Els àcids nucleics. 1. Composició química

Els àcids nucleics

1. Composició química

· Els àcids nucleics són polímers formats per la unió denucleòtids. Els nucleòtids són les unitats més senzilles que es van repetint al llarg de la cadena.

· Cada una d’aquestes unitats està formada per:

- Àcid fosfòric(H₃PO₄). Es troba en els nucleòtids en forma d’ió fosfat. - Pentosa. Pot ser de dos tipus:ribosao2-desoxiribosa

1. Composició química

- Pentosa. Pot ser de dos tipus:

-Ribosa, que és la que es troba en els nucleòtids de l’àcid ribonuclèic (ARN). El seu nom procedeix del laboratori Rockefeller Institute of Biochemistry on es va identificar per primera vegada.

-2-Desoxirribosa, que forma part de l’àcid desoxirribonucleic (ADN). El seu nom fa referència a que falta un grup hidroxil (-OH) en el segon carboni

1. Composició química

Base nitrogenada. Segons la seva estructura trobam:

-Púriques: Deriven de la purina i presenten dos anells heterocíclics. Són: l’adenina (A) i la guanina (G)

-Pirimídiques: Deriven de la pirimidina i presenten un anell heterocíclic. Són: - la citosina (C)

- la timina (T), que és exclusiva de l’ADN - i l’uracil (U) que és exclusiu de l’ARN

1. Composició química

Base nitrogenada. Segons la seva estructura trobam:

-Pirimídiques: Deriven de la pirimidina i presenten un anell heterocíclic. Són: - la citosina (C)

- la timina (T), que és exclusiva de l’ADN - i l’uracil (U) que és exclusiu de l’ARN

1.2 Nucleòsids

· Els nucleòsids es formen per mitjà de la unió d'unaribosao d'unadesoxiribosa

amb unabase nitrogenada, mitjançant un enllaç N-glicosídic entre el carboni 1' de la pentosa i el nitrogen 9 si és una base púrica, o el nitrogen 1' de la base nitrogenada si aquesta és pirimidínica. (figura llibre)

1.2 Nucleòsids

· Els nucleòsids es formen per mitjà de la unió d'unaribosao d'unadesoxiribosa

amb unabase nitrogenada, mitjançant un enllaç N-glicosídic entre el carboni 1' de la pentosa i el nitrogen 9 si és una base púrica, o el nitrogen 1' de la base nitrogenada si aquesta és pirimidínica. (figura llibre)

· Els nucleòsids s'anomenen afegint la terminació -osina al nom de la base púrica,

o la terminació -idina per al cas de les bases pirimidíniques.

- Per això, els noms dels nucleòsids amb ribosa són adenosina, guanosina, citidina i

uridina.

- Si la pentosa és la desoxiribosa s'anteposa el prefix desoxi-. Així doncs, els noms

d'aquests nucleòsids són els següents: desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina-i desoxitimidina.

1.3 Nucleòtids

· Veure pàg 95

· Nucleòtids→àcid fosfòric + un nucleòsid

(enllaç éster fosfòric)

1.3 Nucleòtids

· Veure pàg 95

· Nucleòtids→àcid fosfòric + un nucleòsid

(enllaç éster fosfòric)

· Els nucleòtids s'anomenen afegint al nom nucleòsid el terme 5'-monofosfat. - Els nucleòtids de ARN són: L'adenosina-5'-monofosfat (AMP), el guanosina-5'-monofosfat (GMP), el citidina-5'-monofosfat (CMP) i l'uridina-5'-monofosfat (UMP)

- Els nucleòtids d'ADN són: el desoxiadenosina-5'-monofosfat (dAMP), el desoxiguanosina-5'-monofosfat (dGMP), el desoxicitidina 5`-monofosfat (dCMP) i el desoxitimidina-5' monofosfat (dTMP)

→A la pràctica es tendeix a utilitzar simplement la inicial de cada base nitrogenada (A, G, C, T i U) per referir-se a cada tipus de nucleòtid.

1.3 Nucleòtids

· Altres funcions dels nucleòtids:

A més de ser els monòmers que formen els àcids nucleics, als éssers vius hi ha nucleòtids lliures que desenvolupen diferents funcions:

-ATP: Molècula encarregada d'emmagatzemar i transportar energia dintre de les cèl·lules. Els enllaços entre els grups fosfats es poden hidrolitzar i així produir fosfat inorgànic i alliberar l'energia acumulada en aquests enllaços.

