Acizi Nucleici

Acizi nucleici

Acizii nucleici sunt compusi macromoleculari cu structura complexa si mase moleculare cuprinse intre cateva zeci de mii si milioane. Sunt, impreuna cu proteinele, componentele nucleoproteidelor, compusi de importanta biologica, existenti in celulele vii. Dupa provenienta lor, respectiv dupa materialele din care au fost extrase, acizii nucleici erau considerati de doua tipuri: acizi timonucleici (acizi nucleici din timus sau acizi nucleici animali) si acizi zimonucleici (acizi nucleici din drojdie sau acizi nucleici vegetali). Intrucat s-a constatat ca deosebirea dintre ei consta in natura componentului glucidic (acizii timonucleici contin in molecula lor dezoxi-D-riboza, iar acizii zimonucleici contin D-riboza), denumirile lor au fost inlocuite cu denumirile de acizi dezoxiribonucleici (ADN), si acizi ribonucleici (ARN). Cercetari ulterioare au dovedit, insa, ca aceste doua tipuri de acizi nucleici sunt prezente in toate organismele vii, avand rol important in desfasurarea proceselor vitale normale si patologice; acizii dezoxiribonucleici sunt substantele de baza in aparatul genetic, care asigura ereditatea si variabilitatea, pe cand acizii ribonucleici au mai mult rol functional legat de sinteza proteinelor.

ADN

ADN-ul reprezinta materialul genetic din care sunt alcatuite genele majoritatii organismelor si este localizat exclusiv in cromozom; fiecare cromozom contine cate o molecula de ADN. Rezulta din polimerizarea unor monomeri denumiti dezoxiribonucleotizi. Prezenta in cromozom a ADN-ului a fost relevata de chimistul german R.Feulgen, in 1924, prin utilizarea unui colorant vital -fuxina bazica- care coloreaza rosu-violaceu cromozomii; substanta din cromozomi, care reactioneaza specific cu colorantul, era ADN.

James Watson si Francis Crick, au facut cunoscut un model al moleculei de ADN pentru care au primit Premiul Nobel (in 1962). Modelul se bazeaza pe combinarea a patru nucleotizi. Fiecare nucleotid consta dintr-un radical fosforic monoacid, o pentoza (dezoxiriboza) si o baza azotata (una din urmatoarele patru): adenina(A), guanina(G), -A si G sunt baze purinice- timina(T), citozina(C) - T si C sunt baze pirimidinice.

Combinatia dintre o baza si o pentoza se numeste dezoxiribonucleosid, iar combinatia celor trei componente dezoxiribonucleotid.

ADN-ul ca si ARN-ul consta dintr-un lant lung de molecule de zahar, cu o nucleotida atasata-un inel de atomi de carbon si azot. ADN-ul prezinta doua lanturi lungi unite intr-o spirala, cu nucleotidele in interior, asa incat intreaga molecula gigantica are aspectul unei scari rasucite(v.anexa1).

Secvente de trei nucleotide de pe lanturile ADN-ului formeaza un cod special care stabileste ordinea in care sunt legati aminoacizii pentru a forma molecule de proteine. Acesta este cunoscut sub numele de cod genetic. Unii aminoacizi sunt codificati prin mai mult de un triplet. Deoarece proteinele sunt moleculele de constructie ale organismului si, ca si enzimele, controlorii sai metabolici, codul ADN stabileste cum arata, creste si functioneaza corpul. In concluzie, ADN-ul este materialul genetic al corpului.

