Generalitate
Acizii nucleici sunt moleculele biologice mari ADN și ARN, a căror prezență și buna funcționare, în cadrul celulelor vii, sunt esențiale pentru supraviețuirea acestora din urmă.
Un acid nucleic generic derivă din unirea, în lanțuri liniare, a unui număr mare de nucleotide.
Figura: molecula ADN.
Nucleotidele sunt molecule mici, în a căror constituție participă trei elemente: o grupare fosfat, o bază azotată și un zahăr cu 5 carbon.
Acizii nucleici sunt vitali pentru supraviețuirea unui organism, deoarece cooperează la sinteza proteinelor, molecule esențiale pentru implementarea corectă a mecanismelor celulare.
ADN-ul și ARN-ul diferă unele de altele în anumite privințe.
De exemplu, ADN-ul are două lanțuri de nucleotide antiparalel și are dezoxiriboză ca zahăr cu 5 carbon. ARN, pe de altă parte, are de obicei un singur lanț de nucleotide și posedă riboză sub formă de zahăr cu 5 atomi de carbon.
Ce sunt acizii nucleici?
Acizii nucleici sunt macromoleculele biologice ADN și ARN, a căror prezență, în interiorul celulelor ființelor vii, este esențială pentru supraviețuirea și dezvoltarea corectă a acestora din urmă.
Conform unei alte definiții, acizii nucleici sunt biopolimeri rezultați din unirea, în lanțuri liniare lungi, a unui număr mare de nucleotide.
Un biopolimer, sau polimer natural, este un compus biologic mare format din unități moleculare care sunt la fel, care se numesc monomeri.
ACIZI NUCLEICI: CINE ESTE ÎN POSESIUNE?
Acizii nucleici nu locuiesc numai în celulele organismelor eucariote și procariote, ci și în formele de viață celulare, cum ar fi virusurile, și în organitele celulare, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele.
Structura generală
Pe baza definițiilor de mai sus, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc acizii nucleici ADN și ARN.
Prin urmare, ele vor reprezenta subiectul principal al acestui capitol, dedicat structurii acizilor nucleici.
STRUCTURA UNUI NUCLEOTID GENERIC
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 azotată, care este o moleculă heterociclică aromatică.
Pentozele reprezintă elementul central al nucleotidelor, deoarece grupul fosfat și baza azotată se leagă de acesta.
Figura: Elemente care alcătuiesc un nucleotid generic al unui acid nucleic. După cum se poate observa, grupul fosfat și baza de azot se leagă de zahăr.
Legătura chimică care ține împreună pentoză și gruparea fosfat este o legătură fosfodiesterică, în timp ce legătura chimică care leagă pentoză și baza azotată este o legătură N-glicozidică.
CUM PARTICIPĂ PENTOZUL ÎN DIFERITE LEGĂTURI CU ALTELE ELEMENTE?
Premisă: chimiștii s-au gândit să numere carbonii care alcătuiesc moleculele organice în așa fel încât să le simplifice studiul și descrierea. Iată, așadar, că cei 5 carboni ai unei pentoze devin: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 și carbon 5.
Criteriul de atribuire a numărului este destul de complex, prin urmare considerăm că este adecvat să omitem explicația.
Dintre cei 5 carboni care formează pentozele nucleotidelor, cei implicați în legăturile cu baza azotată și gruparea fosfat sunt, respectiv, carbonul 1 și carbonul 5.
- Pentoză carbon 1 → legătură N-glicozidică → bază azotată
- Pentoză carbon 5 → legătură fosfodiester → grupare fosfat
CE TIP DE LIGĂ CHIMICĂ LEGĂ NUCLEOTIDELE ACIDELOR NUCLEICE?
Figura: Structura unei pentoze, numerotarea carbonilor și legăturilor sale constitutive cu baza de azot și gruparea fosfat.
În compunerea acizilor nucleici, nucleotidele se organizează în lanțuri liniare lungi, mai cunoscute sub numele de filamente.
Fiecare nucleotidă care formează aceste fire lungi se leagă de următoarea nucleotidă prin intermediul unei legături fosfodiesterice între carbonul 3 al pentozei sale și grupul fosfat al nucleotidei imediat următoare.