ATP + H2O ADP + Pi + H+ + e (7,3 kcal/mol) ADP + H2O AMP + Pi + H+ + e (7,3 kcal/mol) AMP + H2O adenosina + Pi + H+ + e (7,3 kcal/mol)

Aquestes reaccions són reversibles de manera que l‘energia alliberada durant el metabolisme cel·lular es port utilitzar per formar ATP a partir d'AMP i ADP.

1.3 Nucleòtids

· Altres funcions dels nucleòtids:

- GTP: Igual que l’ATP, es una molècula que pot emmagatzemar i ser donadora d’energia, encara que en menor mesura que l’ATP.

-AMPc:És un derivat del nucleòtid AMP. L'AMPc actua a l'interior de la cèl·lula com a missatger químic controlant la regulació del metabolisme cel·lular.

-Coenzimas:NAD+_{, NADP}+_{i FAD}+_{participen en les reaccions de reducció-oxidació,}

en l’intercanvi d’electrons i protons d’una reacció a una altra, per tal de produir energia

- Quan han acceptat H+ _{i e}-_{, passen a ser NADH, NADPH, FADH} 2(agents

reductors per donar e-₎

1.4. Cadenes d’àcids nucleics

· Els àcids nucleics són polinucleòtids.

· Els nucleòtids s'uneixen entre si per mitjà del radical fosfat situat al carboni 5' d'un nucleòtid, i del radical hidroxil (-OH) del carboni 3’ de l’altre nucleòtid. Per tant la unió és fa mitjançant enllaços fosfodiester.

· Segons el tipus de pentosa que tenen, es distingeixen dos tipus d’àcids nucleics:

2. L’àcid desoxirribonucleic (DNA)

- L'àcid desoxiribonucleic o ADN està format per una cadena de nucleòtids d'adenina, guanina, citosina i timina, units entre si per mitjà d'enllaços

fosfodiester formats en sentit 5' —> 3', és a dir, formats entre el carboni 3' del darrer nucleòtid de la cadena i el carboni 5' del nou nucleòtid que s'hi afegeix.

- El pes molecular d' aquests polímers és molt elevat: en el cas de l'home és de 3,6 X 1012_{, que equival a 5,6 X 10}9_{parells de nucleòtids.}

- Veure pàg. 97:

- El DNA es pot trobar a diversos llocs de la cèl·lula, distingint entre cèl·lules eucariotes, procariotes i virus

- El DNA presenta tres nivells estructurals: estructura primària, secundària i terciària.

2.2. Estructura secundària del DNA

· L'estructura secundària de l'ADN és la disposició en l’espai de dues cadenes de

polinucleòtids en doble hèlix, amb les bases nitrogenades enfrontades i unides amb ponts d'hidrogen.

· Aquesta estructura es va deduir a partir de les dades experimentals següents: -La densitat i viscositat de les dispersions aquoses de l'ADN eren superiors a les esperades. Es va suposar que es devien agrupar entre si per mitjà de ponts d’hidrogen (entre els grups –NH₂, -CO- i –NH- de les bases nitrogenades)

-Tots els ADN tenien tantes molècules d'adenina (A) com de timinà (T), i tantes de citosina (C) com de guanina (G). Per tant hi havia complementarietat de bases.

Això ho va observar Chargaff el 1950 i explicava que els ponts d’hidrogen

s’establien entreA i Ti, d’altra banda entreC i G.

Ateses les característiques s’aquestes molècules, entre A i T s’han d’establir dos ponts d’hidrogen (A=T), i entre C i G, tres ponts d’hidrogen (C G)

2.2. Estructura secundària del DNA

2.2. Estructura secundària del DNA

- L'àcid desoxiribonucleic té una estructura fibril·lar de 20 Å de diàmetre. Cada parell de nucleòtids està separat del parell següent per una distancia de 3,4 Å, i cada volta de la doble hèlix està formada per 10 parells de nucleòtids, això suposa una longitud de 34 Å per volta d’hèlix.

Aquestes conclusions es van elaborar a partir dels estudis de difracció de rajos X fets per Franklin i Wilkins entre el 1950 i el 1953

doble hèlix

doble hèlix

•

Descrit pels físics Watson i Crick,

l’any 1953

•

Doble hèlix: 2 nm de diámetre.

•

Bases nitrogenades orientades cap

a l’interior i en ángle de 90 graus.

•

Cadenes antiparal·leles i

complementàries

•

Enrrotllament:

– Dextrògir – Plectonímic

•

0’34 nm: distància entre nucleòtids.

•

3’4 nm: volta d’hèlix (¡10

nucleòtids, clar!)

•

Desnaturalització/Renaturalització

DESNATURALIZACIÓN ADN

•

ADN: molécula estable.

