¡Descarga Tema 5. Àcids Nucleics y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity!
TEMA 5: ELS ÀCIDS NUCLEICS
1. COMPOSICIÓ DELS ÀCIDS NUCLEICS
1.1. La composició dels àcids nucleics
Els àcids nucleics són biomolècules orgàniques formades per C, H, O, N i P. Són
polímers formats per la unió de molts nucleòtids. El seu nom prové del fet que són
substàncies de caràcter àcid i que es van trobar a l’interior del nucli de les cèl·lules
eucariotes. Cada nucleòtid està format per un àcid fosfòric, una pentosa i una base
nitrogenada. Si a un nucleòtid li manca el grup fosfat, s’anomena nucleòsid.
- ÀCID FOSFÒRIC: intervé en la unió dels nucleòtids entre si i és el responsable del caràcter àcids dels nucleics. - PENTOSA: pot ser de dos tipus: la ribosa, que és la que es troba en els nucleòtids de l’àcid ribonucleic(RNA), o la 2-desoxiribosa, que forma part de l’àcid desoxiribonucleic(DNA). És a dir, que segons el tipus de pentosa es diferencien dos tipus d’àcids nucleics: l’ARN i el DNA. El nom ribosa procedeix de les inicials del laboratori on es va identificar( R ockefeller I nstitute of B iochemistry) i de la terminació -osa pròpia dels glúcids. El nom 2-desoxiribosa fa referència al fet que és una ribosa a la qual li falta un grup hidroxil(-OH) en el segon carboni. - BASE NITROGENADA: és una molècula de caràcter bàsic i que conté nitrogen. Segons l’estructura, trobem dos tipus de bases: - PÚRIQUES: tenen una estructura que s’assembla a la molècula de purina. Són l’adenina(A) i la guanina(G). - PIRIMIDÍNIQUES: tenen una estructura similar a la molècula de pirimidina. Són la citosina(C), la timina(T), que és exclusiva del DNA, i l’uracil(U), que és exclusiu de l’RNA.
1.2. Els 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 entre el carboni 1’ de la
pentosa i el nitrogen 1’ de la base nitrogenada, si aquesta és pirimidínica, o el
nitrogen 9, si és una base púrica.
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 no0ms dels
nucleòsids amb ribosa són adenosina, guanosina, citidina i uridina.
Si la pentosa és la desoxiribosa, s’hi anteposa el prefix desoxi-. Així els noms
d’aquests nucleòsids són desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina i
desoxitimidina.
1.3. Els nucleòtids
Els nucleòtids es formen per la unió d’un nucleòsid i un àcid fosfòric, per mitjà d’un
enllaç entre el grup hidroxil del cinquè carboni de la pentosa i l’àcid fosfòric. Aquest
enllaç rep el nom d’enllaç fosfoèster.
Els nucleòtids tenen un fort caràcter àcid a causa del seu grup fosfat, que s’ionitza.
Els nucleòtids s’anomenen afegint al nom del nucleòsid el terme 5’-monofosfat. A la
pràctica se sol emprar simplement la inicial de cada base nitrogenada(A, G, C, T i U)
per referir-se a cada tipus de nucleòtid. A la taula següent podem veure els noms de
tots els nucleòtids.
2. L’ÀCID DESOXIRIBONUCLEIC
2.1. Nivells estructurals i nivells d’empaquetament del DNA
L’àcid desoxiribonucleic o DNA és la molècula que emmagatzema la informació
biològica que es transmet de progenitors a descendents. Està format, excepte en
alguns virus, per dues cadenes de nucleòtids enrotllades entre si formant una doble
hèlix.
Cada cadena és un polímer de desoxinucleòtids d’adenina, guanina, citosina i timina,
sintetitzada des de l’extrem 5’ cap a l’extrem 3’.
Segons si es tracta de cèl·lules eucariotes, bacteris, arqueus o virus, el DNA pot
presentar diferents estructures i trobar-se en diferents llocs de la cèl·lula.
- DNA DE CÈL·LULES EUCARIOTES: es troba principalment en el nucli, però també en els mitocondris i en els cloroplasts. - DNA DE CÈL·LULES BACTERIANES: el DNA és circular i no es troba associats a histones, i per tant no presenta l'estructura de collarets de perles. Està associat a proteïnes similars a les histones, a RNA i a proteïnes no històniques, formant una estructura anomenada nucleoide, que, a diferència del nucli eucariòtic, no està delimitat per cap embolcall. - DNA DE CÈL·LULES D’ARQUEUS: el DNA és circular i està associat a histones formant nucleosome. Aquestes histones són diferents a les de les cèl·lules eucariotes. - DNA DE VIRUS: el DNA pot ser circular o lineal, bicatenari i monocatenari i també s’han observat algunes proteïnes bàsiques associades al DNA.