EXTREMITĂȚILE
Catenele nucleotidice (sau catenele polinucleotidice), care alcătuiesc acizii nucleici, au două capete, cunoscute sub numele de 5 "capăt (citește" cinci prime ") și 3" capăt (citește "trei prime"). Prin convenție, biologii și geneticienii au stabilit că „capătul 5” reprezintă capul unei catene care formează un acid nucleic, în timp ce „capătul 3” reprezintă coada acestuia.
Din punct de vedere chimic, „capătul 5” al acizilor nucleici coincide cu gruparea fosfat a primului nucleotid al lanțului, în timp ce „capătul 3” al acizilor nucleici coincide cu gruparea hidroxil (OH) pe carbon 3 a ultimului nucleotid.
Pe baza acestei organizații, în cărțile de genetică și biologie moleculară, firele nucleotidice ale unui acid nucleic sunt descrise după cum urmează: P-5 "→ 3" -OH.
* Notă: litera P indică atomul de fosfor al grupului fosfat.
Aplicând conceptele de 5 "capăt și 3" capăt la o singură nucleotidă, "capătul 5" al acestuia din urmă este gruparea fosfat legată de carbonul 5, în timp ce capătul său 3 "este gruparea hidroxil unită la carbonul 3.
În ambele cazuri, s "invită cititorul să acorde atenție recurenței numerice: capătul 5" - gruparea fosfat pe carbon 5 și capătul 3 "- gruparea hidroxil pe carbonul 3.
Funcția generală
Acizii nucleici conțin, transportă, descifrează și exprimă informații genetice în proteine.
Alcătuite din aminoacizi, proteinele sunt macromolecule biologice, care joacă un rol fundamental în reglarea mecanismelor celulare ale unui organism viu.
Informațiile genetice depind de secvența nucleotidelor, care alcătuiesc firele de acizi nucleici.
Indiciile istoriei
Meritul pentru descoperirea acizilor nucleici, care a avut loc în 1869, revine medicului și biologului elvețian Friedrich Miescher.
Miescher și-a făcut concluziile în timp ce studia nucleul celular al leucocitelor, cu intenția de a înțelege mai bine compoziția lor internă.
Experimentele lui Miescher au reprezentat un punct de cotitură în domeniul biologiei moleculare și geneticii, deoarece au inițiat o serie de studii care au condus la identificarea structurii ADN-ului (Watson și Crick, în 1953) și a ARN-ului, la cunoașterea mecanismelor de moștenirea genetică și identificarea proceselor precise de sinteză a proteinelor.
ORIGINEA NUMEI
Acizii nucleici au această denumire, deoarece Miescher i-a identificat în nucleul leucocitelor (nucleu - nucleic) și a descoperit că conțineau gruparea fosfat, un derivat al acidului fosforic (derivat al acidului fosforic - acizi).
ADN
Dintre acizii nucleici cunoscuți, ADN-ul este cel mai faimos, deoarece reprezintă depozitul de informații genetice (sau gene) care servesc la dirijarea dezvoltării și creșterii celulelor unui organism viu.
Abrevierea ADN înseamnă acid dezoxiribonucleic sau acid dezoxiribonucleic.
HELIX DUBLU
În 1953, pentru a explica structura „ADN-ului acidului nucleic, biologii James Watson și Francis Crick au propus modelul - care ulterior s-a dovedit a fi corect - al așa-numitei„ duble spirale ”.
Conform modelului „dublei spirale”, ADN-ul este o moleculă mare, rezultată din unirea a două fire lungi de nucleotide antiparalele și înfășurate una în cealaltă.
Termenul „antiparalel” indică faptul că cele două filamente au orientare opusă, adică: capul și coada unui filament interacționează, respectiv, cu coada și capul celuilalt filament.
Conform unui alt punct important al modelului „dublei spirale”, nucleotidele acidului nucleic ADN posedă o astfel de dispunere încât bazele azotate sunt orientate spre axa centrală a fiecărei spirale, în timp ce grupările pentozelor și fosfatului formează schela. acesta din urmă.
CARE ESTE PENTOZA ADN-ului?
Pentozele care alcătuiesc nucleotidele acidului nucleic ADN sunt dezoxiribozele.
Acest zahăr cu 5 carbon își datorează numele lipsei de oxigen din carbonul 2. La urma urmei, dezoxiriboză înseamnă „fără oxigen”.
