Structura acizilor nucleici

Acizii nucleici sunt cei mai mari polimeri din intreaga lume vie. Ei sunt lanturi polinucleotidece in care monomerul este nucleotida.

Nucleotida este unitatea structurala si functionala a acizilor nucleici. Ca structura chimica, este formata din trei compusi chimici:

1. baze azotate;

2. zaharoza;

3. gruparea fosfat;

Bazele azotate sunt, dupa structura chimica, de doua tipuri:

• purinice – formate din doua cicluri condensate in structura caruia gasim cinci atomi de carbon si patru de azot, adenina si guanina. Fiind din doua cicluri condensate, sunt mai mari.

• pirimidinice – sunt mai mici, fiind formate dintr-un singur ciclu cu patru atomi de carbon si doi de azot.

Prin structura lor chimica ele sunt complementare. Totdeauna in structura ADN-ului vom gasi complementaritate intre timina si adenina. O baza purinica – una primidinica, citozina si guanina.

Complementaritate se realizeaza si intre ADN si ARN, cand este copiat, doar ca, in structura ADN-ului, in loc de timina vom gasi, ca baza pirimidinica, uracidul. Timina este inlocuita cu uracidul. Aceasta este diferenta in compozitia bazelor azotate intre cei doi acizi.

Zaharoza, este o pentoza cu cinci atomi de carbon. Baza azotata se leaga in pozitia carbon 1 si fosfatul in pozitia carbon 5. Fosfatul realizeaza legaturi diesterice, intre doua molecule de glucoza. La propria nuclotida in pozitia 5 prim iar la nucleotida urmatoare in pozitia 3 prim.

Prin aceste legaturi fosfodiesterice sau glucidofosforice se realizeaza scheletul lanturilor polinucleotidice, se formeaza structura de baza scheletica, care va ancora si va sustine bazele azotate. Aceste legaturi intracatenare in cadrul catenei sunt atat la ADN cat si la are ARN. Prin legaturile acestia in pozitia 5 prim, 3 prim, cele doua catene ale ADN-ului sunt antiparalele, adica o catena care porneste de la 5 prim se termina in pozitia 3 prim si cealalta vine invers.

Intre cele doua catene ale ADN-ului legaturile sunt intercatenare si se realizeaza prin atractii electrostatice prin punti de hidrogen: duble, intre adenina si timina, si triple intre citozina si guanina.

 

Functiile ADN-ului

ADN-ul poarta numele de spirala vietii. In structura ADN-ului este codificata toata informatia despre desfasurarea vietii. Viata inseamna metabolism adica schimb de materie si energie.

A doua insusire fundamentala a vietii este reproducerea.

Atat metabolismul cat si reproducerea se realizeaza prin intermediul ADN-ului care este o structura ereditara. In timpul reproducerii se transmite de la o celula la alta si prin ele de la o generatie la alta. Astfel, controleaza metabolismul si reproducerea care sunt cele doua functii a vietii.

Functia heterocatalitica consta in sinteza proteinelor. Toate proteinele, atat structurale cat si functionale, se realizeaza pe baza informatiei cuprinsa in macromolecula de ADN care este codificata. Unitatile de codificare sunt codonii care sunt o succesiune de trei nucleotide, avand patru tipuri de legaturi intre nucleotide: adenina-timina, timina-adenina, citozina-guanina, guanina-citozina. Luate cate trei, prin combinarea lor, se vor forma 64 de codoni, din care 61 vor codifica toate proteinele care se sintetizeaza in corpul nostru si pe baza carora se formeaza insusirile ereditare ale noastre si anume insusiri morfologice, fiziologice, biochimice, comportamentale.

Toate trasaturile noastre se realizeaza pe baza acestor proteine sintetizate conform codificarii in ADN. Codificarea, deci macromolecula de ADN, cuprinde aceste patru tipuri de legaturi, care se pot repeta, se pot inversa, se pot multiplica, asa incat sa dea o mare diversitate de structura.

Un segment din macro molecula de ADN reprezinta o gena iar informatia dintr-o gena sintetizeaza un anumit tip de proteina dupa nevoile celulei din acel moment si dupa caracteristica celulei. Spre exemplu, in celulele din pancreas se vor sintetiza, in anumite celule insulina, in altele glucagonul, in cele din glandele salivare, amilanza, ca proteina sau alte si alte proteine care se sintetizeaza la momentul oportun si dupa nevoile corpului.

Sinteza lor se realizeaza prin doua procese fundamentale: transcriptia – care are loc in nucleu si care consta in copierea informatiei dintr-o gena in molecula de ARN. Aceasta se realizeaza cu ajutorul enzimelor ARN polimeraza ce vor aduce acele nucleotide care sunt complementare macromoleculei de ADN, doar ca in dreptul ademinei va lega uracid. Odata cu formarea ARN-ului mesager, care vine cu mesajul copiat, se sintetizeaza si celelalte categorii de ARN Ribozomal si ARN T care vor asigura cel de-al doilea proces din cadrul sintezei proteice si anume translatia care se desfasoara la ribozomi in citoplasma.

Cea de-a doua functie, autocatalitica, consta in replicatia de tip semiconservativ: materialul genetic, macromolecula de ADN, intalnita in nucleu sub forma de cromatina.

Cromatina este un sirag de perle formate din unitati repetitive numite nucleosomi. Un nucleosom este un cilindru proteic de histone si o macromolecula de ADN care formeaza doua spire la baza si la varf cuprinzand in total vreo 200 si ceva de nucleotide. Aceste histone se leaga cu alte cateva sute de nucleotide pana la 150 de ADN, ADN linker sau de legatura intre histone. Asa se formeaza cromatina. Cromatina se dubleaza inainte de diviziunea celulara. Ce inseamna ca se dubleaza? Prin aceasta capacitate a ADN-ului de a se desface in cele doua catene complementare.

Cele doua catene complementare se desfac si pe baza de complementaritate se va sintetiza o catena noua. De ce se numeste de tip semiconservativ? Pentru ca in cele doua cromatine, in cele doua macromolecule de ADN, o catena este veche (catena mama) si o catena este noua (fiica).

Inainte de diviziune, cromatina cu ajutorul histonelor se condenseaza, se spirealizeaza puternic si se fragmenteaza formand cromozomii.

Cand ia nastere celula, avem o singura macromolecula de ADN, rezultatul despiralizarii celor 46 de cromozomi care ajung cromozomi monocromatidici, cu o singura macromolecula de ADN in structura lor si se va forma o cromatina.

In timpul replicatiei in celula se sintetizeaza doua cromatine. Prin spiralizare si condensare se vor forma cromozomii bicromatidici. Fiecare cromatida va avea cate o macromolecula de ADN, identica cu macromolecula mama.

Cromozomii, sunt cei care vor purta informatia ereditara din celula mama in celulele fiice.

Ei prezinta o constrictie primara numita centromer. Dupa pozitionarea centromerilor cromozomul se imparte in brate, egale sau inegale, sau cu un singur brat. Mai pot avea o constrictie secundara, dupa care se afla telomerul.

La nivelul centromerului, in cromozomii bicromatidici, se intalneste kinetochorul, o structura cu rol in miscarea cromozomilor si in distributia lor in celulele fiice.