Acizi nucleici

• Tipuri de acizi nucleici• Componenţi structurali ai acizilor nucleici• Structra primară covalentă a acizilor nucleici• Conformaţia moleculei de ADN• Denaturarea şi renaturarea ADN • Hidroliza ADN• Organizarea superioară a ADN

Ce sunt acizii nucleici ?

• Sunt produşi de policondensare a nucleotidelor;

• Păstrează şi mijlocesc transferul de informaţie genetică în lumea vie.

Dogma centrală a biologiei moleculare

• ADN conţine informaţia genetică sub forma unor secvenţe de nucleotide

• Toată informaţia din celula parentală este transferată celulelor fiice.

ADN ARNm ProteineTranscriere Traducere

Revers transcriere

Rep

lica

re

Tipuri de acizi nucleici

• ADN stochează într-o formă compactă, o cantitate mare de informaţie cu privire la biosinteza proteinelor, care poate fi accesată imediat

• ARN (mesager, de transport, ribozomal, de mici dimensiuni)

Componenţii structurali ai acizilor nucleici

• Pentoza sub forma ciclică β -furanozică

• Acidul fosforic

• Bazele azotate: purine şi pirimidine

N

N

NH

N

N

N1

2

34

56 7

8

9 1

2

3

4

5

6

Purinã Pirimidinã

Tautomeria lactam lactim a bazelor azotate

• Formele lactam sunt mai stabile

• Tautomerie imino-amino

C

O

NH C

OH

N

forma lactam forma lactim

C

NH2

N

forma amino forma iminoC

NH

NH

Purine

N

N

NH

N

NH2

N

HN

NH

N

NH

N

N

NH

N

H2N

OH

N

HN

NH

N

H2N

O

Adenina (6-amino purina) Guanina (2-amino-6-hidroxi purina)Amino Imino Lactim Lactam

Pirimidine

N

N

NH2

HO

N

N

OH

HO

CH3

N

N

OH

HO NH

HN

O

OLactim Lactam

Uracil (2,4-dihidroxi-pirimidina)

NH

HN

O

O

CH3

N

NH

NH2

O

Lactim

Lactim

Lactam

Lactam

Timina (5-metil-uracil)

Citozina (2-hidroxi-4-amino-pirimidina)

Nucleozide (ribo- şi dezoxiribonucleozide)

• Ribonucleozidele

3` 2`

5`

1`

Adenozinã (A) Guanozinã (G)

Citidinã (C)Uridinã (U)

N

NH

N

N

NH2

O

OH2CHO

OHOH

9N

N

N

N

NH2

OH2CHO

OHOH

9

1`2`3`

4`

5`

N

N

NH2

OOH2CHO

OHOH

N

NH

O

O

OH2CHO

OHOH

4`

11

Dezoxiribonucleozidele

3` 2`

5`

1`

Dezoxiadenozinã (dA)Dezoxiguanozinã (dG)

Dezoxicitidinã (dC)

N

NH

N

N

NH2

O

OH2CHO

HHO

9N

N

N

N

NH2

OH2CHO

HOH

9

1`2`3`

4`

5`

N

N

NH2

OOH2CHO

HOH

N

NH

O

OOH2CHO

HOH

H3C

4`

11

Dezoxitimidinã (dT)

Nucleotidele

• Sunt esteri fosforici ai nucleozidelor

NO

O

OH

P

O

O-

P

O

O

O-

O-

O-

O

O

P N

NN

NH2

X

X=H

X=OH

1`

5`

2`3`

4`

AMP

ADP

ATP

αβγ

(adenozintrifosfat)

(adenozindifosfat)

(adenozinmonofosfat)

Adeninã

Dezoxiribozã

Ribozã

Adenozinã sau

Dezoxiadenozinã(nucleozide)

Proprietăţile fizice ale nucleotidelor şi nucleozidelor

• La 5<pH<9 nucleozidele sunt neutre

• Solubilitatea nucleotidelor în apă este mai mare decât a nucleozidelor

• Nucleozidele şi nucleotiodele sunt stabile în mediu bazic

• Nucleotidele prezintă absorbanţă maximă la 260 nm, la pH = 7

Conformaţia nucleotidelor şi nucleozidelor

• Determinată de:- flexibilitatea ribozei

-orientarea bazelor azotate faţă de legătura N-glicozidică

O

O

OBazã

Bazã

1`2`

1`

2`3`

3`

4`4`

5` 5`

P O

O OPP

P7,0 A

5,9 A.

