biologie

Acizi nucleici

generalitate

Acizii nucleici sunt marile molecule biologice ADN și ARN, a căror prezență și funcționare adecvată, în interiorul celulelor vii, sunt fundamentale pentru supraviețuirea acestora din urmă.

Un acid nucleic generic derivă din unirea, în lanțurile liniare, a unui număr mare de nucleotide.

Figura: molecula ADN.

Nucleotidele sunt molecule mici, în care participă trei elemente: o grupare fosfat, o bază azotată și un zahăr cu 5 atomi de carbon.

Acizii nucleici sunt vitale pentru supraviețuirea unui organism, deoarece acestea cooperează în sinteza proteinelor, molecule esențiale pentru realizarea corectă a mecanismelor celulare.

ADN și ARN diferă între ele în anumite privințe.

De exemplu, ADN are două lanțuri nucleotidice antiparalerale și are, ca și zahărul cu 5 atomi de carbon, deoxiriboză. ARN, pe de altă parte, are de obicei un singur lanț de nucleotide și posedă riboză, cum ar fi zahărul cu 5 atomi de carbon.

Ce sunt acizi nucleici?

Acizii nucleici sunt macromoleculele biologice ADN și ARN, a căror prezență, în celulele ființelor vii, este fundamentală pentru supraviețuirea și dezvoltarea corectă a acestora din urmă.

Conform unei alte definiții, acizii nucleici sunt biopolimerii care rezultă din unirea, în lanțurile liniare lungi, a unui număr mare de nucleotide .

Un biopolimer sau un polimer natural este un compus biologic mare format din toate aceleasi unitati moleculare, numite monomeri .

NUCLEIC ACIDS: CARE ESTE ÎN POSESIE?

Acizii nucleici rezidă nu numai în celulele organismelor eucariote și procariote, ci și în formele de viață acelulare, cum ar fi virușii și organele celulare, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele .

Structura generală

Pe baza definițiilor anterioare, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc ADN-ul și ARN-ul acizilor nucleici.

Prin urmare, ele vor reprezenta subiectul principal al acestui capitol, dedicat structurii acizilor nucleici.

STRUCTURA NUCLEOTIDULUI GENERAL

O nucleotidă generică este un compus de natură organică, rezultatul unirii a trei elemente:

  • O grupare fosfat, care este un derivat al acidului fosforic;
  • O pentoză, adică un zahăr cu 5 atomi de carbon ;
  • O bază de azot, care este o moleculă aromatică heterociclică.

Pentoza este elementul central al nucleotidelor, deoarece este asociat cu grupa fosfat și baza azotată.

Figura: Elemente care constituie o nucleotidă generică a unui acid nucleic. După cum se poate observa, gruparea fosfat și baza azotată sunt legate de zahăr.

Legătura chimică care reunește pentoza și grupa fosfat este o legătură fosfodiesterică, în timp ce legătura chimică care leagă pentoza și baza azotată este o legătură N-glicozidică .

CUM PENTOSUL PARTICIPĂ ÎN BILURILE DIFERITE CU ALTE ELEMENTE?

Cuvânt înainte: chimiștii s-au gândit să numeroteze cărbuni care alcătuiesc moleculele organice astfel încât să le simplifice studiul și descrierea. Aici, deci, cele 5 cărbuni ai unui pentozo devin: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 și carbon 5.

Criteriul de alocare a numerelor este destul de complex, deci considerăm adecvată excluderea explicațiilor.

Din cei 5 atomi de carbon care formează pentoza nucleotidelor, cei implicați în legăturile cu baza azotată și grupul fosfat sunt carbonul 1 și carbonul 5 .

  • Carbon 1 de pentoză → legătură N-glicozidică → bază azot
  • Carbon 5 de pentoză → legătură fosfodiesterică → grupa fosfat

Ce tip de legătură chimică este acidul nucloidic al acidului nucleic?

Figura: Structura pentozei, numerotarea cărbunelui său constituent și legăturile cu baza azotată și grupul fosfat.

În compunerea acizilor nucleici, nucleotidele sunt organizate în lanțuri liniare lungi, mai bine cunoscute ca filamente .

Fiecare nucleotidă care formează aceste lanțuri lungi se leagă la următoarea nucleotidă, prin intermediul unei legături fosfodiesterice între carbonul 3 al pentozelor sale și gruparea fosfat a nucleotidei care urmează imediat.

