Acizii Nucleici

Acizii Nucleici sunt molecule care stocheaza informatia genetica necesara cresterii si reproducerii celulare;Exista 2 tipuri de acizi nucleici:

-acid dezoxiribonucleic (ADN) -acid ribonucleic (ARN)

Sunt polimeri formati din lanturi lungi de monomeri numiti nucleotideUn nucleotid este alcătuit dintr-o baza azotata, o pentoza si un grup fosfat:

BAZELE AZOTATEBazele azotate din nucleotide sunt de 2 tipuri:

- purinice: adenina (A) şi guanina (G)- pirimidinice: citozina (C), timina (T) şi Uracilul (U)

Monozaharidele pentoziceSunt doua pentoze inrudite:

- ARN contine riboza- ADN contine dezoxiriboza

Monozaharidele au atomii de C numerotati cu prim pentru a-i diferentia de bazele azotate.

Nucleozide si NucleotideUn nucleozid este format dintr-o baza azotata legata printr-o punte glicozidica la atomul C1’al ribozei sau dezoxiribozeiNucleozidele se denumesc modificand finalul bazei azotate prin adaugarea sufixului –ozina pentru purine si –idina pentru pirimidineUn nucleotid este un nucleozid care formeaza un fosfoester cu grupul C5’ OH al ribozei sau dezoxiribozeiNucleotidele se denumesc folosind numele nucleozidului urmat de 5’-monofosfat

Numele Nucleozidelor si Nucleotidelor

AMP, ADP si ATPGrupurile fosfat suplimentare pot fi adaugate nucleozid 5’-monofosfatilor pentru a forma difosfati si trifosfatiATP este sursa de energie majora pentru activitatea celulara

Structura primara a acizilor nucleici

Structura primara a acizilor nucleici este data de secventa de nucleotide Nucleotidele din acizii nucleici sunt unite prin legaturi fosfodiestericeGruparea 3’-OH a unui monozaharid dintr-o nucleotida formeaza o legatura esterica cu grupul fosfat la nivelul carbonului 5’al monozaharidului din nucleotidul urmator

Citirea structurii primareUn polimer de acid nucleic prezinta o grupare 5’-fosfat libera la un capat si o grupare 3’-OH libera la celalalt capatSecventa este citita de la capatul 5’- terminal liber folosind literele utilizate in prescurtarea bazelorExemplul din imagine se citeste: 5’—A—C—G—T—3’

Exemple de structura primara a ARN-uluiIn ARN, A, C, G si U sunt legate prin punti esterice 3’-5’ intre riboza si fosfat

Exemple de structura primara a ADNIn ADN, A, C, G si T sunt legate prin punti esterice 3’-5’ intre dezoxiriboza si fosfat

Structura secundara: Dublul helix de ADNIn ADN exista 2 lanturi de nucleotide care se reunesc intr-un dublu helix

- catenele sunt orientate in directii opuse- bazele sunt aranjate pe baza complementaritatii formand perechi - perechile de baze sunt unite specific prin legaturi de hidrogen

Complementaritatea perechilor de baze este intre A-T si G-C- 2 legaturi de H se formeaza intre A si T- 3 legaturi de H intre G si C

Fiecare pereche consta intr-o purina si o pirimidina, pastrand cele doua lanturi la aceeasi distanta unul de celalalt. Perechile de baze in dublul helix de adn

Stocarea ADN -uluiIn celulele eucariote (animale, plante, fungi), ADN este stocat in nucleu, fiind separat de restul celulei printr-o membrana semipermeabila. Pe parcursul replicarii celulare ADN este organizat in cromozomi. Intre replicari, ADN este stocat intr-o minge compacta denumita cromatina inconjurata de proteine denumite histone formand nucleozomi

Replicarea ADNMitoza- procesul de diviziune al celulei eucariote

- celula se rupe in doua celule fiice identice - AND tb sa sufere procesul de replicare, prin urmare fiecare celula fiica are o

copie Replicarea ADN presupune mai multe etape:

- in prima etapa ADN este separat in doua lanturi- catena singura serveste drept matrita pentru sinteza noului lant cu

secventa complementara- bazele sunt adaugate pe masura ce se produc doua lanturi noi de ADN care

vor duplica ADN-ul original

Procesul se numeste replicare semi-conservativa deoarece un lant al fiecarui ADN fiica provine de la ADN parental, iar celalalt este nou. Energia necasara sintezei rezulta din hidroliza gruparilor fosfat, intre baze fiind prezente legaturile fosfodiesterice.Replicarea Semi-Conservativa a ADN-ului

DirectiA de ReplicareHelicaza desfasoara o parte (mai multe fragmente) a ADN parental. La nivelul fiecarei portiuni de ADN deschis, numita furculita de replicare, ADN polimeraza catalizeaza formarea puntilor esterice 5’-3’ale lantului conducator Componenta ramasa care creste in directia 3’-5’ este sintetizata in fragmente mici numite Okazaki Fragmentele Okazaki sunt unite de ADN ligaza rezultand un singur lant de ADN 3’-5’

ENZIME SI PROTEINE IMPLICATE IN REPLICAREA AND

ACIDUL RIBONUCLEIC (ARN)ARN este mult mai abundent decat ADNExista cateva diferente importante intre ARN si ADN:

- pentoza din ARN este riboza, in ADN dezoxiriboza- in ARN, uracilul inlocuieste timina (U formeaza pereche cu A)- ARN este monocatenar, in timp ce AND este dublu catenar- moleculele de ARN sunt mult mai mici decat cele de ADN

Exista trei tipuri majore de ARN:- ribozomal (rRNA), mesager (mRNA) si de transfer (tRNA)

Tipuri de ARN

ARN RIBOZOMAL SI ARN MESANGERRibozomii- locul sintezei proteice

- contin AND ribozomal (65%) si proteine (35%)- sunt formati din doua subunitati, mare si mica

ARN mesager “transporta” codul genetic spre ribozomi- lanturi de ARN complementare ADN-ului din gena proteinei ce urmeaza sa fie

sintetizata

ARN DE TRANSFER/transportARN de transfer transporta aminoacizii din citosol pe ribozomi in vederea biosintezei proteiceFiecare aminoacid este recunoscut si transportat de un ARNt specific ARNt are o structura tertiara ce apartine seriei L

- un capat se ataseaza aminoacidului, iar altul se ataseaza ARNm printr-o secventa de 3 baze complementare

SINTEZA PROTEICACele doua procese majore implicate in sinteza proteica sunt:

- formarea ARNm din ADN (transcriere)- translatia: conversia la proteine cu ajutorul ARNt la nivel ribozomal

Transcrierea are loc in nucleu, in timp ce traducerea in citoplasma Informatia genetica este transcrisa pentru a forma ARNm in timpul diviziunii celulare

TRANSCRIEREAEtape ale transcrierii:

- desrasucirea unui fragment de ADN- o catena de ADN este copiata incepand de la punctul de initiere ce prezinta

secventa TATAAA- sinteza de mRNA folosind bazele complementare cu uracilul (U) inlocuind

timina (T)- mARN nou format se deplaseaza din nucleu spre ribozomii din citoplasma

ARN POLIMERAZAIn timpul transcrierii, ARN polimeraza se deplaseaza de-a lungul catenei de ADN in directia 3’-5’ pentru a sintetiza mARN corespunzatormARN este eliberat la punctul terminal

PROCESAREA mARNGenele in AND-ul celulei eucariote contin exoni care codeaza proteine si introni care nu le codeazaDeoarece ARNm initial, numit pre-ARN, include intronii non-codanti, acesta trebuie sa fie procesat inainte de a fi citit de ARNt In timp ce mRNA este inca in nucleu, intronii sunt indepartati din pre-ARNExonii care raman sunt uniti pentru a forma mARN care paraseste nucleul cu informatia necesara sintezei proteiceINDEPARTAREA INTRONILOR DIN mRNA

