MIHAELA SERBAN -Lectia nr.24- ACIZII NUCLEICI

0
501

In toate celulele exista doua tipuri de acizi nucleici:
-acid dezoxiribonucleic (ADN)
-acid ribonucleic (ARN)
Acizii nucleici sunt substante chimice macromoleculare alcatuite din unitati simple numite nucleotide (deci sunt polimeri de nucleotide)
O nucleotida este alcatuita din trei componente
-o baza azotata
-un zahar
-un radical fosforic
Bazele azotate sunt substante organice in care atomii de carbon si de azot sunt grupati in cicluri; ele sunt de doua tipuri, purinice si pirimidinice.
Bazele azotate purinice au doua cicluri condensate insumand 5 atomi de carbon si 4 atomi de azot, ele sunt urmatoarele:
-adenina (A)
-guanina (G)
Ambele baze azotate purinice sunt prezente atat in ADN cat si in ARN.
Bazele azotate pirimidinice au un singur ciclu cu 4 atomi de carbon si 2 atomi de azot, ele sunt urmatoarele:
-citozina (C); prezenta atat in ADN cat si in ARN
-timina (T); prezenta doar in ADN
-uracilul (U); prezent doar in ARN
Zaharul este un monozaharid cu 5 atomi de carbon (o pentoza).Este reprezentat de riboza (R) in ARN si de dezoxiriboza (D) in ADN.
Combinarea unei baze azotate purinice sau pirimidinice cu o pentoza (zahar) formeaza o nucleosida.Daca se ataseaza o grupare fosfat la zaharul unei nucleoside rezulta o nucleotida.
o baza azotata + un zahar = o nucleosida
o baza azotata + un zahar + un radical fosforic = o nucleotida
Radicalul fosforic (P) formeaza legaturi esterice cu pentozele.Legatura se stabileste intre al 5-lea atom de carbon al unei pentoze si al 3-lea atom de carbon al pentozei urmatoare, formand astfel lanturi (catene) polinucleotidice.
Legarea nucleotidelor intre ele cu formarea lanturilor polinucleotidice reprezinta structura primara a acizilor nucleici.

ADN, spirala vietii
ADN-ul este o substanta macromoleculara bicatenara formata din 2 catene polinucleotidice care se infasoara una in jurul celeilalte, in spirala, astfel incat se formeaza un dublu helix.
In macromolecula de ADN se deosebesc doua tipuri de structuri:
a)structura primara monocatenara: reprezentata de succesiunea de nucleotide dintr-o catena.
b)structura secundara bicatenara: reprezentata de structura bicatenara a ADN-ului.
1.Cele doua catene ale ADN-ului sunt antiparalele
Cele doua catene ale ADN-ului sunt antiparalele, ceea ce inseamna ca pe o catena legaturile dintre nucleotide sunt de tip 5′-3′ iar pe cealalta catena sunt invers, adica 3′-5′.
2.Cele doua catene ale ADN-ului sunt complementare
Cele doua catene ale ADN-ului sunt complementare, ceea ce inseamna ca o nucleotida, de pe o catena, ce contine o baza azotata purinica se va lega intotdeauna de o nucleotida de pe cealalta catena care contine o baza azotata pirimidinica, si invers.
Prin urmare in macromolecula de ADN exista 4 tipuri de legaturi: A-T, T-A, G-C si C-G.
Adenina si timina sunt baze complementare.
Guanina si citozina sunt baze complementare.
Structura bicatenara a ADN-ului se realizeaza cu ajutorul unor punti de hidrogen care se stabilesc intre bazele complementare si care sunt duble intre timina si adenina, si triple intre guanina si citozina.
Structura bicatenara a ADN-ului prezinta de regula o mare stabilitate fizica asigurata astfel:
-pe verticala de legaturile fosfodiesterice intracatenare
-pe orizontala de legaturile de hidrogen intercatenare