.C-2` endo "South"

C-3` endo "North"

Conformerii anti şi syn

Uridinã (U)

N

NH

O

O

OH2CHO

OHOH

1

Uridinã (U)Anty Syn

1N

HN

O

OH2CHO

OHOH

O

Guanozinã (G)

N

NH

N

N

NH2

OH2CHO

OHOH

O

9

1`

2`3`

4`

5`

Anty Guanozinã (G)Syn

9N

NH

N

NH2N

O

OH2CHO

OHOH3` 2`

5`

1`4`

Nucleotide naturale libere

• Rolurile lor în ţesuturi: -compuşi macroergici (ATP, GTP);-componenţi structurali ai coenzimelor (FAD, NAD+, NADP+);-acceptori de fosfat în fosforilarea oxidativă (ADP);-efectori alosterici ai activităţii enzimelor;-mesageri secunzi (AMPc şi GMPc);-donori ai grupărilor metil (S-adenozil-metionina).

OH2CO

OH

NN

NN

NH2

P OO-

O3`

5`

9

OH2CO

OH

NN

HNN

O

P OO-

O

H2N

3`

5`

9

Adenozin-3`,5`-monofosfatul (AMP ciclic, AMPc)

Guanozin-3`,5`-monofosfatul (GMP ciclic, GMPc)

OH2CS+

OH

NN

NN

NH2

OH

CH3

CH2

CH2

CH

COOH

NH2

S-Adenozilmetioninã

Metilxantinele

NHNH

HN N

O

O NN

N NO

O

CH3H3C

CH3

Xantina(2,6-dioxipurina)

Cofeina(1,3,7-trimetilxantina)

13

7

NHN

N N

O

O

H3C

CH3

NN

HNN

O

O

CH3

CH3

Teobromina(3,7-dimetilxantina)

Teofilina(1,3-dimetilxantina)

Analogi structurali sintetici ai bazelor azotate, nucleozidelor şi nucleotidelor

• Inhibă sinteza ADN

• Sunt folosiţi în chimioterapie

2`

NHN

N N

SH

96

6-MercaptopurinaNH

N

O

O

F5

5-Fluorouracil

NHN

N N

SH

H2N

6

6-Tioguanina

N

HN

O

O

I

OH2CHO

OH

5

5-Iodo-2`-deoxiuridinã

TiminãO

H2CHO

N3 OHAzidotimidina

NHN

NN

HO

96

NHN

HNN

NO

H2N

6

8-AzaguaninaN

N

HN

O

O

OH2C

OH OH

HO

6-Azauridinã

6

8

N

N

NH2

O

OH2CHO

OH

HO

Arabinozil citozinã

Alopurinol

68

NHN

N N

S

NN

NO2

CH3

Azatioprin

Structura primară covalentă a acizilor nucleici

• Nucleozidele legate fosfat diesteric formează:-oligonucleotide-polinucleotide

Polinucleotidul ARN conţine:β -Riboză şi A, G, C, UPolinucleotidul ADN conţine:β -Dezoxiriboză şi A, G, C, T

3`

5`

3`

3`

3`

G

C

A

OO

O

P

O

O-

O-

X

N N

NHN

NH2

O

OP

O

O-

CH2N

O

X

N

O

NH2

O OP

O

O-

CH2N

O

X

N

NHN

NH2

OH

5` GCA 3`

Polaritatea catenei

P

O

3`5`

P

3`5`

3`5`

B1

B2

B3

CH2

O

5`3`

5`3`

5`

O

3`

B3

B2

B1

P

P

CH2

5`

3`

3`

5`

O

Conformaţia moleculei de ADN; tipuri de conformaţii

• Structura secundară de dublu-helix a ADN a fost propusă de Watson şi Crick

-analiza cromatografică a stabilit că în toate tipurile de ADN numărul de baze purinice este egal cu cel de baze pirimidinice (A+G=T+C);

-difracţia razelor X, efectuată pe cristale de ADN, a demonstrat existenţa a două perioade de identitate de-a lungul axei lungi a moleculei: una mare de 34 Å şi una mică de 3,4 Å.

Două catene antiparalele (una cu polaritate 5’-3’ şi cealaltă antiparalelă cu polaritatea 3’-5’)

formează o dublă helice cu orientare dreaptă

O

H2C

O

HO

N

N

N

N

N

O

H

HHDezoxiguanozinã

Dezoxicitidinã

O

H2C

O

HO

N

N

N

N N H

H

Dezoxiadenozinã

Dezoxitimidinã

A T

GC

N

N

N

O

HH

O

CH2

O

H

O

N

N

O

O

H

O

H2C

O

H

O

Caracteristici structurale ADN forma B

• Două catene complementare NU identice, formează o scară în spirală cu 10 trepte;

• Scheletul extern al dublului helix este format din ciclurile monozaharidului legate între ele prin resturi fosfat care la pH fiziologic sunt ionizate şi încărcate negativ;

• Bazele azotate, sunt orientate spre interior şi perpendicular pe axul helixului.

