structura acizilor nucleicistructura acizilor nucleici

8/19/2019 STRUCTURA ACIZILOR NUCLEICISTRUCTURA ACIZILOR NUCLEICI

1/10

STRUCTURA ACIZILOR NUCLEICI

INTRODUCERE

Trăsăturile (caracterele) ereditare se caracterizează prin capacitatea de a se transmite de la ogeneraţie la cealaltă. Caracterele ereditare sunt determinate de “factorii” genetici, iar totalitateaacestora alcătuiesc genotipul unui organism. În timpul vieţii oricărui organism genotipul acestuiafuncţionează (adică se exprimă), iar din interacţiunea genotipului cu mediul rezultă manifestarea“viziilă”, denumită fenotip. Toate funcţiile unui organism, fie el unicelular, fie pluricelular, sunt!ndeplinite cu a"utorul materialului genetic.

Genetica este #tiinţa care studiază caracterele ereditare ale organismelor, structura #ifuncţionarea acestora, modul !n care se transmit la descendenţi. $atorită dezvoltării te%nicilor de studiu!n ultimii douăzeci de ani, !n prezent genetica este reprezentată de un complex !ntreg de #tiinţe, de lacitogenetică clasică, p&nă la inginerie genetică.

'etul complet de informaţie genetică dintrun organism poartă numele de genom. Cercetăriledesfă#urate pe !ntindere de aproape un secol au demonstrat că toate organismele descrise pe Terra p&nă!n prezent au genom format din acizi nucleici. ai mult dec&t at&t, la toate organismele, at&t cele

procariote, c&t #i cele eucariote, au genomul format din *$+. 'e poate deci spune că molecula *$+reprezintă materialul genetic aproape universal pe ăm&nt. - excepţie notailă o reprezintă anumitevirusuri, la care materialul genetic este reprezentat de molecule *+.

Viaţa - flux continuu de inforaţie$intrun anumit punct de vedere, viaţa ar putea fi definită #i ca un flux

continuu de i/nformaţie. *stfel, materialul genetic conţine informaţie pentru0¾ formarea tuturor structurilor unei celule

¾ pentru diferenţierea unor diverse tipuri de celule #i ţesuturi

¾ pentru desfă#urarea tuturor reacţiilor ioc%imice #i, !n final, fiziologice

¾ multiplicarea celulelor #i pentru !nmulţirea organismelor

¾ pentru moartea celulară #i c%iar #i pentru moartea unui organism !ntreg

STRUCTURA !RI"AR# A ACIZILOR NUCLEICI

*cizii nucleici reprezintă molecule foarte complexe, produse at&t de organisme vii (celule), c&t#i de virusuri. $enumirea de 1acizi nucleici” se datorează faptului că prima oară au fost izolate dinnuclei de celule. Cercetări ulterioare au dovedit !nsă faptul că anumite tipuri de acizi nucleici nu segăsesc !n nucleu, ci !n citoplasmă.

În ansamlu, acizii nucleici !ndeplinesc două funcţii iologice ma"ore0 transmit informaţia ereditară de la o generaţie la alta conţin informaţie pentru producerea de proteine specifice

2xistă două categorii ma"ore de acizi nucleici 0 acid deoxirionucleic (pe scurt, *$+) #i acidrionucleic (pe scurt, *+).

34


2/10

Formarea nucleotidelorBază azotată + pentoză = nucleosidde ex. A + pentoză = adenosina

nucleosid + radical fosforic = nucleotidde ex. adenosină + radical fosforic = acid adenilic

Figura 2.1Clasifcarea nucleosidelorş i a nucleotidelor.

- molecula de acid nucleic este formată din unităţi de ază, numite nucleotide, legate !ntre ele prin legături c%imice de tip covalent (legături fosfodiesterice).

