UNITAT 5Els àcids nucleics

1. COMPOSICIÓ QUÍMICA• Són biomolècules molt

complexes formades per C, H, O, P i N

• Es troben a tots els organismes.

• Tenen la informació genètica amb la capacitat de transcriure-la, traduir-la i transmetre-la a altres generacions.

• N’hi ha dos tipus:* ADN: àcids desoxiribonucleics* ARN: àcids ribonucleics

ADN

ARNt

L’estructura és universal. Són polímers de nucleòtids

Els nucleòtids estan formats per tres tipus diferents de molècules:a) Una pentosa: la β -D-Ribosa o la β -D-Desoxiribosa

b) Bases nitrogenades: molècules cícliques amb nitrogen. Poden ser de dos tipus:* Derivats de la purina (dos anells): A (adenina) i G (guanina)* Derivats de la pirimidina (un anell): C (citosina), T (timina) i U (uracil)

c) L’àcid fosfòric: H3PO4

• Nucleòsid: unió entre una base nitrogenada i una pentosa mitjançant un enllaç N-glucosídic (NH de la base amb OH de la pentosa). Dos tipus:* Ribonucleòsid (si la pentosa és la ribosa): U (uridina), C (citidina), A (adenosina), G (guanosina)* Desoxiribonucleòsid (si la pentosa és la desoxiribosa): A (adenosina), G (guanosina), T (timidina) i C (citidina)

Nucleòtid: unió d’un nucleòsid i l’àcid fosfòric mitjançant un enllaç èster fosfòric.

+ H2O

Nucleòtids d’ADN

• Com els nucleòtids poden estar associats a 1, 2 o 3 àcids fosfòrics cal indicar-ho en el nom. Així hi podem trobar:* AMP, ADP i ATP* CMP, CDP i CTP* TMP* GMP, GDP i GTP* UMP, UDP i UTP

Àcids nucleics: són polímers de nucleòtids (polinucleòtids) que s’uneixen formant llargues cadenes gràcies a enllaços fosfoèsterics entre el carboni (-OH) 3’ de la pentosa i el grup fosfòric 5´d’un nou nucleòtid.Les cadenes s’anomenen en l’ordre dels nucleòtids indicant els extrems de la cadena 5’ i el 3’.

2. ÀCID DESOXIRIBONUCLEIC (ADN)

L’ADN conté tota la informació genètica que es transmet a les generacions successives.

Està format, excepte en alguns virus, per dues cadenes de nucleòtids enrotllades entre si formant una doble hèlix.

Cada cadena és un polímer de dexosinucleòtids d’anenina (A), guanina (G), citosina (C) i timina (T), sintetitzada des de l’extrem 5’ cap a l’extrem 3’.

El podem trobar:* en les cèl·lules eucariotes en el nucli, associat a histones i a proteïnes no històniques formant les fibres de fibres de cromatinacromatina.* en els cloroplasts lliure en l’estroma* en els mitocondris lliure en la matriu* en els bacteris lliure en el citoplasma, associat a proteïnes semblants a les histones, a RNA i a proteïnes no històniques formant el nucleoidenucleoide.

• Nivells estructurals de l’ADN:– Estructura primària o

seqüència de nucleòtids

– Estructura secundària o doble hèlix

– Estructura terciària o ADN superenrotllat està molt empaquetada dins del nucli, sobretot per formar els cromosomes.

Correspon a la seqüència de nucleòtids d’una sola cadena o bri que ens indica:

- Nombre de nucleòtids- Ordre dels nucleòtids (combinació

dels 4 desoxiribonucleòtids A, T, C i G)

El nombre tan elevat de combinacions diferents dels 4 desoxiribonucleics permet:

- Emmagatzemar informació. És el que es coneix com a missatge biològic o informació genètica.

El percentatge d’A, T, C i G és el mateix per tots els individus d’una mateixa espècie

L’estructura primària de l’ADN

L’estructura secundària de l’ADN Disposició en l’espai de 2 cadenes de polinucleòtids en doble hèlix, que s’uneixen per ponts d’hidrogen entre les bases nitrogenades:

Adenina = Timina (2 ponts d’H)Guanina = Citosina (2 ponts d’H)

Aquestes bases (AT i GC) es diu que són complementàries entre si.

La distància entre les dues cadenes és constant d’uns 2 nm ja que sempre s’uneixen una pirimidina amb una purina.

