AciAcizii nucleicizii nucleici

Obiectivele:Obiectivele:1.1. Tipurile de acizi nucleici, funcţiile şi repartizarea lor Tipurile de acizi nucleici, funcţiile şi repartizarea lor

în celulă.în celulă.2.2. Constituienţii acizilor nucleici; bazele azotate, Constituienţii acizilor nucleici; bazele azotate,

pentozele, acidul fosforic.pentozele, acidul fosforic.3.3. Nucleozidele şi nucleotidele. 3Nucleozidele şi nucleotidele. 3, 5, 5- cAMP - cAMP

dezoxiribonucleici. dezoxiribonucleici. 4.4. Structura primară, secundară şi terţiară a acizilor Structura primară, secundară şi terţiară a acizilor

dezoxiribonucleici Cromatina. Nucleosomul.dezoxiribonucleici Cromatina. Nucleosomul.5.5. Structura acizilor ribonucleici (tRNA, mRNA, rRNA).Structura acizilor ribonucleici (tRNA, mRNA, rRNA).6.6. Denaturarea şi hibridizarea acizilor nucleici.Denaturarea şi hibridizarea acizilor nucleici.

Acizi nucleiciAcizi nucleici Acizi nucleiciAcizi nucleici –sunt polinucleotide–sunt polinucleotide, alcătuite din , alcătuite din

mononucleotide, unite prin legături 3’, 5’-mononucleotide, unite prin legături 3’, 5’-fosfodiesterice. fosfodiesterice.

1.1. ADNADN - - acidul dezoxiribonucleicacidul dezoxiribonucleic;; 2.2. ARNARN - - acidul ribonucleicacidul ribonucleic..

ADN ADN Localizarea: Localizarea: este concentrat în nucleu este concentrat în nucleu (97-99%) (97-99%); ;

1-3% este situat 1-3% este situat în mitocondriiîn mitocondrii. . Rolul: păstrează informaţia genetică şi participă Rolul: păstrează informaţia genetică şi participă

la transmitea ei la ADN parental în diviziunea la transmitea ei la ADN parental în diviziunea celulară sau ARN.celulară sau ARN.

AARNRN Localizarea:Localizarea: 11% - în nucleu11% - în nucleu 15% -în mitocondrii15% -în mitocondrii 50% - în ribosomi50% - în ribosomi 24% - în hialoplasmă24% - în hialoplasmă Deosebim:Deosebim:i: ARN mesager , ARN ribozomal şi ARN de transport.i: ARN mesager , ARN ribozomal şi ARN de transport. ARN mesager (mARN)ARN mesager (mARN) constituie 25% din totalul ARN-lui constituie 25% din totalul ARN-lui.. LLocalizat ocalizat

--în nucleu şi citozol. Prezintă copia sectorului de ADN în nucleu şi citozol. Prezintă copia sectorului de ADN şi şi conţine conţine informaţia despre structura catenei polipeptidice a proteinei. informaţia despre structura catenei polipeptidice a proteinei. Rolul:Rolul:Transmite informaţia de la ADN spre ribozomi, sediul de Transmite informaţia de la ADN spre ribozomi, sediul de sinteză a proteinei. sinteză a proteinei.

ARN ribozomal (rARN)ARN ribozomal (rARN) constituie 60% din tot constituie 60% din totalulalul ARN-ul ARN-ului.ui. Localizat- Localizat- în ribozomii citoplasmei. Formează scheletul în ribozomii citoplasmei. Formează scheletul ribozomilor. Joacă un rol auxiliar în procesul de asamblare a ribozomilor. Joacă un rol auxiliar în procesul de asamblare a proteinelor.proteinelor.

ARN de transport (tARN)ARN de transport (tARN) constituie 15% din totalul ARN-lui constituie 15% din totalul ARN-lui.. Localizat:Localizat: în citoplasmă, în citoplasmă, ribosomi, mitocondrii ribosomi, mitocondrii. Participă la . Participă la activarea şi transportul activarea şi transportul AAAA spre ribozomi şi asamblarea lor în spre ribozomi şi asamblarea lor în polipeptide.polipeptide.

