ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

26
ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII •Acizii nucleici reprezinta moleculele care pastreaza, transporta si manipuleaza informatia in orice celula vie. Codul de scriere a acestei informatii este universal valabil iar mecanismele biochimice implicate sunt pe de o parte complexe si pe de alta parte foarte precise. •Unitatile de baza din compozitia acizilor nucleici sunt reprezentate de nucleotide - structuri care contin pentoze ( riboza sau deoxiriboza ), acid fosforic si baze azotate cu nucleu purinic sau pirimidinic:

description

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

Page 1: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

•Acizii nucleici reprezinta moleculele care pastreaza, transporta si manipuleaza informatia in orice celula vie.

Codul de scriere a acestei informatii este universal valabil iar mecanismele biochimice implicate sunt pe de o parte

complexe si pe de alta parte foarte precise.

•Unitatile de baza din compozitia acizilor nucleici sunt reprezentate de nucleotide - structuri care contin pentoze ( riboza sau deoxiriboza ), acid fosforic si baze azotate cu

nucleu purinic sau pirimidinic:

Page 2: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

Page 3: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

• Acizii nucleici pot fi impartiti in 2 mari clase, intre care exista diferente structurale si functionale: acizii ribonucleici (ARN sau RNA) si acidul dezoxiribonucleic (ADN sau DNA).

• Ambele macromolecule prezinta din punct de vedere chimic o structura polinucleotidica, construita cu ajutorul legaturilor fosfodiesterice si avand in componenta pentoze facand din ADN si ARN molecule inrudite. Exista insa diferente nete la nivelul structurii:

• pentoza din ARN este reprezentata de riboza iar in ADN de deoxiriboza, o riboza in care gruparea hidroxil de la carbonul 2 lipseste fiind, inlocuita cu hidrogen.

• ARN are o structura predominant monocatenara iar ADN are o structura bicatenara.

• Timina din ADN este inlocuita cu uracilul in molecula de ARN.

Page 4: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

Page 5: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

• ADN-ul, structura polinucleotidica dublu catenara, formeaza genomul unui organism, cu alte cuvinte, totalitatea genelor care poarta informatia acelui sistem biologic. ADN-ul este prezent in nucleul celulelor (si in mitocondrii) sub forma de cromatina sau cromozomi pentru animalele eucariote.

• La eucariote cromatina apare in nucleul celulelor in perioadele de repaus. In momentul inceperii mitozei cromatina se organizeaza in cromozomi, complexe ADN-proteine cu numar diferit de la specie la specie (la om 44xy sau 44xx).

• Lungimea de aproximativ 2m a ADN-ului eucariotelor face necesara o supercompactare a acestei molecule care trebuie sa incapa intr-un nucleu cu dimensiuni de ordinul micronilor. Aceasta superhelicare se realizeaza cu ajutorul unor proteine speciale numite histone.

Page 6: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII• Lantul unei catene de ADN este format prin insiruirea celor 4

tipuri de nucleotide care se unesc intre ele cu ajutorul acidului fosforic. Astfel, se formeaza legaturi fosfodiesterice intre deoxiriboza unui nucleotid si o deoxiriboza a urmatorului, in pozitiile 5’ si 3’.

• Legaturile 5’-3’ vor conferi un sens pentru fiecare dintre cele 2 catene care se infasoara una in jurul celeilalte deci se poate vorbi de o catena cu sens 5’-3’ si de o catena cu sens invers, 3’-5’ numita si catena antisens (catene antiparalele).

• S-a demonstrat ca ADN-ul adopta aceasta conformatie dublu helicoidala din ratiuni de stabilitate energetica. Structura este stabilizata astfel prin interactiunea dintre bazele azotate care se plaseaza in interiorul dublului helix. Aici apar legaturi de hidrogen intre bazele de pe o catena si bazele de pe cealalta catena conform unui principiu al complementaritatii. Acest principiu postuleaza ca intotdauna adenina se leaga de timina prin 2 legaturi de hidrogen si guanina se leaga de citozina prin 3 legaturi de hidrogen.

Page 7: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

Page 8: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

Page 9: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

• Structura tertiara, explica superhelicarea si compactarea moleculei cu ajutorul proteinelor, fenomen necesar potrivirii cu dimensiunile reduse ale nucleului

Page 10: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – PROCESE BIOCHIMICE GENETICE

• Dogma centrala a geneticii postuleaza urmatoarea transformare: ADN ARN proteine sau

O GENA UN ARN MESAGER O PROTEINA.

Page 11: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ACIZI NUCLEICI – PROCESE BIOCHIMICE GENETICE

Exista 3 procese esentiale in manipularea informatiei geneticepentru orice celula vie: • Replicarea ADN - reprezinta procesul prin care cantitatea de

ADN dintr-o celula se dubleaza si se regaseste practic neschimbata in fiecare dintre celulele fiice.

