Àcids nucleics (ADN i ARN): estructura, funcions i cicle cel·lular

Àcids nucleics: ADN i ARN

Hi ha dos tipus d'àcids nucleics: l'àcid desoxiribonucleic (ADN) i l'àcid ribonucleic (ARN).

Els àcids nucleics són cadenes lineals formades per la polimerització o unió d'unitats anomenades nucleòtids.

Nucleòtids

Són els monòmers que formen les cadenes d'àcids nucleics. Cada nucleòtid està integrat per un grup fosfat, un monosacàrid i una base nitrogenada.

Components del nucleòtid

• Monosacàrid: El monosacàrid integrat dels nucleòtids pot ser ribosa o desoxiribosa.
• Grup fosfat: S'uneix habitualment al carboni 5' del monosacàrid.
• Base nitrogenada: S'uneix al carboni 1' del monosacàrid. Hi ha cinc tipus de bases: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) i uracil (U). En l'ADN els emparellaments són A-T i G-C; en l'ARN, U-A i G-C.

Quan es polimeritzen els nucleòtids es formen cadenes polinucleotídiques. Els nucleòtids s'uneixen mitjançant enllaços fosfodièster, establerts entre el grup fosfat del carboni 5' d'un nucleòtid i el grup hidroxil (OH) del carboni 3' del nucleòtid adjacent.

Estructura de l'ADN: la doble hèlix

L'àcid desoxiribonucleic està integrat per desoxiribonucleòtids, és a dir, nucleòtids que porten desoxiribosa.

L'ADN apareix en les cèl·lules com dues cadenes de desoxiribonucleòtids connectades entre si formant una doble hèlix amb aquestes característiques:

• Tenen com a sucre la desoxiribosa.
• L'enrotllament dels dos filaments és cap a la dreta; la doble hèlix és dextrogira.
• L'aparellament només és possible si les cadenes són antiparal·leles: una cadena corre en sentit 5'→3' i la complementària en sentit 3'→5'.
• Els nucleòtids d'ADN tenen com a bases nitrogenades A, G, C i T; en cap cas hi ha uracil.
• La doble hèlix està formada per dues cadenes llargues de nucleòtids, que es mantenen unides mitjançant enllaços d'hidrogen entre parells de bases complementàries.

Empaquetament de l'ADN

L'ADN s'ha d'empaquetar per entrar en l'espai reduït del nucleoide en les cèl·lules procariotes o del nucli en les cèl·lules eucariotes. Les característiques de l'ADN i la manera d'empaquetar-se són diferents segons el tipus cel·lular.

Procariotes

L'ADN és circular, ja que la doble hèlix es tanca pels extrems.

Eucariotes

Es tracta d'ADN lineal. A partir de cada molècula d'ADN s'origina un cromosoma; depenent del moment del cicle cel·lular, cada cromosoma pot estar format per una o dues molècules d'ADN o per dues molècules idèntiques (cromàtides germanes).

Funcions de l'ADN

• Conserva i transmet la informació genètica; produeix còpies de si mateix (replicació).
• Expressa la informació genètica utilitzant com a intermediari l'ARN.

Àcid ribonucleic (ARN)

L'ARN són cadenes senzilles de ribonucleòtids. Els ribonucleòtids estan formats pel sucre ribosa i poden portar les bases nitrogenades adenina, guanina, citosina o uracil; mai timina.

Tipus d'ARN

S'esdistingeixen tres tipus principals:

• ARN missatger (ARNm): cadenes lineals que transporten la informació continguda en l'ADN fins al citoplasma, on s'utilitza per a la síntesi de proteïnes.
• ARN transferent (ARNt): cadenes curtes replegades sobre si mateixes que transporten i situen els aminoàcids en el lloc correcte durant la síntesi de proteïnes.
• ARN ribosòmic (ARNr): cadenes replegades que s'associen a proteïnes ribosomals per formar ribosomes.

Cromosomes

Són ADN compactat perquè la cèl·lula es pugui dividir. El telòmer té relació amb l'envelliment.

Abans de la divisió cel·lular, cada molècula d'ADN es replica i s'originen dues còpies idèntiques; d'aquesta manera es garanteix que, després de la divisió, cada cèl·lula rebi una còpia completa d'ADN.