ADN forma B

• 3,4 Å;

• 34 Å;

• 20 Å

O

H2C

O

HO

N

N

N

N

N

O

H

HHDezoxiguanozinã

Dezoxicitidinã

GC

N

N

N

O

HH

O

CH2

O

H

O

O

H2C

O

HOH

N

N

N

N N H

H

Dezoxitimidinã

A T

N

N

O

O

H

O

H2C

H

Formele structurale A şi Z ale ADN

• Conformaţia de tip A :- dublă helice dreaptă; -pasul helicei este de 28 Å;- numărul de baze per tur 11;-predomină conformerii anty.

• Conformaţia de tip Z:-corespunde la o helice stângă;-12 perechi de baze per tur;-pasul helicei aproximativ 57 Å;-într-o succesiune GC dezoxinucleotidul guaninei adoptă conformaţia syn iar cel al citozinei pe cea anti, ceea ce face ca lanţul să evolueze în zig-zag între cele două conformaţii.

• Există argumente (in vitro) că structura Z modifică interacţiunile ADN-proteine, importante în replicare, transcriere, repararea leziunilor ADN.

Denaturarea ADN

• creşterea temperaturii;

• la valori extreme de pH (molecula de ADN este stabilă la pH-uri cuprinse între 4 şi 10);

• modificarea tăriei ionice.

• prezenţa formaldehidei

• Topire = denaturare ADN determinată de modificări de temperatură

Proprietăţi fizice ale ADN care se modifică prin denaturare

• scade vîscozitatea;

• creşte absorbanţa la 260 nm.

Efectul hipercrom

• Prin denaturarea ADN-ului, creste capacitatea de absorbtie a acestuia la λ =260 nm.

Denaturare ADNRenaturare ADN

Ruperea legăturilor de hidrogen şi a interacţiunilor van der Waals dintre catenele moleculei ADN aflate în soluţie.

Compoziţia ADN în baze azotate influenţează temperatura de

topire

Hip

ercr

omic

itat

e ( λ

=26

0)D

enaturare (%)

A:T

G:C A:TG:C

100

75

50

25

0

0 70 80 90 100

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Tm

Renaturare

• Refacerea duplexului ADN prin legarea catenelor complementare

• Renaturarea depinde de:

-temperatură;

-concentraţia catenelor complementare.

Renaturarea este proces folosit în tehnica hibridării

-determinarea poziţiei intronilor în molecula ADN

-evidenţierea deleţiilor cromozomiale.

Hidroliza acizilor nucleici

• Chimică sau Enzimatică

• ADN este rezistent la hidroliza bazică

• ARN este hidrolizat în mediu bazicO

3`

5`

B1

B2

H2C

O

O

O-

O P

O-

O

3`5`

5` B2

H2C

O

OO P

O-

OH

+ H2O

O

3`5` B1

H2C

O PO3 OH

2`

2-

+

5` B2

OH

OH

2`3`

2`2`

OH OH

5` B1

Hidroliza enzimatică

• Nucleaze:

-exonucleaze

-endonucleaze

☺endonucleaze de restricţie (restrictaze)

