CURS 1 GENETICA

ACIZII NUCLEICI

Aicizii nucleici sunt substante macromoleculare complexe formate prin polimerizarea unor monomeri denumiti nucleotide.Daca la polimerizare participa mai putin de 10 nucleotide rezulta lanturi oligonucleotidice , iar daca la polimerizare participa mai mult 10 monomeri rezulta lanturi polinucleotidice care sunt acizii nucleici. Initial acizii nucleici au fost denumiti dupa natura materialului din care au fost extrasi in :acizi timonucleici extrasi din timus , acizi zimonucleici extrasi din drojdie. Dupa descifrarea structurii acestor acizi s-a observat ca acizii timonucleici prezentau drept componenta glucidica dezoxiriboza si astfel au fost redenumiti in acizi dezoxiribonucleici( ADN). Similar acizii de origine vegetala : cei zimonucleici au drept componenta glucidica riboza, motiv pentru care au fost redenumiti in acizi ribonucleici (ARN).

Nucleotidul este alc din 3 com. de baza :

-baza azotata

-comp. glucidica

-radicalul fosfat

Bazele azotate sunt subt. organice alcatuite din cicluri in care sunt regrupati atomi de carbon si de azot. Exista 2 tipuri de baze azotate : baze azotate purinice si primidinice.

-bazele azotate purinice prezinta 5 atomi de C si 4 atomi de N grupati in 2 cicluri.Acestea sunt adenina (A) si guanina (G). Ambele sunt prezente atat in ADN cat si in ARN.

-baze azotate pirimidinice –prezinta un ciclu alcatuit din 4 atomi de C si 2 atomi de N. Acestea sunt : citozina (C), timina (T) si uracilul (U).Citozina si timina sunt prezente in ADN. Citozina si uracilul sunt prezente in ARN.

Bazele azotate prezinta proprietatea de TAUTOMERIE care consta in fenomenul prin care substante organice izomere trec usor dintr-o stare in alta , modificarea constand in schimbarea pozitiei unei duble legaturi si a unui atom, de regula hidrogenul. Exemplu : citozina poate prezenta 2 forme reversibile : f. amino care trece reversibil in forma timino. S-a obs ca formele amino si lactam sunt mai stabile .

Comp. glucidica este o pentoza cu forma furanozica ( 5 atomi de C) care au ca si caracteristica notarea lor cu specificarea pprim ( ‘). Deosebirea intre riboza si dezoxiriboza consta in faptul ca riboza prezinta la carbonul 2 prim gruparea OH, iar la dezoxiriboza aceasta grupare este absenta.

1

Radicalul fosfat este cel care asigura legatura intre 2 pentoze succesive.

Cele 2 etape in formarea unui nucleotid :

-la formare baza azotata se ataseaza de pentoza si formeaza o structura denumita nucleozid.

-iar ulterior la structura de nucleozid se ataseaza gruparea fosfat rezultand astfel structura de nucleotid.

Structura de nucleozid se realizeaza prin legaturi azot glucidice stabilite pentru bazele purinice intre azotul 9 al bazei si carbonul 1 prim al pentozei, iar pentru bazele pirimidinice intre azotul 1 al bazei si carbonul 1 prim al pentozei.

Formarea nucleotidului (atasarea gruparii fosfat de nucleozid ). Aceasta se realizeaza la nivelul carbonului 5 prim al pentozei .S-a observat ca cele 2 reactii de formare ale unui nucleotid decurg cu pierderea a cate unei molecule de apa .

Nucleotidele pot fi mono-, di- sau tri- fosfat in functie de numarul gruparilor fosfat atasate la nucleozid.Cele monofosfat sunt prezente in structura acizilor. Cele di- si tri- fosfat se gasesc in stare libera.

Diferenta intre denumirrea de ARN si ADN este ca la ADN apare prefixul dezoxi .

Nucleotidele sunt unite prin intermediul radicalului fosfat care realizeaza legaturi fosfodiesterice . O legatura esterica se afla la nivelul carbonului 5 prim al unei pentoze si cealalta la nivelul carbonului 3 prim al pentozei invecinate. In urma polimerizarii monomerilor se formeaza o monocatena care va prezenta capatul 5 prim liber la care de obicei vine o grupare fosfat si se numeste ‘’capatul 5 ‘ P’’, iar la capatul opus al catenei exista capatul ‘’3’OH’’.

Conventional s-a stabilit intodeauna o monocatena de acid nucleic se citeste in directia 5’-3’ si se reprezinta notand initial capatul 5‘ apoi bazele azotate si in final in dreapta capatul 3’.

Codonul = unitatea structurala si functionala a codului genetic care are rolul prin aceste 3 nucleotide sa sintetizeze un aminoacid. Cei 20 de aa sunt codificati de 60 de codoni. Acelasi aa poate fi codificat de mai multi codoni.

