Àcids Nucleics: Estructura, Funció i Flux Genètic

Àcids Nucleics: Estructura i Funció

Els àcids nucleics (ADN i ARN) són les molècules que emmagatzemen, transmeten i permeten expressar la informació genètica. L’ADN conserva la informació hereditària, mentre que l’ARN participa activament en la síntesi de proteïnes.

Composició dels Àcids Nucleics

Els nucleòtids són les unitats bàsiques dels àcids nucleics. Cada nucleòtid consta de:

• Una base nitrogenada: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) [exclusiva de l'ADN] o uracil (U) [exclusiu de l'ARN].
• Una pentosa: D-ribosa en l'ARN i D-2-desoxiribosa en l'ADN.
• Àcid fosfòric: aporta la càrrega negativa als àcids nucleics.

Els nucleòsids són nucleòtids que no tenen el grup fosfat.

Els enzims associats són essencials per a la replicació, la transcripció i la manipulació de l’ADN i l'ARN.

Els nucleòtids s’uneixen mitjançant enllaços fosfodièster (entre el carboni 5' d'un nucleòtid i el carboni 3' del següent), formant cadenes que poden ser curtes (oligonucleòtids) o llargues (polinucleòtids). Les cadenes tenen polaritat, amb un extrem 5’ (corresponent al C5' del primer nucleòtid) i un extrem 3’ (corresponent al C3' de l’últim nucleòtid).

Propietats Fisicoquímiques

• Són àcids per la presència dels grups fosfat.
• Absorbeixen llum ultraviolada (UV) a 260 nm.
• L'ADN es pot desnaturalitzar per calor o pH alt, i renaturalitzar refredant o reduint el pH.
• La hibridació permet la unió de cadenes complementàries mitjançant ponts d’hidrogen.

ADN: Emmagatzematge de la Informació Genètica

Funció: Emmagatzema i transmet la informació genètica, i dirigeix la síntesi de proteïnes. Es troba principalment al nucli cel·lular, però també als mitocondris i cloroplasts.

Estructura de l'ADN

L'ADN és un polímer de desoxiribonucleòtids (A, G, C, T) que presenta quatre nivells estructurals:

• Estructura primària: Seqüència de bases nitrogenades en la direcció 5'→3'.
• Estructura secundària: Doble hèlix bicatenària (proposada per Watson i Crick el 1953), on A s'aparella amb T (A=T) i C s'aparella amb G (C≡G) mitjançant ponts d'hidrogen.
• Estructura terciària: Associació amb proteïnes histones per formar nucleosomes, que al seu torn es compacten en estructures anomenades solenoides, formant la cromatina.
• Estructura quaternària: Durant la divisió cel·lular (mitosi), la cromatina es compacta encara més, formant els cromosomes.

Organitzacions de l'ADN

• ADN procariota: ADN circular, sovint acompanyat de plasmidis (petites molècules d'ADN circular).
• ADN mitocondrial i de cloroplasts: Bicatenari i circular.
• ADNc (ADN complementari): Copiat a partir d'ARN en el laboratori.
• ADN viral: Pot ser monocatenari o bicatenari, lineal o circular.

ARN: Expressió de la Informació Genètica

Funció: Controla la síntesi de proteïnes.

Estructura de l'ARN

L'ARN és generalment una cadena monocatenària que conté ribosa com a pentosa i uracil (U) en lloc de timina (T).

Tipus Principals d'ARN

• ARNm (ARN missatger): Còpia la informació de l’ADN i la porta als ribosomes per a la síntesi de proteïnes. En eucariotes, sol ser monocistrònic (codifica per a una sola proteïna).
• ARNr (ARN ribosòmic): Forma part dels ribosomes. Es classifica segons el seu coeficient de sedimentació.
• ARNt (ARN de transferència): Transporta els aminoàcids als ribosomes durant la síntesi de proteïnes. Té una estructura característica en forma de fulla de trèvol, amb llaços i un extrem 3’ -CCA on s'uneix l'aminoàcid.
• ARN regulador (ARNsi/ARNmi): ARN petit d'interferència i microARN. Bloquegen la traducció de l'ARNm o promouen la seva degradació.