▪evidenţiate la bacterii

▪recunosc secvenţe nucleotidice numite palindroame

▪taie ADN dublu catenar nemetilat la resturile de A sau C

5`-G↓ 5`-A↓ 5`-G↓ 5`-GAT↓ 5`-A↓ 5`-GTT↓ 5`-CAG↓ 5`-T↓

Enzima Secvenţa recunoscută Sursa

BamH I GATCC-3` Bacillus amyloliquefaciens H

BglII GATCT-3` Bacillus globigii

EcoR I AATTC-3` Escherichia coli RY13

EcoRV ATC-3` Escherichia coli B946

Hind III AGCTT-3` Haemophilus influenzae Rd

Hpa I AAC-3` Haemophilus parainfluenzae

Pvu II CTG-3` Proteus vulgaris

Taq I CGA-3` Thermus aquaticus

5`---AAGCTT---3` 3`---TTCGAA---5`

Hind III

5`---A 5`AGCTT---3` 3`---TTCGA 5` A ---5`

5`---TGGCCA---3` 3`---ACCGGT---5`

Bal I

5`---TGG CCA---3` 3`---ACC GGT---5`

5`---GAGCTC---3` 3`---CTCGAG---5`

Sst I

5`---GAGCT3` C---3` 3`---C 3`TCGAG ---5`

5`---GAATTC---3` 3`---CTTAAG---5`

EcoRI

5` GAATTC 3`

EcoRI

ADN1 ADN2

3` CTTAAG 5`

5`---G AATTC---3` 3`---CTTAA G---5`

5` G AATTC 3`

3` CTTAA G 5`

5`---GAATTC 3`

3`---CTTAAG 5`

Renaturarea fragmentelor ADN si sudarea lor de cãtre ADN-ligazã

5` GAATTC---3` 3` CTTAAG---5`

Molecule de ADN recombinant

Formare ADN recombinant

Separarea fragmentelor ADN rezultate din acţiunea enzimelor de restricţie

• Electroforaza pe gel de poliacrilamidă pentru fragmente <500 perechi de baze

• Electroforaza pe gel de agaroză pentru fragmentele cu dimensiuni mai mari

• Hărţi de restricţie

Distribuţia şi dimensiunile ADN

• ADN are formă liniară sau circulară• Moleculele ADN dintr-o celulă alcătuiesc

cromozomii acelei celule.• Gene = fragmente cromozomiale care

conţin informaţia genetică cu privire la sinteza unui singur lanţ polipeptidic sau a unei singure molecule de ARN.

• Genom = totalitatea genelor din cromozomii unei celule.

Dimensiunile ADN

• La procariote, o moleculă ADN circular = un cromozom cu perechi de baze-la E. coli ( ) lungimea conturului ADN cromozomial este de ~ 1,6 mm -diametrul celulei de E. coli este de ~ 2 µ m

☻La om, cel mai scurt cromozom p.b. cel mai lung

Lungimea moleculelor ADN dintr-o singură celulă umană este de ~ 2 m

610 x 4610 x 6,4

610 x 34610 x 263

Distribuţie ADN

• La procariote: -ADN cromozomial

☺ Plasmide (ADN extracromozomial, circular)

-molecule mici care trec uşor prin membrana celulei gazdă

-conţin o cantitate redusă de informaţie genetică

-conţin gene care specifică proteine, ce conferă bacteriei rezistentă la antibiotice -sunt instrumente ideale de manipulare a genelor

-manifestând adesea autonomie faţă de ADN cromozomial, plasmidele se autoreplică extrem de rapid.

La eucariote

• Cea mai mare cantitate de ADN se află în nucleu.-numărul cromozomilor depinde de specie

• In mitocondrii se află ADN circular de dimensiuni mici (1% din ADN celular total)

• Genele sunt formate din exoni şi introni (discontinuitatea genelor)

• După gradul de repetare:secvenţe unice de ADN (60%), cu grad mediu de repetare, cu grad foarte mare de repetare (centromere şi telomere).

Structura superhelicoidală a ADN

• Suprarăsucirea moleculei ADN în jurul axei proprii

Suprarãsuciri spre dreapta

(superhelix pozitiv)

Suprarãsuciri spre stânga

(superhelix negativ)

Helix circular normal

ADN normal ADN partial desrãsucit

Legare capete

Desrãsucirea unei spire

ADN circular cu suprarãsucire pozitivã spre dreapta

Axa de suprarãsucire

Axa de suprarãsucire

Topoizomerazele

• Topoizomeraza I, nu necesită ATP

P

Topoizomeraza I Topoizomeraza I

Tyr

OH

Incizie si legarela enzimã

Tyr

P

OH

5`

3`

O

Rotirea capãtului 3`

Tyr

P5`

3`

O

Topoizomeraza I

OHPEnzima

Disocierea enzimei

Topoizomeraza II

• Necesită ATP şi face incizii în ambele catene.

Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3

ADN suprarãsucit

ADN giraza, o topoizomerază II

• prezentă numai la procariote, • ADN giraza (topoizomeraza II) introduce în molecula

ADN supertorsiuni negative,, astfel încât supertorsiunile pozitive generate de avansarea bifurcaţiei de replicare sunt în mare măsură contracarate.

• Cantităţile de topoizomerază I şi II sunt reglate pentru a menţine în celulele vii un grad potrivit de superhelicitate negativă.

• Anumite antibiotice ca: acid nalidixic (negram) şi derivaţii săi fluoruraţi (norfloxacin, ciprofloxacin), suprimă creşterea şi dezvoltarea bacteriană prin inhibarea ADN-girazei.

Cromozomii eucariotelor

• Cromatina (cromozomii interfazici):

-ADN; proteine; ARN

• Cromozomii sunt complexe ADN-proteine rezultate prin condensarea cromatinei în timpul mitozei

• Histonele = proteine bazice

interacţionează ionic cu ADN

Sunt 5 tipuri de histone

• Histone bogate în lizină:

• Histone bogate în arginină:

care intră în structura nucleozomului

• Histone de legătură care leagă nucleozomii între ei.

