ADN i ARN: estructura, funció i nivells d'organització

Diferències entre ADN i ARN

Existeixen dos tipus d'àcids nucleics, l’ADN i l’ARN, que es diferencien principalment per tres aspectes:

• La pentosa: L’ADN conté desoxiribosa i l’ARN conté ribosa.
• Les bases nitrogenades:
  • L’ADN conté adenina, guanina, citosina i timina.
  • L’ARN conté adenina, guanina, citosina i uracil.
• L'estructura de les cadenes: L’ADN és una cadena doble i l’ARN és, generalment, una cadena senzilla.

L'Àcid Desoxiribonucleic (ADN)

L’ADN és l'Àcid DesoxiriboNucleic. És la molècula on s'emmagatzema, de forma codificada, la informació genètica d'un ésser viu i l’encarregada de transmetre-la a la descendència.

La seva seqüència de nucleòtids conté la informació necessària per a poder controlar el metabolisme, les funcions vitals d'un ésser viu i fabricar les seves proteïnes. És una molècula molt complexa.

L’ADN està compost per una seqüència de nucleòtids formats per la pentosa desoxiribosa. Les bases nitrogenades que formen els nucleòtids d’ADN són Adenina, Guanina, Citosina i Timina. No hi apareix Uracil.

En el medi aquós cel·lular, els llargs filaments d'ADN adopten una configuració espacial on es poden descriure diversos nivells estructurals de complexitat creixent. Cadascun depèn de l'anterior i condiciona el nivell superior: són les estructures primària, secundària i terciària.

Localització i Tipus d'ADN

• Eucariotes:
  • Nucli: Lineal bicatenari associat a histones.
  • Cloroplasts i mitocondris: Circular bicatenari no associat a histones.
• Bacteris: Circular bicatenari sense histones, Plasmidis.
• Virus d’ADN: Lineal (monocatenari i bicatenari) o Circular (monocatenari i bicatenari).

Estructura de l'ADN

Estructura Primària de l'ADN

L’estructura primària és la seqüència lineal de nucleòtids que conté l'ADN. Les molècules d'ADN són específiques, i cada organisme té un ADN idèntic per a totes les seves cèl·lules. La informació genètica està continguda en l'ordre exacte dels nucleòtids.

La cadena presenta dos extrems lliures:

• El 5’ unit al grup fosfat.
• El 3’ unit a un hidroxil.

Cada cadena es diferencia de l'altra per:

• La seva mida.
• La seva composició.
• La seva seqüència de bases.

La seqüència s'anomena amb la inicial de la base que conté cada nucleòtid.

Estructura Secundària de l'ADN

L’ADN és una doble hèlix formada per dues cadenes de nucleòtids enrotllades al voltant d'un eix imaginari. Seria semblant a una escala de cargol on:

• Les bases nitrogenades es troben situades a l'interior, formant els esglaons.
• Les cadenes formades per la pentosa i l'àcid fosfòric serien els passamans.

L’enrotllament és dextrògir (cap a la dreta) i plectonèmic (cal desfer la cadena per poder separar-la).

Cada parella de nucleòtids està separada de la següent per una distància de 0,34 nm. Cada volta de la doble hèlix està formada per 10 nucleòtids, la qual cosa representa una longitud de 3,4 nm per volta d’hèlix.

Les dues cadenes de nucleòtids són antiparal·leles (orientades en sentits oposats) i complementàries. La complementaritat entre les bases nitrogenades s’estableix mitjançant ponts d’hidrogen:

• Adenina (A) s'uneix amb Timina (T).
• Guanina (G) s'uneix amb Citosina (C).

Estructura Terciària (Ordre Superior)

L’estructura terciària es refereix als diferents nivells d’empaquetament que adopta l’ADN per poder cabre dins de la cèl·lula. El grau d’empaquetament varia segons es tracti d'organismes procariotes o eucariotes:

Empaquetament en Procariotes

En procariotes, l'ADN es plega com una superhèlix en forma, generalment, circular i associada a una petita quantitat de proteïnes. El mateix passa amb l’ADN dels mitocondris i cloroplasts.

Empaquetament en Eucariotes: La Cromatina

En eucariotes, l’empaquetament ha de ser més complex i compacte i, per això, necessita la presència de proteïnes com les histones. La unió d’ADN i proteïnes es coneix com a cromatina, on es distingeixen diferents nivells d'organització:

El Nucleosoma (Collaret de Perles)

La unitat bàsica de la cromatina és el nucleosoma. Cada nucleosoma consta d'un octàmer d'histones al voltant del qual s'enrotllen dues voltes d'ADN. Els diferents nucleosomes apareixen units per segments d'ADN, fet que atorga al conjunt un aspecte de "collaret de perles".

El Solenoide i la Fibra de Cromatina

A la cèl·lula, la cromatina ha de mantenir-se en un estat molt condensat i, per tant, no s'adapta a la forma estesa del collaret de perles. Els nucleosomes es troben enrotllats sobre si mateixos i generen unes estructures anomenades solenoides, que donen lloc a la fibra.

Formació del Cromosoma

La fibra de cromatina es plega en forma de grans bucles de solenoide, formant fibres encara més plegades. La finalitat de la cromatina és condensar-se fins a formar un cromosoma, la funció del qual és repartir el material genètic entre les dues cèl·lules filles. Quan la cèl·lula entra en mitosi, la cromatina s'organitza i els bucles de cada fibra es compacten extraordinàriament i s'enrotllen per formar un cromosoma.