Altres Tipus d'ARN

• ARNhn (ARN heterogeni nuclear): Precursor de l’ARNm.
• ARNsn (ARN petit nuclear): Participa en la maduració de l’ARNm.
• ARNsno (ARN petit nucleolar): Implicat en la formació de l’ARNr.

Flux Genètic: Replicació, Transcripció i Traducció

El flux de la informació genètica segueix aquests processos:

• Replicació: ADN → ADN
• Transcripció: ADN → ARN
• Traducció: ARN → Proteïna

Replicació de l'ADN

Objectiu: Crear dues cadenes filles idèntiques a la cadena original d'ADN.

Característiques:

• Semiconservativa: Cada cadena filla conté una cadena nova i una cadena original.
• Orígens de replicació: Un únic punt d'inici en procariotes; múltiples punts d'inici en eucariotes.
• Bidireccional: A partir de l'origen de replicació, es formen dues forquetes de replicació que avancen en direccions oposades.
• Cadena líder: Es sintetitza de forma contínua en direcció 5'→3'.
• Cadena retardada: Es sintetitza de forma discontínua en fragments d’Okazaki, també en direcció 5'→3'.

Enzims clau:

• Helicasa: Separa les dues cadenes d'ADN.
• Proteïnes SSB: Eviten que les cadenes separades es tornin a aparellar.
• Topoisomerasa: Relaxa la tensió generada per la separació de les cadenes.
• ADN-polimerasa III: Sintetitza la nova cadena d'ADN i corregeix errors.
• Primasa: Sintetitza els encebadors (petits fragments d'ARN) necessaris per a la síntesi de la cadena retardada.
• Ligasa: Uneix els fragments d’Okazaki.

Transcripció (ADN → ARN)

L'ARN-polimerasa reconeix una seqüència específica a l'ADN anomenada promotor i inicia la síntesi d'ARN en direcció 5'→3'.

Fases:

• Iniciació: La ARN-polimerasa s'uneix al promotor i separa les cadenes d'ADN.
• Elongació: L'ARN-polimerasa afegeix ribonucleòtids a la cadena d'ARN en creixement.
• Terminació: L'ARN-polimerasa arriba a una seqüència de terminació, l'ARN es desprèn de l'ADN i aquest es torna a tancar.

Maduració de l’ARN (en eucariotes)

• Addició d'una caputxa 5’ (guanina metilada).
• Addició d'una cua poli-A (seqüència d'adenines) a l'extrem 3’.
• Splicing: Eliminació dels introns (regions no codificants) i unió dels exons (regions codificants).

Traducció (ARNm → Proteïna)

El codi genètic estableix la correspondència entre els codons (seqüències de tres nucleòtids) de l'ARNm i els aminoàcids que formen les proteïnes. Hi ha 64 codons possibles: 61 codifiquen per a aminoàcids i 3 són codons d'STOP (UAA, UAG, UGA) que indiquen el final de la traducció.

Característiques del codi genètic:

• Universal: El mateix codi s'utilitza en gairebé tots els organismes.
• No ambigu: Cada codó codifica per a un únic aminoàcid.
• Degenerat: Un aminoàcid pot ser codificat per més d'un codó.
• Continu: La lectura dels codons es fa de forma contínua, sense salts ni superposicions.

Components clau:

• Ribosomes: Formats per una subunitat petita (que s'uneix a l'ARNm) i una subunitat gran (amb els llocs P i A on s'uneixen els ARNt).
• ARNt: Transporta els aminoàcids als ribosomes, segons l'anticodó complementari al codó de l'ARNm.
• Enzims: L'aminoacil-ARNt-sintetasa activa els aminoàcids i els uneix al seu ARNt corresponent.

Fases:

• Activació: Els aminoàcids s’uneixen al seu ARNt específic.
• Iniciació: La subunitat petita del ribosoma s’uneix a l’ARNm pel codó d'inici (AUG).
• Elongació: Formació d’enllaços peptídics entre els aminoàcids i translocació ribosomal (el ribosoma es mou al llarg de l'ARNm).
• Terminació: Els factors d’alliberament reconeixen els codons d'STOP i el complex de traducció es dissocia, alliberant la proteïna sintetitzada.