CAPETE

Fiolele nucleotidelor (sau filamentelor polinucleotidice ), care constituie acizii nucleici, au două extremități, cunoscute sub numele de capetele 5 ' (citim "primul sfârșit de cinci") și capătul 3' (citim "sfârșitul primului"). Prin convenție, biologi și geneticieni au stabilit că capătul 5 'reprezintă capul unui filament de acid nucleic, în timp ce capătul 3' reprezintă coada .

Din punct de vedere chimic, capătul 5 'al acizilor nucleici coincide cu gruparea fosfat a primei nucleotide a lanțului, în timp ce capătul 3' al acizilor nucleici coincide cu gruparea hidroxil (OH) plasată pe carbonul 3 al ultimei nucleotide .

Se bazează pe această organizație care, în cărțile biologice genetice și moleculare, filamentele nucleotidice ale unui acid nucleic sunt descrise după cum urmează: P-5 '→ 3'-OH.

* Notă: litera P indică atomul de fosfor al grupului fosfat.

Prin aplicarea conceptelor capetelor 5 'și a capetelor 3' la o singură nucleotidă, capătul 5 'al ultimului este grupul fosfat legat la carbonul 5, în timp ce capătul său 3' este gruparea hidroxil legată cu carbonul 3.

În ambele cazuri, cititorul este invitat să acorde atenție apariției numerice: sfârșitul 5 '- grupa fosfat de carbon 5 și capătul 3' - gruparea hidroxil la carbon 3.

Funcție generală

Acizii nucleici conțin, transportă, descifrează și exprimă informații genetice în proteine .

Constă din aminoacizi, proteinele sunt macromolecule biologice, care joacă un rol fundamental în reglarea mecanismelor celulare ale unui organism viu.

Informațiile genetice depind de secvența de nucleotide care alcătuiesc filamentele acizilor nucleici.

O scurtă istorie

Meritul descoperirii acizilor nucleici, care a avut loc în 1869, aparține medicului elvețian și biologului Friedrich Miescher .

Miescher a făcut descoperirile în timp ce studiază nucleul celular al leucocitelor, cu intenția de a înțelege mai bine compoziția internă.

Experimentele lui Miescher au reprezentat un punct de cotitură în domeniul biologiei moleculare și al geneticii, deoarece au inițiat o serie de studii care au condus la identificarea structurii ADN (Watson și Crick, în 1953) și a ARN-ului, la cunoașterea mecanismele genetice de moștenire și identificarea unor procese precise de sinteză a proteinelor.

ORIGINEA NUMEI

Acizii nucleici au acest nume, deoarece Miescher le-a identificat în nucleul leucocitelor (nucleul-nucleic) și a constatat că acestea conțin grupul fosfat, un derivat al acidului fosforic (derivat de acid fosforic - acizi).

DNA

Dintre acizii nucleici cunoscuți, ADN-ul este cel mai cunoscut, deoarece reprezintă depozitul informațiilor genetice (sau genelor ) care servesc la direcția dezvoltării și creșterii celulelor unui organism viu.

Acronimul ADN înseamnă acid deoxiribonucleic sau acid deoxiribonucleic .

DOUBLE ELICA

În 1953, pentru a explica structura ADN-ului acidului nucleic, biologii James Watson și Francis Crick au propus modelul - mai târziu a arătat corect - așa-numita " dublă helix ".

Pe baza modelului "dublu helix", ADN-ul este o moleculă mare, care rezultă din unirea a două lungi fire de nucleotide antiparalerale și înfășurate una în cealaltă.

Termenul "antiparallel" indică faptul că cele două filamente au o orientare opusă, adică: capul și coada unui filament interacționează, respectiv, cu coada și capul celuilalt filament.

Conform unui alt punct important din modelul "dublu helix", acizii nucleici ai ADN-ului acidului nucleic au un aranjament astfel încât bazele azotate să fie orientate către axa centrală a fiecărei spirale, în timp ce pentozele și grupările fosfat formează schela a celor din urmă.

CE ESTE PENTOSUL ADNULUI?

Pentoza care este nucleotidele ADN-ului acidului nucleic este deoxiriboză .

Acest zahăr cu 5 atomi de carbon datorează numele său lipsei, la atomul de carbon 2, a atomilor de oxigen. La urma urmei, deoxiriboză înseamnă "lipsită de oxigen".