Denaturarea si renaturarea ADN-ului
Datorita structurii bicatenare macromoleculare de ADN poate suferii fenomene de denaturare-renaturare si replicare.
Prin incalzirea unei solutii in care se afla ADN cele doua catene se desfac si ADN-ul devine monocatenar.
Daca are loc o racire brusca a solutiei respective, puntile de hidrogen dintre cele doua catene nu se mai refac si ADN-ul ramane monocatenar.Acest ADN monocatenar se numeste ADN denaturat.
Daca are loc o racire treptata a solutiei respective puntile de hidrogen dintre cele doua catene se refac si ADN-ul redevine bicatenar.Acest ADN bicatenar se numeste ADN renaturat.
1.Denaturarea reprezinta capacitatea catenelor de ADN de a se separa atunci cand solutia de ADN este incalzita pana la 100 grade Celsius.
2.Renaturarea reprezinta capacitatea catenelor de ADN de a reface structura bicatenara atunci cand solutia de ADN monocatenar este racita treptat.
Amestecand monocatene de ADN de la specii diferite se formeaza prin renaturare partiala hibrizi moleculari.Procedeul este folosit de oamenii de stiinta in studiul relatiilor de inrudire dintre specii.Cu cat speciile sunt mai inrudite cu atat renaturarea se face mai repede si intr-o proportie mai mare.De exemplu: procentul de renaturare intre monocatenele ADN de la om si de la maimuta este de 75% pe cand procentul de renaturare intre monocatenele de ADN de la om si de la soarece este de 25%.

Replicarea ADN-ului
In celulele fiecarei specii exista o anumita cantitate de ADN in care se afla codificata informatia genetica.Pentru realizarea diviziunii celulare este necesara dublarea cantitatii de ADN astfel incat celulele fiice sa aive aceeasi cantitate de ADN ca si celula mama.Dublarea cantitatii de ADN se realizeaza prin replicare si are loc in interfaza ciclului celular.
Cele doua catene ale macromoleculei de ADN se separa treptat incepand dintr-un punct numit punct de initiere al replicarii si continuand progresiv catre un punct terminus.Astfel, in prim proces de replicare molecula de ADN capata forma literei Y.
Legaturile de hidrogen dintre cele doua catene se desfac treptat sub actiunea enzimei ADN polimeraza.Pe masura ce catenele se despart, nucleotidele libere din citoplasma se ataseaza la acestea pe baza de complementaritate.In acest fel vor rezulta doua molecule fiice de ADN, fiecare avand o catena veche care a servit ca matrita (model) si o catena nou sintetizata.
Sinteza de ADN se numeste replicare (replicatie) si se realizeaza dupa modelul semiconservativ; deoarece fiecare molecula de ADN fiica mosteneste doar una din cele doua catene ale moleculei de ADN mama.

Structura si tipurile de ARN
ARN este o substanta macromoleculara avand o structura primara monocatenara formata de regula dintr-un singur lant polinucleotidic.
Nucleotidele de ARN (ribonucleotide) au in locul timinei uracil si in locul dezoxiribozei, riboza.
Moleculele de ARN nu pot avea dimensiuni foarte mari, deoarece cu cat creste numarul de nucleotide (peste cateva mii) cu atat scade si stabilitatea moleculei.
Sinteza de ARN se numeste transcriptie si se realizeaza pe baza complementaritatii bazelor azotate.
Cele doua catene ale macromoleculei de ADN se despart pe intervalul ce urmeaza a fi transcris (copiat), numai ca de aceasta data va actiona enzima ARN polimeraza.Se va transcrie (se va copia) numai una din cele doua catene ale macromoleculei de ADN.Catena de ADN care serveste ca matrita (model) pentru sintea ARN-ului se numeste catena sens.
La catena sens se vor atasa pe baza de complementaritate ribonucleotide libere din citoplasma.Se va obtine un hibrid ADN-ARN instabil, deoarece perechiile de baze uracil-adenina sunt cele mai slabe din toate imperecherile de baze.Ca urmare ARN-ul se disociaza usor de matrita ADN, iar ADN-ul se reasociaza automat refacandu-si structura bicatenara.
Exista doua clase de ARN:
I.ARN viral
ARN-ul viral este materialul genetic al ribovirusurilor.Ribovirusuri sunt: unii bacteriofagi, unele virusuri vegetale (virusul mozaicul tutunului) si unele virusuri animale (virusul gripal, virusul turbarii, HIV).
ARN-ul viral este materialul genetic si la viroizi.Viroizii sunt agenti infectiosi care produc boli la plante si animale.Ei au o molecula mica de ARN lipsita de capsida virala (invelis proteic), care este caracteristica virusurilor.
II.ARN celular
ARN-ul celular este implicat in sinteza proteinelor; este de trei tipuri: ARN mesager (ARNm), ARN de transfer/de transport (ARNt) si ARN ribozomal (ARNr).
1.ARN mesager
ARNm copiaza informatia genetica a unei catene de ADN si o duce la nivelul ribozomilor, unde are loc sinteza proteinelor. Fenomenul de copiere se numeste transcriptie (transcriere) si are loc in nucleu.
ARNm este monocatenar si are o lungime variabila in functie de marimea moleculelor proteice care vor fi sintetizate.
2.ARN de transfer
ARNt transporta aminoacizii la locul sintezei proteice (la ribozomi).Molecula sa este formata din 70-90 nucleotide.Este monocatenar cu portiuni bicatenare, care ii dau aspectul unei frunze de trifoi.
Are doi poli functionali:
-un pol unde se ataseaza un aminoacid
-un pol care contine o secventa de 3 nucleotide; care recunoaste o anumita secventa de ARNm unde se ataseaza pe baza de complementaritate.
3.ARN ribozomal
Intra in alcatuirea ribozomilor si are rol in sinteza proteinelor.
Un ribozom este format din doua subunitati inegale care vor recunoaste si vor atasa intre ele nucleotidele de recunoastere de la inceputul moleculei de ARNm.

