Tema 5. Àcids nucleics PDF

Tema 5. Àcids nucleics Nucleòsids i nucleòtids. Bases púriques i pirimidíniques. Estructura i funció del DNA. Estructura i funció del RNA.  Àcids Nucleics Principis immediats orgànics, C, H, O, N, P Nucleòtids (subunitats) Àcids Nucleics (polím...

Tema 5. Àcids nucleics Nucleòsids i nucleòtids. Bases púriques i pirimidíniques. Estructura i funció del DNA. Estructura i funció del RNA.  Àcids Nucleics Principis immediats orgànics, C, H, O, N, P Nucleòtids (subunitats) Àcids Nucleics (polímers, lineals) 2 tipus: DNA i RNA (estructura i funció) DNA, autoreplicació. Molècules portadores de la informació genètica.  Nucleòtids Nucleòtids Funcions bioquímiques: 1. Formen part dels AANN. DNA i RNA 2. Són portadors de l’energia química (ATP) 3. Coenzims, (NAD, FAD, CoA) 4. Missatgers intracel·lulars (cAMP)  Estructura Química Nucleòtids Formats per 3 components units covalentment: 1. Aldopentosa, anell beta furanosa. 2. Grup fosfat, enllaç ester fosfòric al C5 de la pentosa 3. Base nitrogenada, enllaç ß-N-glicosídic al C1 de la pentosa. Nucleòsid = Pentosa + Base nitrogenada  Bases Nitrogenades Les bases nitrogenades son compostos cíclics Tipus, Purines i Pirimidines Bases Puríniques, Guanina i Adenina Bases Pirimidíniques, Citosina, Timina i Uracil La Timina és exclusiva del DNA mentre que l’Uracil ho és del RNA.  Pentosa Els àtoms (C) dels nucleòtids en numeren amb X’ quan parlem de la pentosa Tipus de pentosa: 1. Ribosa (ribonucleòtidà RNA) 2. 2 Desoxiribosa (desoxiribonucleòtidà DNA). DNA, dAMP, dGMP, dTMP, dCMP (desoxiribonucleòtids) RNA, AMP, GMP, UMP, CMP (ribonucleòtids) OH OH Pentoses són anòmers β respecte el seu C1 Enllaç ß-N-Glicosílic D- Ribosa 2’-Desoxi-D-ribosa Desoxiribonucleics DNA Ribonucleics RNA  Modificacions de les bases Les Metilacions són les alteraciones més Bases secundàries que es troben més comuns de les Bases i es troben implicades en sovint al t-RNA la regulació de l’expressió gènica. N6- metiladenosina es troba només al DNA dels bacteris Bases amb grups fosfats units a altres C no 5’ Existeixen nucleòtids amb grups fosfat units a d’altres C de la ribosa. Els més importants són el AMPc i el GMPc. En tots dos casos el grup fosfat s’uneix al C5´i C3’ formen una estructura cíclica. Tenen una importància en la transmissió de senyals cèl·lula a cèl·lula.  Àcids Nucleics Generalitats dels AANN Polímers, oligonucleòtids (fins a 50 nt.) o polinucleòtids (més de 50 nt.) Nucleòtids units per enllaç fosfodièster (covalent) entre el P en 5’ i OH de 3’ de la ribosa Esquelet format per les unions fosfodièster P-sucre-P-sucre- P.... Les Bases Nitrogenades aporten la informació genètica. Les cadenes tenen direcció: 5’ (P)à3’ (OH) (cadenes antiparal·lels))  Àcids Nucleics Polinucleòtid = Nucleòtid + Nucleòtid + Nucleòtid La DNA i RNA polimerasa uneixen els nucleòtids al extrem 3’ i van afegint nucleòtids per l’extrem P. La seqüència de DNA o RNA és representa esquemàticament amb les lletres de les base nitrogenades  Les bases nitrogenades formen ponts d’hidrogen entre elles que permet formar un aparellament complementari. D’aquesta manera és pot replicar el DNA i el RNA  Àcids Nucleics Els enllaços fosfodièster són molt estables fa falta molta energia AGº=-25kJ/mol (Hidròlisi) cal per trencar l’enllaç. RNA menys estable que el DNA degut al grup OH del C Els grups fosfat està ionitzat a pH fisiològic per tant els Àcids nucleics estan carregats negativament. longitud d’ona, màx 260nm (útil per determinar la concentració aann en solucions purificades). Electroforesi del DNA or RNA Estructura del DNA  Descobriment del DNA 1868. Friedrich Miescher a partir de bandatges amb pus observa els nuclis dels leucòcits on aïllà una substància àcida amb P que anomenà nucleïna i una substància bàsica de proteïna. Més tard troba a l’esperma del salmó la mateixa substància. 