• 1. Components dels àcids nucleics.
• 2. L’àcid desoxirribonucleic (ADN)
• 3. L’àcid ribonucleic (ARN)
• 4. Funcions dels àcids nucleics

1. Components dels àcids nucleics

COMPOSICIÓ QUÍMICA

• Estan formats per C, H, O, N i P.
• Els àcids nucleics són polímers formats per la unió de nucleòtids.
  • 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).
    • Pentosa. Pot ser de dos tipus:
      • La ribosa, que és la que es troba en els nucleòtids de l’àcid ribonuclèic (ARN).
      • La desoxirribosa, que forma part de l’àcid desoxirribonucleic (ADN).
    • Base nitrogenda.
      • Segons la seva estructura trobam:
        • Púriques: l’adenina (A) i la guanina (G)
        • Pirimídiques: la citosina (C), la timina (T) -exclisva de l’ADN- i l’uracil (U) -exclusiu de l’ARN-.

NUCLEÒSIDS

• Els nucleòsids es formen per mitjà de la unió d'una ribosa o d'una desoxiribosa amb una base nitrogenada, mitjançant un enllaç N-glicosídic.
• 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.
    • Els noms dels nucleòsids amb ribosa són adenosina, guanosina, citidina i uridina.
    • Si la pentosa és la desoxiribosa s'anteposa el prefix desoxi-: desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina i desoxitimidina.

NUCLEÒTIDS

• Els nucleòtids es formen per mitjà de la unió d'una molècula d'àcid fosfòric a un nucleòsid, per un enllaç ester.
  • Per tant, els nucleòtids tenen un caràcter àcid gràcies al grup fosfat.
  • Exemples de nucleòtids: AMP, CMP, dAMP, etc
  • A més dels nucleòtids monofosfat que acabem de descriure, que són els elements estructurals dels àcids nucleics, existeixen en la naturalesa nucleòtids di i trifosfat per la unió d'1 o 2 molècules d'àcid fosfòric addicionals a la qual es troba unida al carboni 5 'de la pentosa (per exemple, ADP, ATP -principals en l'intercanvi energètic a totes les cèl·lules-...)
  • En 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.
• Algún dinucleòtid té molta importància biològica (NAD+ / NADH -nicotinamin adenin dinucleòtido, amb un paper essencial en el metabolisme energètic de totes les cèl·lules)

CADENES DE NUCLEÒTIDS: ELS ÀCIDS NUCLEICS

• Els àcids nucleics són polinucleòtids.
• La unió és fa mitjançant enllaços fosfodiester.
• Segons el tipus de pentosa que tenen, es distingeixen dos tipus d’àcids nucleics:
  • L’àcid desoxirribonucleic (ADN)
  • L’àcid ribonucleic (ARN)

2.L’àcid desoxirribonucleic (ADN)

• L'àcid desoxiribonucleic o ADN està format per una cadena de nucleòtids d'adenina, guanina, citosina i timina.
  • Estan units entre si per mitjà d'enllaços fosfodiester
    • Formats entre el carboni 5' del darrer nucleòtid de la cadena i el carboni 3' del nou nucleòtid que s'hi afegeix.
  • El pes molecular d' aquests polímers és molt elevat (a les cèl·lules humanes, 46 molècules d'ADN!).
  • El ADN es pot trobar:
    • En cèl.lules eucariotes:
      • ADN nuclear, associat a proteïnes, principalment histones.
        • Aquesta associació forma la fibra de cromatina.
      • ADN dels mitocondris i dels cloroplasts és similar al de les cèl.lules procariotes.
    • En cèl.lules procariotes:
      • Està associat a proteïnes semblants a les histones, a RNA i a proteïnes no històniques, formant una condensació anomenada nucleoide, que a diferència del nucli, no està delimitat per cap membrana envoltant.
    • En virus:
  • En L'ADN es distingeixen tres nivells estructurals:
    • L'estructura primària o seqüència de nucleòtids.
    • L'estructura secundària o doble hèlix.
    • L'estructura terciària o ADN superenrotllat:
      • Torsió de la doble hèlix sobre si mateixa.
      • A més l'ADN es troba molt empaquetat, i encara més quan es condensa per formar un cromosoma.

ESTRUCTURA PRIMÀRIA DE L'ADN

• L'estructura primària de l'ADN és la seqüència de nucleòtids d'una sola cadena
  • S'hi pot distingir un esquelet de fosforics+desoxiriboses i amb les bases nitrogenades lligades a les desoxiriboses.
  • EI nombre de filaments diferents d'ADN que pot formar combinant les quatre bases nitrogenades –A, G, C, i T–, és immensament elevat.
    • La seqüència de bases nitrogenades determina la informació genètica de totes les cèl·lules.