REGLAREA TRANSCRIERIICand celula are nevoie de o anumita proteina este sintetizat un mARN specific Sinteza este reglata la nivelul transcriptiei prin:

- control feedback, produsul final marind sau incetinind sinteza mARN-ului - inductie enzimatica, cand un nivel crescut de reactant induce procesul de

transcriere oferind enzimele necesare pentru reactant Reglarea transcrierii la eucariote este complexa si nu vom insista aiciRegLAREA transcriptiei la procariote La procariote, transcriptia proteinelor este reglata de un operon care este o secventa de AND precedand secventa genica Operonul lactozei consta dintr-un situs de control si genele care produc mARN pentru enzimele lactozeiOperonul lactozei si represorul Cand nu este lactoza in celula, gena reglatorie produce un represor proteic care previne sinteza enzimelor lactozei

- represorul opreste sinteza ARNmOperonul lactozei si inductorulCand lactoza este prezenta in celula, o parte se combina cu represorul indepartand represorul din situsul de controlFara represor, ARN polimeraza catalizeaza sinteza enzimelor din genele operonului Nivelul de lactoza din celula induce sinteza enzimelor necesare metabolizarii sale

Codul geneticCodul genetic se gaseste in secventa de nucleotide a mARN care este transcris din ADN Un codon este un triplet de baze din mARN care codeaza un anume aminoacid Fiecare dintre cei 20 aa are nevoie pentru a construi o proteina de cel putin 2 codoni In plus, exista codoni care semnaleaza inceputul si sfarsitul unui lant polipeptidic Secventa de aa dintr-o proteina poate fi determinata prin citirea tripletelor din secventa de ADN care este complementara codonilor din mARN sau direct din secventa mARN-ului A fost determinata intreaga secventa de ADN a catorva organisme incluzand omul desi

- numai structura primara poate fi stabilita pe aceasta cale - fara structura tertiara sau functie proteica

Codonii MARN SI AMINOACIZII AsociatI

CITIREA CODULUI GENETIC Presupunem ca vrem sa determinam aminoacizii codati de urmatoarea secventa de mARN

5’—CCU —AGC—GGA—CUU—3’

Conform codului genetic, aminoacizii pentru acesti codoni sunt:

CCU = Prolina AGC = Serina GGA = Glicina CUU = Leucina

Secventa de mARN codeaza urmatoarul peptid: Pro—Ser—Gly—LeuTraducerea si activarea tarnDupa transcrierea ADN la mARN, codonii trebuie sa fie tradusi in secventa de aminoacizi a proteineiPrimul pas in traducere consta in activarea tRNAFiecarea tRNA are un triplet numit anticodon complementar codonului din mRNAO sintetaza foloseste hidroliza ATP pentru a atasa un aminoacid tARN-ului specific

Initierea si translocatia Initierea se produce cand un mARN se ataseaza unui ribozom Pe mRNA, codonul start (AUG) se leaga tRNA cu metionina Al doilea codon se ataseaza tRNA cu urmatorul aminoacidIntre cei doi aminoacizi adjacenti se formeaza o legatura peptidica Primul tRNA se detaseaza din ribozom , iar ribozomul se orienteaza spre codonul adjacent, proces denumit translocatie Al treilea codon poate acum sa se ataseze in locul in care al doilea codon a fost inaintea translocarii

TerminareaDupa sinteza intregului lant polipeptidic ribozomul ajunge la codonul stop: UGA, UAA, or UAGNu exista tRNA cu anticodon pentru codonii stop Astfel, sinteza proteinelor se termina Polipeptidul este eliberat din ribozom si proteina poate sa-si formeze structura 3-D

(unele proteine incep infasurarea in timp ce sunt sintetizate, iar altele nu incep acest proces pana cand nu sunt eliberate din ribozom