Figura: deoxiriboză.

Datorită prezenței deoxiribrozei, acizii nucleici ai ADN-ului acid nucleic se numesc deoxiribonucleotide .

TIPURI DE NUCLEOTIDE ȘI BAZELE DE AZOT

ADN-ul nucleic ADN are 4 tipuri diferite de deoxiribonucleotide .

Pentru a distinge cele 4 tipuri diferite de deoxiribonucleotide este doar baza azotată, legată de formarea grupului de pentoză-fosfat (care, spre deosebire de baza azotată, nu variază niciodată).

Din motive evidente, prin urmare, bazele azotate ale ADN sunt 4, în mod specific: adenina (A), guanina (G), citozina (C) și timina (T).

Adenina și guanina aparțin clasei de purine, compuși heterociclici aromatici cu inel dublu.

Citozina și timina, pe de altă parte, se încadrează în categoria pirimidinelor, compuși heterociclici aromatici cu ciclu unic.

Cu modelul "dublu helix", Watson și Crick au explicat, de asemenea, care este organizarea bazelor azotate din ADN:

  • Fiecare bază de azot a unui filament se unește, prin legături de hidrogen, cu o bază azotată prezentă pe filamentul antiparallel, formând de fapt o pereche, o pereche de baze.
  • Perechea dintre bazele azotate ale celor două fire este foarte specifică. De fapt, adenina se unește numai cu timina, în timp ce citozina se leagă numai la guanină.

    Această descoperire importantă a determinat biologi și geneticieni moleculari să introducă termenii de " complementaritate între bazele azotate " și " împerecherea complementară a bazelor azotate ", pentru a indica unicitatea legării adeninei cu timina și a citozinei cu guanina. .

Unde se reține în interiorul celulelor care trăiesc?

În organismele eucariote (animale, plante, ciuperci și antisturi), acidul nucleic ADN se află în nucleul tuturor celulelor care au această structură celulară.

În organismele procariote (bacterii și arheabacterite), ADN-ul acidului nucleic se află în citoplasmă, deoarece celulele procariote nu au nucleul.

ARN

Printre cei doi acizi nucleici naturali, ARN reprezinta macromolecul biologic care traduce nucleotidele ADN-ului in aminoacizii care constituie proteinele (procesul de sinteza a proteinei ).

De fapt, ARN-ul acidului nucleic este comparabil cu un dicționar de informații genetice, raportat la ADN-ul acidului nucleic.

ARN-ul acronim înseamnă acid ribonucleic .

DIFERENȚE CARE DISTINCȚIONEAZĂ DIN ADN

ARN-ul acidului nucleic prezintă diferențe diferite față de ADN:

  • ARN este o moleculă biologică mai mică decât ADN, formată de obicei dintr-o singură catenă nucleotidică .
  • Pentoza care constituie nucleotidele acidului ribonucleic este riboza . Spre deosebire de deoxiriboză, riboza are un atom de oxigen pe carbon 2.

    Se datorează prezenței zahărului de riboză pe care biologii și chimiștii i-au atribuit, la ARN, numele de acid ribonucleic.

  • Nucleotidele acidului nucleic ARN sunt de asemenea cunoscute ca ribonucleotide .
  • ARN-ul acidului nucleic împarte cu ADN-ul doar 3 baze de azot din 4 . În locul timinei, de fapt, prezintă baza azotului de azacil .
  • ARN poate locui în diferite compartimente ale celulei, de la nucleu la citoplasmă.

TIPURI ARN

Figura: riboza.

În interiorul celulelor vii, ARN-ul acidului nucleic există în patru forme principale: transportul ARN (sau transferul ARN sau tARN ), ARN mesager (sau mesager ARN sau ARNm ), ARN ribozomal (sau ribozomal ARN sau ARNr ) și ARN nuclear mic (sau ARN nuclear mic sau SNRNA ).

Deși acoperă diferite roluri specifice, cele patru forme de ARN menționate mai sus cooperează pentru un obiectiv comun: sinteza proteinelor, pornind de la secvențele nucleotidice prezente în ADN.

Modelele artificiale

În ultimele decenii, biologii moleculari au sintetizat, în laborator, diferiți acizi nucleici, identificați cu adjectivul "artificial".

Dintre acizii nucleici artificiali merită un citat special: TNA, PNA, LNA și GNA.