ARN cromosomial – activarea genelor ADNARN cromosomial – activarea genelor ADN ARN nuclear – formarea scheletelor particulei proteice care ARN nuclear – formarea scheletelor particulei proteice care

transportă ARN din nucleu ăn citoplasmătransportă ARN din nucleu ăn citoplasmă

Structura Structura chimicăchimică

La hidroliză AN degradează în La hidroliză AN degradează în mononucleotide, care la rândul lor, la mononucleotide, care la rândul lor, la hidroliza completă degradează în BA, hidroliza completă degradează în BA, pentoze şi acid fosforic. pentoze şi acid fosforic.

ADN----A; G; C; T+dR+H2PO3ADN----A; G; C; T+dR+H2PO3 ARN----A; G; C; U+ R+H2PO3ARN----A; G; C; U+ R+H2PO3

Bazele azotateBazele azotate BA se clasifică în : BA se clasifică în : 1.1. majore: purinice:majore: purinice: A, G şi pirimidinice: C,T,UA, G şi pirimidinice: C,T,U2.2. minore:purinice (2metil A; 1 metilG) şi minore:purinice (2metil A; 1 metilG) şi pirimidinice (5 metil C;5 hidroximetil C)pirimidinice (5 metil C;5 hidroximetil C) Sunt slab solubile în H2OSunt slab solubile în H2O Prezintă fenomenul de tautomerie (forme Prezintă fenomenul de tautomerie (forme

lactim-lactam)lactim-lactam) Sunt responsabile de informaţia geneticăSunt responsabile de informaţia genetică BA purinice- au structură plană; cele BA purinice- au structură plană; cele

pirimidinice- aproape plană, puţin platăpirimidinice- aproape plană, puţin plată Max capacităţii de absorbţie în ultraviolet este Max capacităţii de absorbţie în ultraviolet este

între 260-280 nmîntre 260-280 nm

Bazele puriniceBazele purinice

Bazele pirimidiniceBazele pirimidinice

Structura BA minoreStructura BA minore

Structura pentozelorStructura pentozelor

NucleozideleNucleozidele Compuşi formaţi dintr-o BA şi Compuşi formaţi dintr-o BA şi

pentozpentoză (R sau dR)ă (R sau dR) atomul C-1 al pentozei este unit cu atomul C-1 al pentozei este unit cu

N-9 al purinei sau N-1 al pirimidineiN-9 al purinei sau N-1 al pirimidinei - leg. N glicozidică- leg. N glicozidică. .

În funcţie de pentozăÎn funcţie de pentoză: : dezoxidezoxi şi şi riribonucleozidebonucleozide

BA purinice +R(dR)BA purinice +R(dR) ------ ozin ozin (adenozin, guanozin sau (adenozin, guanozin sau dezoxiadenozin, dezoxiguanozin)dezoxiadenozin, dezoxiguanozin)

BA pirimidinice +R (dR) --- idin BA pirimidinice +R (dR) --- idin (citidin, timidin, uridin sau (citidin, timidin, uridin sau dezoxicitidin)dezoxicitidin)

Proprietăţile:Proprietăţile: Mai solubile în H2O decât BAMai solubile în H2O decât BA Mai stabile în soluţii alcalineMai stabile în soluţii alcaline Uşor se hidrolizează la încălzire cu Uşor se hidrolizează la încălzire cu

acidacid

NucleotideNucleotide CompuCompuşi alcătuiţi din nucleozide şi rest de acid şi alcătuiţi din nucleozide şi rest de acid

fosforicfosforic NucleoNucleozid mono-; di-; trifosfafatzid mono-; di-; trifosfafat RolulRolul1.1. Element structural al ANElement structural al AN2.2. Intermediari energetici (ATP- purtătorul energiei Intermediari energetici (ATP- purtătorul energiei

chimice în organism)chimice în organism)3.3. Intră în componenţa CoIntră în componenţa Co4.4. Servesc ca activatori ai unor molecule (UDP-Gl; Servesc ca activatori ai unor molecule (UDP-Gl;

CDP-colina)CDP-colina)5.5. Servesc ca mesageri secunzi intracelulari ai Servesc ca mesageri secunzi intracelulari ai

hormonilor (AMPc; GMPc)hormonilor (AMPc; GMPc)