ESTRUCTURA SECUNDÀRIA DE L'ADN

• L'estructura secundària de l'ADN és la disposició en l’espai de dos filaments o cadenes de polinucleòtids en doble hèlix
  • Les bases nitrogenades es siuen a l'interior, enfrontades i unides amb ponts d'hidrogen.
• Tots els ADN tenen tantes molècules d'A com de T, i tantes de C com de G. → Per tant hi ha complementarietat de bases.
  • Això ho va observar Chargaff el 1950 i explicava que els ponts d’hidrogen s’establien entre A i T i, d’altra banda entre C i G.
    • Entre A i T s’han d’establir dos ponts d’hidrogen, i entre C i G, tres ponts d’hidrogen.
    • L'àcid desoxiribonucleic tenia una estructura fibril•lar de 20 A de diàmetre.Cada parell de nucleòtids està separat del parell següent per una distancia de 3,4 Aº, i cada volta de la doble hèlix està formada per 10 parells de nucleòtids, això suposa una longitud de 34 A 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. (qué és la famosa foto 51?)
    • El 1953, a partir de les dades anteriors, J. Watson i F. Crick van elaborar el model de la doble hèlix:
      • L'ADN, és una doble hèlix de 20 Aº de diàmetre, formada per dues cadenes de polinucleótids enrotllats
      • Les bases es disposes cap a l’interior de la molécula, de manera que s’estableixen intereccions hidrofòbiques que proporcionen, juntament amb els ponts d’hidrogen, estabilitat a la macromolécula.
      • Les pentoses i els grups fosfat queden a l’exterior i la ionització d’aquest últims proporciona el caràcter àcid d’aquesta molécula.
      • Les cadenes d’ADN que formen la doble hèlix són:
        • Antiparal.les. Tenen enllaços 5’ → 3’ orientats en sentits contraris.
        • Complementàries.
          • Les dues cadenes no són iguals sinó que
            • si a una cadena hi ha timina, en l’altra, al mateix nivell, hi ha adenina.
            • si en una hi ha citosina en l’altra hi ha guanina.
        • L’enrotllament de la doble hèlix és destrogir i plectonòmic, es a dir, que perque se separin les dues cadenes l’una ha de girar respecte a l’altra
  • La doble hèlix d’ADN en estat natural és molt estable; però si s'escalfa una dispersió de fibres d'ADN, quan la temperatura arriba aproximadament a 100 °C, els dos filaments de la doble hèlix se separen, és a dir, es produeix la desnaturalització de I'ADN. Si posteriorment es manté l'ADN desnaturalitzat a 65 °C, els dos filaments es tomen a unir.
  • Aquesta restauració de la doble hèlix és el que s'anomena renaturalització, i és el que permet la hibridació si es parteix de filaments de diferents ADN.

ESTRUCTURA TERCIÀRIA DE L'ADN circular

• 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 Aº està retorçada sobre si mateixa i forma una espècie de superhèlix. Aquesta disposició s'anomena ADN superenrotllat.
• Els superenrotllaments d'ADN proporcionen dos avantatges:
  • Aconsegueixen reduir la longitud de l'ADN i donen estabilitat a la molècula.
  • Faciliten el procés de la duplicació de l'ADN, per una qüestió enzimàtico-geomètrica.

ESTRUCTURA TERCIÀRIA DE L'ADN EUCARIOTA: NIVELLS D’EMPAQUETAMENT DE L’ADN

• L'ADN nuclear aconsegueix una condensació elevada gràcies als diferents nivells d’empaquetament que presenta, en relació a proteïnes que acompanyen l'ADN (histones o protamines).
• Es diferencien diferents nivells d’empaquetament.

TIPUS D'ADN SEGONS L'ESTRUCTURA

• Segons l’estructura de la molècula:
  • ADN monocatenari, d’un sol filament.
    • És molt estrany, se n'ha trobat de forma lineal en alguns virus.
  • ADN bicatenari, de dos filaments.
    • Segons la forma:
      • ADN circular
        • 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
• Segons el tipus de molècules que serveixen per a empaquetar:
  • 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.
• Segons la longitud:
  • Varia molt, per exemple l'ADN del virus del polioma mesura 1,7 μ 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.

3. L’àcid ribonucleic (ARN)

• Constituït per
  • Nucleòtids de ribosa
  • Amb les bases A, G, C i U (no té timina com l'ADN).
  • Aquests ribonucleòtids s'uneixen entre si amb enllaços fosfodiester
• L'ARN és gairebé sempre monocatenari (a alguns virus bicatenari).
• L'ARN es troba en molts tipus de virus i a totes les cèl·lules.
• Els ARN es classifiquen en:
  • ARN bicatenari (en els reovirus)
  • ARN monocatenari, com
    • L'ARN soluble o de transferència (ARNs o ARNt),
    • L'ARN missatger (ARNm)
    • L'ARN ribosòmic (ARNr)
    • L'ARN nucleolar (ARNn).
• Està bàsicament relacionat amb la transmisió de la informació genètica dins la cèl·lula.