1844 – 1895 Friedrich Miescher Suís  Primera Prova experimental que el DNA transmet Informació 1944 T. Avery, C. MacLeod & M. McCarty Primera Prova experimental que el DNA transmet Informació hereditària. Transducció bacteriana a la soca que produeix la Pneumonia. Streptococcus pneumoniae  Streptococcus pneumoniae Soca S és virulenta Soca R és benigna Soca S tractada amb calor és benigna Soca S tractada amb calor injectada amb la soca R es virulenta. Conclusió la soca S conté una substància que transforma a la soca R  Streptococcus pneumoniae Si l’extracte de bactèries mortes es tractaven en Proteïnases o RNAses les soques R seguien transformant-se En canvi si l'extracte es tractava amb DNAsa (degrada el DNA) la transformació no es produïa i els ratolins vivien.  1952. Alfred HERSHEY & Marta CHASE Marquen els fagus (virus de bactèries) amb P (s’uneix al DNA) i S radioactiu que marca les proteïnes. La infecció amb P radioactiu marca les bactèries infectades La infecció amb S radioactiu no marca les bactèries. E.coli  Les Bases del DNA són proporcionals quantitativament Regles de Chargaff: 1. La composició de les bases del DNA normalment varia entre espècies. 2. Les mostres de DNA de cèl·lules d’una mateix espècie tenen sempre la mateixa composició 3. La composició del DNA d’una espècie no varia ni amb el seu estat nutricional, ni amb l’edat ni amb l’ambient. 4. En totes les especies el nombre d’As és igual que el nombre de Ts i el nombre de G és igual a el nombre de C, és a dir que la suma de purines és igual a la suma de pirimidines A+G=T+C ERWIN CHARGAFF 1950  ESTRUCTURA MOLECULAR del DNA 1953, a partir de les regles de Chargaff i la Difracció amb Raigs X s’estableix l’ESTRUCTURA MOLECULAR del DNA Rosalind Franklin i Maurice Wilkins. Difracció amb Raigs X. SECRET PHOTO 51 https://www.youtube.com/watch?v=0tmNf6ec2kU Rosalind Franklin Maurice Wilkins Fotografia 51. Difracció del DNA amb Raigs X James Watson i Francis Crick  Model de Watson i Crick Molècula de DNA formada per 2 cadenes polinucleotídiques helicoïdals, dextrògira formant un solc gran i un de petit. 2 cadenes antiparal·leles (5’à3’ i 3’à5’) No es poden separar les dos cadenes sense desfer l’hèlix. la cadena de sucre-P a l’exteriorà hidrofíliques i les BN cap a l’interior àhidrofòbiques. les BN d’una cadena es troben aparellades amb BN de l’altra cadena, formant un únic pla. Estabilitzat per ponts d’Hidrogen. T-A C-G  Dimensions Dimensions de la doble hèlix Ø = 2nm Gir, 36º / nucleòtid 0,34nm de distància entre nucleòtids 1 volta d’hèlix 3,4 nm i 10.5 parells de bases.  Cadenes antiparal·leles Interaccions, Hidrofòbiques, entre els dos parells de bases adjacents (apilament o stacking) Forces de Van der Wall. Ponts d’H, (entre BN complementàries). Aparellament de A=T (2 ponts d’H) i G≡C (3ponts d’H) La informació genètica es troba a les bases. Complementarietat de les cadenes àhi pugui haver la replicació de DNAà còpia exacta  Diferents formes tridimensionals del DNA Forma A es troba en dissolucions pobres en aigua. 11 pb per volta. dextrògira Forma B és la de Watson i Crick. És la més estable. 10.5 pb per volta. Dextrògira. Forma Z: Levogira, 12pb per volta. La forma Z pot estar implicada en l’expressió dels gens o en la recombinació gènica.  DNA en la cèl·lula DNA (Àcid Desoxiribonucleic) Portadora de la informació genètica. Polímers llarguíssims (seqüència i longitud diferent en diferents organismes) Diferents molècules de DNA lineal en diferents organismes (des de uns milers de nt fins a milions). DNA s’associa amb proteïnes per formar Cromosomes (DNA + Proteïnes Histones). A més del DNA nuclear també trobem DNA mitocondrial.  Dogma de la Biologia molecular Al cos humà hi ha milers de proteïnes (30.000) per combinacions de 20 aà, i es generen a partir d’una molècula de DNA que conté aquesta informació. DNA codificant i NO codificant. (regulador i funció desconeguda) Seqüència de DNA que codifica per a una proteïna s’anomena gen Proteïna a partir d’un gen de DNA llegit i transcrit a RNA, RNA és el missatger entre DNA i la maquinària que genera les proteïnes. Flux d’informació és: DNA à RNA à Proteïna  RNA RNA Funció: intermediari de l’expressió de la informació genètica continguda al DNA. Format per nucleòtids A, C, G i Uracil Cadena senzilla, més curta però més quantitat dins de la cèl·lula. Tipus: 1. mRNA (RNA missatger) 100-10.000 molèc/cèl, 500-10.000 bases. Es sintetitza al nucli va al citoplasma i allí farà la traducció. 