2BA2 H şi H

43 H şi H

1H

Nucleozomii = unitatea de bază a cromatinei

• grad de compactare pentru ADN egal cu 7

• Cilindru: 11x11x5,5 nm

Miezul nucleozomului

(H2A, H2B, H3, H4)2

Histona H1

ADN de legãturã

ADN

Solenoizii asigură o scurtare de 40 de ori a formei B a ADN

Histona H1 ADN

Octamerul histonicHistone + ADN

ADN

CromozomProteinã nuclearã

Fibra de 30 nm

Caracteristicile structurale ale ARN

• Structura primară: se leagă covalent ribonucleozidtrisfosfaţi• Structura secundară

ARN este monocatenar cu porţiuni bicatenare

• Conţinutul în A al ARN este diferit de cel în U şi cel de G diferit de cel în C

Buclã cu baze neâmperechiate

Segment cu baze complementare

Rolurile diferitelor tipuri de ARN

• ARNr -caracteristici structurale-sunt molecule flexibile şi deformabile datorită zonelor dublu catenare, întrerupte de zone monocatenare,.

-ARNr este extrem de heterogen ca formă şi mărime. -în funcţie de coeficientul de sedimentare (S):la procariote, se întâlnesc trei tipuri de ARNr (23S, 16S şi 5S) la eucariote patru tipuri de ARNr (28S, 18S, 5,8S şi 5S). -ARNr este tipul de ARN cel mai stabil metabolic şi reprezintă aproximativ 80% din totalul de ARN celular.

Ribozomii

• ARNr intră în constituţia ribozomilor având rol de componentă catalitică • Ribozomii = complexe ribonucleoproteice (ARNr + proteine)

-proteinele au roluri catalitice sau sunt implicate în recunoaşterea şi legarea ARNm şi aminoacil~ARNt.

Rolul ribozomilor

• Ribozomii constituie sediul biosintezei proteinelor • Ribozomii permit conlucrarea ARNm, ARNt şi ARNr, în vederea

desfăşurării procesului de sinteză a proteinelor. • Pe suprafaţa fiecărui ribozom există trei situsuri şi anume:

-situsul aminoacid, care leagă ARNt purtător al unui aminoacid;

-situsul peptid, care leagă ARNt purtător al unui lanţ polipeptidic;

-situsul de eliminare de pe care este eliberat ARNt liber.

Ribozom 70 S

ARNt

• E. Coli conţine aproximativ 75 tipuri de ARNt reprezentând aproximativ 15% din masa ARN celular total

• Caracteristicile structurale ale ARNt.

-ARNt, numit şi ARN solubil sau adaptor, conţine între 75 şi 90 ribonucleotide; -raportul A+G/U+C din ARNt este apropiat de 1;-ARNt nuclear, prezintă o conformaţie în “foaie de trifoi-ARNt are cel mai mare conţinut de baze minore. După sinteza completă a moleculei ARNt, anumite baze azotate pot fi modificate structural prin: metilări, tiolări, hidrogenări, rezultând baze minore

CCA3`

Situs de legare aminoacid

5`

Brat TΨ C

5` 3`

Bratul DHU

Brat TΨ C

Bratul anticodon

Anticodon

Bratul DHU

Bucla anticodon

Bratul variabil

Perechi de baze complementare

a) b)

Dihidrouridinã

N

NH

N

N

O

OH2CHO

OHOH

NH

N

S

OOH2CHO

OHHO

N

NH

O

OO

H2CHO

OHOH

(DHU)

Ribotimidinã

N

NH

O

OOH2CHO

OHOH

CH3

(T)Pseudouridinã

NH NH

O

OOH2CHO

OHOH

(Ψ)

4-Tiouridinã Inozinã

Funcţiile ARNt

• Legarea aminoacizilor specifici, activaţi, prezenţi în citosol, la restul adenilic din secvenţa CCA şi transportul acestora, la ribozomi, sub forma complexelor aminoacil~ARNt

• Adaptarea aminoacidului transportat în dreptul codonului de pe ARNm prin recunoaşterea codon-anticodon, pe baza complementarităţii bazelor

3` A ~ aa1

CC

5`

Anticodon 3` C C G 5`

3` A ~ aa2

CC

5`

Anticodon 3` A G U 5`

ARNm

5` 3`Codon 1 Codon 2

G G C U C A

ARNm

• Caracteristici structurale. -ARNm: monocatenar, liniar, de lungime variabilă;

-este sintetizat prin transcrierea uneia dintre cele două catene ADN,

desemnată drept matriţă sau template. -ARNm conţine informaţia în limbaj nucleotidic. ADN 5` - G C A T T A T G C - 3`

3` - C G T A A T A C G - 5`

ARN 5` G C A U U A U G C 3`

-informaţia depozitată în ARNm sub forma tripletelor de nucleotide numite codoni este decodificată la nivelul ribozomilor.

