Àcids nucleics: estructura, funcions i tipus d'ADN i ARN

Àcids Nucleics: Biomolècules orgàniques formades per C, H, O, N i P. Polímers formats per la unió de molts nucleòtids. Els nucleòtids estan formats per àcid fosfòric (H3PO4, que confereix el caràcter àcid), una pentosa (ribosa en l'ARN o 2-desoxiribosa en l'ADN) i una base nitrogenada. Un nucleòsid és un nucleòtid sense el grup fosfat.

Bases Nitrogenades

Molècula de caràcter bàsic amb N. Es divideixen en dos grups:

• Púriques: Estructura semblant a la molècula de purina. Inclouen Adenina i Guanina.
• Pirimidíniques: Estructura semblant a la molècula de pirimidina. Inclouen Citosina, Timina (en l'ADN) i Uracil (en l'ARN).

Nucleòsids

Es formen per la unió de la ribosa o desoxiribosa amb una base nitrogenada mitjançant un enllaç N-glicosídic entre el carboni 1' de la pentosa i el nitrogen 1 o 9 de la base. Si la base és púrica, el nucleòsid acaba en -osina (ex: Adenosina). Si la base és pirimidínica, acaba en -idina (ex: Citidina). Si la pentosa és desoxiribosa, s'afegeix el prefix desoxi- (ex: Desoxiadenosina).

Nucleòtids

Es formen per la unió d'un nucleòsid i un àcid fosfòric mitjançant un enllaç fosfoèster amb el grup hidroxil del carboni 5' de la pentosa. Tenen caràcter àcid a causa del grup fosfat ionitzat.

Àcids Nucleics: Polímers de Nucleòtids

Els àcids nucleics són polímers de nucleòtids. L'extrem 5' té un grup fosfat unit al carboni 5' del primer nucleòtid, i l'extrem 3' té un radical hidroxil unit al carboni 3' de l'últim nucleòtid. Es sintetitzen des de l'extrem 5' cap al 3'.

ADN (Àcid Desoxiribonucleic)

Nivells Estructurals de l'ADN

L'ADN és la molècula que emmagatzema la informació biològica que es transmet de progenitors a descendents. Està format per dues cadenes de nucleòtids (excepte en alguns virus) enrotllades entre si formant una doble hèlix.

• Cadena: Polímer de nucleòtids d'Adenina, Guanina, Citosina i Timina, que va des de l'extrem 5' al 3'. Té un pes molecular elevat.
• ADN en cèl·lules eucariotes: Es troba al nucli, als mitocondris i als cloroplasts.
  • ADN nuclear: ADN lineal associat a proteïnes (histones) formant nucleosomes. El conjunt forma la fibra de cromatina. També conté una petita quantitat de proteïnes no històniques.
  • ADN de mitocondris i cloroplasts: Similar al de les cèl·lules bacterianes.
• ADN en cèl·lules bacterianes: És circular i no està associat a histones, però sí a proteïnes similars a les histones, RNA i proteïnes no històniques. Forma una estructura anomenada nucleoide, que no està delimitada per un embolcall.
• ADN en cèl·lules d'arqueus: És circular i està associat a histones formant nucleosomes, però aquestes histones són diferents de les de les cèl·lules eucariotes.
• ADN de virus: Pot ser circular o lineal, bicatenari (dues cadenes) o monocatenari, i també pot tenir proteïnes associades.

Estructura Primària, Secundària i Terciària de l'ADN

• Estructura primària: Seqüència de nucleòtids en una sola cadena (estesa o doblegada) combinant els 4 tipus de nucleòtids (Adenina, Guanina, Citosina, Timina). La quantitat de cada nucleòtid és la mateixa dins d'una espècie. Hi ha més de cent mil milions de combinacions possibles, que constitueixen l'abecedari del missatge biològic.
• Estructura secundària: Disposició en l'espai de dues cadenes o filaments de polinucleòtids en doble hèlix, unides per ponts d'hidrogen entre les seves bases nitrogenades.
• Estructura terciària: En l'ADN bacterià i mitocondrial, la fibra de 20A es troba retorçada sobre si mateixa formant una superhèlix (ADN superenrotllat). Això redueix la longitud del DNA i facilita la seva duplicació. L'enrotllament és cap a la dreta, i els enzims que el relaxen giren cap a l'esquerra.

