Acizii Nucleici - Structură și Funcții PDF

 Acizii Nucleici sunt compuși macromoleculari, ce reprezintă lanțuri polinucleotidice formate din monomeri – mononucleotide - legate prin legături fosfodiesterice. Acizii nucleici sunt de 2 tipuri: acid dezoxiribonucleic (ADN) și acid acid ribonucleic (ARN)...

 Acizii Nucleici sunt compuși macromoleculari, ce reprezintă lanțuri polinucleotidice formate din monomeri – mononucleotide - legate prin legături fosfodiesterice. Acizii nucleici sunt de 2 tipuri: acid dezoxiribonucleic (ADN) și acid acid ribonucleic (ARN). Rolul acizilor nucleici în organismele vii este: păstrarea, transmiterea și expresia informației genetice Acidul dezoxiribonucleic (ADN) - are funcții de stocare și de transmitere a informației genetice. Acizii ribonucleici (ARN) - sunt implicați în expresia informației genetice – biosinteza proteinelor.  Distribuția acizilor nucleici în celulă : ADN ARN 10% în nucleu 97-99% în nucleu 15% în mitocondrii 50% în ribozomi 1-3% în mitocondrii 25% în hialoplasmă ARN-ul constituie aproximativ 5-10% din masa celulei, iar ADN-ul – doar circa 1%. Există trei tipuri majore de ARN: ARN ribozomal ARNr – în asociație cu proteinele formează ribozomii – organite celulare, implicate în biosinteza proteinelor. ARN mesager – ARNm – transportă informația despre ordinea aminoacizilor în proteine de la gena localizată în ADN spre ribozomi ARN de transport – ARNt – transportă aminoacizi specifici spre locul de biosinteza a proteinelor. Cantitatea de ARN în celulă depinde de starea funcțională a celulei și de intensitatea proceselor de biosinteză a proteinelor.  Structura acizilor nucleici Toți acizii nucleici sunt alcătuiți din monomeri, numiți nucleotide, care sunt compuse din: ▪ bază azotată, ▪ pentoză ▪ rest de acid fosforic.  BAZELE AZOTATE Bazele azotate din componența acizilor nucleici reprezintă compuși heterociclici aromatici derivați ai purinei sau pirimidinei. 6 4 3 5 1 5 7 8 2 6 1 2 4 9 3 purina pirimidina  BAZELE AZOTATE purinice pirimidinice adenina guanina citozina uracilul timina Bazele purinice adenina și guanina Uracilul se conține doar în și baza pirimidinică citosina ARN. sunt prezente atât în ARN, Timina se conține doar în ADN cât și în ADN. Structura bazelor azotate purinice: Adenina Guanin a Structura bazelor azotate pirimidinice: citozina uracilul timina Bazele azotate minore:  NUCLEOZIDELE O nucleozidă rezultă prin atașarea la una din cele 2 pentoze a unei baze purinice sau pirimidinice printr-o legătură N-glicozidică. Purinele se leagă prin atonul său N9 la atomul C1' al pentozei: Pirimidinele se leagă prin atomul său N1 la atomul C1' al pentozei:  NUCLEOTIDELE O nucleotidă este un ester 5'-fosfat al nucleozidei: Dezoxiadenozină monofosfat (dAMP) Bază azotată + pentoză + rest fosfat  Denumirea nucleozidelor și nucleotidelor: Nucleozidele purinice se termină în "-zină" : Adenozină și guanozină Nucleozidele pirimidinice se termină în "-dină" : citidină, uridină, dezoxitimidină Pentru a denumi nucleotidele, se folosește denumirea nucleozidei, urmată de "mono-", "di-" sau "trifosfat" adenozină monofosfat (AMP), dezoxitimidină difosfat (dTDP), guanozină trifosfat (GTP)  În catena acidului nucleic, două nucleotide sunt unite printr-o legătură 3’-5’-fosfodiesterică: Formarea legăturii fosfodiesterice: fosfatul din poziția 5‘ al unei nucleotide formează o legătură esterică cu hidroxilul din poziția 3' a nucleotidei adiacente.  Nucleotidele sunt legate între ele prin legături fosfodiesterice și formează o catenă. Astfel, catena polinucleotidică este constituită din resturi de pentoză şi de fosfat legate între ele prin legături fosfodiesterice, iar bazele azotate sunt legate lateral de resturile de riboză sau dezoxiriboză prin legături N-glicozidice. Catena are direcție 5’ 3’: capătul său 5‘ conține rest fosfat, iar capătul 3' conține o grupă hidroxil liberă.  STRUCTURA PRIMARĂ Secvența(succesiunea,ordi nea) de nucleotide în catena polinucleotidică se numește structură primară a acizilor nucleici. Diferențele între structura primară a ADN și a ARN: 1. Componența bazelor azotate: în ADN – timina, în ARN – uracilul 2. pentozele: în ADN –dezoxiriboza, în ARN - riboza  Structura secundară a ADN-ului Structura secundară a ADN-ului constituie un dublu helix format din 2 catene antiparalele legate între ele prin legături de hidrogen între bazele azotate complimentare. Acest model al structurii secundare a fost propus în 1953 de Structura secundară a ADN-ului Proprietățile fundamentale ale structurii secundare a ADN-ului conform modelului Watson-Crick: constă din două catene antiparalele și complementare de acid dezoxiribonucleic este un dublu helix de dreapta partea externă hidrofilă a dublului helix este constituită din scheletul pentoză-fosfat partea internă hidrofobă este alcătuită din baze azotate: Adenină, Timină, Guanină, Citozină o spiră include 10.5 perechi de baze și are lungimea de 3,4 nm lățimea dublului helix – 2.0 nm  Catenele sunt antiparalele Cele două catene de AND sunt antiparalele: o catenă are direcția 5‘-3', iar cealaltă 3'- 5'.  