5iecare nucleotidă este alcătuită din 3 categorii de molecule, #i ele legate !ntre ele (5igurile 6.6#i 6.3)0

• ază azotată•

pentoză (un za%ar format din 7 atomi de caron)• un rest de radical fosforic*t&t !n structura *$+, c&t #i !n *+, există 4 tipuri ma"ore de aze azotate0adenină, timină, citozină, guanină !n *$+ adenină,uracil, citozină, guanină !n *+*denina #i guanina sunt aze azotate derivate din structura purinei #i, ca atare, mai sunt numite

#i aze purinice (sau, simplu purine). Timina, citozina #i uracilul sunt derivate din structura pirimidinei 8 aze pirimidinice9pirimidine (5igura 6.6). În mod curent, cele 7 aze azotate se prescurtează *, T, C,: #i, respectiv, ;.

entoza este, fie rioză 8 !n *+, fie deoxirioză 8 !n *$+ (5igura 6.4)

Denuirea nucleo$idelor %i a nucleotidelor&a'e a'otate

!urine !iriidine

Adenin( )A* Guanin( )G* Cito'in( )C* Uracil )U*Tiin( )T*

+n ARN adeno$ina ,uano$in( citidin( uridin(Nucleo$ide +n ADN Deoxiadeno$i-n( deoxi,uano$in( deoxicitidina Deoxitiidin(

Nucleo$id ono- di- trifo$faţi)+n ARN*

A"! AD! AT! G"! GD! GT! C"! CD! CT! U"! UD! UT!

Deoxinucleo$idono- di- trifo$faţi)+n ADN*

dA"!dAD! dAT!

dG"!dGD! dGT!

dC"!dCD! dCT!

dT"!dTD! dTT!

Nucleotide +n ARN acid adenilic acid ,uano$ilic acid citidilic acid uridilic

+n ADN acid deoxiadenilic acid acid deoxicitidilic acid deoxi,uano$ilicdeoxitiidilic

37


3/10

chimicStructura ă abaze azotate din aciziiprincipalelor

nucleici. Azotul din poziţ ia 9 (N9) alpurinelorş i azotul 1 (N1) al pirimidinelor

.i,ura /0 Toate nucleotidele au acela#i plan general de structură. (a) 'tructura c%imică a rioadenozin7


4/10

eprezentare schematică a unei porţiunidintr!o moleculă de A"N d.c.

polinucleotidice, av&nd astfel #i o structură secundară. *semenea molecule sunt dublucatenare(prescurtat d0c0).

5ormarea unor molecule de acizi nucleici dulucatenare respectă o serie de legi c%imice, ce poartă numele cercetătorului care lea descris prima oară 8 C%argaff (vezi caseta cu >egile luiC%argaff).

Le,ile lui C2ar,aff

30 cele / catene 1olinucleotidice $unt co1leentare una faţ( de cealalt(*ceasta !nseamnă că unei adenine de pe una din catene !i corespunde o timină pe cealaltă catenă, de care

se leagă prin 6 legături de %idrogen (* 4 T)? se spune, deci, că adenina este complementară cu timina. Înmod similar, guanina este complementară cu citozina, de care se leagă prin 3 legături

de %idrogen (: 5 C).

'e deduce că legăturile de %idrogen permise sunt0 A 4 T #i G 5 CÎn moleculele de acizi nucleici dulucatenare dar formate dintro catenă *$+ #i o catenă *+ (asemeneamolecule %irid se formează de oicei !n procesul de transcriere genetică), adeninelor din catena *$+ lecorespund !n catena *+ molecule de uracil. @i !n acest caz se fromează tot 6 legături de %idrogen0 A 4U.

/0 +ntr-o olecul( de acid nucleic d0c0 1urinele $unt +n ra1ortec2iolar cu 1iriidinele

*ceastă regulă este, de fapt, o consecinţă a primei legi. *stfel, dacă oricărei * de pe una din catene!i corespunde o T pe cealaltă catenă #i oricărei : !i corespunde o C, atunci numărul moleculelor de

adenină este egal cu numărul celor de timină, adică * A T #i, respectiv, :

A C

$e aici, prin adunarea celor două ecuaţii, se deduce0 A 6 G 4 T 6 C $eci, numărul purinelor dintro moleculă de acid nucleic d.c. este egal cu numărul pirimidinelor.

*ltfel spus, cele două tipuri de molecule se află !n raport ec%imolar.

70 cele dou( catene 1olinucleotidice dintr-o olecul( de acid nucleic

d0c0 $unt anti1aralele- catenă polinucleotidică are două capete0 la un capăt se află caronul din poziţia 7< (C7


5/10

capul 7< al fiecăreia corespunde cu capul 3< al celeilalte. Cele 6 catene sunt antiparalele.

