STRUCTURA ACIZILOR NUCLEICI

Acizii nucleici erau considerati de dou tipuri: acizi timonucleici (acizi nucleici animali)acizi zimonucleici (acizi nucleici vegetali).

Ulterior denumirile lor au fost nlocuite cu denumirile de:acizi dezoxiribonucleici (ADN)acizi ribonucleici (ARN).

Secvente:oligonucleotidicepolinucleotidice ( acizii nucleici)

Unitatea de structura a acizilor nucleici este NUCLEOTIDUL alcatuit din :baza azotatapentoza ( zahar, glucid)radical fosfat.

Bazele azotate - purinice : adenina(A),6-amino purina si guanina(G),2-amino-6-oxipurina- pirimidinice : citozina(C), timina(T) si uracilul(U)

Bazele azotate prezint fenomenul de tautomerie

Zaharul este o pentoza, n form furanozic, cu 5 atomi de C. Radicalul fosfat(P) formeaza legaturi esterice cu pentozele. lipsete2-OH123455

NUCLEOZIDUL SE LEAGA PRIN C5 AL DEZOXIRIBOZEI DE ACIDUL FOSFORIC

Legtur -N-glicozidic

n stare liber se gsesc i formele di- i trifosfat ale acestor nucleotide: ADP adenozin-difosfat, GDP, CDP, UDP, ATP, GTP, CTP, UTP, respectiv dADP, dGDP, dCDP, dTDP, dATP, dGTP, dCTP, dTTP.

BazaNucleozidulNucleotidAdenina (A)Adenozina (A)Adenozin monofosfat (AMP) sau adenilatAdenozin difosfat(ADP)Adenozin trifosfat(ATP)

Terminologie Ribonucleozide/Ribonucleotide(cnd pentoza = riboz)

BazaNucleozidulNucleotidulAdenina (A)Adenozina (A)Adenozin monofosfat (AMP)Adenozin difosfat (ADP)Adenozin trifosfat (ATP)Guanina (G)Guanozina (G)Guanozin monofosfat (GMP)Guanozin difosfat (GDP)Guanozin trifosfat (GTP)Citozina (C)Citidina (C)Citidin monofosfat (CMP)Citidin difosfat (CDP)Citidin trifosfat (CTP)Uracil (U)Uridina (U)Uridin monofosfat (UMP)Uridin difosfat (UDP)Uridin trifosfat (UTP)

DezoxiribonucleotideDezoxiadenozin monofosfat(dAMP) sau dezoxiadenilatDezoxiadenozin difosfat(dADP)Dezoxiadenozin trifosfat(dATP)

Terminologie Dezoxiribo-nucleozide/nucleotide(cnd pentoza = dezoxiriboz)

BazaNucleozidulNucleotidulAdenina (A)Dezoxiadenozina (A)Dezoxiadenozin monofosfat (dAMP)Dezoxiadenozin difosfat (dADP)Dezoxiadenozin trifosfat (dATP)Guanina (G)Dezoxiguanozina (G)Dezoxiguanozin monofosfat (dGMP)Dezoxiguanozin difosfat (dGDP)Dezoxiguanozin trifosfat (dGTP)Citozina (C)Dezoxicitidina (C)Dezoxicitidin monofosfat (dCMP)Dezoxicitidin difosfat (dCDP)Dezoxicitidin trifosfat (dCTP)Timina (T)Dezoxitimidina (T)Dezoxitimidin monofosfat (dTMP)Dezoxitimidin difosfat (dTDP)Dezoxitimidin trifosfat (dTTP)

Reprezentarea simplificat a catenei de ADNPrin convenie o caten de ADN se scrie n direcia 5- 3.ex. GCT nseamn 5GCT 3

Structura primara ADNLantul unei catene de ADN este format prin insiruirea celor 4 tipuri de nucleotide care se unesc intre ele cu ajutorul acidului fosforic.