Structura chimicăStructura chimică

Structura primară a ANStructura primară a AN

Reprezintă secvenţa Reprezintă secvenţa mononucleotidelor în lanţul mononucleotidelor în lanţul polinucleotidic liniar, legate între ele polinucleotidic liniar, legate între ele prin legăturile prin legăturile 3' 3' -- 5' 5' fosfodiesterice fosfodiesterice

Catenele au două capete:Catenele au două capete: 5‘5‘ – nucleozid tri fosfatul; – nucleozid tri fosfatul; 3‘3‘ – gr. OH liberă – gr. OH liberă

Structura secundară a ADNStructura secundară a ADN Watson şi Crick (1953) Watson şi Crick (1953)

au postulat modelul au postulat modelul structural al moleculei structural al moleculei de DNA - dublul helix de DNA - dublul helix (spirală dublă)(spirală dublă)

Caracteristicile dublei Caracteristicile dublei spirale: spirale: 2 lanţuri 2 lanţuri polidezoxiribonucleotidice polidezoxiribonucleotidice se răsucesc helicoidal în se răsucesc helicoidal în jurul unui ax comun, jurul unui ax comun, formând o dublă helice cu formând o dublă helice cu orientare spre dreapta;orientare spre dreapta;

Cilindrul ce încadrează Cilindrul ce încadrează dublul helix are d=2nm dublul helix are d=2nm

Structura secundară a ADNStructura secundară a ADN lanţurile sunt antiparalele (unul are direcţia lanţurile sunt antiparalele (unul are direcţia

5’5’3’, altul 3’3’, altul 3’5’) 5’) complimentaritatea (adeninei unei catene îi complimentaritatea (adeninei unei catene îi

corespunde timina din catena opusă, iar corespunde timina din catena opusă, iar guaninei citozina (A-T, G-C).guaninei citozina (A-T, G-C).

Stabilitatea dublului helix este asigurată Stabilitatea dublului helix este asigurată atât de interacţiunile hidrofobe dintre BA, atât de interacţiunile hidrofobe dintre BA, cât şi de legăturile de hidrogen între BA cât şi de legăturile de hidrogen între BA (A=T formează 2 legături de hidrogen, iar G (A=T formează 2 legături de hidrogen, iar G ≡C trei legături). ≡C trei legături).

BA hidrofobe sunt situate în interiorul BA hidrofobe sunt situate în interiorul spiralei duble şi aranjate sub formă de spiralei duble şi aranjate sub formă de stive, pe cînd complexul pentozofosfat este stive, pe cînd complexul pentozofosfat este situat la exteriorul spiralei duble, bine situat la exteriorul spiralei duble, bine interacţionează cu apa, deaceia molecula interacţionează cu apa, deaceia molecula gigantă de DNA se dizolva în apă. gigantă de DNA se dizolva în apă.

Spirală este regulată (fiecare spiră cuprinde Spirală este regulată (fiecare spiră cuprinde 10 nucleotide). Distanţa dintre BA 10 nucleotide). Distanţa dintre BA învecinate este de 0,34 nm, perioada de învecinate este de 0,34 nm, perioada de identitate (pasul) – 3,4 nm. identitate (pasul) – 3,4 nm.

La pH=7 grupele fosfat sunt ionizate, La pH=7 grupele fosfat sunt ionizate, poarta sarcini negative, deaceia DNA poarta sarcini negative, deaceia DNA prezintă acid puternic. prezintă acid puternic.

Dublul helix este de tip plectonemical, dar Dublul helix este de tip plectonemical, dar nu paranemicalnu paranemical

Legităţile lui ChargaffLegităţile lui Chargaff1.1. Conţinutul adeninei este egal cu al timinei, iar al guaninei Conţinutul adeninei este egal cu al timinei, iar al guaninei

cu al citozinei (A=T, iar G=C)cu al citozinei (A=T, iar G=C)2.2. În orice preparat de DNA independent de specie suma În orice preparat de DNA independent de specie suma

bazelor purinice este egală cu cea a bazelor pirimidinice bazelor purinice este egală cu cea a bazelor pirimidinice (A+G=T+C)(A+G=T+C)

3.3. Preparatele de DNA separate din diferite ţesuturi a uneia Preparatele de DNA separate din diferite ţesuturi a uneia şi aceeiaş specie de organisme sunt absolut identice şi aceeiaş specie de organisme sunt absolut identice privind componenţa nucleotidică.privind componenţa nucleotidică.