ARNm procariot

• este poligenic sau policistronic;

• între gena transcrisă, ARNm şi proteină există o relaţie de colinearitate

ARNm eucariot

• este monogenic; • nu este relaţie de colinearitate: genă-ARNm-polipeptid, ca la

procariote;

• gena pentru sinteza ARNm cuprinde secvenţe codificatoare numite exoni (expressed regions) separate prin secvenţe necodificatoare numite introni (intervening sequences);

• ARNm matur care trec în citoplasmă este prelucrat prin excizia intronilor;

• ARNm eucariot are o viaţă de ordinul orelor, în timp ce ARNm bacterian are o viaţă foarte scurtă (2-3 minute)

ARN nuclear de mici dimensiuni (small nuclear RNA)

• sunt mai multe specii moleculare (U1, U2, U4, U5, U6) bogate în uridină.

• se află în nucleu, citosol şi mitocondrie• prin asociere cu proteine, generează ribonucleoproteine

(small nuclear ribonucleoproteins) sau snRNP ( denumite “snurps”), cu rol în:

-excizia intronilor din ARNm transcript primar;

-controlul traducerii.

Aminoacizi şi proteine

• Rolul aa-intră în structura proteinelor-sunt sursă primară de azot pentru ţesuturi-din aa se obţin: purine, pirimidine hem hormoni neurotransmiţători peptide biologic active

Structura aa

• Sunt 20 aa naturali, proteinogeni, specificaţi prin codul genetic

• Formula generală:

-în structura proteinelor sunt L-α -aminoacizi

R CH COOH

NH2

Aminoacizi alifatici

• Glicina Gly (G) Nepolar

• Alanina Ala (A) Nepolar

• Valina Val (V) Nepolar

• Leucina Leu (L) Nepolar

• Izoleucina Ile (I) Nepolar

H CH COO-

NH3+

CH3 CH COO-

NH3+

CH CH COO-

NH3+

H3C

CH3

CH2CH COO

-

NH3+

CH

CH3

H3C

CH CH COO-

NH3+

CH2H3C

CH3

Aminoacizi aromatici

• Fenilalanina Phe (F)

Nepolar

• Tirozina Tyr (Y)

Polar neincarcat0

• TriptofanTrp (W)

• Nepolar

CH2 CH COO-

NH3+

HO

NH

CH2 CH COO-

NH3+

CH2 CH COO-

NH3+

Aminoacizi cu grupări hidroxil

• Serina Ser (S)

Polar neâncarcat

• Treonina Thr (T)

Polar neâncărcat

CH2 CH COO-

NH3+

HO

CH CH COO-

NH3+

H3C

OH

Aminoacizii dicarboxilici

• Aspartat (Acid aspartic) Asp (D)

Polar încărcat negativ

Glutamat (Acid glutamic)Glu (E)Polar încărcat negativ

CH2 CH COO-

NH3+

O-OC

CH2 CH COO-

NH3+

CH2O-OC

Amidele aminoacizilor dicarboxilici

• Asparagina Asn (N) Polar neâncărcat

• Glutamina Gln (Q) Polar neâncărcat

CH2 CH COO-

NH3+

C

O

H2N

CH2 CH COO-

NH3+

CH2C

O

H2N

Aminoacizi bazici

• Lizina Lys (K) Polar încărcat pozitiv

• Arginina Arg (R) Polar încărcat pozitiv

• Histidina His (H) Polar încărcat pozitiv

CH2 CH COO-

NH3+

CH2CH2H2C

NH3+

(CH2)3 CH COO-

NH3+

NHCH2H2N

NH2+

HN+

NH

CH2 CH COO-

NH3+

Aminoacizi conţinând sulf

• Cisteina Cys (C) Polar neâncărcat

• Metionina Met (M) Nepolar

CH2 CH COO-

NH3+

HS

CH2 CH COO-

NH3+

CH2S

CH3

Iminoacizi

• Prolina Pro (P) Nepolar

H2C

H2N+

CH2CH2

CH

COO-

Aminoacizii esenţiali

• valina • leucina • Izoleucina• lizina• metionina• treonina• fenilalanina• triptofanul şi histidina

Activitatea optică a aminoacizilor

• Cu excepţia glicinei toţi aminoacizii naturali sunt optic activi

• Treonina şi izoleucina au un carbon asimetric adiţional, atomul Cβ .

R CH COO-

NH3+

α

H C

COO-

R

NH3+ HC

COO-

R

H3N+

D-aminoacid L-aminoacid

Ionizarea aminoacizilor în soluţie apoasă

• În funcţie de pH-ul mediului aa pot avea: sarcină +, - sau zero.

