ADN i ARN: Bases Moleculars de la Vida

Els Àcids Nucleics

Els àcids nucleics són substàncies de caràcter àcid que es van descobrir a l'interior del nucli de les cèl·lules eucariotes. Són molt riques en àcid fosfòric. Hi ha dos tipus d'àcids nucleics: l'ARN i l'ADN.

Composició dels Àcids Nucleics

• 4 tipus de bases nitrogenades
• Una pentosa, que pot ser:
  • Ribosa
  • Desoxiribosa (segons la pentosa es distingeix l'ADN de l'ARN)
• Un àcid fosfòric

Cada unitat que conté aquests 3 elements s'anomena nucleòtid.

Bases Nitrogenades

Són molècules de caràcter bàsic i riques en nitrogen. N'hi ha 4 tipus:

• Citosina
• Guanina
• Adenina
• Timina/Uracil

Hi ha dos tipus de bases nitrogenades:

• Puríniques: Adenina/Guanina
• Pirimidíniques: Uracil/Citosina/Timina

Nucleòsids

Es formen per la unió d'una Ribosa/Desoxiribosa i una base nitrogenada (BN), mitjançant un enllaç N-glicosídic. Exemples:

• Si és Ribosa: Adenosina, Guanosina, Citidina, Uridina
• Si és Desoxiribosa: Desoxiadenosina, Desoxiguanosina, Desoxicitidina, Desoxitimidina

Nucleòtids

És la unió d'un nucleòsid i un àcid fosfòric, per mitjà d'un enllaç fosfoèster, entre el grup hidroxil i l'àcid fosfòric. Té un fort caràcter àcid a causa del seu grup fosfat.

Diferència entre Nucleòsids i Nucleòtids

• Nucleòsid: Base Nitrogenada + Pentosa
• Nucleòtid: Base Nitrogenada + Pentosa + Àcid Fosfòric

Estructura dels Àcids Nucleics

Són polímers de nucleòtids. Presenten dos extrems:

• 5': on hi ha un grup fosfat unit al carboni
• 3': on hi ha un radical hidroxil unit a l'últim nucleòtid

Tenen una pressió molecular molt elevada. Se sintetitzen des de l'extrem 5' al 3'. L'enllaç que els uneix és l'enllaç fosfodièster (OH de la pentosa i del fosfat units).

Àcid Desoxiribonucleic (ADN)

Format per dues cadenes de nucleòtids enrotllades entre si en forma d'hèlix. Cada cadena és un polímer de desoxiribonucleòtids d'Adenina, Timina, Citosina i Guanina, en un ordre 5' 3' sempre. El seu pes molecular és molt alt.

En les cèl·lules eucariotes, l'ADN es troba principalment al nucli, però també es pot trobar en els mitocondris i cloroplasts, que tenen el seu propi ADN, ja que abans eren cèl·lules separades (Teoria de l'endosimbiosi).

ADN Nuclear

Es troba associat a proteïnes histones (en les cèl·lules eucariotes) i a proteïnes no històniques (en petites quantitats). Aquesta associació s'anomena fibra de cromatina.

ADN de Mitocondris i Cloroplasts

És similar al de les cèl·lules procariotes. Està associat a proteïnes semblants a les histones, ARN i proteïnes no històniques. Aquestes associacions formen nucleoides (no delimitats per cap embolcall).

Virus

En els virus s'han observat proteïnes bàsiques associades a l'ADN.

Estructura Primària de l'ADN

És la seqüència de nucleòtids d'una sola cadena, que pot ser d'un sol filament estès o bé una mica doblegada en si mateixa. S'hi pot distingir:

• L'esquelet de fosfopolidesoxiriboses
• La seqüència de bases nitrogenades

Estructura Secundària de l'ADN

És la disposició a l'espai de dues cadenes de polinucleòtids en doble hèlix, amb bases nitrogenades enfrontades i unides mitjançant enllaços d'hidrogen. La densitat i la viscositat de les dispersions aquoses de l'ADN són altes.

L'ADN està format per dues cadenes de polinucleòtids antiparal·leles, complementàries i enrotllades de forma plectonímica, que formen una doble hèlix. Watson i Crick van crear el model atòmic de la doble hèlix. L'ADN té un diàmetre de 20 Å. La doble hèlix en estat natural és molt estable.

Desnaturalització de l'ADN

És el procés en el qual, escalfant una dispersió de fibres d'ADN, els dos filaments de la doble hèlix, a 100 graus, se separen.