4.4. Componenţa nucleotidică a DNA la aceeaşi specie nu se Componenţa nucleotidică a DNA la aceeaşi specie nu se modifică odată cu vârstă, nu depinde de regimul modifică odată cu vârstă, nu depinde de regimul alimentar şi modificările mediului.alimentar şi modificările mediului.

5.5. dacă A+T este mai dacă A+T este mai mare mare decît G+T avem decît G+T avem DNA de tip AT DNA de tip AT 6.6. dacă G+T este mai dacă G+T este mai mare mare decît A+T avem decît A+T avem DNA de tip DNA de tip GTGT 7.7. t de t de topire este mai topire este mai mica mica cînd predomină perechile A-Tcînd predomină perechile A-T8.8. t de t de topire este mai topire este mai mare mare cînd predomină perechile G-C cînd predomină perechile G-C 9.9. la la eucariote eucariote DNA DNA mitocondrial este mitocondrial este circular circular

Există diferiteExistă diferite forme de DNAforme de DNA- care sunt determinate de gradulcare sunt determinate de gradul de de dehidratare a acizilor nucleici:dehidratare a acizilor nucleici: A,B şi Z. A,B şi Z.

ModificModificăările rile îîn n dublul helix suntdublul helix sunt dependente de anturajul extern aidependente de anturajul extern ai moleculei de DNAmoleculei de DNA.. Dublul Dublul helix helix posedă dinamism.posedă dinamism. forma Aforma A::- conconţţine ine 11 11 resturi resturi la o la o spirspirăă,, - esteeste răsucită spre dreapta. răsucită spre dreapta. forma forma clasica clasica BB::- conconţţine ine 10 10 m mononucleotide ononucleotide la o la o spiră.spiră.- esteeste răsucită spre dreapta. răsucită spre dreapta.- - 10 nucleotide 10 nucleotide ocupă ocupă 34 34 Angstremi Angstremi (3,4 (3,4

nm).nm).- - o nucleotidă cuprinde 3,4A (0,34 nm).o nucleotidă cuprinde 3,4A (0,34 nm).•• conformatia Zconformatia Z spre deosebire de Aspre deosebire de A şi B este răsucită spre stînga.şi B este răsucită spre stînga.

Structura terţiarăStructura terţiară Reprezintă superspiralizarea dublului helix la care Reprezintă superspiralizarea dublului helix la care

participă proteinele histonice şi formează cromatinaparticipă proteinele histonice şi formează cromatina Unitatea structurală a cromatinei este nucleosomulUnitatea structurală a cromatinei este nucleosomul Nucleosomul – este un octamer histonic (2H2A; Nucleosomul – este un octamer histonic (2H2A;

2H2b; 2H3; 2H4) înfăşurat de aproximativ 2 ori de 2H2b; 2H3; 2H4) înfăşurat de aproximativ 2 ori de dublul helix cu o lungime de 146 perechi de dublul helix cu o lungime de 146 perechi de nucleotide.nucleotide.

Între 2 nucleosmi se conţin porţiuni de ADN alcătuit Între 2 nucleosmi se conţin porţiuni de ADN alcătuit din 20-60 perechi de nucleotide asociate cu H1din 20-60 perechi de nucleotide asociate cu H1

Lanţul polinucleosomic formează un superhelix Lanţul polinucleosomic formează un superhelix (solenoid), fiecare spiră are 10 nucleosomi, (solenoid), fiecare spiră are 10 nucleosomi, d=30nm şi pasul de 10nmd=30nm şi pasul de 10nm

Structura secundară şi terţiară a Structura secundară şi terţiară a ARNmARNm

ARNm – fiecărei gene îi corespunde ARNm – fiecărei gene îi corespunde molecula sa de ARNm, de aceea el este molecula sa de ARNm, de aceea el este foarte heterogenfoarte heterogen

