Els àcids nucleics, i l'ADN en particular, són macromolècules que tenen tota la informació sobre com i quan s'han de construiïr les proteines.

Introducció

Els àcids nucleics són macromolècules compostes d'unitats anomenades nucleòtids.

Hi ha dos tipus: àcid desoxirribonucleic (ADN) i àcid ribonucleic (ARN).

ADN

L'ADN és el material genètic dels organismes vius, des dels bacteris unicel·lulars fins als mamífers multicel·lulars com tu i jo.

Alguns virus utilitzen l'ARN com el seu material genètic, però no es cosidern éssers vius ja que no es poden reproduir sense l'ajuda d'un hoste.

L'ADN es divideix en cromosomes, i cada cromosoma pot contenir desenes de milers de gens.

En organimes procariotes, com els bacteris, l'ADN es troba en una regió especialitzada de la cèl·lula anomenada nucleoide, i els cromosomes són molt més petits i sovint circulars (en forma d'anell).

En cèl·lules eucariotes, com les de les plantes i animals, l'ADN es troba al nucli, una càmera especialitzada envoltada de membrana dins de la cèl·lula, així com en certs tipus diferents d'organels (com els mitocondris i els cloroplasts de les plantes).

Gen

Encara que l'ADN sigui enorme, nomeś una part és codificant, i un dels reptes dels bioinformàtics es descobrir aquells segments d'ADN que proporcionen instruccions sobre com fer un producte particular que necessita la cèl·lula.

L'ADN no s'utilitza directament, sinò que es fan còpies en ARN de la part que codifica el gen cada cop que es necessita.

Molts gens indiquen la seqüència d'aminoàcids que es fan servir per sintetitzar una proteïna en un ribosoma mitjnaçant ARN missatger (ARNm).

Com hem dit abans, no tots els gens codifiquen per a productes proteics.

A contiuanció tens alguns exemples de diferents tipus d'ARN:

  • ARN ribosòmic (ARNr): Serveix com a component estructural dels ribosomes

  • ARN de transferència (ARNt). Són molècules d'ARN en forma de trèvol que transporten aminoàcids al ribosoma per a la síntesi de proteïnes.

  • Micro ARN (coneguts com miRNA). ctuen com a reguladors d'altres gens.

Nucleòtids

L'ADN i l'ARN són polímers (en el cas de l'ADN solen ser polímers molt llargs) i es componen de monòmers coneguts com nucleòtids (A,C,G...). Quan aquests monòmers es combinen, la cadena resultant es diu polinucleòtid (poli- = "molts").

Cada nucleòtid es compon de tres parts:

  1. Un sucre de cinc carbonis que té una posició central.
  2. Una estructura anular que conté nitrogen anomenada base nitrogenada.
  3. Almenys un grup fosfat.

La molècula de sucre té una posició central al nucleòtid, la base es connecta a un dels seus carbonis i el grup (o grups) fosfat, a un altre. Vegem cada part d'un nucleòtid alhora.