Legatura dintre pentoza si una din bazele azotate este N-glucidica. La dezoxiribonucleosidele purinice legatura N-glucidica se formeaza intre pozitia N9 a heterociclului dublu purinic si pozitia C1 a pentozei, iar la nucleosidele pirimidinice legatura se realizeaza intre pozitia N3 a nucleului pirimidinic si pozitia C1 a pentozei. Aditionarea radicalului fosforic se realizeaza, obisnuit, prin intermediul pozitiei 5' a nucleosidului. Astfel rezulta nucleotizii, care sunt esteri ai acidului fosforic cu nucleosidele. Atat conectarea bazelor cu pentoza, cat si a nucleosidului cu acidul fosforic se realizeaza prin pierderea unei molecule de H2O. Fiecare radical fosforic al unui nucleotid poate, prin gruparile acid libere, sa se lege fie cu un radical fosforic, fie cu un alt nucleotid prin pozitia 3' a dezoxinucleosidului. In primul caz, dezoxinucleotizii pot aparea sub forma de monofosfat, difosfat sau trifosfat. In functie de numarul grupelor fosfat si de baza din constitutia nucleotidului, dezoxinucleotizii monofosfat se numesc: adenozin 5'-fosfat (AMP), guanozin 5'-fosfat (GMP), citidin 5'-fosfat (CMP) si timidin 5'-fosfat (TMP);dezoxinucleotizii difosfati: ADP, GDP, CDP si TDP, dezoxinucleotizii trifosfati:ATP, GTP, CTP si TTP. In al doilea caz, dezoxinucleotizii se leaga unul de altul prin legaturi fosfodiesterice astfel: primul nucleotid, prin grupul fosfat la nivelul unei grupari acid libere, se leaga de nucleotidul adiacent inferior prin pozitia 3', iar de nucleotidul adiacent superior prin pozitia 5' etc. In acest fel, intre nucleotizi se stabileste o legatura in zigzag. Se formeaza astfel un lant polidezoxiribonucleotidic cu o lungime variabila. Aceasta este stuctura primara a ADN sau monocatenara. Obisnuit, molecula de ADN este constituita din doua lanturi polinucleotidice sau doua catene: aceasta este structura secundara. Analiza chimica a aratat ca exista o relatie de 1:1 intre adenina (o purina) si timina (o pirimidina) si intre citozina (o pirimidina) si guanina (o purina). O asemenea relatie nu exista intre cele doua purine sau intre cele doua pirimidine. Legatura dintre cele doua catene se realizeaza prin punti de hidrogen intre perechi de baze situate la acelasi nivel in cele doua catene: doua punti de hidrogen intre adenina si timina A=T si T=A si trei punti intre guanina si citozina. Faptul ca la acelasi nivel aditionarea radicalului fosforic la dezoxiriboza este diferita (intr-o catena la pozitia 3', iar in catena complementara la pozitia 5') a dus la concluzia ca cele doua catene sunt indreptate in directii opuse. Prin urmare cele doua catene complementare au o orientare spatiala inversa sau antiparalela. Studiul structurii moleculei de ADN a relevat faptul ca bazele azotate sunt asezate spre interior, perpendicular pe axa principala lunga, la o distanta una de alta de 3,4A. Deoarece unghiul intre doi nucleotizi apropiati ai aceleiasi catene este de 36o, structura se repeta la fiecare 10 nucleotizi, adica la 34A. Dubla spirala helicoidala coaxiala are un diametru de 20A. Molecula de ADN are dimensiuni foarte mari (fiind cea mai mare macromolecula biologica), cu o greutate moleculara care poate ajunge la 12 si 16*106. Majoritatea moleculelor de ADN au o rasucire a helixului la dreapta ("forma B de ADN"); exista insa si molecule cu o rasucire a helixului spre stanga: Z-ADN.

Insusirea genetica continuta intr-o molecula de ADN aste determinata de insusirea perechilor de baze de-a lungul moleculei. Cum numarul secventelor posibile de baze este egal cu 4n, unde n este egal cu numarul de nucleotizi per catena, se ajunge la un numar astronomic de variante posibile de informatie genetica. In timpul replicarii cele doua catene ale moleculei de ADN se separa enzimatic, fapt ce permite sinteza unor catene complementare noi pe matricele reprezentate de cele doua monocatene vechi. Rezulta astfel doua bicatene de ADN identice. Bicatenele de ADN se pot separa -denatura- prin expunere la temperaturi apropiate de punctul de fierbere si la pH extrem (pH<3 si pH>10) si se pot combina -renatura- formand helice duble native prin expunerea monocatenelor complementare la temperatura de aproximativ 65oC.