$ouă reprezentări ale dulului %elix *$+.)a* $ulu%elix *$+ de formă . 'c%eletul glucidofosforic (!n gri #i marcat cu linii roşii ) se află la exteriorul

%elixului. azele azotate se află la interior. 'unt marcate curura ma"oră #i cea minoră a %elixului. );* 'tructurasc%ematizată a unui *$+ dulu%elix. Cele două sc%elete glucidofosforice (!n verde !nc%is #i desc%is) sunt !n

orientare inversă0 7< 8 3


6/10

eprezentarea schematică a celor # $orme principale de A"N d.c.

!araetri 2elicali

n A numărul de nucleotide per tur de spiră (de elice)h A distanţa dintre perec%ile de nucleotide adiacente

P A pasul elicei #i este distanţa traversată dea lungul axei %elixului de un tur complet de spiră(adică de o rotaţie de 3=/o).

poate fi exprimat !n raport cu numărul de nucleotide dintrun tur (n) #i cu distanţa dintre 6nucleotide !n procesul de rotaţie (%)

t A ung%iul de răsucire sau de rotaţie a perec%ile de aze azotate? acestea nu sunt perfect perpendiculare pe axa %elixului (sau, altfel spus, două perec%i de aze adiacente nu sunt

coplanare), ci sunt !nclinate cu un ung%i de răsucire t care, de oicei, este 34,=o

. *ceaste estede fapt cauza pentru care cele două catene se răsucesc una !n "urul celeilalte, form&nd ostructură de dulu%elix.

Jalorile acestori parametri pot varia !ntre anumite limite #i determină mai multe forme topologiceale moleculei de *$+ d.c..ora & reprezintă conformaţia cel mai des !nt&lnită !n celule. *re un diametru de aproximativ 6/*ngstrom (K), iar distanţele dintre perec%ile de aze este de aproximativ 3,4 K. În aceastăconformaţie există o medie de D/,4 aze azotate per tur de spiră, iar ung%iul de rotaţie dintre 6

aze adiacente este de L34,=M..ora A se !nt&lne#te !n celule !n regiunile dulucatenare ale moleculelor de *+ #i !ndulu%elixurile %iride *$+ 8 *+ ce se formează !n procesele de transcriere genetică. *re un

diametru de aproximativ 63 *, DD aze per tur de spiră #i un ung%i de L34,BM..ora Z este mai suţire (un diametru de DI*), D6 aze per tur #i un ung%i de 3/M !ntre ele.$atorită acestui lucru, formele * #i sunt denumite “de dreapta”, iar forma N este “de st&nga”.

3E


7/10

$enaturarea #i renaturarea moleculelor de *$+ dulucatenare.

Jariaţia asoranţei !n denaturarea termică a *$+. (a) $enaturarea (“topirea”) moleculelor de *$+

d.c. poate fi monitorizată prin variaţia asoranţei !n lumină ultravioletă 6=/ nm0 pe măsură ce *$+denaturează, asoranţa cre#te p&nă aproape de dulu. Temperatura la care "umătate din molecule sunt

denaturate poartă numele de temperatură de topire (Tm). () Jaloarea Tm depinde de conţinutul !n guanină #icitozină a moleculelor de *$+ d.c.0 cu c&t procentul molar de guanină 8 citozină (Omol:C) este mai mare, cu

at&t este mai mare #i valoarea Tm.

oleculele de *$+ d.c. pot fi lineare sau circulare*stfel, cromozomii la organismele eucariote, dar #i o serie de plasmide, sunt alcătuite din

molecule de *$+ d.c. linear.Cromozomul acterian, precum #i o serie de plasmide acteriene, sunt alcătuite din molecule

de *$+ d.c. circular.

oleculă de *$+ d.c. oleculă de *$+ d.c. linear . circulară.