Functiile ADN-ului
ADN-ul are doua functii:
-functia autocatalitica (reprezentata de replicatia ADN-ului)
-functia heterocatalitica (reprezentata de sinteza proteinelor)
Conform dogmei centrale a geneticii, informatia genetica se reproduce prin replicatie si este decodificata, adica transformata intr-o proteina specifica, prin transcriptie si translatie

1.Functia autocatalitica
Consta in capacitatea moleculelor de ADN de a se autoreproduce cu mare fidelitate dupa modelul semiconservativ (replicarea ADN-ului)
2.Functia heterocatalitica
Consta in faptul ca ADN-ul are capacitatea de a determina sinteze specifice de proteine cu o anumita secventa de aminoacizi.
Proteinele sunt macromolecule formate prin inlantuirea intr-o anumita ordine a celor 20 de aminoacizi.
Informatia necesara sintezei proteinelor este depozitata in moleculele de ADN.
Legatura dintre succesiunea nucleotidelor in ADN si succesiunea aminoacizilor in molecula proteica se realizeaza cu ajutorul codului genetic.
Codul genetic este un sistem biochimic prin care se stabileste relatia dintre acizii nucleici si proteine.
Codul genetic consta in corespondenta dintre fiecare aminoacid si o succesiune de 3 nucleotide numita codon.
Codonul este alcatuit dintr-o succesiune de 3 nucleotide din ADN care determina pozitia unui aminoacid in molecula proteica sau sfarsitul sintezei proteice.
Codul genetic este alcatuit din 64 de codoni.Cifra 64 reprezinta totalitatea combinatiilor posibile a celor 4 tipuri de nucleotide luate cate 3 (4³=64).
Dintre cei 64 de codoni ai codului genetic:
-61 codifica diferiti aminoacizi si se numesc codoni sens
-3 codoni nu codifica aminoacizi ci marcheaza sfarsitul mesajului genetic, si se numesc codoni nonsens sau stop (UAA,UAG si UGA)
-2 codoni (AUG si GUG) din cei 61 de codoni sens, codifica aminoacizi (metionina si valina) si au semnificatia de inceput de sinteza; acesti codoni se numesc codoni start
Codul genetic are urmatoarele caracteristici: este nesuprapus, este degenerat (reduntant), este fara virgule si este universal.
1.Este nesuprapus
Codul genetic este nesuprapus, ceea ce inseamna ca doi codoni vecini nu au nucleotide in comun.
2.Este degenerat (reduntant)
Codul genetic este degenerat, ceea ce inseamna ca mai multi codoni codifica acelasi aminoacid.Acest lucru se intimpla deoarece sunt 64 de codoni si doar 20 de aminoacizi.Codonii care codifica acelasi aminoacid se numesc codoni sinonimi; de exemplu. aminoacidul serina este codificat de 6 codoni sinonimi.
3.Este fara virgule
Codul genetic este fara virgule, ceea ce inseamna ca intre doi codoni vecini nu exista nucleotide in plus, citirea informatiei genetice realizandu-se continuu.
4.Este universal
Codul genetic este universal, ceea ce inseamna ca in toata lumea vie aceeasi codoni codifica acelasi aminoacid.
Exista si exceptii de la universalitatea codului genetic, datorate probabil unor mutatii.Astfel, codonul UGA este un codon stop in nucleu, dar in mitocondrii codifica aminoacidul triptofan.Codonul AUA codifica aminoacidul izoleucina in nucleu, dar in mitocondrii codifica aminoacidul metionina.