Elementul de codificare al ARNm este Elementul de codificare al ARNm este tripletul nucleotidic – numit codon. Fiecare tripletul nucleotidic – numit codon. Fiecare codon corespunde unui anumit AAcodon corespunde unui anumit AA

Structura secundară a ARNm – o catenă Structura secundară a ARNm – o catenă curbatăcurbată

Structura terţiară – se aseamănă cu un fir Structura terţiară – se aseamănă cu un fir înfăşurat pe bobină, rolul căreia îl înfăşurat pe bobină, rolul căreia îl îndeplineşte o proteină de transport îndeplineşte o proteină de transport numită informernumită informer

ARNrARNr

Structura secundară – e prezentată Structura secundară – e prezentată prin sectoare spiralate unite ăntre prin sectoare spiralate unite ăntre ele cu ajutorul unei catene curbateele cu ajutorul unei catene curbate

Structura terţiară – prezintă scheletul Structura terţiară – prezintă scheletul ribosomului. Are forma unui bastonaş ribosomului. Are forma unui bastonaş sau ghem pe suprafaţa căruia sunt sau ghem pe suprafaţa căruia sunt ănfăşurate proteinele ribosomului.ănfăşurate proteinele ribosomului.

Structura secundară Structura secundară a a t-RNAt-RNA are are infinfăţăţişarea unei "frunze işarea unei "frunze de de trifoi" -trifoi" - se se formează îformează în n

urma imperecherii complementare intracatenare urma imperecherii complementare intracatenare a a nucleotidelor anumitor sectoare. nucleotidelor anumitor sectoare.

Sectoarele, Sectoarele, care care nu sunt încadrate înu sunt încadrate în n formarea legăturilor formarea legăturilor de H de H formează lanformează lanţţuurri sau buclei sau bucle

1.1. Sectorul de acceSectorul de accepptaretare (4 nucleotide, 3 din care au (4 nucleotide, 3 din care au aceeaşi succesiune-aceeaşi succesiune- CCA cu hidroxilul 3 CCA cu hidroxilul 3’’OHOH liber la care liber la care se fixează grupa COOH al AA.se fixează grupa COOH al AA.

2.2. Bucla anticodonicăBucla anticodonică - - formată din formată din 7 7 nucleotide. nucleotide. CCononţţine ine un triplet nucleotidic specific pentru fiecare t-RNA numit un triplet nucleotidic specific pentru fiecare t-RNA numit anticodon. Anticodonul t-RNA după principiul anticodon. Anticodonul t-RNA după principiul complementaritătii se împerechează cu codonul respectiv complementaritătii se împerechează cu codonul respectiv din RNAdin RNAm.m. Interac Interacţţiunea codon-anticodon determiniunea codon-anticodon determină ă ordinea aranjordinea aranjăării aminoacizilor rii aminoacizilor în în catena polipeptidică.catena polipeptidică.

3.3. Bucla pseudouridilicăBucla pseudouridilică - - constă din constă din 77 nucleotide nucleotide ((restul restul acidului pseudouridilic este obligatoriuacidului pseudouridilic este obligatoriu),), participă la participă la interacinteracţţiunea cu ribozomii.iunea cu ribozomii.

4.4. Bucla dihidrouridinicBucla dihidrouridinicăă - - constă din 8-12 resturi constă din 8-12 resturi nucleotidicenucleotidice ( ( resturi de dihidrouridin resturi de dihidrouridinăă ),), interactiunează interactiunează cu E-cu E- aminoacil-RNA aminoacil-RNAt-t-sintetaza, care contribuie la sintetaza, care contribuie la recunoaşterea de către aminoacid a ARN-t specific.recunoaşterea de către aminoacid a ARN-t specific.