Al DNA es distingeixen tres nivells estructurals:
**- ESTRUCTURA PRIMÀRIA o SEQÜÈNCIA DE NUCLEÒTIDS.
- ESTRUCTURA SECUNDÀRIA o DOBLE HÈLIX.
- ESTRUCTURA TERCIÀRIA o DNA SUPERENROTLLAT** , que s’origina a partir de la torsió de la doble hèlix sobre si mateixa. A més, l’estructura terciària del DNA encara pot condensar-se més fins a arribar a una superespiralització.
2.2. L’estructura primària del DNA(seqüència de nucleòtids)
L’estructura primària del DNA és la seqüència de nucleòtids d'una sola cadena o
filament, que pot presentar-se com un simple filament estès o bé una mica doblegat
en si mateixa. S’hi poden distingir un esquelet de fosfopolidesoxiriboses i una
seqüència de bases nitrogenades.
El nombre de filaments diferents de DNA que es pot formar
combinant de forma diferent els quatre tipus de nucleòtids(A, C,
G i T), fins i tot fixant-ne el nombre, és molt elevat. A través de la
seqüència de nucleòtids també és possible emmagatzemar una
determinada informació, l’anomenat missatge biològic o
informació genètica.
2.3. L’estructura secundària del DNA(doble hèlix)
L’estructura secundària del DNA és la disposició en l’espai de dues cadenes o
filaments de polinucleòtids en doble hèlix, amb les bases nitrogenades enfrontades i
unides mitjançant enllaços d’hidrogen. Aquesta estructura es va deduir a partir de
les dades experimentals següents:
- La densitat i la viscositat de les dispersions aquoses del DNA eren superiors a les esperades, és a dir, a les que s’havien calculat a partir de la seva composició química i del seu pes molecular. Es va deduir que la cadena de DNA es devien agrupar entre elles a través de ponts d’hidrogen entre els grups -NH 2 , -CO- i -NH- de les seves bases nitrogenades. - Tots els DNA tenien tantes molècules d’adenina(A) com de timina(T), i tantes de citosina(C) com de guanina(G). És a dir, que es complien les igualtats següents: Això implicava que els ponts d’hidrogen s’establien entre les adenines(A) i les timines(T) i, d'altra banda, entre les citosines(C) i les guanines(G). Donades les característiques d’aquestes molècules, entre l’adenina(A) i la seva base complementària, la timina(T), s’estableixen dos punts d’hidrogen, i entre la citosina(C) i la seva base complementària, la guanina(G), s’estableixen tres punts d’hidrogen. - L’àcid desoxiribonucleic tenia una estructura fibrilar de 20Å(2nm) de diàmetre, en la qual es repetien determinades unitats cada 3,4Å(0,34nm), i hi havia una altra repetició més gran cada 34Å.
2.3.1. El model de Watson i Crick
J. Watson i F. Crick van elaborar el model de la doble hèlix. Segons aquest model, el
DNA està format per dues cadenes de polinucleòtids antiparal·leles,
complementàries i enrotllades de forma plectonímica formant una doble hèlix.
- ANTIPARAL·LELES: les dues cadenes tenen els enllaços 5’→ 3’ orientats en sentit diferent. - COMPLEMENTÀRIES: les deus cadenes no són iguals, sinó que, si en una, per exemple, hi ha timina, en l’altra, al mateix nivell, hi ha adenina. Per tant, la seqüència de cada cadena és diferent. - DEXTROGIRA: l’estructura gira a la dreta a mesura que avança, com el gir d’un llevataps. - PLECTONÍMICA: per separar les dues cadenes cal girar-ne(desenrotllar) una respecte l’altre.
Segons la forma pot ser:
- CIRCULAR: el DNA és circular en bacteris, arqueus, mitocondris, cloroplasts i en alguns virus, com l’SV40 i el virus del polioma. - LINEAL: el DNA és lineal en el nucli de les cèl·lules eucariotes i en alguns virus, com el bacteriòfag T4 i el virus de l’herpes.
Segons el tipus de molècules que serveixen de suport per empaquetar el DNA i
reduir-ne la longitud, se’n distingeixen tres tipus:
- DNA ASSOCIAT A HISTONES FORMANT NUCLEOSOMES: es troba en el nucli de les cèl·lules eucariotes(excepte en els espermatozoides) i en els arqueus. - DNA ASSOCIAT A PROTAMINES: es troba en el nucli de les espermatozoides. Com que les protamines són més bàsiques que les histones, el grau d’empaquetament és superior. - DNA ASSOCIAT A UN ALTRE TIPUS DE PROTEÏNES : es troba en els bacteris. El seu DNA està associat a proteïnes similars a les histones, però sense formar nucleosomes, a RNA i a proteïnes no històniques. També en els virus s’han trobat associacions amb proteïnes bàsiques pròpies o amb histones de la cèl·lula parasitada.