STRUCTURA PRIMARADN este un macro-polimer de dezoxiribonucleotide; [P 5dR - N]n

PentozD-2-dezoxiribozaBaz azotat:Pur A, GPir T, CGrup fosfat(ac.ortofosforic)U.M.F IAI

Polimerizarea nucleotidelor: legturi covalente (puternice) fosfodiesterice

Se formeaz o caten (lan):- continu, - linear (neramificat!) o parte "constant" (ax) fosfo-glucidic i o parte variabil bazele azotateU.M.F IAI

Periodiocitate celor 4 nucleotide, adica o ordonare regulata: A-T-G-C-A-T-G-C-A-T-G-C-A. Chargaff a demonstra prin metode fizico-chimice ordinea aperiodica a nucleotidelor din monocatena de AND : .. A-T-T-A-G-C-G-A-T-C-C-A-C-A-T. Informaia genetic codificat = secvena (ordinea) nucleotidelor determin ordinea aminoacizilor n proteine. 5'- ATGCCTAGATCA - 3' aa1- aa2-aa3- aa4

alfabet nucleic = patru "litere": A, T, G, C "cuvinte" de trei litere = triplet sau codon aminoacid ATG Met asamblate ntr-o "fraz" = o gen = unitatea de informaie genetic; secvena nucleotide secvena AA n protein. ATG TGT AAA CCA Met cis lys pro

Structura secundara ADN Bazele azotate se leaga complementar : A-T si G-C (formand un cuplu sau o pereche de baze pb). Analizele chimice ale ADN au dus la stabilirea regulii lui Chargaff (1951) conform careia : A+G=T+C A/T si G/C =1 si A+T/G+C este diferit de 1 si caracteristic fiecarei specii (la om e de 1,7)

Intotdeauna adenina se leaga de timina prin 2 legaturi de hidrogen si guanina se leaga de citozina prin 3 legaturi de hidrogen.

Forma clasica de ADN descrisa de Watson si Crick reprezinta tipul B. Cele dou catene se rsucesc de la stanga la dreapta deci sunt elice drepte.

AND de tip B

Diametrul este de 20 A, pasul elicei (distanta pentru o rotatie completa de 360) este de 34 A si cuprinde o spira cu 10 perechi de nucleotide. Deci distanta dintre 2 nucleotide este de 3,4 A.

In configuratia ei spatiala, molecula de ADN prezinta doua santuri laterale (incizuri) : unul mai mic si altul mai mare, cu rol in recunoasterea si fixarea histonelor pe ADN la nivelul santului mic sau a moleculelor proteice reglatoare la nivelul santului mare.

Tipul A caracterizat printr-un helix larg, prezinta bazele azotate orientate puternic spre interior. Duplexurile hibride ADN-ARN apartin structural formei A.

Tipul B reprezinta structura generala a macromoleculei de ADN in celulele active metabolic.

Tipul Z, singurul cu rasucire la stanga, este in contrast cu forma clasica, respectiv tipul B. ADN A ADN B ADN Z TIPURI DE ADN

Caracteristicile moleculare ale diferitelor tipuri de ADNTipul de ADNPerechi de baze/ pas eliceRotatia pe perechi bazeCresterea verticala pe perechi baze ()Diametrul moleculei ()A11+ 34,72,5623B10+ 34,03,3820Z12- 30,05,7118+ = rotatie stanga; - = rotatie dreapta

Exista 3 tipuri importante de ARN:

ARN mesager (ARNm)

ARN de transfer (ARNt)

ARN ribozomal (ARNr).

TIPURI DE ARN

ARN MESAGER-ARNm-reprezinta sub 5% din ARN celular, este monocatenar, spiralat

este heterogen, cu masa moleculara mica

-are 150-12000 nucleotide

- transcris in prezenta ARN polimerazei sub forma de ARN m precursor care prin maturare trece in ARNm matur.