ProprietProprietăţăţile fizico-chimice ale ile fizico-chimice ale acizilor nucleiciacizilor nucleici

- - masa moleculară mare.masa moleculară mare.- proprietatile coloidale si osmotiproprietatile coloidale si osmoticce, tipice e, tipice

pentru topentru toţţi compui compuşşii macromoleculari.ii macromoleculari.- ProprietProprietăţăţile lor hidrofile depind de fosfaile lor hidrofile depind de fosfaţţi.i.- viscozitatea şi densitatea înaltă a viscozitatea şi densitatea înaltă a

solusoluţţiilor,iilor,- capacitatea de denaturare.capacitatea de denaturare.- la pH fiziologic toti AN sunt polianioni (-)la pH fiziologic toti AN sunt polianioni (-)

Denaturarea Denaturarea şşi renaturareai renaturarea Denaturarea Denaturarea –sub acţiunea temperaturii, –sub acţiunea temperaturii,

mediului PH, substanţelor chimice are locmediului PH, substanţelor chimice are loc ruperea legăturilor de hidrogen şi forţelor Van-ruperea legăturilor de hidrogen şi forţelor Van-der-Waals ce stabilizează structura secundară şi der-Waals ce stabilizează structura secundară şi terţiară a DNA. terţiară a DNA.

La denaturare DNA îşi pierde proprietăţile La denaturare DNA îşi pierde proprietăţile biologice.biologice. Ex. încălzirea DNA-duce la desfacerea Ex. încălzirea DNA-duce la desfacerea spiralei duble în două catene, adicspiralei duble în două catene, adicăă are loc are loc transformarea „spirală - ghem".transformarea „spirală - ghem".

La rLa răăcirea treptată catenele din nou se reunesc cirea treptată catenele din nou se reunesc după principiul complementaritătii, formînd după principiul complementaritătii, formînd spirala dublspirala dublăă nativă. nativă. Acest fenomen Acest fenomen se se numeşte numeşte renaturare.renaturare.

La La racirea bruscracirea bruscăă renaturarea nu renaturarea nu are are loc.loc. Denaturarea Denaturarea şşi renaturarea acizilor nucieici este i renaturarea acizilor nucieici este

însoînsoţţită ită de de schimbarea activitătii lor optice.schimbarea activitătii lor optice.

Hibridizarea Hibridizarea ANAN Pe capacitatea Pe capacitatea de de renaturare renaturare a AN a AN este bazateste bazatăă metoda metoda de de

determinare determinare a a gradului gradului de de înrudire înrudire a a ANAN, , care care poartă denumirea poartă denumirea de de hibridizare moleculară.hibridizare moleculară.

La La baza metodei stă împerecherea complementarbaza metodei stă împerecherea complementarăă a a sectoarelor sectoarelor unicatenare unicatenare ale ale ANAN.. Hibridizarea se efectuează în felul următor:Hibridizarea se efectuează în felul următor:

acizii nucleici se denaturează separat;acizii nucleici se denaturează separat; se incubează împreună ambele tipuri de DNA (ori DNAşi RNA). se incubează împreună ambele tipuri de DNA (ori DNAşi RNA). În condiţiile unui grad relativ crescut de complementaritate a În condiţiile unui grad relativ crescut de complementaritate a

acestora se formează moleculele hibride (DNA-DNA sau DNA-acestora se formează moleculele hibride (DNA-DNA sau DNA-RNA). Aceste molecule constau din sectoare spiralate şi RNA). Aceste molecule constau din sectoare spiralate şi nespiralate. Cu cît gradul de înrudire este mai înalt, cu atît nespiralate. Cu cît gradul de înrudire este mai înalt, cu atît hibridizarea este mai complectă.hibridizarea este mai complectă.

Această metodă Această metodă a a permis descoperirea particularităpermis descoperirea particularităţţilor structurii ilor structurii primare primare a DNAa DNA. S-a stabilit, . S-a stabilit, ccăă î în n componencomponenţţa a DNA a DNA a animalelor animalelor se se află sectoare află sectoare cu o cu o succesiune nucleotidicsuccesiune nucleotidicăă identic identicăă, , care de care de multe multe ori ori se se repetă. Hibridizarea decurge foarte repede. Restul repetă. Hibridizarea decurge foarte repede. Restul DNA DNA este este prezentat printr-o succesiune unicalprezentat printr-o succesiune unicalăă a a nucleotidelor, nucleotidelor, care care nu nu se se dubleazdublează.ă.