Renaturalització de l'ADN

És el procés en el qual, mantenint unes fibres d'ADN desnaturalitzades a 65 graus, els dos filaments tornen a unir-se i es restaura la doble hèlix.

Estructura Terciària de l'ADN

Les molècules d'ADN circular (com el bacterià o el mitocondrial) presenten una estructura terciària, que consisteix en el fet que la fibra de 20 Å es troba retorçada sobre si mateixa formant una espècie de superhèlix. Proporcionen dos avantatges:

• Aconseguir reduir la longitud de l'ADN
• Facilitar el procés de duplicació de l'ADN

Nivells d'Empaquetament de l'ADN

L'ADN s'empaqueta sobre les proteïnes histones, excepte els espermatozoides, que ho fan sobre les protamines.

Primer Nivell d'Empaquetament

La fibra de cromatina té 100 Å d'amplada. L'ADN està associat a histones (proteïnes bàsiques de baix pes molecular). L'ADN s'enrotlla al voltant de les proteïnes histones, cada 2 parells de bases nitrogenades, formant nucleosomes. Cada nucleosoma està format per un octàmer d'histones. L'ADN que hi ha entre un octàmer i un altre s'anomena ADN espaiador.

Segon Nivell d'Empaquetament

La fibra de cromatina té 300 Å d'amplada. Es forma a partir de l'enrotllament sobre si mateixa de la fibra condensada de cromatina de 100 Å.

Tercer Nivell d'Empaquetament

La fibra de 300 Å forma bucles, anomenats dominis estructurals en forma de bucles. El segon nivell queda embuclat.

Nivells Superiors d'Empaquetament

En els altres empaquetaments no hi ha prou espai i no caben al nucli de les cèl·lules. No es coneixen gaire bé els altres nivells d'empaquetament. Es considera que el cromosoma conté un eix de proteïnes no històniques (base proteica).

Tipus d'ADN segons l'Estructura

• Monocatenari
• Bicatenari (el més comú)

El monocatenari és molt rar (només s'ha trobat en alguns virus).

Tipus d'ADN segons la Forma

• Circular: bacteris, mitocondris, cloroplasts i alguns virus
• Lineal: com el de les cèl·lules eucariotes i d'alguns virus bacteriòfags

Tipus d'ADN segons l'Empaquetament

• ADN de les cèl·lules eucariotes: associat a histones
• ADN dels espermatozoides: associat a protamines
• ADN dels virus: associat a proteïnes bàsiques pròpies o amb histones de la cèl·lula paràsita

ADN supernumerari: ADN que no conté informació.

Àcid Ribonucleic (ARN)

Constituït per nucleòtids de ribosa, amb les bases Citosina, Guanina, Adenina i Uracil. No té Timina. S'uneixen entre si mitjançant enllaços fosfodièster, en sentit 5'3'.

L'ARN es troba en les cèl·lules eucariotes i procariotes. És monocatenari.

ARN de Transferència (ARNt)

Té de 70 a 90 nucleòtids, amb un pes molecular molt petit. Es troba en el citoplasma en forma de molècula dispersa. Té com a funció transportar aminoàcids específics fins als ribosomes. És monocatenari. Té forma de fulla de trèvol, amb un braç D i un braç T. El 90% són bases nitrogenades, i el 10% són bases específiques.

ARN Missatger (ARNm)

És monocatenari. Pes molecular normal. Té la funció de copiar la informació continguda en l'ADN i dur-la fins als ribosomes. Té una estructura diferent en procariotes i eucariotes.

ARNm en Eucariotes

Té caputxa, cadena poli-A a l'extrem 3', exons (parts amb informació) i introns (parts sense informació, que quan madura desapareixen). És monocistrònic: informació per a una sola proteïna.

ARNm en Procariotes

No té: caputxa, cadena poli-A, introns. És policistrònic: informació per a més d'una proteïna.

ARN Ribosòmic (ARNr)

Constitueix els ribosomes. Units a les proteïnes ribosòmiques, originen els ribosomes. Major pes molecular, que se sol expressar amb el coeficient de sedimentació de Svedberg (S).

ARN Nucleolar (ARNn)

Es troba constituint el nuclèol. S'origina a partir de diferents segments d'ADN, un dels quals s'anomena regió organitzadora nucleolar. S'associa a proteïnes procedents del citoplasma.

Funcions de l'ARN

• Transmissió de la informació genètica des de l'ADN fins als ribosomes.
• Conversió de la seqüència de ribonucleòtids d'ARNm en una seqüència d'aminoàcids. Procés de traducció.
• Emmagatzematge de la informació genètica (en alguns virus).