Són antiparal·leles 3´ 5’ i 5’ 3’

Es replega en forma plectonímica o de doble hèlix donant una volta completa cada 3,4 nm.

• Els grups hidròfobs (-CH3 i –CH=) de les bases es disposen cap a l’interior de la molècula, donant-li estabilitat.

• Les pentoses i els grups fosfats es disposen a l’exterior.

• Els àcids nucleics tenen caràcter àcid degut a la ionització dels grups fosfats. Es diu que són polianions.

• La doble hèlix de l’ADN en estat natural és molt estable.

• Quan s’escalfa i la T arriba a 100ºC, l’ADN es desnaturalitza perquè es trenquen els ponts d’H i les 2 cadenes se separen.

• Si baixa la T a 65ºC les 2 cadenes tornen a unir-se i es produeix la renaturalització.

• Gràcies a aquesta tècnica es poden hibridar cadenes d’ADN de diferents orígens per saber el grau de parentiu entre els individus.

L’estructura terciària de l’ADN

• Enrotllament de la doble hèlix sobre si mateixa (cap a la dreta) formant una superhèlix d’ADN superenrotllat.

• Diferent en les procariotes que en les eucariotes.a) Procariotes (bacteris) i a l’interior dels mitocondris i cloroplasts: la molècula està unida pels extrems en forma circular.

b) Eucariotes: està associada a unes proteïnes anomenades histones. La doble cadena envolta un octàmer d’histones (inclou uns 200 parells de bases) formant un collar de perles on s’observen les unitats estructurals anomenades nucleosomes. Al conjunt de tota una cadena s’anomena cromàtida i el conjunt de totes les cromàtides presents en un nucli s’anomena cromatina.

• Avantatges de l’ADN superenrotllat:– Reduir la longitud de l’ADN.– Facilitar la duplicació de l’ADN

Els nivells d’empaquetament

• En les eucariotes l’ADN s’empaqueta en el nucli cel·lular sobre unes proteïnes anomenades histones.

• Nivells d’empaquetament:– 1r nivell, fibra de

cromatina de 100 Å o collaret de perles.

– 2n nivell, fibra de cromatina de 300 Å o solenoide.

– 3r nivell o dominis en forma de bucle.

– Nivells superiors.

1r nivell d’empaquetament (collaret de perles)

• Es troba al nucli en repòs de les eucariotes, excepte els espermatozoides.

• La doble cadena d’ADN envolta un octàmer d’histones (inclou uns 200 parells de bases) formant un collar de perles on s’observen les unitats estructurals anomenades nucleosomes.

• Al conjunt de tota una cadena s’anomena cromàtida i el conjunt de totes les cromàtides presents en un nucli s’anomena cromatina.

• La fibra de cromatina formada (100 Å) s’anomena forma laxa.

• Quan els nucleosomes s’associen a les histones H1, la cromatina s’escurça anomenant-se forma condensada.

27

2n nivell d’empaquetament (solenoide)

• Enrotllament sobre si mateixa de la forma condensada de cromatina de 100 Å.

• Les histones H1 s’agrupen entre si formant l’eix central de la fibra de 300 Å.

• S’invirteixen 6 nucleosomes per volta escurçament de cinc vegades la longitud del collaret de perles.

• És el nivell més baix d’empaquetament dels cromosomes.

29

3r nivell d’empaquetament (dominis en forma de bucle)• La fibra de 300 Å forma una sèrie de bucles

(20.000 - 70.000 parells de bases de longitud).• Els bucles poden enrotllar-se sobre si mateixos

formant estructures de 600 Å de diàmetre.• L’estructura s’estabilitza per la bastida

proteica (proteïnes no històniques presents en els cromosomes).

Nivells superiors d’empaquetament

• Són necessaris per reduir la longitud de la fibra d’ADN en el nucli (100 – 1.000 vegades) i en els cromosomes (10.000 vegades).

• Els bucles s’empaqueten gràcies a l’associació amb la bastida proteica dels cromosomes.

Tipus d’ADN1) Segons l’estructura

- Monocatenari: una cadena. En alguns virus.

- Bicatenari: dos cadenes.

2) Segons la forma- Circular: en

bacteris, mitocondris, cloroplasts i alguns virus.

- Lineal: eucariotes i alguns virus.

