ACIZII NUCLEICI

ACIZII NUCLEICI.

n natur acizi nucleici se afl liberi sub form de nucleoproteine cu variat distribuie n structurile acelulare i celulare (procariote i eucariote, la eucariote n nucleu i mitocondri). Se prezint sub dou forme: ADN (acizi dezoxiribonucleici) i ARN (acizi ribonucleici). Denumirele au n vedere componenta glucidic (dezoxiriboz) n cazul ADN i (riboz) n cazul ARN. Funcia biologic a acizilor nucleici const n pstrarea, replicarea, recombinarea i transmiterea informaiei genetice. Astfel spus acizi nucleici determin aspectul, forma, starea i funcia celulei. Exprimarea innformaiei genetice cuprins n molecula de ADN n secvene specifice de aminoacizi, deci n proteine, se realizeaz pe parcursul a dou procese; -transcrierea- const n rescrierea unei pri din mesajul genetic sub form de ARNm (mesager). Acesta preia din nucleu mesajul genetic cu privire la biosinteza unei anumite proteine i-l aduce n citoplasm, locul de sintez a proteinelor.; -traducerea- n cursul creia mesajul genetic, care se afl nscris ntr-o succesiune de triplete (grup de trei nucleotide) din ARNm este exprimat n secven de aminoacizi. Fiecruia dintre cei 20 de aminoacizi i corepunde o succesiune de trei nucleotide. n procesul de traducere mai este implicat nc o form de ARN numit de transfer. Acesta realizeaz transferul unui aminoacid la ARNm i formarea lanului polipeptidic. ADN are capacitatea de a se autocopia. n acest mod dintr-o molecul se obin dou molecule identice cu cea iniial.

Fluxul de informaie conform genetici moleculare poate fi reprezentat prin urmtoarea diagram:

ADN (replicare) (transcriere) ARMm (traducere) PROTEINE

Din punct de vedere chimic acizii nucleici sunt macromolecule (biopolimeri) obinute prin poli-condensarea unor uniti (meri) numite nucleotide.

Nucleotidul. Cele dou tipuri de acizi nucleici sunt constituii din uniti monomere, numite nucleotide, deci acizii nucleici sunt polinucleotide. Fiecare nucleotid conine trei componente chimice diferite: un fosfat anorganic (notat simbolic cu P), un monoglucid (notat simbolic cu S) i o baz azotat de natur purinic sau pirimidinic (notat simbolic cu NB). Unitile sunt legate ntre ele conform schemei:

NB NB NB

- P - S - P - S - P - S -

Nucleotidele nvecinate sunt legate una de alta prin intermediul unei legturi esterice ntre restul glucidic al unui nucleotid i gruparea fosfat a nucleotidului urmtor. Legtura care se realizeaz ( - S - P - S ) poart numele de legtur fosfodiesteric. Bazele azotate nu particip la formarea nici unei legturi covalente (dar prin legturi de hidrogen ntre bazele complementare intervin n realizarea structurii secundare). Sucesiunea bazelor azotate dealungul lanului glucide-fosfat determin structura unic i funcionarea individual (individualitatea moleculelor acizilor nucleici).

Riboza i dezoxiriboza. n acizii nucleici sunt coninute dou monoglucide care constituie o component esenial a lor. Acestea sunt: - D - riboz pentru ARN i - D - dezoxiriboz pentru ADN . Bazele azotate se leag la nivelul C1 , iar legtura fosfodiesteric se relizeazla nivelul C3 i C5.

Bazele azotate care deobicei se ntlnesc n acizi nucleici sunt purinice sau pirimidinice. De natur purinic sunt: adenina (A) i guanina (G), iar de natur pirimidinic: citozina (C), timina(T) i uracilul (U). Sunt structuri plane i prezint fenomenul de tautomerie (tip special de izomerie condiionat de migrarea unui proton i a unei duble legturi ntr-un sistem nesaturat. Transformarea poate fi reprezentat schematic n mdul urmtor: H - X - Y =Z X =Y - Z - H. Tautomeria este reversibil. n cazul acizilor nucleici tautomeria se realizeaz ntre forma ceto i enolic. Valabil pentru G,C,T,U, forma ceto este mai stabil i domin n cazul condiiilor fiziologice.