La pH=7,4 sânge şi 7,1 mediu intracelular

COO-

COOH acid baza conjugatã+ H+

- H+

NH3+

NH2 bazã acidul conjugat

+ H+

- H+

R CH COOH

NH2

R CH COO-

NH3+

Amfiion (ion bipolar)

Aminoacid pK1 pK2 pKR PI

1. Glicocol 2,34 9,60 5,97

2. Alanina 2,35 9,69 6,02

3. Valina 2,32 9,62 5,97

4. Leucina 2,36 9,60 5,98

5. Izoleucina 2,36 9,68 6,02

6. Fenilalanina 1,83 9,13 5,98

7. Prolina 1,99 10,60 6,10

8. Triptofan 2,38 9,38 5,88

9. Serina 2,21 9,15 5,68

10.Treonina 2,63 10,43 6,53

11.Tirozina 2,20 9,11 10,07 5,65

12.Cisteina 1,71 10,78 8,33 5,02

13.Metionina 2,28 9,21 5,75

14.Asparagina 2,02 8,80 5,41

15.Glutamina 2,17 9,13 5,65

16.Acid aspartic 2,09 9,82 3,86 2,97

17.Acid glutamic 2,19 9,67 4,25 3,22

18.Histidina 1,82 9,17 6,00 7,58

19.Lizina 2,18 8,95 10,53 9,74

20.Arginina 2,17 9,04 12,48 10,76

pH izoelectric

• pI = pH la care încărcarea electrică a aa este zero (sarcina + este egală cu sarcina -) şi aa nu migrează în câmp electric.

• La pI solubilitatea aa este minimă

• pKa = - log Ka

-COOH din α are pKa ~ 2

-COOH din radical are pKa ~ 4

are pKa ~ 9radicaldin NH3+−

Calculul pI

• Se face semisuma valorilor pKa ale grupărilor care

generează amfiionul fără sarcină netă:☺aa monoamino-monocarboxilici

Pentru Ala pI:

CH

R

COOHH3N+ CH

R

COO-

H3N+ CH

R

COO-

H2N

02,62

69,935,22

pKpKpI 21 =+=+=

aa monoamino dicarboxilici

COOH

CH2

CH2

HC

COOH

NH3+ - H+ - H+ - H+

COOH

CH2

CH2

HC

COO-

NH3+

COO-

CH2

CH2

HC

COO-

NH3+

COO-

CH2

CH2

HC

COO-

NH2

22,32

25,419,22

pKpKpI R1 =+=

+=

aa diaminomonocarboxilici

• Lizina

• pI se calculează astfel:

NH3+H2C

(CH2)3

HC

COOH

NH3+ - H+ - H+ - H+

NH3+H2C

(CH2)3

HC

COO-

NH3+

NH3+H2C

(CH2)3

HC

COO-

NH2

NH2H2C

(CH2)3

HC

COO-

NH2

74,92

53,1095,8

2

pKpKpI R2 =

+=

+=

Arginina are caracter bazic prin gruparea guanidinică:

• Histidina prezintă caracter bazic determinat de nucleul heterociclic al imidazolului:

• Bazicitatea acestei grupări este mai redusă (pK=6,00) şi pI este situat la valori apropiate de pH-ul fiziologic.

R NH C NH2

NH+ H+

- H+R NH C NH2

NH2+

ion guanidinium

+ H+

- H+

N

NH

HN+

NH

La pH fiziologic

• resturile aspartil şi glutamil au sarcina net negativă

• resturile lizil, histidil şi arginil au sarcina pozitivă.

Aminoacizi derivaţi

CH2 CH COO-

NH3+

CH2CHH2C

OHH3N+

H2C

H2N+

CH2CH

CH

COO-

OH4-hidroxi prolinã

5-hidroxi lizinã

CH2 CH COO-

NH3+

CH2CH2

H3N+

Ornitinã

CH2 CH COO-

NH3+

CHO-OC

COO-

Acid γ−carboxi glutamic

AA şi Proteine

• Proprietăţile aa date de radicalii R;

• Peptide

• Clasificarea proteinelor

• Structura proteinelor

Proprietăţile aa

• Legăturile necovalente dintre radicalii R:

-legăturile de hidrogen sunt interacţii electrostatice între atomii de hidrogen legaţi covalent la un atom puternic electronegativ (O sau N) şi electronii neparticipanţi ai unui atom electronegativ dintr-o moleculă vecină.

