt sunt neces necesar arii pent pentru ru acti activi vita tate teaa unor unor enzim enzimee ce cata catalilize zeaz azăă transformarea şi sinteza multor zaharuri (glucoză, fructoză, galactoză, zaharoză, amidon, celuloză). Comp Co mpuş uşiiii macr macroe oerg rgic icii ai acid acidul ului ui citi citidi dililicc sunt sunt citi citidi dind ndififos osfa fatu tull (CDP (CDP)) şi citidintrifosfatul (CTP). Ultimul intră în constituţia enzimelor ce iau parte la sinteza fosfatidelor. Ca rezultat al legării unui rest de acid fosforic la acidul guanilic, se formează guanozindifosfat (GDP), iar dacă la acesta se mai leagă încă un rest de ortofosfat se obţine guanozintrifosfat (GTP). Se prezintă mai jos denumirea completă şi prescurtată a celor mai importante nucleotide şi derivaţilor lor fosforilaţi: Nucleotidul Adenozinmonofosfat (acid adenilic) Adenozindifosfat

Denumirea prescurtată AMP ADP








Citidinmonofosfat (acid citidilic) Citidindifosfat Citidintrifosfat Uridinmonofosfat (acid uridilic) Uridindifosfat Uridintrifosfat Timidinmonofosfat (acid timidilic)

CMP CDP CTP UMP UDP UTP TMP

Toţi Toţi aceş aceştiti comp compuş uşi,i, joac joacăă în orga organi nism sm un rol rol deos deoseb ebitit de impo import rtan antt în metabolismul substanţelor şi în special, în biosinteza lipidelor şi glucidelor. Un rol esenţial în procesele metabolice îl au, de asemenea, şi alte nucleotide şi derivaţii lor. Nicotinamid Nicotinamidadenind adenindinucle inucleotidul otidul (NAD+) şi nicotin nicotinami amidade dadenin nindinu dinucle cleotid otid fosfat fosfatul ul (NADP+), flavin flavinmon mononuc onucleo leotid tidul ul (FMN) (FMN) şi flavin flavinaden adenindi indinucl nucleoti eotidul dul (FAD) (FAD) sunt sunt transportori de hidrogen în reacţiile de oxidoreducere . Coenzima A (CoA), alcătuită după principiul nucleotidelor, joacă un rol important în procesele de activare a transferului şi metabolismului acizilor graşi.

5.3. Structura acizilor nucleici 5.3.1. Structura primară Acizii Acizii nucleici nucleici sunt polimeri polimeri ai ai nucleotidelo nucleotidelor. r. Indiferent Indiferent de tipul tipul de care aparţin aparţin (ARN sau ADN), molecula lor este constituită din lungi lanţuri polinucleotidice, în care resturile de acid fosforic formează legături diesterice cu câte două molecule de pentoză la atomul C-3’ din din una şi C-5’ din cealaltă. Astfel Astfel iau naştere naştere catene lungi în care resturile resturile de acid fosforic alternează alternează cu resturi pentozice pentozice la care, la atomii C-1’ sunt legate baze azotate. Acest schelet este comun tuturor acizilor nucleici, cu deosebire că în ADN pentoza este dezoxiriboza, iar în ARN - riboza şi a faptului că ADN conţine adenină, guanină, guanină, citozină şi timină, timină, iar în ARN sunt prezente adenina, guanina, citozina citozina şi uracilul. Într-un polinucleotid liniar există legături glicozidice care leagă bazele azotate de pentoză, legături esterice între pentoză şi acidul fosforic şi legături diesterice între nucleotide.