Etapele sintezei proteice
Pe baza codului genetic are loc sinteza proteinelor in doua etape:
-transcriptia (transcrierea)
-translatia (traducere)

1.Transcriptia

Transcriptia este prima etapa a sintezei proteice si consta in copierea informatiei genetice dintr-o catena de ADN in ARNm cu ajutorul enzimei ARN polimeraza.
ARNm copiaza informatia genetica a unei singure catene din macromolecula de ADN.
Gena este un segment de ADN sau ARN care contine informatia necesara sintezei unei proteine.
La procariote se copiaza informatia genetica a unei singure catene din macromolecula de ADN.La procariote se copiaza informatia genetica a mai multor gene succesive.Gena procariotelor are o structura continua continand numai secvente informationale numite exoni si sintetizeaza direct ARNm-ul care participa la procesul de translatie.
La eucariote se copiaza informatia genetica a unei singure gene.Gena eucariotelor are o structura discontinua, continand atat secvente informationale numite exoni cat si secvente non-informationale numite introni.
Intronii vor fi eliminati prin transcriptie.
Transcriptia la eucariote are loc in nucleu si se realizeaza in doua etape:
1.Formarea ARNm-ului precursor, prin copierea unei catene de ADN cu ajutorul enzimei ARN polimeraza.
2.Formarea ARNm-ului matur, prin eliminarea intronilor si asamblarea exonilor cu ajutorul enzimei ligaza.
ARNm precursor= exoni+introni
ARNm maturi= exoni
ARNm matur trece din nucleu in citoplasma unde participa la procesul de translatie.

2.Translatia
Translatia, a doua etapa a sintezei proteice, este procesul de traducere a informatiei genetice in urma careia o secventa de nucleotide din ARNm este transformata intr-o secventa de aminoacizi in molecula proteica.
ARNm se cupleaza  cu ribozomii din citoplasma formand poliribozomi.
Translatia se realizeaza in trei etape:
-initierea sintezei proteice
-formarea si elongarea catenei proteice
-terminarea sintezei proteice
a)Initierea sintezei proteice
Presupune formarea secventei de initiere si pregatirea aminoacizilor pentru sinteza.
ARNm recunoaste locul sintezei proteice datorita primelor sale nucleotide care formeaza o secventa de initiere.Ea atrage cele doua subunitati ale ribozomului care se cupleaza prinzand intre ele capatul moleculei de ARNm.
La eucariote ARNm incepe cu codonul AUG, care va corespunde aminoacidului metionina.Deci primul aminoacid al moleculei proteice va fi metionina, care ulterior poate fi inlaturata.Intre timp, in citoplasma aminoacizii sunt pregatiti pentru sinteza in doua faze:
1.In prima faza aminoacizii sunt activati, prin reactia cu molecula de ATP donatoare de energie, sub influenta enzimelor aminoacil-sintetaze.
2.In a doua faza are loc atasarea aminoacidului activat de un ARNt specific, sub actiunea enzimelor aminoacil-sintetaze.
b)Formarea si elongarea catenei proteice
Presupune trecerea ARNm-ului printre subunitatile ribozomului.
Intr-un ribozom este loc pentru doi codoni ai ARNm-ului.Ribozomul se deplaseaza in directia 5′-3′, adica in sensul de citire a informatiei genetice.
In aceasta etapa are loc formarea legaturilor peptidice intre aminoacizi, sub influenta enzimelor peptid-polimeraze.
Pe masura ce ARNm-ul se deplaseaza printre subunitatile ribozomului, informatia genetica este tradusa din „limbajul polinucleotidic” in „limbajul polipeptidic”, si lantul de aminoacizi se lungeste prin formarea de legaturi peptidice intre aminoacizi.
c)Terminarea sintezei proteice
Deplasarea moleculei de ARNm continua pana la codonul cu semnificatia de stop, care indica sfarsitul sintezei proteice.
Catena polipeptidica (lantul de aminoacizi) este eliberata din ribozomi, iar ribozomul este disociat in subunitatile sale.
Aceeasi molecula de ARNm trece succesiv prin mai multi ribozomi si pe baza ei se formeaza mai multe exemplare din molecula proteica respectiva.
Producerea unui numar exagerat de exemplare este prevenita prin distrugerea ARNm-ului utilizat.
Dupa ce molecula de ARNm a iesit dintr-un ribozom, cele doua subunitati ale sale se despart si se vor reuni in jurul secventei de initiere al altei molecule de ARNm.
Celelalte molecule de ARN celular (ARNt si ARNr) sunt reciclate si participa la numeroase runde de traducere a mesajului genetic.

LĂSAȚI UN MESAJ