Imatge dels components de l'ADN i l'ARN, que inclouen el sucre (desoxiribosa o ribosa), el grup fosfat i la base nitrogenada. Les bases comprenen les bases pirimidines que tenen un anell (citosina i timina a l'ADN, i uracil a l'ARN) i les bases purines amb dos anells (adenina i guanina). El grup fosfat s'uneix al carboni 5'. El carboni 2' té un grup hidroxil a la ribosa, però només hidrogen (no hidroxil) a la desoxiribosa. Les bases nitrogenades Les bases nitrogenades dels nucleòtids són molècules orgàniques (basades en carboni), compostes per estructures anulars que contenen nitrogen. Per què es diuen bases?. Atès que alguns dels nitrogens de la base poden protonar-se (rebre un ió H+), les bases nitrogenades disminueixen la concentració d'ions hidrogen en una solució i per tant són bases en el sentit àcid-base. Cada nucleòtid a l'ADN conté una de quatre possibles bases nitrogenades: adenina (A), guanina (G) citosina (C) i timina (T). L'adenina i la guanina són purines, el que significa que les seves estructures contenen dos anells fusionats de carboni i nitrogen. En canvi, la citosina i la timina són pirimidines i tenen només un anell de carboni i nitrogen. Els nucleòtids d'ARN també poden contenir bases d'adenina, guanina i citosina, però tenen una altra base tipus pirimidina anomenada uracil (U) en lloc de la timina. Com es mostra a la figura anterior, cada base té una estructura única, amb el seu conjunt de grups funcionals units a l'estructura anular. Com a abreviatures a la biologia molecular, les bases nitrogenades se solen anomenar pels seus símbols d'una lletra: A, T, G, C i U. L'ADN conté A, T, G i C, mentre que l'ARN conté A, U, G i C (és a dir, la U s'intercanvia per T). Els sucres A més de tenir conjunts de bases lleugerament diferents, els nucleòtids d'ADN i ARN també tenen sucres lleugerament diferents. El sucre de cinc carbonis de l'ADN s'anomena desoxiribosa, mentre que a l'ARN el sucre és la ribosa. Aquestes dues molècules són semblants en estructura, només amb una diferència: el segon carboni de la ribosa té un grup hidroxil, mentre que el carboni equivalent a la desoxiribosa té un hidrogen al seu lloc. Els àtoms de carboni d'una molècula de sucre es numeren 1', 2', 3', 4' i 5' (1' es llegeix "una cosina"), com es mostra a la figura anterior. En un nucleòtid, el sucre ocupa la posició central, la base s'uneix al carboni 1' i el grup (o grups) fosfat s'uneix al carboni 5'. El fosfat Els nucleòtids només poden tenir un grup fosfat o una cadena de fins a tres grups fosfat que s'uneixen al carboni 5' del sucre. Algunes fonts d'informació química utilitzen el terme "nucleòtid" només per al cas d'un fosfat, però en biologia molecular s'accepta generalment la definició més àmplia. En una cèl·lula, el nucleòtid que cal afegir al final d'una cadena de polinucleòtids contindrà una sèrie de tres grups fosfat. Quan el nucleòtid s'uneix a la cadena creixent d'ADN o ARN perd dos grups fosfat. Per tant, en una cadena d'ADN o ARN, cada nucleòtid només té un grup fosfat. Cadenes de polinucleòtids Una conseqüència de l'estructura dels nucleòtids és que una cadena de polinucleòtids té direccionalitat, és a dir té dos extrems que són diferents entre si. Al extrem 5', o inici de la cadena, sobresurt el grup fosfat unit al carboni 5' del primer nucleòtid. A l'altre extrem, anomenat extrem 3', està exposat l'hidroxil unit al carboni 3' de l'últim nucleòtid. Les seqüències d'ADN generalment s'escriuen a l'adreça 5' a 3', cosa que significa que el nucleòtid de l'extrem 5' és el primer i el nucleòtid de l'extrem 3' és l'últim. Conforme s'agreguen nous nucleòtids a una cadena d'ADN o ARN, aquesta creix a l'extrem 3', quan s'uneix el fosfat 5′ del nucleòtid entrant al grup hidroxil a l'extrem 3' de la cadena. Això produeix una cadena on cada sucre s'uneix als seus veïns per una sèrie d'enllaços anomenats enllaços fosfodièster. Característiques de l'ADN A l'àcid desoxirribonucleic, o ADN, les cadenes es troben normalment en una doble hèlix, una estructura en què dues cadenes aparellades (complementàries) s'uneixen entre si, com es mostra al diagrama de l'esquerra. Els sucres i fosfats es troben a l'exterior de l'hèlix i constitueixen l'esquelet de l'ADN; aquesta part de la molècula se sol anomenar esquelet de sucre-fosfat. Les bases nitrogenades s'estenen cap a l'interior, en parelles, com ara els esglaons d'una escala; les bases dun parell suneixen entre si mitjançant ponts dhidrogen.

Les dues cadenes de l'hèlix corren en adreces oposades, cosa que significa que l'extrem 5′ d′una cadena s′uneix a l′extrem 3′ de la seva cadena corresponent. Això es coneix com a orientació antiparal·lel i és important en copiar ADN. Aleshores, dues bases qualsevol poden decidir unir-se i formar un parell a la doble hèlix? La resposta és un no definitiu. A causa de les mides i els grups funcionals de les bases, l'aparellament de les bases és summament específic: A només es pot unir amb T i G només es pot unir amb C, com es mostra a continuació. Això significa que les dues cadenes d'una doble hèlix d'ADN tenen una relació molt predictible entre elles. Per exemple, si sabeu que la seqüència d'una cadena és 5'-AATTGGCC-3', la cadena complementària ha de tenir la seqüència 3'-TTAACCGG-5'. Això permet a cada base unir-se amb la parella:

Aquestes dues cadenes són complementàries, cada base es connecta amb la seva companya de l'altra. Els parells A-T estan units per dos ponts d'hidrogen i els parells G-C per tres. Es diu que dues seqüències d'ADN són complementaris quan les seves bases poden aparellar-se i unir-se entre si de forma antiparal·lela, formant una hèlix.

Les cadenes d'ADN s'uneixen en una doble hèlix de cadenes antiparal·leles mitjançant ponts d'hidrogen entre les bases complementàries . La timina forma dos ponts d´hidrogen amb l´adenina i la guanina forma tres ponts d´hidrogen amb la citosina.