Acizi nucleici

Cu alte cuvinte, nivelul primar de organizare structurală a ADN şi ARN indică natura natura,, propor proporţia ţia şi secvenţ secvenţaa bazelor bazelor azotat azotatee ale nucleot nucleotide idelor lor care care consti constituie tuie macromolecula lor. Pentru Pentru reprez reprezent entarea area schema schematic ticăă a struct structuri uriii primar primaree se proced procedeaz eazăă astfel astfel:: orizontal se redau lanţurile atomilor de carbon ai glucidelor cu bazele azotate legate în C-1’, iar în diagonală – legăturile fosfat diesterice dintre atomul C-3’ (în apropie apropierea rea mijlocu mijlocului lui liniei liniei orizont orizontale) ale) şi atomul atomul C-5’ (la capătul capătul următo următoarei arei orizontale).(Fig. 5.1. ) 5'-P P P 5'

5'-P

3'

1'

T

T

3'

1'

C

C

1'

G

G

P 5'

3'-OH

Fig. 5.1. Reprezentarea schematică a structurii primare a unui fragment de ADN

3'-OH

pTpCpG

Pentru polinucleotidele lungi se utilizează şi o schemă cu litere. Cu literele A, G, C, U şi T se reprezintă nucleozidele, iar grupa fosfat se reprezintă cu litera p. Când aceasta se găseşte la dreapta, esterifică la C-3’, când se găseşte la stânga, la C5’. Astfel, Astfel, în ApUp – grupa fosfat esterifică esterifică în C-3’ adenozina adenozina şi în C-5’ uridina. uridina. Totodată, uridina este fosforilată şi în C -3’. Toate mononucleotidele sunt dispuse în molecula acidului nucleic într-o ordine strict determinată, specifică polinucleotidului respectiv. Nu există nici o ramificare a lanţului. Fragmente ale lanţurilor de ADN şi ARN au un aspect caracteristic :








ADN

ARN O

O HN

în lant

O O H2C

HN

CH3

în lant O H2C

O H

H

H O

P O H2C

HO

H

H

N

H

NH2

H

OH

O

N

N

O H

NH2

H

N O

O

N

N N

N O

O H

H

O

H

H

P O H2C

HO O

H

O

CH3

N

O H

H

O

OH

H

HN

O

H HN O

N

O P O H2C O HO H H H H O

N

H

O P O H2C O HO H H H H

O

O HN

H2N

HO

OH

H2N

N O

O H

H

H O

NH2 H O

H

O

OH

NH2

H N O

O H

H O

H

N

O H

N

O

H

N

O P O H2C

în lant

HO

N N

P O H2C

H

HO

O HN

N N

O P O H2C

N

H

H

P O H2C HO

N

O H

H O

H

H

OH

în lant

5.3.2. Structura secundară Alături de legăturile simple, covalente, în moleculele acizilor nucleici există legături de hidrogen care joacă un rol important în conformaţia lor spaţială. Structura secundară a fost propusă iniţial pentru ADN de către Watson şi Crick în 1953, iar mai târziu (1963) şi pentru ARN. La baza organizării acestei structuri secundare stau următoarele reguli stabilite pe baza datelor experimentale privind compoziţia co mpoziţia chimică a ADN: 1) Conţinutul molar de purine este egal cu conţinutul molar de pirimidine, conţinutul de adenină este egal cu conţinutul conţinutul de timină (A/T = 1), conţinutul conţinutul de guanină este







Acizi nucleici

2) Cantitatea de grupe 6-aminice care intră în compoziţia compoziţia bazelor azotate ale ADN (adenină şi citozină) este egală cu cantitatea de grupe 6-cetonice ce există în aceste baze (guanină şi timină), prin urmare (G + T) = (A + C), sau (G + T) / (A + C) = 1. Aceste date, asociate cu studiile efectuate prin analize, au permis elaborarea unui model spaţial al structurii secundare a ADN. În conformitate cu modelul elaborat, macromolecula de ADN este alcătuită din două lanţuri polinucleotidice antiparalele antiparalele sub formă de spiră, răsucite unul cu altul. Fiecare lanţ reprezintă în sine un polinucleotid în care o legătură diesterică leagă mononucleotidele una cu alta. În lungul axei fiecărui lanţ, la fiecare 0,34 nm se găseşte un mononucleotid. Unghiul dintre nucleotidele alăturate în fiecare lanţ este 36o. În lanţ, mononucleotidele sunt astfel dispuse încât bazele azotate se găsesc în interior, iar pentoza şi acidul fosforic în afară. Cele două lanţuri paralele sunt înfăşurate în jurul unei axe comune şi sunt legate unul de altul prin bazele lor azotate de-a lungul întregii molecule de ADN, cu ajutorul legăturilor de hidrogen care menţin şi stabilizează o arhitectură spaţială. Legăturile de hidrogen sunt îndreptate de la grupa 6-NH2 a adeninei către grupa 6=O a timinei, de la grupa 2 -NH2 a guaninei la grupa 2 =O a citozinei şi de la grupa 6-NH2 a citozinei la grupa 6 =O a guaninei. (Figura 5.2.)