Catenele sunt complementare Bazele pirimidinice şi purinice sunt orientate în interiorul spiralei duble în aşa fel, încât în faţa unei baze pirimidinice a unei catene stă o bază purinică a celeilalte catene şi între ele apar legături de hidrogen. Aceste perechi de baze se numesc complementare (T-A şi C-G). Între adenină (A) şi timină (T) se Interacțiunea G-C este mai formează două legături de hidrogen, iar între puternică (cu circa 30%) decât cea A-T guanină (G) şi citozină – trei: Legăturile de hidrogen dintre bazele complementare constituie una din forţele de interacţiune care stabilizează spirala dublă. Modelul dublului helix propus de Watson și Crick este doar una din posibilele conformații ale ADN-ului, numit ADN tip B. ADN tip B – cel mai stabil tip, predomină în condiții fiziologice. Dublu helix de dreapta, 10,5 perechi de baze într-o spiră; ADN tip A – un alt tip de ADN funcțional activ, apare de regulă în condiții de dehidratare, dublu helix de dreapta, 11 perechi de baze într-o spiră; ADN tip Z – dublu helix de stânga, 12 perechi de baze într-o spiră. Se consideră că are un rol important în reglarea expresiei genelor.  Genomul uman conține circa 3 bilioane perechi de nucleotide organizate în 23 perechi de cromozomi. Fiind despiralizat, ADN-ul conținut în fiecare cromozom ar avea o lungime de 1.7 - 8.5 cm. ADN-ul în celulă este puternic compactizat, are câteva nivele de compactizare și formează în final cromatina. Structura cromatinei este determinată și stabilizată de interacțiunea ADN-ului cu proteinele (DNA-binding proteins). Există 2 clase de DNA-binding proteins: Histone Proteine non-histone Histonele sunt clasa majoră de DNA-binding proteins implicate în menținerea structurii compactizate a cromatinei. Există 5 proteine histone diferite, identificate ca H1, H2A, H2B, H3 și H4. Histonele sunt proteine bazice deoarece conțin o cantitate mare de aminoacizi bazici – arginină și lizină. Proteine non-histone includ diferiți factori de transcripție, polimeraze, receptori hormonali și alte enzime nucleare.  Nucleozomul Reprezintă o structură ce rezultă la interacțiunea ADN-ului cu histonele. Nucleozomul este o subunitate a cromatinei alcătuit dintr-o porțiune scurtă de ADN supraspiralizat (146 pb) răsucită în jurul unui miez (cor) de proteine histone. Corul nucleozomului este alcătuit din 8 proteine histone, a cate 2 subunități de proteine H2A, H2B, H3 și H4, formând astfel un octamer histonic.  Nucleozomul Histona H1 se localizează pe ADN-ul internucleozomal (ADN-linker) și se numește histonă-linker. ADN-ul linker între nucleozome poate varia de la 20 până la 200 pb.  Nucleozomii sunt în contunuare compactizați într-o structură helicoidală, numită solenoid. Solenoidul determină compactizarea ADN-ului într-o fibrilă de cromatină de 30 nm lățime (30 nm fibers). Solenoid  Solenoidul (30 nm) se compactizează în contunuare și formează bucle, apoi rozete (ce includ 6 bucle), apoi din noi spirală (o spiră constă din 30 de rozete).  Cromatina compactizată complet formează cromozomul metafazic. și are un diametru de 700 nm.  Structura și funcțiile ARN-ului Sunt 3 tipuri majore de ARN: ARNr (ARN ribozomal ) ARNt (ARN de transport) ARNm (ARN mesager ) Funcțiile ARN-ului: structurală (ARNr), transferul informației genetice (ARNm), decodificarea informației genetice (ARNt) Toate aceste funcții ale ARN-ului sunt necesare pentru expresia informației genetice conținute în AND – sinteza proteinelor.  STRUCTURA ARNt ARNt are funcția de a transporta cei 20 de aminoacizi spre ribozomi, locul de sinteză a proteinelor. Fiecare din cei 20 de aminoacizi are cel puțin o moleculă de ARNt specifică. ARNt – este constituit din 74-93 nucleotide; ARNt – conține câteva baze azotate purinice și pirimidinice modificate – (de ex. – dihidrouracil și pseudouridină); ARNt posedă : brațul acceptor bucla D (dihidrouridilică) bucla TψC (pseudouridinică)  Brațul acceptor este locul de unire specifică a aminoacizilor. La capătul 5' a brațului acceptor este o guanozină (G) fosforilată. La capătul 3‘ este o succesiune CCA terminus cu o grupă -OH liberă, la care se atașează aminoacidul. Anticodonul interacționează complimentar cu codonul din ARNm Bucla D (dihidrouridilică) – responsabilă pentru interacțiunea cu enzima aminoacil-ANRt-sintetaza Bucla TΨC (pseudouridinică)- interacționează cu ribozomul  ANRm ARNm – ARN mesager este o copie a informației genetice, conținute în gena din ADN. Rolul ARNm este de a aduce informația conținută în ADN spre locul de sinteză a proteinelor. ANRr ARN ribozomal (ARNr) este un component structural și suncțional al ribozomilor. Ribozomii eucariotelor conțin 4 molecule diferite de ARNr: 18 S, 5,8 S, 28 S și 5 S ARNr, care se asociază cu proteinele ribozomale și formează subunitățile ribozomale 40 S și 60 S.