-poarta informatia genetica ce va specifica sinteza unui lant polipeptidic

ARNm aduce la nivelul ribozomilor mesajul genetic copiat din ADN, mesaj care va fi folosit la sinteza unei proteine specifice.

ARN RIBOZOMAL-ARNr 80-85% din ARN celular are zone monocatenare alternand cu zone dublu catenare este constituentul major al subunitilor ribozomale, n care are rol att structural, ct i funcional catalitic (catalizeaz reacii din procesul de sintez a proteinelor care se realizeaz la nivelul ribozomului)masa moleculara mare: 106 - 104 daltoni,

ARNt de transfer- - 8-10% din totalul ARN, este scurt: 70 - 90 nucleotide

- fixeaza un aminoacid specific si apoi amplaseaza acest aminoacid in polipeptid folosind informatia din ARNm - modelul structurii spatiale de frunza de trifoi

transfera aminoacidul specific pe lantul polipeptidic la situsul ribozomal al sintezei proteice

- are 2 situsuri :1. o extremitate se termina cu secventa CCA- unde se va fixa aminoacidul specific;2. a doua polaritate este bucla centrala cu o secventa de 3 nucleotide (ANTICODON), complementara codonului de pe ARNm .

ARN t : - bucla 1 prezinta o secventa specifica cu rol de situs pt fixarea temporara a ARNt la ribozom in timpul sintezei proteice - bucla 4 (bucla dihidrouracilului) - bucla 3 ( bucla anticodonului) prezinta o tripleta de nucleotide (3-5) care recunoaste codonul din ARNm (5-3) cu care formeaza leg de H in timpul fixarii ARNt pe complexul ARNm-ribozom.

FUNCTIILE ACIZILOR NUCLEICIADN autocatalitica (autoreplicare)-conserva informatia genetica;heterocatalitica-datorita structurii primare aperiodice transcrie informatia genetica in ARN- proteine-caracter.variabilitate- asigura posibilitatea de recombinare sau de mutatie a ADN

ARNARNm-in transcriptieARNr-cupleaza ribozomii in procesul de translatie.ARNt-transporta aminoacizii la locul sintezei proteice.

Funcia heterocatalitic a ADNADNARNProteineInformaia geneticInformaia geneticADNARN-mProteine

Funcia autocatalitic a ADNautoreplicare semiconservativaCa urmare a sintezei ADN-ului, prin diviziunea celulara informatia genetica (parentala) se conserva si apoi se transmite (in mare parte nemodificata) celulelor fiice

Schematic, dubla spiral a ADN se separ n cele dou catene componente formnd o structur n form de Y numit furc de replicare.

Replicarea ADN la eucariote debutez n mai multe puncte de origine, ce corespund unor mici uniti de replicare numite repliconi.

G G C G C C G C AATATTAATATTTATAA C C G G C G C C ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| || || || || || || || || || || || || || || || || || ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| |||C C G C G G C G TTATAATTATAAATATT G G C C G C G G

Replicarea progreseaz bidirecional pentru fiecare replicon i, dup ce se termin, repliconii fuzioneaz treptat pn ce ntreagul AND este duplicat.

REPLISOM :HELICAZEGIRAZE (topoizomeraze)Proteinele de replicare A (RPA) numite i proteine SSB (de la single-strand binding proteins) PRIMAZE POLIMERAZE LIGAZE

La nivelul originii replicrii se ataeaz o enzim i desface dublul helix separnd cele dou monocatene . Aceast enzim este helicaza.

Topoizomerazele relaxeaz dublul helix permind helicazei s avanseze. Topoizomeraza taie una dintre catene unul dintre capete se rsucete de cteva ori n jurul catenei, tensiunea acumulat n dublul helix ADN ca urmare a avansrii helicazei este anulat; ulterior, topoizomeraza reunete covalent cele dou capete libere, refcnd continuitatea catenei. n absena topoizomerazei, la un moment dat, prin intervenia helicazei, dublul helix ar deveni supratensionat, iar helicaza nu ar mai putea s avanseze.