Fig. 5.2. Legăturile de hidrogen dintre bazele azotate complementare din ADN










În acelaşi timp timp se formează legături de hidrogen hidrogen şi cu participarea participarea grupelor grupelor –NH existente în 9 la guanină şi 3 la timină. Ca urmare, urmare, adenina adenina unui lanţ lanţ polinuc polinucleo leotidi tidicc se va uni întotde întotdeauna auna prin două legă legătur turii de hidr hidrog ogen en cu timi timina na celu celuililal altt lanţ lanţ (A= = = T) iar iar guani guanina na va form formaa întotdeauna trei legături de hidrogen cu citozina (G≡ ≡ ≡ C). Aceasta Aceasta însemnă că succesiunea succesiunea distribuţiei distribuţiei (secvenţa) (secvenţa) bazelor bazelor azotate în unul din cele două lanţuri poate fi oricare, dar succesiunea succesiunea distribuţiei distribuţiei bazelor bazelor azotate în celălalt lanţ trebuie să se găsească în strânsă legătură cu succesiunea lor în primul lanţ. Perechile adenină- timină şi guanină-citozină sunt complementare una faţă de cealaltă. Ca urm urmare, are, macro acrom molec olecul ulaa de AD ADN N este ste const onstiituit tuităă din din două două lanţu anţuri ri complementare între ele, adică este vorba de o deplină reflectare a secvenţei nucleotidelor unui lanţ în secvenţa celuilalt. 5’P

3’OH

Schematic, un fragment al celor două lanţuri ale ADN se poate reda astfel: 5'(P) 3' (OH)

AGTCAAGTGGCC TCAGTTCACCGG

3'(OH) 5'(P)

Sensul lanţurilor în raport cu legăturile dintre nucleotide este diferit, adică lanţurile sunt antiparalele. Dacă,, de exem Dacă exempl plu, u, în lanţ lanţul ul de deasu deasupra pra,, legă legătur turililee fosfodiesterice între A şi G, G şi T, T şi C ş.a.m.d. sunt de tipul 5’→3’, în lanţul inferior legăturile fosfodiesterice între T şi C, C şi A, A şi G ş.a.m.d., sunt de tipul 3’→5’. Ambele lanţuri sunt spirale de dreapta, înfăşurate în jurul aceleiasi axe (Figura 5.3.)







Acizi nucleici

Ca polian polianion ion,, ADN poate poate stabil stabilii interac interacţiu ţiuni ni electro electrosta static ticee cu protein proteinee bazice bazice (histone) care conţin aminoacizi încărcaţi electropozitiv (în nucleoproteide). Spre deosebire de ADN, majoritatea majoritatea tipurilor de ARN au o structură monocatenară (fac excepţie ARN al unor microorganisme şi virusuri), însă împerecherea bazelor azotate poate avea loc şi în acest caz. Firul de ARN se înfăşoară singur, formând legături de hidrogen între adenină - uracil şi guanină - citozină. Molecula de ARN este capabilă să-şi modifice modifice reversibil forma, dimensiunea, dimensiunea, numărul legăturilor legăturilor de hidrogen în funcţie de puterea ionică, pH-ul, temperatura soluţiei etc.. În anumite condiţii de temperatură, pH etc., se produce o distrugere a structurii secundare, adică a structurii dublu elicoidale a ADN. Acest fenomen poartă denumirea de denaturare. Este caracteristic pentru acizii nucleici ca şi pentru proteine şi este însoţit de modificarea proprietăţilor lor. Denaturarea polinucleotidelor poate fi un proces reversibil. Experimentele au demonstrat că prin denaturarea diferitelor ADN din bacterii urmată de renaturarea lor, pot să ia naştere molecule „hibride” de ADN, alcătuite din fragmente ale moleculelor iniţiale de ADN. Acest fenomen poartă denumirea de hibridare moleculară şi stă la baza ingineriei genetice, domeniu care are drept scop construirea în afara organismului a unor molecule recombinate de ADN cu anumite însuşiri biologice b iologice (ADN – recombinat).