Initial s-a crezut ca bazele azotate sunt asezate intr-o anumita ordine. Asta ar insemna ca o ordonare stricta a bazelor in monocatena de ADN are duce la existenta a 4 codoni care ar codifica maxim 4 aa. Deci, a fost un rationament gresit. Ulterior s-a demonstrat ca exista o aperiodicitate. Astfel au dispunere aleatorie si astfel .

Structura primara a ADN-ului – ia in considerare gradul de polimerizare si aperiodicitatea bazelor azotate.

[P-5dR-N]n

O monocatena prezinta 2 regiuni :

2

-o regiune constanta, continua care este scheletul sau axul fosfoglucidic reprezentat de pentoze , unele dintre ele prin legaturi fosfodiesterice de la carbonul 3’-5’.

-o regiune variabila reprezentata de bazele azotate intre care nu se stabileste niciun fel de legatura si care sunt dispuse perpendicular pe axul fosfoglucidic.

Pornind de la structura bicatenara a ADN-ului trecem la structura secundara a ADN-ului :in stare naturala adn-ul are structura bicatenara deoarece bazele azotate de pe monocatena de ADN se imperecheaza spontan si instantaneu cu baze azotate complementare rezultand o catena complementara precum imaginea intr-o oglinda .

In structura bicatenara cele 2 catene sunt complementare, codeterminate si antiparalele. Ele se infasoara plectonemic (una in jurul celeilalte) si ambele in jurul unui ax virtual prezentand o rasucire dextrogira (orientare spre dreapta). A doua catena se formeaza pe baza complementaritatii bazelor azotate. Legat de aceasta complementaritate exista regula : ‘’intotdeauna adenina se uneste cu timina prin 2 legaturi de hidrogen si guanina se uneste cu citozina prin 3 legaturi de hidrogen formand perechi de baze (prescurtat pb)’’.

Regulile lui Carga :

1)Suma bazelor purinice este egala cu suma bazelor pirimidinice A+T=T+C

2)Raportul dintre bazele complementare este unitar A/T=G/C=1

3)Raportul dintre suma adenina si timina si guanina cu citozina este diferit de 1

A+T diferit de 1 si G+Cdiferit de 1 .

In functie de conformatia spatiala au fost identificate 3 tipuri de ADN : ADN-ul de tip B,A si Z .

Forma B este forma clasica de ADN descoperit de Watson si Crick . Aceasta forma este prezenta in intreaga lume vie , este universala care corespunde functiiilor materialului genetic deoarece explica modul de stocare, de transmitere si de exprimare a informatiei ereditare.

Forma B : molecula de adn prezinta un diametru de 20 A ; pasul unei elice care corespunde distantei necesare unei rotatii complete de 360 de grade este de 34 A, iar numarul de perechi de baze pentru o spira este de 10 .

3

Forma A : similar ADN-ului B prezinta o orientare dextrogira ; prezinta un helix mai larg si prezinta 11 pb pe spira.

Forma Z :este singurul cu orientare levogira (spre stanga) si care prezinta 12 pb / spira .

S-a observat ca in configuratia spatiala a molecului de ADN existenta a doua santuri :

-un sant lateral mic , la nivelul caruia se ataseaza histonele in vederea compactarii molecului de ADN .

-un sant lataral mare, la nivelul careia se gasesc diferita molecule proteice reglatoare .

Informatia de pe ADN este copiata intr-un ARN premesager. ARN-ul premesager are structura discontinua. Acest ARN premesager sufera un proces in nucleu de maturare . Dupa ce se maturizeaza este capabil sa strabata nucleul si sa mearga la nivelul citoplasmei la nivelul ribozomilor in vederea sinteti aa in lantul polipeptidic.

ARN-ul de transport prezinta 2 situsuri majore :

-la un capat prezinta codonul

-la capatul opus prezinta anticodonul (deoarece recunoaste un alt codon pe baza de complementaritate a bazelor).

Tipuri de ARN :

-mesager 2-5 %. Informatia de pe ADN este transmisa initial in ARN premesager. Acesta in urma procsului de maturare devine ARN mesager matur care traverseaza nucleul si merge la ribozomi (locul sintezei proteic ) .

-ribozomal 80-85 %. Prezinta o structura monocatenara care alterneaza cu zone mici bicatenare obtinute prin rasucirea monocatenei. Are rol atat structural intrand in constitutia subunitatilor ribozomale cat si rol functional catalizand diverse reactii din biosinteza proteica.

-de transfer/transport pana la 10 %. Are o forma caracteristica de frunza de trifoi si prezinta 2 situsuri importante :

1)capatul reprezentat de codonul ACC la nivelul caruia se ataseaza aminoacidul

2) capatul opus reprezentat de anticodon care recunoaste un anumit codon pe baza complementaritatii bazelor din structura ARN-ului mesager .

4

5