Proteine SSB (de la single-strand binding proteins) mpiedic remperecherea bazelor.

Sub aciunea primazei se sintetizeaz amorse scurte = primeri..

ADN polimerazele prezinta dou caracteristici generale:toate ADN polimerazele sintetizeaz ADN numai n direcia 53nu tiu s nceap sinteza unei catene ci numai s o alungeasc, adugnd un nucleotid la extremitatea 3OH

Sinteza nu poate fi sincrona pe ambele catene deoarece acestea sunt antiparalele, iar ADN polimeraza III lucreaza numai in directia 5 -3 Sinteza ADN se face diferit pe cele 2 catene: pe catena CONDUCATOARE se face direct, in sensul de actiune a ADN polimerazei-5-3 pe catena DECALATA se face pe segmente scurte fragmente OKAZAKI in prezenta primerului.

ADN-ligaza realizeaz legtura covalent ntre captul 3-OH al fragmentului de ADN sintetizat de polimeraza I i captul 5-fosfat al fragmentului Okazaki precedent, stabilind astfel continuitatea covalent a catenei replic.

3535Primul fragment OkazakiAl doilea fragment OkazakiAl treilea fragment OkazakiPrimerul primului fragment OkazakiPrimerul celui de-al doilea fragment OkazakiFragment deoxiribonucleotidic sintetizat de ADN-polimeraza I n locul primerului excizat

Replicarea se ncheie prin fuzionarea tuturor ochiurilor de replicare i prin desprinderea enzimelor de pe moleculele-fiice de ADN rezultate.

ETAPELE REPLICARII ADN

Desfacerea ( derularea ) helixului in prezenta ADN helicazei

SSB- proteinele nu permit monocatenelor sa se apropie

Replicarea incepe simultan pe ambele catene in directia 5-3:- pe catena conducatoare este continua in prezenta ADN polimerazei.- pe catena decalata sinteza se face discontinuu in prezenta ADN polimerazei + primaza +primer fragmentele Okazaki (unite prin ligaze, dupa indepartarea si inlocuirea primer-ului cu ADN)

Cele 2 molecule nou formate se rasucesc

Modele care explica replicarea ADN:

1) Modelul dispersiv la finalul replicrii toate cele 4 catene ADN reprezint un amestec, un mozaic de ADN nou i ADN vechi. 2) Modelul conservativ molecula parental, dup replicare, se reasambleaz, iar cele 2 catene replic se asambleaz ntre ele, formnd o molecul fiic de ADN cu totul nou. (molecula parental se conserv).3) Modelul semiconservativ fiecare din cele 2 molecule fiice va conine o caten veche (provenit din molecula parental) i o caten nou sintetizat, deci molecula parental se pstreaz sau conserv pe jumtate (semi) n fiecare din cele dou molecule fiice rezultate.

DOVEZI ale replicarii semiconservative a ADN

EXPERIMENTUL MESELSOHN si STAHL

Denaturarea i hibridizarea ADN

n condiii experimentale (tratare termic sau chimic) ruperea (desfacerea) legturilor de hidrogen = denaturare monocatene *.

monocatenele de ADN rcite lent se pot reasocia pe baza complementaritii = renaturare sau hibridizare. rcire brusc monocatene separate

U.M.F IAI

DENATURAREA I HIBRIDIZAREA ADNMonocatenele ADN separate se pot uni, pe baz de complementaritate, cu alte monocatene de ADN sau ARN formnd hibrizi moleculari;

HM folosii n diagnostic i tratament:

hibridizare ntre o monocaten de ADN nativ i o "sond de ADN (secven de ADN obinut artificial) ce corespunde unei gene, marcat fluorescent:hibridizarea sondei prezena semnalului prezena genei;absena semnal = deleia geneidelU.M.F IAI