Figura: dezoxiriboză.
Datorită prezenței dezoxiribozei, nucleotidele acidului nucleic ADN sunt numite dezoxiribonucleotide.
TIPURI DE NUCLEOTIDE ȘI BAZE DE AZOT
Acidul nucleic ADN are 4 tipuri diferite de dezoxiribonucleotide.
Pentru a distinge cele 4 tipuri diferite de dezoxiribonucleotide este doar baza de azot, legată de formarea grupării pentoză-fosfat (care spre deosebire de baza de azot nu variază niciodată).
Din motive evidente, prin urmare, bazele azotate ale ADN-ului sunt 4, în mod specific: adenină (A), guanină (G), citozină (C) și timină (T).
Adenina și guanina aparțin clasei purinelor, compuși heterociclici aromatici cu dublu inel.
Citozina și timina, pe de altă parte, se încadrează în categoria pirimidinelor, compuși heterociclici aromatici cu un singur inel.
Cu modelul „dublu helix”, Watson și Crick au explicat, de asemenea, care este organizarea bazelor azotate din interiorul ADN-ului:
- Fiecare bază azotată a unui filament unește, prin intermediul legăturilor de hidrogen, o bază azotată prezentă pe filamentul antiparalel, formând efectiv o pereche, o pereche, de baze.
- Împerecherea între bazele azotate a celor două filamente este foarte specifică. De fapt, adenina se leagă doar de timină, în timp ce citozina se leagă doar de guanină.
Această importantă descoperire i-a determinat pe biologii și geneticienii moleculari să inventeze termenii de „complementaritate între baze azotate” și „împerechere complementară între baze azotate”, pentru a indica unicitatea legării adeninei cu timina și a citozinei cu guanina. .
UNDE SE REZIDEAZĂ ÎN interiorul celulelor vii?
În organismele eucariote (animale, plante, ciuperci și protiști), acidul nucleic ADN se află în nucleul tuturor celulelor care au această structură celulară.
Cu toate acestea, în organismele procariote (bacterii și arhee), acidul nucleic ADN se află în citoplasmă, deoarece celulele procariote nu au nucleul.
ARN
Între cei doi acizi nucleici existenți în natură, ARN reprezintă macromolecula biologică care traduce nucleotidele ADN în aminoacizii care constituie proteinele (procesul de sinteză a proteinelor).
De fapt, ARN-ul acidului nucleic este comparabil cu un dicționar de informații genetice, raportat pe ADN-ul acidului nucleic.
Acronimul ARN înseamnă acid ribonucleic.
DIFERENȚE CARE O DISTINGEȘTE DE ADN
ARN-ul acidului nucleic are mai multe diferențe față de ADN:
- ARN-ul este o moleculă biologică mai mică decât ADN-ul, alcătuit de obicei dintr-o singură catena de nucleotide.
- Pentoza care alcătuiește nucleotidele acidului ribonucleic este riboza, spre deosebire de dezoxiriboză, riboza are un atom de oxigen pe carbon 2.
Datorită prezenței zahărului ribozei, biologii și chimiștii au atribuit denumirea de acid ribonucleic ARN-ului. - Nucleotidele ARN sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de ribonucleotide.
- ARN-ul acidului nucleic împarte doar 3 din 4 baze azotate cu ADN-ul. De fapt, în loc de timină, are baza azotată uracil.
- ARN-ul poate locui în diferite compartimente ale celulei, de la nucleu la citoplasmă.
TIPURI DE ARN
Figura: riboză.
În celulele vii, ARN-ul acidului nucleic există în patru forme principale: ARN de transport (sau Transfer ARN sau ARNt), ARN mesager (sau Mesager ARN sau ARNm), ARN ribozomal (sau ARN ribozomal sau ARNr) și ARN-ul nuclear mic (o ARN nuclear mic sau snARN).
Deși joacă diferite roluri specifice, cele patru forme de ARN menționate mai sus cooperează pentru un scop comun: sinteza proteinelor, pornind de la secvențele de nucleotide prezente în ADN.
Modele artificiale
În ultimele decenii, biologii moleculari au sintetizat, în laborator, mai mulți acizi nucleici, identificați cu adjectivul „artificial”.
Dintre acizii nucleici artificiali merită o mențiune specială: TNA, PNA, LNA și GNA.