3) Segons la forma d’empaquetar-se:- ADN associat a histones o protamines (als espermatozoides) al nucli eucariota.- ADN associat a proteïnes semblants a histones, a ARN i a proteïnes no històniques als procariotes.- ADN associat a proteïnes bàsiques pròpies o amb histones de la cèl·lula parasitada als virus.

4) ADN supernumerariÉs l’ADN que tenen algunes espècies i que és molt més llarg que l’estrictament necessari.No se sap realment quin és el motiu d’aquesta gran longitud innecessària i quines són les funcions d’aquest ADN.

Animació de l’organització de l’ADNAnimació de l’organització de l’ADN

Es diferencia de l’ADN per:

- Pentosa (ribosa, no desoxiribosa)

- Base nirogenada (U, no T)- Monocatenari (una cadena

simple)- N’hi ha diferents tipus- Localitzables al citoplasma- Funcions diverses

(energètiques, de transport, funcionals, estructurals)

3. ÀCID RIBONUCLEIC (ARN)

Transporta la informació genètica

Forma l’estructura dels ribosomes

Capta els aminoàcids presents en els citoplasma per transportar-los als ribosomes

TIPUS D’ARN

ARN de transferència (ARNt) ARN missatger (ARNm) ARN ribosòmic (ARNr)

ARN nucleolar (ARNn) . És el precursor de l’ARN

En l’origen de la vida:- Els ARN són les primeres molècules amb capacitat d’autoduplicar-se.

En l’actualitat:- Aquesta capacitat la realitza l’ADN.- ADN conté la informació genètica.- ARN sintetitza les proteïnes a partir de la informació de l’ADN.

ARN DE TRANSFERÈNCIA ARNt

70-90 nucleòtids.Pes molecular de 25.000 daltons

(molt més baix que l’ADN).Es troba en el citoplasma de forma

dispersa.Funció: transportar aa fins als

ribosomes on se sintetitzen les proteïnes.

És monocatenari.

• Zones amb estructura secundària en doble hèlix.• Zones amb estructura primària formant bucles.• Forma de fulla de trèvol.• Braç D i el seu bucle.• Braç T i el seu bucle.• Braç anticodó i el seu bucle.• Braç acceptor d’aa.• En 3D presenta estructura terciària en forma de L.

• Braç anticodó: conté un triplet de nucleòtids (anticodó) que és complementari d’un triplet d’ARNm anomenat codó.

• A l’extrem 5’ hi ha sempre un ribonucleòtid de guanina G.

• A l’extrem 3’ hi ha sempre el triplet acceptor -C-C-A

ARN MISSATGER ARNm És monocatenari

lineal.Pes molecular de

200.000-1.000.000 daltons.

Funció: copiar la informació de l’ADN i dur-la als ribosomes on es sintetitxen les proteïnes a partir dels aa que aporten els ARNt.

ARNm eucariòtic Amb zones en doble hèlix

i zones lineals que formen els llaços en ferradura.

Associat a proteïnes formant ribonucleoproteïnes.

Es forma a partir del transcrit primari o preARNm que té uns segments amb informació (exons) alternats amb uns altres sense (introns).

El preARN sofreix un procés de maduració al nucli: els introns es suprimeixen i no apareixen en l’ARNm.

A l’extrem 5’ té una guanosina trifosfat (Gppp) anomenada caputxa. És el senyal d’inici de la síntesi de proteïnes.

A continuació hi ha un segment sense informació, seguit d’un segment amb informació que comença amb la seqüència AUG.

A l’extrem 3’ té uns 200 nucleòtids d’adenina, anomentat cua de poli-A.

L’ARNm és monocistrònic, només conté informació per a una cadena.

ARNm procariòtic

No presenta exons ni introns.

No té caputxa (guanosina trifosfat), sinó un nucleòtid trifosfat.

No té cua de poli-A.Generalment és

policistrònic, conté informacions separades per a diferents proteïnes.

ARN RIBOSÒMIC ARNr Constitueix els

ribosomes. Representa el 60%

del pes dels ribosomes.

Originen en el ribosomes llocs adequats per donar allotjament a l’ARNm i l’ARNt.

Presenta segments lineals i en doble hèlix.

El pes molecular entre 500.000 i 1.700.000 daltons.

El pes dels ARNr i dels ribosomes s’expressa segons el coeficient de sedimentació de Svedberg (s) en unitats svedberg (S).

1 S=10-13 segons Cèl·lula procariota:

ribosomes de 70S. Cèl·lula eucariota:

ribosomes de 80S.

Fi