Acidul fosforic Monomerii sunt legai n lanul macromolecular prin intermediul acidului fosforic. Se formeaz legturi fosfodiesterice dup schema: pentoz din nucleozid (1) +acid fosforic+ pentoz din nucleozid (2) ( vezi formula)

PRECURSOTI STRUCTURALI.

Nucleozide. n compoziia lor intr o nucleobaz pirimidinic sau purinic i o pentoz (riboz sau dezoxiriboz). Legarea componentelor se face la N1 a bazelor pirimidinice sau la N3 la bazele purinice i hidroxilul glicozidic (semiacetal) de la C1 al ribozei sau dezoxiribozei. Deci ntre nucleobaze se realizeaz o legtur glicozidic.Unele nucleozide de sintez sau de extracie prezint activitate antitumoral sau bactericid.

Nucleotide. Nucleotidul se formeaz prin unirea unui nucleozid cu o grupare fosfat. Legtura este de tip estetric i la formarea ei particip atomul de carbon C-5 al pentozei. Forma pentozei face difereniere ntre cei doi acizi nucleici. n funcie de numrul de grupe fosfat (resturi de acid fos-foric) distingem nucleotid mono, di sau nucleotidtrifosfat. Toate aceste forme se ntlnesc n celule. Nomenclatura se bazeaz pe faptul c toate formele sunt esteri ai acidului fosforic (de ex. ATP-adenozintrifosforic).

Nucleotide ciclice. (vezi formula) Au o importan biologic foarte mare. Intervin n reglarea activitii enzimatice (mediatori secundari, activatori sau inhibitori). ATP-ul este un factor energetic important. Prin hidroliza lui se elibereaz o cantitate important de energie. Conine o legtura ma-croergic (legatura macroergic este acea legtur acre prin hidroliz eliberez o cantitate de enrgie de cel puin 6 kcal/mol).

STRUCTURA CHIMIC A ADN-ului.

Din punct de vedere structural acidul dezoxiribonucleic este un polimer format din dezoxiribo-nucleotide (dAMP, dGMP, dCMP, dTMP) unite prin legturi fosofdiesterice. Structura poate fi descris la mai multe nivele de organizare. Distingem structur primar, secundar, teriar, cuaternar.

Structura primar. Macromolecula de ADN se prezint ca un compus policondensat format din mononucleotide care conin d-riboz. Structura primar rezult din secvena unitilor monomere reprezentate prin cele patru baze azotate: adenin (A), guanin (G), timin (T), citozin (C) i n unele cazuri cu baze metilate. Schematic catena se prezint astfel (vezi figura). Gruparea fosfat dispune de un hidroxil nesterificat care n stare nativ poate fi protonat , ceea ce explic caracterul polianionic. Modul acesta specific i pentru ARN s-a stabilit prin hidroliz enzimatic utilizndu-se n acest scop diverse exo i endonucleaze (hidrolaze care scindeaz specific legturile din cadrul catenei). S-a constatat c suma bazelor aminate (A i C) este aproximativ egal cu suma bazelor hidroxilate (G i T). deasemenea s-a constata c nucleobazele purinice i pirimidinice din compo-ziia ADN-ului de la o anumit specie, n condiii normale, prezint un cuantum constant indepen-dent de factori ecologici i de vrst. n prezent se poate caracteriza ADN-ul de la diferite specii prin valoarea raportului (A+T)/(G+C), la om valoarea este de 1,5. Sucesiunea bazelor azotate se determin astzi prin secvenializare n laboratoare de biologie molecular.