Xδ− Ηδ+ −δΥdonor de hidrogen Acceptor de hidrogen

O H

N H

O H

O C

O H O C

N H N

Interacţiuni electrostatice

• asociaţii între perechi de ioni, legături saline (ex. între un rest de Arg şi Glu);

• interacţiuni între o grupare cu sarcină şi o grupare polară fără sarcină;

• interacţiuni între grupări polare fără sarcină.

• Interacţiunile hidrofobe

grupările nepolare se asociază reducându-se la minimum contactul lor cu apa

• Radicalii aminoacizilor pot fi polari sau nepolari.

Peptide.

• Legătura peptidică

• legătura peptidică are caracter parţial de dublă legătură

CH2 CH3N+

N CH2

O

H

COO-

Legãtura peptidicã

Glicil-glicinã

O

C N

H

R

ϕψ

CCα

Cα

N

O

H

H

Planul legãturii amidice

Radicalii aminoacizilor

Cα

Prin condensarea aminoacizilor se formează peptide şi proteine

• Dipeptide (simple sau mixte)• Trei aa formează 6 tripeptide• Polipeptide

• Peptidele încep cu capătul N-terminal.• Peptidele sunt derivaţi acilaţi ai restului aminoacidic C-

terminal.

Capãtul N-terminal Capãtul C-terminal

H3N+

CH

R1

CO NH CH

R2

CO NH CH

R3

CO HN CH

R4

CO NH CH

R5

CO NH CH

R6

COO-

Glutationul ( g-glutamil-cisteinil-glicină)

HOOC CH

NH2

CH2 CH2 CO NH CH CO NH CH2 COOH

CH2

SH

α β γ

Acţionează ca agent redox:

- 2 H+

+ 2 H+

G SH G S S G2

forma redusã forma oxidatã

• Glutationul este agent reducător intracelular contribuind la menţinerea grupărilor –SH din centrul activ al enzimelor în forma lor redusă:

Enz-S-S-R + G-SH Enz-SH + G-S-S-R

• descompune şi peroxizii de natură lipidică (L-OOH) protejând astfel membranele celulare de acţiunea oxidantă a acestora:

L-OOH + 2G-SH L-OH + HOH + G-S-S-G

• Intervine în transformarea metHb în Hb:

Met Hb (Fe3+) + 2G-SH Hb (Fe2+) + G-S-S-G + 2H+

22OH

• Inactivează insulina prin desfacerea legăturilor de sulf din molecula acesteia;

• Participă la neutralizarea xenobioticelor:

R + G-SH R-S-G unde

R=xenobiotic (anumite medicamente şi carcinogene).

• Transportă aminoacizii de-a lungul membranelor, din spaţiul extracelular în citosol.

• Glutationul este un indicator sensibil al funcţionalităţii celulelor

Rolul peptidelor

• roluri reglatoare în procesele de memorie, durere, somn la nivelul creierului

• Din proopiomelanocortină (POMC), polipeptid cu ~ 250 resturi aminoacidice sintetizat în lobul anterior al hipofizei (în celulele corticotrope) se formează α , β , γ - endorfine şi Met-encefalină.

• Endorfinele sunt neuropeptide cu acţiuni asemănătoare cu ale morfinei, principiu activ extras din opiu, compus cu acţiune analgezică şi euforică

• Primele opioide descoperite au fost cele două pentapeptide numite encefaline

H3N+

Thr Gly Gly Phe Met COO-

H3N+

Thr Gly Gly Phe Leu COO-

Encefalinele

• Endorfinele se leagă la terminaţiile nervoase din creier care transmit semnalele durerii, şi blochează activitatea neuronală, alinând durerea.

• Morfina ca şi alte opiacee nu sunt peptide. Structura lor este însă similară cu a altor opioide care se leagă de terminaţiile nervoase din creier.

O

N

OR

OR`

H3CR=H R`=H morfinã

R=H R`=-CH3 codeinã

R=Acetil R`=Acetil heroinã

Peptidele au rol hormonal

• bradikinina este agent hipotensiv • angiotensina II care stimulează secreţia de

aldosteron este agent hipertensiv.• Vasopresina produsă de neurohipofiză este

antidiuretic.• Somatostatina sintetizată atât în hipotalamus

cât şi în pancreas reglează eliberarea glucagonului ca şi a altor hormoni.

• Glucagonul este hormon produs de pancreas cu rol în reglarea glicemiei.

Importanţa comercială a peptidelor

• aspartamul (L-aspartil L-fenilalanil-1-metil ester) este un îndulcitor artificial de 160 de ori mai dulce ca zaharoza

• Indivizii care nu pot metaboliza fenilalanina au intoleranţă la acest îndulcitor.

H3N+

CH CO NH CH CO OCH3

CH2

COO-

CH2

L-aspartil-L-fenilalanin-1-metil ester