Nivells d'Empaquetament de l'ADN

La cadena d'ADN s'enrotlla dues vegades per cada histona, formant nucleosomes. Aquests s'enrotllen formant rosetones, i 30 rosetones formen un espiral. 20 espirals formen una cromàtide, que finalment forma la doble hèlix d'ADN.

Tipus d'ADN

• ADN monocatenari: Poc freqüent. Es troba en forma lineal en el parvovirus i en forma circular en els virus φX174.
• ADN bicatenari: Present en la majoria dels organismes. Pot presentar superenrotllaments i estar enllaçat a una altra cadena (concatenat).
• ADN circular: Present en bacteris, arqueus, mitocondris, cloroplasts i alguns virus.
• ADN lineal: Present al nucli de les cèl·lules eucariotes i en alguns virus.

Associació de l'ADN amb Proteïnes

• Associat a histones formant nucleosomes: Al nucli de les cèl·lules eucariotes i arqueus.
• Associat a protamines: Al nucli dels espermatozoides. Les protamines són més bàsiques que les histones, i permeten un grau d'empaquetament superior.
• Associat a altres tipus de proteïnes: En els bacteris. Està associat a proteïnes similars a les histones, però sense formar nucleosomes. També s'associa a RNA i a proteïnes no històniques.

ARN (Àcid Ribonucleic)

Constituït per nucleòtids de ribosa amb les bases Adenina, Guanina, Citosina i Uracil (no té Timina). Els nucleòtids s'enllacen mitjançant enllaços fosfodièster en sentit 5' a 3'. És monocatenari, excepte en el reovirus, que és bicatenari. En les cèl·lules eucariotes hi ha entre 5 i 10 vegades més RNA que DNA. Es creu que l'ARN va ser una de les primeres molècules capaces d'autoduplicar-se i contenir informació genètica. La seva cadena és més estable que la de l'ADN i pot tenir funció enzimàtica en les proteïnes. Hi ha diferents tipus d'ARN: RNA soluble (s) o de transferència (t), RNA missatger (m), RNA ribosòmic (r) i RNA nucleolar (n).

Tipus d'ARN

• RNA soluble (tRNA): Conté entre 70 i 90 nucleòtids. Es troba dispers al citoplasma. Hi ha uns 50 tipus de tRNA. La seva funció és transportar els aminoàcids fins als ribosomes, on es sintetitzen les proteïnes. És monocatenari, però té zones amb estructura secundària de doble hèlix. La seva estructura tridimensional té forma de fulla de trèvol amb quatre braços: el braç D, el braç T, el braç anticodó i el braç acceptor d'aminoàcids. Aquesta estructura també es pot descriure com una forma de L. Conté bases modificades com la dihidrouridina, la ribotimidina i la inosina, que representen aproximadament el 10% del tRNA.
• RNA missatger (mRNA): És monocatenari i lineal. La seva funció és copiar la informació del DNA i portar-la fins als ribosomes, on es sintetitzen les proteïnes. L'mRNA eucariòtic es forma a partir del transcrit primari, que s'altera eliminant segments sense informació (maduració). L'mRNA eucariòtic té una estructura anomenada "caputxa" a l'extrem 5', que el protegeix de l'acció dels enzims exonucleases. A l'extrem 3' té una cua de poli-A, formada per 150-200 nucleòtids d'adenina.
• RNA ribosòmic (rRNA): És el tipus d'RNA més abundant a la cèl·lula. Es sintetitza als nuclèols per l'RNA polimerasa I i forma part dels ribosomes. La seva funció és proporcionar un mecanisme per a descodificar l'mRNA a aminoàcids i interaccionar amb el tRNA durant el procés de traducció, proporcionant l'activitat peptídic transferasa.