ARN MISSATGER (ARNm)

• Característiques:
  • És monocatenari, bàsicament lineal, resultat de la transcripció d'un frangment d'ADN.
  • Té la funció de transmetre la informació continguda en l'ADN i portar-la fins als ribosomes, perquè s'hi sintetitzin les proteïnes à partir dels aminoàcids que aporten els ARNt.
  • L' ARNm té una estructura i mecanisme de formació diferent en procariotes i en eucariotes.
    • L'ARNm eucariòtic es forma a partir del transcrit primari (pre-ARNm), també anomenat ARN heterogeni nuclear (ARNhn), nom que fa refència a la variabilitat de la mida.
      • Aquest presenta una sèrie de segments amb informació, anomenats exons, alternats amb d'altres sense informació anomenats introns, que després són suprimits i no apareixen en l'ARNm. Aquest procés s'anomena maduració i es produeix al nucli.
      • A l'extrem 5' una guanosina trifosfat que rep el nom de caputxa, bloqueja l'acció dels enzims exonucleases que poden destruir l'ARNm, i constitueix el senyal d'inici en la síntesi de proteïnes.
        • A continuació, hi ha un segment sense informació, seguit d'un altre segment amb informació que sol començar amb la seqüència «AUG».
      • A l'extrem 3' o extrem final té de 150 a 200 nucleòtids d'adenina, la qual cosa s'anomena «cua» de poli-A.
        • Les funcions d’aquesta cua són:
          • Protegir l’extrem 3’ De ser degradat per exonucleases, per tant actuar d’estabilitzador.
          • Participar en el transport al citoplasma.
          • Afavorir l’alineació correcte dels ribosomes.
      • L'ARNm eucariòtic és monocistrònic, és a dir, tan sols conté informació per a una cadena polipeptídica.
    • L'ARNm procariòtic
      • Presenta estructura diferent de l'eucariota
      • No presenta introns ni caputxa.
      • Està mancat de cua de poli-A.
      • És policistrònic, és a dir, conté informacions separades per a diferents proteïnes.

ARN DE TRANSFERÈNCIA (ARNt)

• Característiques:
  • És monocatenari i conté entre 70 i 90 nucleòtids.
  • És troba al citoplasma en forma de molècula dispersa.
  • Hi ha uns cinquanta tipus d'ARNt.
  • Té com a funció transportar aminoàcids específics fins als ribosomes, on, segons la seqüència especificada en un ARN missatger (transcrita, al seu torn, de l'ADN), se sintetitzen les proteïnes.
  • Presenta zones amb estructura secundària en doble hèlix, deguda a la complementarietat entre les bases d'uns segments i les d'altres, i zones amb estructura primària o lineal, que formen nanses o bucles, per això la molècula té forma de trèvol.
    • Entre els nucleòtids que formen els ARNt, a més de A, G, C i U, n'hi ha d'altres que porten les bases metilades, com la dihidrouridina (UHz), la ribotimidina (T), la inosina (I), la metilguanosina (GMe), etcètera
    • En la seva molècula s’hi distingeix:
      • El braç D
      • El braç T
      • El braç anticodó, conté un triplet de nucleòtids, anomenat anticodó, que és complementari d’un triplet de l ARNm anomenat codó. A l’anticodó hi ha diferents triplets, que estan en correspondència amb l’aminoàcid que capta específicament cada ARNt.
      • Un braç acceptor d'aminoàcids.

ARN RIBOSÒMIC (ARNr)

• És l'ARN que constitueix els ribosomes (representa el 60 % del pes d'aquests orgànuls), associat amb les proteïnes ribosòmiques.
• Proporciona als ribosomes la forma adequada per donar allotjament a l' ARNm i als ARNt, portadors dels aminoàcids que formaran les proteïnes durant la seva formació (traducció).
• Les cèl.lules procariotes presenten ribosomes de 70 S, un pes més baix que el de les cèl·lules eucariotes, de 80 S.

ALTRES TIPUS D'ARN

• ARN NUCLEOLAR (ARNn)
  • Molt abundant al nuclèol → S'associa a proteïnes i acaba formant els ribosones.
• ARN PETIT NUCLEAR (ARNpn) → Intervenen en els mecanismes de formació dels ARNm
• ARN D'INTERFERÈNCIA (ARNi) → Intevenen en la regulació de l’expressió genètica.

4. Funcions dels àcids nucleics

• L’ADN
  • És el portador de la informació genètica. L'ADN s'utilitza com a magatzem d'informació genètica.
  • És per tant la molècula que emmagatzema la informació que es transmet de cèl.lula a cèl.lula, de generació en generació (duplicació o replicació).
  • Està protegit pel nucli en les cèl.lla eucariotes i en les procariotes es troba al protoplasma.
• L’ARN
  • És el transmisor de la informació genètica des de l'ADN fins als ribosomes.
    • Els enzims ARNpolimerases sintetitzen, per mitjà de la complementarietat de les bases, un ARN missatger, procés anomenat transcripció.
      • Ho fan a partir d'un gen, és a dir, una seqüència de nucleòtids d'ADN amb informació sobre una proteïna.
    • Després, aquest ARNm arriba fins als ribosomes on té lloc la conversió de la seqüència de ribonucleòtids d'ARNm en una seqüència d'aminoàcids (traducció)
      • Intervenen l'ARNm, L'ARNr i L'ARNt que transporta els aminoàcids.
  • Alguns virus estan mancats d'ADN i contenen la informació biològica en forma d'ARN.
    • Per exemple, el virus de la grip, el de la poliomielitis, el de la immunodeficiència humana, etc.