Cariotip

Conjunt de cromosomes d'un organisme ordenat. Normal en l'ésser humà: 22 parells d'autosomes més els cromosomes sexuals, en total 23 parells de cromosomes en sentit pràctic per al cariotip humà complet.

Sexe genètic: home: XY; dona: XX.

Diploide: organisme amb dues còpies de la dotació cromosòmica.

Haploide: organisme amb una única còpia de la dotació cromosòmica.

Autosomes: cromosomes que no estan implicats en la determinació del sexe.

Gonosomes (cromosomes sexuals): són els cromosomes dels quals depèn el sexe de l'organisme.

Heterocromosomes: en els mamífers es coneixen com a X i Y; les femelles són XX i els mascles XY.

Divisió cel·lular

Bipartició → reproducció asexual. En eucariotes cal diferenciar:

• Reproducció asexual → mitosi.
• Reproducció sexual → meiosi.

Mitosi

Fases:

Profase

• Els cromosomes es condensen.
• Els centríols (centròmers en terminologia equivocada d'ús comú) es desplacen cap als pols oposats i comencen a organitzar el fus mitòtic.
• Es desintegra l'embolcall nuclear i el nuclèol desapareix; els microtúbuls s'enganxen als cromosomes pel cinetocor, una estructura situada al centròmer.

Metafase

Els cromosomes se situen a l'equador de la cèl·lula formant la placa equatorial.

Anafase

Cadascuna de les cromàtides germanes se separa quan el centròmer es divideix. Cada cromàtide (ara un cromosoma independent) és arrossegada cap al pol corresponent pel fus mitòtic.

Telofase

Els cromosomes fills arriben als pols, es descondensen i reapareixen els embolcalls nuclears; el fus mitòtic desapareix.

Citocinesi

Ocorre al final: el citoplasma es divideix formant dues cèl·lules filles idèntiques.

Meiosi

La meiosi és un tipus de divisió cel·lular per formar gàmetes (òvuls i espermatozoides). A partir d'una cèl·lula diploide s'obtenen quatre cèl·lules haploides. La meiosi consta de dues divisions successives: meiosi I i meiosi II.

Meiosi I (divisió reduccional)

En aquesta primera divisió se separen els cromosomes homòlegs i el nombre de cromosomes es redueix a la meitat.

1. Profase I

Els cromosomes es condensen i es fan visibles. Els cromosomes homòlegs (un de la mare i un del pare) s'emparellen formant bivalents. Té lloc el crossing-over, un intercanvi de fragments entre cromosomes homòlegs → això genera variabilitat genètica. La membrana nuclear es descompon i es forma el fus mitòtic.

2. Metafase I

Els parells de cromosomes homòlegs s'alineen al centre de la cèl·lula. Cada homòleg queda unit a fibres del fus que apunten a pols oposats.

3. Anafase I

Els cromosomes homòlegs se separen i es desplacen cap als pols. Les cromàtides germanes continuen unides.

4. Telofase I

Es formen dos nuclis amb la meitat dels cromosomes, però aquests cromosomes encara estan duplicats. La cèl·lula es divideix mitjançant citocinesi.

Meiosi II (divisió equacional)

Aquesta divisió és semblant a una mitosi. Cada cèl·lula de la meiosi I es divideix una segona vegada.

1. Profase II

Els cromosomes tornen a condensar-se si cal. Es forma un nou fus mitòtic.

2. Metafase II

Els cromosomes s'alineen un a un al centre de la cèl·lula.

3. Anafase II

Les cromàtides germanes finalment se separen i se'n van cap a pols oposats.

4. Telofase II

Es formen nous nuclis. La citocinesi divideix cada cèl·lula en dues, obtenint en total quatre cèl·lules haploides.

El cicle cel·lular eucariota

Conjunt de fases de la vida d'una cèl·lula.

Interfase

És el període del cicle cel·lular comprès entre dues divisions cel·lulars. És la fase més llarga del cicle: la cèl·lula expressa els gens que té, creix i duplica el seu ADN, i es prepara per a la fase M. S'estructura en G1, S, G2 i M.

G1: la cèl·lula fa la seva funció normal per la qual està preparada.

S: duplicació de l'ADN.

G2: preparació per a la mitosi.

G0: fase en què entren les cèl·lules que no es divideixen i fan sempre la seva funció, p. ex. les neurones.