•

Pérdida de doble hélice:

– pH > 13 – Tª > 100 o_C – Por rotura de p de H

•

Tm: temperatura a la cuál el

50 % de ADN está

desnaturalzado.

– Depende de pares G-C

23

HIBRIDACIÓN

•

Unión de dos hebras de nucleótidos que originalmente no

estaban juntas

– ADN 1 – ADN 2 – ADN – ARN

•

Utilidades: parentesco evolutivo, diagnóstico,…

El eje de la doble hélice no pasa por el centro geométrico del par de bases. Esto determina que la hélice presente un surco ancho y un surco estrecho

Surco

ancho

Surco

estrecho

Modelo de Watson-Crick

_,

2.2. Estructura secundària del DNA

2.3. Estructura terciària del DNA

Les molècules d'ADN circular, com l'ADN bacterià o l'ADN mitocondrial, presenten una estructura terciària, que consisteix en el fet que la fibra de 20 A està retorçada sobre si mateixa i forma una espècie de superhèlix. Aquesta disposició s'anomena ADN

superenrotllat. En gran part, és degut a l'acció d'uns enzims anomenats

ADN-topoisomerases II.

Els superenrotllaments d'ADN proporcionen dos avantatges:

- Aconsegueixen reduir la longitud de l'ADN i, per tant, donen estabilitat a la molècula. - aciliten el procés de la duplicació de l'ADN.

2.4. Nivells d’empaquetament del DNA

L’ADN aconsegueix una condensació elevada gràcies als diferents nivells d’empaquetament que presenta i gràcies a les histones o protamines (espermatozoides).

Es diferencien diferents nivells d’empaquetament:

· 1er) La fibra de cromatina de 100 Å (collaret de perles/filament nucleosòmic/nucleofilament) · 2n) La fibra de cromatina de 300 Å (solenoide)

· 3r) Els dominis en forma de bucle · Nivells superiors d’empaquetament

2.5. Tipus de DNA

Les molècules d'ADN es poden classificar

A) Segonsl’estructura o nº de cadenes que formen:

- ADN monocatenari, d’un sol filament. És molt estrany, se n'ha trobat de forma lineal en els parvovirus i de forma circular en el virus X174

-ADN bicatenari, de dos filaments. B) Segons laforma:

- ADN circular, com passa als bacteris, en els mitocondris, en els cloroplasts i en algun virus

-ADN lineal, com el del nucli de les cèl.lules eucariotes i el d’alguns virus

2.5. Tipus de DNA

Les molècules d'ADN es poden classificar

C) Segons el tipus de molècules que serveixen per aempaquetar (reduir la longitud):

-L’ADN del nucli eucariota, va associat a histones.

-En el cas dels espermatozoides l’ADN va associat a protamines.

-L’ADN dels procariotes es troba associat a proteïnes semblants a les histones, a

ARN i a proteïnes no històniques.

-També s'han observat en els virus associacions amb proteïnes bàsiques

pròpies o amb histones de la cèl.lula parasitada.

D)Segons lalongitud:

Varia molt, per exemple l'ADN del virus del polioma mesura 1,7 μm mentre a l’ésser humà mesura 2,36 m

* Curiosament, la longitud de l'ADN no sempre té relació amb la complexitat de

l'organisme.

Pel que sembla, moltes espècies tenen molt més ADN que el necessari per codificar la seva estructura i fisiologia. Això ha donat lloc a nombroses hipòtesis sobre les funcions d'aquest ADN supernumerari.

2.5. Tipus de DNA

- També s'han observat en els virus associacions amb proteïnes bàsiques

pròpies o amb histones de la cèl.lula parasitada.

D)Segons lalongitud:

Varia molt, per exemple l'ADN del virus del polioma mesura 1,7 μm mentre a l’ésser humà mesura 2,36 m

* Curiosament, la longitud de l'ADN no sempre té relació amb la complexitat de

l'organisme.

Pel que sembla, moltes espècies tenen molt més ADN que el necessari per codificar la seva estructura i fisiologia. Això ha donat lloc a nombroses hipòtesis sobre les funcions d'aquest ADN supernumerari.

Funció del DNA

L’ADN és el portador de la informaciógenètica. És per tant la molècula que emmagatzema la informacióque es transmet de cèl.lula a cèl.lula, de generacióen generació.

Els processos implicats en la conversióde la informacióde l’ADN a la fabricacióde proteïnes són la transcripciói la traducció.

La via per a manifestar-se aquesta informacióes representa a la següent figura. (Es desenvoluparà en els temes del bloc de genètica)