4/


8/10

ARN mesager

( ARNm

ARN de transfer(ARNt

SU!RARASUCIREA "OLECULELOR DE ADN

oleculele de *$+ se găsesc !n celule !ntro stare de suprarăsucire. *stfel, prin convenţieinternaţională, se numesc suprarăsuciri negative cele ce sunt in direcţie inversă faţă de orientarea

azelor din *$+. Cu alte cuvinte, o moleculă *$+ ce prezintă suprarăsuciri negative, are un grad

mai mare de 1relaxare”. 'uprarăsucirile in aceea#i direcţie cu cele naturale dintro moleculă *$+ senumesc suprarăsuciri poitive #i produc o !nfă#urare mai mare a moleculei de *$+.

2ste important de reţinut faptul că gradul de răsucire a moleculelor de *$+ influenţeazăesenţial o serie de procese celulare0

in comparaţie cu cromozomii eucariotelor, cromozomul acterian este mult mai mic? cu toateacestea, această moleculă de *$+ ce reprezintă cromozomul acterian nu ar !ncăpea !n celula

acteriană dacă nu ar fi suprarăsucit #i !mpac%etat diverse procese, ca replicare, transcriere, recominare precum #i repararea moleculelor de

*$+, presupun derăsucirea locală a moleculelor de *$+

ACIZII RI&ONUCLEICI

e de o parte, acizii rionucleici reprezintă materialul genetic al anumitor tipuri de virusuri(numite virusuri *+). e de altă parte, !n celule, moleculele de *+ !ndeplinesc diverse funcţiimetaolice, dintre care cele mai importante sunt legate de traducerea informaţiei genetice din secvenţăde nucleotide !n secvenţă de aminoacizi, adică !n sinteza de proteine.

$in punct de vedere c%imic, există trei diferenţe ma"ore !ntre acizii rionucleici #i *$+0 za%arul din *+ (rioza) conţine o grupare %idroxil !n plus faţă de deoxirioză (prezentă !n

*$+)? !n ma"oritatea moleculelor de *+ timina din *$+ este !nlocuită cu uracil?

!n cele mai multe cazuri, moleculele de *+ sunt formate dintro singură catenă polinucleotidică, spre deoseire de ma"oritatea moleculelor de *$+, care sunt dulucatenare?c%iar #i moleculele de *+ monocatenare pot forma structuri secundare #i terţiare (5igura6.DD)?

unele molecule de *+ (!n mod special, *+t) mai conţin #i o serie de aze azotatemodificate, de exemplu pseudouridina, di%idrouridina, rioziltimina, inozina.Cele mai importante tipuri de acizi rionucleici dintro celulă sunt *+ mesager, *+ de

transfer #i *+ riozomal.

4D

este o moleculă intermediar cereprezintă o copie a uneia din cele 6catene ale unei gene ce codifica pentruo proteină

este un intermediar !n sinteza proteică?fiecare moleculă de *+t are o zonă de 3

nucleotide numită anticodon, iar pe de altă parte, la unul din capete se leagă de unanumit aminoacid


9/10

ARN ri!ozomal(ARNr este un component ma"or al riozomilor,

intervenind tot !n sinteza de proteine

Toate moleculele de *+ dintro celulă iau na#tere printrun proces numit tran$criere,enetic(.

olecula rezultată poartă numele de tran$cri1t 1riar #i este ulterior procesată, !n funcţie degena care a fost transcrisă, pentru a deveni *+m, *+t sau *+r.

oleculele de *+ au un rol central !n exprimarea genelor. Pniţial, aceste molecule au fost descrise caintermediar !n sinteza proteică? ulterior !nsă, sa constatat că există multe clase de *+ ce !ndeplinesc

roluri complexe !n diverse etape ale exprimării genelor. Pmplicarea moleculelor de *+ !n foarte multefuncţii celulare #i, !n mod special !n expresia genică, reprezintă unul din argumentele ma"ore !n spri"inulteoriei conform căreia, !n fazele iniţiale ale apariţiei #i evoluţiei sistemelor iologice, *+ ar fireprezentat componenta activă !n menţinerea #i expresia informaţiei genetice, #i nu moleculele de *$+,care proail au apărut mult mai t&rziu? se vore#te deci, de o a#azisă 1 lume A!" ”.

46


10/10

Structuri $ecundare )a* %i terţiare );* +n oleculele de ARN? aceste structuri se formează pe azaexistenţei unor zone cu complementaritate intracatenară. (dupa >odis%, 6///)

43

structura acizilor nucleicistructura acizilor nucleici

Documents