Structura secundar Au fost coroborate mai multe date fizico-chimice. Analitic s-a confirmat:- exis-tena unei echivalene a cuantumului nucleobazelor A+T i G+C ;-echiovalena sumelor raiilor molare A+G=T+C i a raportului (A+G)/(C+T) 1. Informaiile despre conformaie au fost obinute prin difracie cu raze X.. Aceast metod a evideniat existena unei structuri spaiale, ordonate, re-petitive. Watson i Crick au fost primi care au emis ipoteza existenei unei structuri spaiale format dintr-o caten dublu helicoidal. Dublul helix de ADN este constituit din dou catene paralele de sens opus; scheletul pentozo-fosfat prezint legturi 3' 5' respectiv 5' 3' . Astfel dublu helix torsionat n jurul unei axe mediane (axa elicei) se definete prin antiparalelismul catenelor. Fiecare tur al helixului are lungimea de 3,4 nm i este format din 10 perechi de dezoxiribonucleotide, translaia este de 0,34 nm ( distana dintre perechile vecine). Catenele dublului helix realizeaz prin torsionare dou scizuri (anuri) inegale ca dimensiuni (anul mare i anul mic). n acest context se face remarca faptului c diferii copui care intr n interaciune cu acidul nucleic (ADN) se plaseaz pe unul sau altul din anuri. Catenele macromoleculare ale ADN-ului se asociaz ntre ele la nivelul nucleobazelor. Aceast asociere se face prin intermediul legturilor de hidrogen ntre bazele purinice i pirimidinice (A cu T prin dou legturi iar C cu G prin trei legturi) asigurndu-se complementaritatea catenelor. n modelul clasic (Watson -Crick) catenele prezint o torsiune spre dreapta realiznd un dublu helix coaxial dextrogir. Structura bicatenar a ADN-ului prezint o mare stabilitate fizico-chimic asigurat pe vertical de legturile fosfodiesterice intracatenare, iar pe orizontal de legturile de hidrogen intercatenare i de forele de nstivuire (stacking) ale perechilor de baze adiacente din cadrul dublului helix. Astfel ciclurile furanozice ale resturilor de dezoxiriboz i gruprile fosfodiesterice constituie 'scheletul extern' al dublei spirale iar bazele azotate orientate spre inerior i dispuse pe 'paliere' etajate consituie 'trepte interne' n lungul axei helixului.

Structura teriar. Aceast structur reprezint modul n care heteroduplexul de ADN se dispune n spaiu aranjndu-se n cromozomii procariotelor i eucariotelor. Macromoleculele prezint un aspect pliat. Plierea lanurilor confer macromoleculei forme compacte i dimensiuni reduse. La eucariote ADN-ul n proporie de 95% se afl n cromozomi. Se presupune c ar exista sub dou forme compacte. Structura cuaternar este prezentat n Biologia moecular. n stare nativ ADN-ul se poate prezenta sub variate forme. Aceast varietate depinde de starea energetic a macromo-leculei. Forele implicate sunt: electrostatice (modificri ale tautomeriei i concentraia cationilor), legturi de hidrogen, gruprile hidrofile i hidrofobe, nstivuire, fore van der Waals

.

STRUCTURA ARN.

Bazele azotate Conine urmtorele baze azotate: A,G,C i uracil (U). Proporia este diferit n func-ie de specie, organ i esut. Bazele complementare sunt G cu C, A cu U.

Structura primar. Legturile internucleotide se realizeaz prin legturi fosfodiesterice ntre C3' i C5' n lanul monocatenar.

Structura secundar.Exist unele perechi de baze complementare. La t-ARN structura secundar se prezint sub form de trefl. Structura este monocatenar cu posibilitatea de pliere i formarea unor regiuni bicatenare la care apar legturi de hidrogen dintre bazele complementare. ARN -ul are o ma-re heterogenitate structural. Celula vie conine urmtoarele tipuri de ARN: mesager, de transport i ribozomal. ARN-ul mesager este sintetizat n nucleu i are rol n transcripie i vehicularea informaiei i are o conformaie monocatenar liniar. ARN-ul de transfer transport moleculele de aminoacizi n cursul biosintezei proteinei i are o conformaie de trefl. ARN-ul ribosomal (coninut n ribosomi) este monocatenar, se poate modifica n funcie de diferitele constate de mediu, poate avea domenii liniare, elicoidale, retroplieri sau compacte.