2. snRNA (RNA nuclear petit) 10-100 molèc/cèl. 6-300 bases, al nucli associades a proteïnes. 3. tRNA (RNA de transferència), 10-100 molèc /cèl. 100 bases. Citoplasma (10% de bases diferents a les 4 del RNA). 4. rRNA (RNA ribosòmic) 4 molècules diferents, 120-3000 bases, es troben al citoplasma i formen amb proteïnes els ribosomes.  Diferències DNA – RNA Diferències DNA – RNA 1. Estructurals DNA doble cadena (més protecció a la informació genètica) RNA és monocatenària (lineal RNAm, plegat en creu RNAt i RNAr). 2. Composició en la Pentosa (sucre) DNA à Desoxiribosa RNA à Ribosa BN DNA à Adenina, Timina , Guanina i Citosina RNA à Adenina, Uracil, Guanina i Citosina 3. Funció DNA à magatzem, conservació i transmissió informació genètica RNA àProcessos d’expressió de la informació genètica (DNAàProteïnes). mRNA intermediari de la informació genètica mRNA és un cadena de nucleòtids complementària al DNA. Es sintetitzat per la RNA polimerasa en el procès anomenat Transcripció. Està format per A, U, C i G. Es processat per donar la forma madura. Te sequències no codificants als extrems 5’ i 3’ amb funcions reguladores. S’uenix al ribosoma per a la síntesi de proteïnes. Aquest procès se l’anomena Traducció.  snRNA Petits RNAs d’entre 100 i 200 nt que es combina amb proteïnes per formar Ribonucleoproteines snRNP. Aquests formen l’Spliceosoma. Processen el pre-RNA per formar el mRNA madur. tRNA tRNA Formats per uns 75 nt. Transporta els AA. Hi ha un tipus de tRNA per a cada AA. Cadena lineal que adopta una estructura en forma de trèvol. AA s’uneix a l’Adenina de l’extrem 3’ L’anticodó permet la unió específica al mRNA  rRNA forma part dels ribosomes RNA Ribosomal rRNA és el component catalític dels Ribosomes. Els ribosomes eucariotes contenen 4 rRNA: 18S, 5.8s, 28s i 5S. Són sintetitzats principalment al nucli. Al citoplasma rRNA es combina amb proteïnes per formar el Ribosoma. El Ribosoma uneix mRNA i porta a terme la síntesi de proteïnes. La major part del RNA de la cèl·lula és rRNA. Interacció entre el mRNA, tRNA i rRNA From DNA to Protein Nucleòtids amb altres funcions  ATP ATP: Adenosina Trifosfat. Adenina i ribosa amb tres grups fosfats amb enllaç difosfoéster. L’enllaç entre els grups fosfats s’anomena enllaç Anhídrid i és molt energètic. 30.5 KJ/mol És la moneda energètica de la cèl·lula.  Tots els nucleòtids poden ser transportadors d’energia ATP és el més abundant a la cèl·lula i per tant és el que s’utilitza més. La GTP també és utilitzat en algunes reaccions metabòliques. Els nucleòtids Trifosfats són necessaris per formar les cadenes de DNA i RNA  Coenzims Els coenzims són molècules que ajuden als enzims a catalitzar una reacció Alguns dels coenzims que catalitzen reaccions d’oxidació i reducció en la cèl·lula són nucleòtids NAD+ , NADP+: Dinucleòtid de nicotinamida i adenina FMN i FAD: Mononucleòtid de Flavina i Dinucleòtid de Flavina i Adenina AcetilCoA Són molècules que permeten el transport d’electrons que es generen durant el catabolisme de les molècules.  NAD+ i NADP+ Dinucleòtid de nicotinamida i adenina. NAD+ és redueix amb 2e- i 2 protons. NAD+ en reaccions de catabolisme NADPH en reaccions anabolisme i té un grup fosfat addicional Nicotinamida  FAD i FMN FAD: dinucleòtid de Flavina i Adenina FMN: Mononucleòtid de Flavina Derivats de la riboflavina Vit B2  Coenzim A CoA: Important per al catabolisme transporta grups acetil i acils. Els grups acils s’uneix al CoA mintjançant un enllaç tioéster C-S =O R-C-S-CoA AcetilCoA Cicle de Kreeps i oxidació dels AAGG  AMPc AMPc: adenosina monofosfat cíclic. Actua com a segon missatger químic de moltes hormones (glucagó o catecolamines) i es forma per l’acció de l’adenilat ciclasa  Replicació Glúcids, Lípids, proteïnes i àcids nucleics es combinen per formar la cèl·lula i els teixits.