• Transcriptia - reprezinta procesul prin care o parte din informatia de pe ADN este copiata pe ARN

gena ARN mesager

• Translatia – reprezinta procesul prin care informatia din ARN este folosita la sinteza unei proteine in ribozomi.

Page 12: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

REPLICAREA ADN• Toate celulele se divid in timpul vietii, unele dintre ele sufera

mai multe diviziuni si altele se divid de un numar limitat de ori.

• In timpul diviziunii celulare informatia prezenta la nivelul ADN-ului se conserva de la o generatie la alta din punct de vedere cantitativ si calitativ. Acest proces care se numeste replicare este semiconservativ deoarece in celulele noi constituite se regaseste o structura a ADN-ului construita dintr-o catena mama si o catena noua, complementara.

• Replicarea ADN necesita un sistem biochimic si enzimatic complex format din: ADN matrita, deoxinucleotidele necesare sintezei (dATP, dGTP, dCTP, dTTP), ioni de magneziu, un sistem multienzimatic (ADN primaza , ligaza, polimeraza)

• Etape:initierea, elongatia, terminarea

Page 13: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

REPLICAREA LA EUCARIOTE

Initierea replicarii incepe prin desfacerea legaturilor de hidrogen dintre nucleotidele de pe cele doua catene ale ADN-ului mama (helicaze)

• Astfel pe catenele eliberate se poate construi o noua catena de ADN cu ajutorul moleculelor de ARN numite primeri sau initiatori (5-10 nucleotide).

• Despiralarea are loc pe portiuni limitate – repliconi -proces numit copiere semiconservativa

Elongatia-formarea mai multor repliconi si fuziunea lor• Procesul are loc simultan, in mai multe regiuni• Cresterea catenei noi are loc continuu pe directia 5’-3’• Pe a doua catena veche, sinteza are loc discontinuu pe directia

5’-3’

Page 14: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

REPLICAREA LA EUCARIOTE

• Astfel se vor forma mai multe fragmente mici de ADN numite fragmente Okazaki. Fragmentele Okazaki au o lungime de cateva sute de nucleotide.

Terminarea - unirea fragmentelor nou sintetizate

• pe fiecare catena a ADN-ului mama se construieste cate o catena noua rezultand 2 molecule polideoxinucleotidice

Intregul mecanism este extrem de fidel astfel incat erori nu apar

decat cu o frecventa de una la un milion –zece miloane de

nucleotide. ADN polimeraza are o extraordinara capacitate de

autocontrol astfel incat daca o nucleotida nu este pusa conform

principiului complementaritatii aceasta este imediat eliminata si

inlocuita cu nucleotidul corespunzator

Page 15: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

REPLICAREA LA EUCARIOTE

Page 16: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

REPLICAREA LA EUCARIOTE

• Diferite situatii (radiatii puternice, toxice, etc.) pot provoca mutatii in timpul replicarii. De exemplu radiatiile ultraviolete pot genera formarea dimerilor intre 2 nucleotide pirimidinice (exemplu timina-timina). Molecula de ADN poate fi sintetizata folosindu-se ca matrita o molecula de ARN(cazul anumitor virusuri ARN). Acestia prezinta o enzima speciala numita revers transcriptaza care are capacitatea de a copia informatia de pe ARN-ul virusului care a patruns in celula pe o molecula de ADN. Celula astfel parazitata va fabrica “inconstient” proteine si ARN, acesta fiind modul de inmultire a unui virus. (virusul HIV care infecteaza in special limfocitele T helper poate fi partial inhibat cu medicamente care blocheaza revers transcriptaza).

• Baze azotate modificate artificial pot inhiba replicarea normala a AND-ului. Unele dintre acestea pot fi folosite ca medicamente antivirale sau citostatice (ex. : 5-fluorouracil, 5-bromouracil etc.)

Page 17: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

TRANSCRIPTIA ARN

• Reprezinta un proces absolut necesar de transfer a informatiei genetice de pe ADN (o portiune a ADN-ului numita gena) pe ARN-ul mesager. Acesta este modalitatea de transport a informatiei care se gaseste in nucleu, la ribozomii din citoplasma, in vederea sintezei proteinelor.

• Transcriptia reprezinta sinteza ARN-ului mesager. Structura acestuia este dictata de matrita ADN-ului copiat (gena). Aceasta matrita sau portiune de ADN numita gena se poate afla pe oricare dintre cele 2 catene ale ADN-ului si este transcrisa in functie de necesitatile proteice ale fiecarei celule.

• Mesajul continut in ADN este transferat moleculelor ARNm, care va copia complementar informatia.

Page 18: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

TRANSCRIPTIA ARN

• Initierea -transcrierea informatiei pe ARN necesita la inceput un semnal de initiere. ARN-polimeraza se fixeaza pe o portiune a ADN-ului numita promotor. Acest locus promotor este constituit din aproximativ 40 de perechi de nucleotide specifice inceputului fiecarei gene.