Denaturarea Denaturarea ADN .

5.4. Proprietăţile, localizarea şi funcţiile acizilor nucleici Structura acizilor nucleici determină proprietăţile lor fizico-chimice şi funcţionale. Acizii nucleici sunt substanţe de culoare albă, cu aspect filiform, care se dizolvă greu în apă când sunt în stare liberă dar bine – atunci când sunt sub formă de săruri cu metale alcaline. De asemenea, se dizolvă în soluţii de săruri: ARN - în diluate, diluate, iar ADN - în în mult mai mai concentrate. concentrate. ARN nu este este stabil în mediu mediu alcalin. alcalin. Masa moleculară a ADN variază de la 5∙10 5 până la 2∙107 şi mai mult, iar molecula sa este alcătuită din mii de mononucleotide. Masa moleculară a ARN este cuprinsă








În diferite celule şi ţesuturi ale unuia şi aceluiaşi organism, ADN are o compoziţie nucl nucleo eotitidi dică că ident identic icăă sau într într-o -o mare mare măsu măsură ră foart foartee aprop apropia iată tă care care nu este este influenţată nici de factorii fiziologici, nici de condiţiile de mediu. Totuşi, la unele organisme conţinutul diferitelor baze ce intră în ADN variază în condiţii largi. Indicele de variabilitate pentru o anumită specie se exprimă prin raportul: adenina guanina

+ +

timina

citozina

care a primit denumirea de coeficient de specificitate al acizilor nucleici. În limitele fiecărui tip de ADN există o infinitate de posibilităţi de variaţie a gradului de predominare a uneia sau alteia din perechile de baze azotate (A + T şi G + C). Aceasta Aceasta creează posibilitate posibilitateaa existenţei existenţei unei mari diversităţi diversităţi a ADN în lumea organismelor vii. Compoziţia nucleotidică a ARN variază cu mult mai puţin decât cea a ADN. Specificitatea de specie a ARN constă în diferita succesiune de distribuţie a nucleotidelor în moleculele sale. ADN şi AR ADN ARN N sunt sunt local localiz izaţi aţi în dife diferi rite te organ organititee celu celula lare. re. AD ADN N se găseş găseşte te preponderent în nucleul celular (în compoziţia cromozomilor), însă un mic procent din din canti cantita tate teaa tota totală lă de AD ADN N din din celu celulă lă este este conc concent entra ratt în mitoc mitocon ondr driiii şi cloroplastele vegetalelor. ARN se găseşte atât în nucleu cât şi în citoplasmă; deosebit de bogaţi în ARN sunt nucleolul şi fracţiunea ribozomală a microzomilor. În afară de aceasta, ARN se găseşte în cromozomi şi sub formă solubilă în lichidul citopl citoplasm asmati atic. c. În consti constituţ tuţia ia virusu virusuril rilor or intră intră ARN (virus (virusuri uri vegetal vegetale) e) şi ADN (bacteriofagi, virusuri animale). Conţinutul de ARN în celule nu se distinge nici prin uniformitate, nici prin stabilitate. În celulele acelor organe unde are loc o intensă sinteză a proteinelor, conţinutul de ARN este de câteva ori mai mare decât cel de ADN. Particularităţile funcţionale ale ADN şi ARN sunt strâns legate de localizarea lor. ADN reprezintă reprezintă material materialul ul de bază al genelor genelor în care sub o formă formă codificată, codificată, se păstrează păstrează informaţia informaţia genetică genetică a organismului organismului care se traduce traduce prin biosinte biosinteza za proteinelor. Dubla elice şi complementaritatea structurii bicatenare constituie baza moleculară a fenomenului de autoduplicare autoreplicare a ADN în momentul