Característiques de l'ARN A diferència de l'ADN, l'àcid ribonucleic (ARN) generalment té una sola cadena. El nucleòtid d'una cadena d'ARN tindrà ribosa (un sucre de cinc carbonis), una de les quatre bases nitrogenades (A, U, G i C) i un grup fosfat. Aquí veurem els quatre tipus principals d'ARN: l'ARN missatger (ARNm), l'ARN ribosomal (ARNr), l'ARN de transferència (tRNA) i els ARN reguladors. L'ARN missatger (ARNm) El ARN missatger (ARNm) és un intermediari entre un gen que codifica proteïna i el seu producte proteic. Si una cèl·lula necessita fer una proteïna en particular, el gen que codifica la proteïna s'activarà, cosa que significa que un enzim ARN polimeritzant vindrà i farà una còpia d'ARN, o transcrit, de la seqüència d'ADN del gen. El transcrit conté la mateixa informació que la seqüència d'ADN del gen. No obstant això, a la molècula d'ARN, la base T se substitueix per U. Per exemple, si una cadena codificant d'ADN té la seqüència 5'-AATTGCGC-3', la seqüència de l'ARN corresponent serà 5'-AAUUGCGC-3'. Quan s'ha produït un ARNm, aquest s'associarà amb un ribosoma, una màquina molecular que s'especialitza en la fabricació de proteïnes a partir d'aminoàcids. El ribosoma utilitza la informació de l'ARNm per fer una proteïna amb una seqüència específica quan llegeix els nucleòtids de l'ARNm en grups de tres (anomenats codons) i afegeix un aminoàcid en particular per a cada codó.

Imatge d'un ribosoma (format per proteïnes i ARNr) unit a un ARNm, amb diversos ARNt que aporten aminoàcids a la cadena creixent. L'ARNt que s'uneix, i per tant, l'aminoàcid que s'afegeix en un moment donat, ho determina la seqüència de l'ARNm que es “llegeix” en aquell moment. L'ARN ribosomal (ARNr) i l'ARN de transferència (ARNt) El ARN ribosòmic (ARNr) és un dels principals components del ribosoma i ajuda que l'ARNm s'uneixi al lloc adequat perquè es pugui llegir la informació de la seva seqüència. Alguns ARNr també actuen com a enzims, és a dir, ajuden a accelerar (catalitzar) reaccions químiques; en aquest cas, ajuden a formar els enllaços que uneixen els aminoàcids per formar una proteïna. Els ARN que funcionen com a enzims es coneixen com ribozima. Els ARN de transferència (ARNt) també participen en la síntesi de proteïnes, però el seu treball és servir com a portadors: porten aminoàcids al ribosoma per assegurar que l'aminoàcid que s'afegeix a la cadena és el que especifica l'ARNm. Els ARN de transferència es componen d'una sola cadena d'ARN, però conté segments complementaris que s'uneixen entre si per formar regions de doble cadena. Aquest aparellament de bases crea una complexa estructura 3D que és important per al funcionament de la molècula.

Estructura dun ARNt. La molècula completa té una forma semblant a una L. Els ARN regulatoris (miRNA i siRNA) Alguns tipus d'ARN no codificant (ARN que no codifica proteïnes) ajuden a regular l'expressió d'altres gens. Aquestes molècules d'ARN es poden anomenar ARN reguladors. Per exemple, els microARN (coneguts popularment com miRNA) i els ARN petits dinterferència, el siRNAs, són petites molècules d'ARN regulatori d'aproximadament 22 nucleòtids de llarg. S'uneixen a molècules d'ARNm específiques (amb seqüències parcialment o totalment complementàries) i redueixen la seva estabilitat o interfereixen amb la seva traducció i així proporcionen a la cèl·lula una manera de reduir o ajustar finament la concentració d'aquests ARNm. Aquests són només alguns exemples de molts tipus de ARN no codificants i reguladors. Els científics encara estan descobrint noves varietats de ARN no codificant. També s'han descobert altres tipus d'ARN regulatori, com l'ARN llarg no codificant (ARNlnc) i l'ARN que interactua amb piwi (piRNA), però no se'n comprenen tan bé les funcions. Cada vegada hi ha més evidència que els miRNA i altres ARN petits, no codificants, participen en certes malalties humanes, com en alguns trastorns genètics i tipus de càncer. A més, els investigadors estan desenvolupant microARN artificials que serveixen com a eines terapèutiques en el tractament de malalties humanes. Aquests són només alguns exemples d'ARN reguladors. Hi ha molts altres i, amb el temps, se segueixen descobrint més.

Google Docs - Àcids nucleics