• Elongarea - ARN-polimeraza va incepe elongarea moleculei de ARN folosind ribonucleotide care se ordoneaza conform matritei ADN-ului care se copiaza.

• Terminarea - se face cand ARN-polimeraza ajunge la capatul genei. Cu ajutorul factorului aceste semnale sunt recunoscute, enzima paraseste gena matrita si poate sa isi reia functionarea in alta parte .

Page 19: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

TRANSCRIPTIA ARN

Page 20: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

TRANSCRIPTIA ARN

• Exista diferite substante care pot bloca transcrierea. Exemple: actinomicina modifica structura ADN-ului matrita si acesta nu mai poate fi copiat; rifampicina, chimioterapic folosit in tratarea TBC-ului si activ pe un spectru larg microbian inhiba ARN-polimeraza bacteriana.

• Un exemplu clasic de inhibitie a transcrierii este mecanismul de blocare a ARN polimerazei II de catre amanitina. Aceasta molecula toxica este un octapeptid ciclic produs de Amanita phalloides (buretele viperei) – cea mai toxica ciuperca din aceasta zona geografica. Astfel, o singura ciuperca matura poate sa omoare doi oameni.

Page 21: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

TRANSLATIA(BIOSINTEZA PROTEINELOR)

Implica transferul informatiei din secventa codonilorcomplementari de pe ARNm la un sistem de ribozomi ARNr, care poate sintetiza polipeptide cu anumite secvente de aminoacizi, transportati intr-o forma activata de ARNt.

Fiecare acid ribonucleic are functii specifice:

• ARN-ul ribozomal intra in structura ribozomului care reprezinta “fabrica” de proteine.

• ARN-ul de transfer este molecula care transporta fiecare din cei 20 de aminoacizi la locul de sinteza.

• ARN-ul mesager detine informatia constructiei corecte a proteinei.

Page 22: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

CODONI - ANTICODONI• La nivelul ADN-ului, exceptand portiunile care nu codifica

nici o informatie si sunt doar zone polinucleotidice repetitive sau moderat repetitive, informatia pentru fiecare proteina este organizata in gene.

• Gena reprezinta un grup mai mare sau mai mic de nucleotide purtatoare de informatie.

• In cadrul unei gene, nucleotidele grupate cate trei codon• Fiecare codon codifica un aminoacid.• Fiecare gena codifica o proteina. • ARN-ul mesager copiaza toti codonii unei gene transportand

in acest fel informatia pentru fiecare aminoacid.• La nivelul ribozomului fiecare codon se potriveste cu

anticodonul complementar de pe ARNt si aceasta este modalitatea prin care aminoaciziii sunt adusi in ordine, uniti prin legaturi peptidice si transformati in proteine.

Page 23: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

ETAPELE BIOSINTEZEI PROTEINELOR

1.Activarea aminoacizilor (formarea complexului aminoacid-ARN-transport).2.Initierea lantului polipeptidic - incepe prin legarea ARN-ului mesager de ribozom;- legarea primului aminoacid adus de ARN-ul de transfer specific si

pozitionat in situsul ribozomal in dreptul codonului corespunzator prin potrivirea codon-anticodon(anticodonul ARN-ului de transfer se potriveste numai cu codonul initiator al ARN-ului mesager).

3.Elongarea lantului polipeptidic - adaugarea succesiva a aminoacizilor necesari sintezei. Fiecare dintre acestia

este adus de ARN-ul sau de transfer specific si pozitionat corect prin potrivirea codon-anticodon intre ARN-ul mesager si ARN-ul de transfer;

- Procesul continua in aceeasi maniera pana la elongarea completa a proteinei. 4.Terminarea lantului polipeptidic - pe ARN-ul mesager ce trece prin ribozom apare un codon care nu codifica

nici un aminoacid. Acesta se mai numeste codon stop sau nonsens si nu exista un ARN de transfer cu anticodonul corespunzator;

- polipeptidul sintetizat se desface de ARNt, acest ultim ARNt este eliberat din ribozom si ribozomul se desface din nou in cele doua subunitati fiind pregatit pentru o noua sinteza.

Page 24: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

BIOSINTEZA PROTEINELOR

Page 25: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

BIOSINTEZA PROTEINELOR

Page 26: ACIZI NUCLEICI – STRUCTURA SI FUNCTII

INHIBITORI AI SINTEZEI PROTEICE

• Sunt in general antibiotice, compusi care pot astfel sa blocheze activitatea celulara la procariote: Mitomicina; Acid nalidixic; Rifampicina; Actinomicina; Streptomicina; Cloramfenicol; Tetraciclina; Eritromicina; Azitromicina; Puromicina

• Exemple de substante care interfera cu sinteza proteica in celulele eucariote - toxinele proteice produse de bacterii (exotoxine termolabile): Toxina Difterica (C. Diphtheriae);Toxina A (Bacilul pioceanic); Toxina Shiga (S. dysenteriae)