Acizi nucleici

Aceste trei tipuri de ARN rezultă prin copierea integrală sau parţială a secvenţei ADN,, pe baza ADN baza unui unui mecani mecanism sm molecul molecular ar denumi denumitt transcripţie şi participă la procesul de biosinteză a proteinelor, având fiecare o funcţie specifică. ARN mesager reprezintă

5-10% din ARN celular. Este prezent în nucleu (unde se sintetizează) şi în citoplasmă. Reprezintă o moleculă monocatenară şi conţine patru baze azotate: adenină, guanină, citozină şi uracil a căror secvenţă este similară cu cea a uneia din cele două catene ale ADN. Sinteza m-ARN are loc în nucleu nucleull celula celularr şi se efectu efectuează ează printr printr-un -un proces proces enzim enzimatic atic de transc transcrie riere re a secvenţei nucleotidice de pe ADN, cu deosebire că timina din ADN este înlocuită cu urac uracilil în m-AR m-ARN. N. Proc Proces esul ul de sint sintez ezăă a m-AR m-ARN N poar poartă tă denu denumi mire reaa de transcr transcripţ ipţie; ie; prin acest acest proces proces,, inform informaţia aţia genetic geneticăă codifi codificat catăă în secven secvenţa ţa de nucl nucleo eotitide de a AD ADN N este este trans transcr cris isăă în secve secvenţ nţaa de nucl nucleo eotitide de a m-AR m-ARN N prin prin participarea enzimei ARN-polimeraza ADN-dependentă. După terminarea transcripţiei, m-ARN trece la la ribozomi unde serveşte cu matrice (tipar) (tipar) pentru pentru sintez sintezaa proteine proteinelor lor;; fiecar fiecaree protein proteinăă sinteti sintetizat zatăă de celulă celulă este este codificată codificată de un m-ARN m-ARN specific specific care care transmite transmite la nivelul nivelul ribozomilor ribozomilor „mesajul „mesajul”” preluat de la ADN. Acest Acest mesaj se traduce în secvenţa aminoacizilor din structura proteinelor sintetizate. Transmiterea informaţiei genetice se reprezintă prescurtat sub forma următoare, numită „dogma centrală a biologiei moleculare”:

autorepl ic are ADN

ARN de transfer reprezintă

transcriptie

ARN

translatie

proteine

10 – 15% din ARN total al celulei, intră în constituţia citoplasmei unde se găseşte în stare solubilă şi neasociat cu proteinele. t-ARN conţine 75-90 mononucleotide şi prezintă o structură monocatenară de tip ordonat cu conf conform ormaţ aţie ie plia pliată tă.. Un Unel elee porţi porţiuni uni ale ale t-AR t-ARN, N, în care care diver diverse sele le zone zone ale ale monocatenei se apropie mai mult între ele şi iau naştere legături de hidrogen între secvenţele de baze azotate complementare (A-U, G-C)








Funcţia t-ARN constă în transportul din citoplasmă în ribozomi ribozomi a aminoacizilor ce intră în constituţia constituţia unei anumite anumite proteine: prin aceasta aceasta t-ARN îndeplineşte îndeplineşte rol de „adaptor” „adaptor” molecular, molecular, care ordonează ordonează fiecare fiecare aminoacid aminoacid într-o secvenţă secvenţă precisă în lanţul polipeptidic, pe baza recunoaşterii mesajului genetic conţinut în m-ARN ataşat la ribozomi şi provenit de la ADN. Pentru fiecare aminoacid există un t-ARN specific. ARN ribozomal se

găseşte în constituţia ribozomilor (până la 65% din masa lor) – organite unde are loc sinteza proteinelor. Acest tip de ARN reprezintă 75 – 80% din totalul ARN celular. celular. În general, general, r-ARN reprezintă molecule molecule monocatenare monocatenare liniare, dar se pot prezenta şi într-o formă elicoidală care rezultă dintr-o retrospiralare a aceleiaşi catene polinucleotidice. Această Această spiralare apare numai în regiuni regiuni limitate şi anume acolo unde este posibilă stabilirea de legături de hidrogen între bazele azotate ale aceleiaşi catene. r-ARN îndeplineşte un rol structural: în combinaţie cu proteinele corespunzătoare formează structura ribozomilor.

ACIZI NUCLEICI

Recommend Documents