2.0 Struttura primaria degli acidi nucleici PDF

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appunti di biologia molecolare, preparazioni per esame, perfetti per passarlo, riassunti delle prime parti, completi di tutto, stud...

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La riproduzione e la diffusione di questo materiale è vietata

Nucleotidi

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NUCLEOSID

NUCLEOTIDI

NUCLEOSID sono costituiti da: una base azotata uno zucchero a 5 atomi di C

Quando è presente anche un gruppo fosfato la molecola si chiama NUCLEOTIDE 3

COMPONENT DE NUCLEOTIDI Gli zuccheri possono essere:

RNA

Le basi azotate derivano da:

DNA

Gruppo fosfato:

4

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Nucleoside

Base Azotata Zucchero pentoso

5

Nucleotide

Fosfato

Base azotata Zucchero pentoso

6

3

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Le basi azotate

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BAS AZOTATE Le basi azotate presentano il fenomeno della tautomeria, cioè possono esistere in due forme, in equilibrio tra loro Le basi azotate sono molecole planari ed aromatiche, pertanto completamente apolari ed idrofobiche 8

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FORMAZIONE DI NUCLEOSIDI Il C emiacetalico del ribosio reagisce con l’N nucleofilo della base azotata

HO

La base azotata e lo zucchero si legano mediante un legame N-glicosidico

Si è formato un NUCLEOSIDE (attenzione alla nomenclatura ed alla numerazione del pentoso)

9

I RIBONUCLEOSIDI

4 3 2

1

•

Le purine si legano allo zucchero con l’atomo di N9

•

Le pirimidine si legano allo zucchero con l’atomo di N1

•

La presenza dello zucchero rende i nucleosidi più idrofili delle basi azotate in forma libera

•

Attenzione nomenclatura

5 6

alla

10

5

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I DEOSSIRIBONUCLEOSIDI Anche per loro valgono le stesse considerazioni fatte per i ribonucleotdi adenina

guanina

deossiadenosina

deossiguanosina

citosina

timina

deossicitidina

timidina

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FORMAZIONE DI NUCLEOTIDI

Il gruppo fosfato ed il nucleoside si legano mediante un legame ESTEREO

H2O

Si forma un NUCLEOTIDE

legame estereo

(attenzione alla nomenclatura)

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Formazione di un nucleotide

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Nucleotide

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7

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ribonucleotidi

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deossiribonucleotidi

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ACIDITA’ DEI NUCLEOTIDI L’acido fosforico è un acido forte, e a pH fisiologico si trova in forma dissociata:

- 2H+

-

Il gruppo fosforico impegnato nel legame estereo si trova in forma dissociata, conferendo al nucleotide un carattere acido

adenosina 5’ monofosfato o acido adenilico

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I NUCLEOTIDI Struttura e nomenclatura dei ribonucleotidi adenina adenosina ac. Adenilico (adenilato)

uracile uridina

guanina guanosina ac. Guanilico (guanilato)

citosina citidina ac. Citidilico

ac. Uridilico (uridilato)

(citidilato)

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I NUCLEOSIDI TRIFOSFATO I nucleotidi possono contenere più gruppi fosfato, fino ad un massimo di tre

b

g

a

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ATP: ADENOSIN

5 TRIFOSFATO

Adenina

‫־‬

‫־‬

‫־‬

‫־‬ Ribosio Gruppo fosfato

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I NUCLEOSIDI TRIFOSFATO H O

– C – CH3

=

=

CH – C – OH + H O

O

acido acetico

acido acetico

anidride acetica, un ANIDRIDE

Gli acidi possono reagire tra loro dando luogo a delle anidridi. Questa reazione può essere data anche da due molecole di acido fosforico, che formano acido pirofosforico, contenente un legame anidridico H O

+

21

ATP Il legame tra zucchero e gruppo fosforico a è di tipo ESTEREO I legami tra i gruppi fosforic

g

b

ADENOSIN

be

g sono di tipo ANIDRIDICO

a

5 TRIFOSFATO

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ATP L’idrolisi del legame ESTEREO comporta la liberazione di circa 14 KJ/mole L’idrolisi di questi legam ANIDRIDIC comporta la liberazione d 30 KJ/mole

g

b

a

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PERCHE’ L’IDROLISI DELL’ATP PRODUCE TANTA ENERGIA?

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I NUCLEOSIDI TRIFOSFATO

• • • • • • •

Oltre all’ATP, che occupa una posizione centrale nel metabolismo energetico, altri ribonucleotidi energeticamente equivalenti partecipano in forma libera alle reazioni metaboliche: CTP, UTP, GTP Oltre che come nucleosidi trifosfati, essi sono presenti anche come di- e mono-fosfati Ogni nucleoside trifosfato fornisce energia in particolari reazioni metaboliche: GTP interviene nella sintesi proteica (traduzione) UTP nella formazione del glicogeno CTP nella formazione dei fosfolipidi

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INTERCONVERSIONE DI NUCLEOSIDI TRIFOSFATI Data l’equivalenza energetica, è possibile trasformare un nucleoside trifosfato in un altro: ATP + NDP D ADP + NTP L’enzima capace di operare questa trasformazione è la nucleoside difosfato chinasi, un enzima relativamente poco specifico, che quindi agisce su CDP, UDP e GDP

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FUNZIONI DEI NUCLEOTIDI • Sono le unità costitutive degli acidi nucleici • Partecipano alle reazioni metaboliche sotto forma di ribonucleotidi • Sono componenti dei coenzimi, che coadiuvano gli enzimi nella catalisi • Possono esistere in forma ciclica, come nucleotidi ciclici (AMPc e GMPc), che hanno funzione di ”secondi messaggeri” nella trasduzione di alcuni segnali

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TRASDUZIONE DEL SEGNALE 1° messaggero, ligando o ormone

Membrana plasmatica

2° messaggero, AMP ciclico

Il messaggio proveniente dall’esterno è portato dentro la cellula (trasduzione del segnale)

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AMP ciclico L’enzima adenilato ciclasi è in grado di provocare l’idrolisi dell’ATP, liberando pirofosfato e l’energia sufficiente per provocare la ciclizzazione ad AMPc

adenilato ciclasi

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GLI ACIDI NUCLEICI • Esiste un solo tipo di acido desossiribonucleico, DNA • Esistono vari tipi di acido ribonucleico, RNA: - RNA messaggero mRNA - RNA transfer tRNA - RNA ribosomiale rRNA - alcuni RNA hanno funzioni catalitiche (ribozimi) - piccoli RNA nucleari (snRNA)

• Chimicamente sono polimeri di nucleotidi in cui le unità nucleotidiche sono legate mediante legami 3’-5’ fosfodiesterici 30

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Struttura primaria degl acid nucleici ü DNA e RNA sono polimeri i cui monomeri sono legati con legami covalenti ü Il legame tra nucleotidi è un legame fosfodiesterico ü Il gruppo 3ʹ — OH dello zucchero di un nucleotide forma un legame con il fosfato legato al carbonio 5ʹ dello zucchero del nucleotide successivo 31

Struttura primaria degl acid nucleici Nella struttura primaria degli acidi nucleici, ogni zucchero nello scheletro covalente zucchero-fosfato è attaccato a una base.

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Legame fosfodiesterico

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Primary Structure of RNA Nella struttura primaria del RNA, A, C, G e U sono collegati da legami 3’,5’ fosfodiesterici. 5’

3’ 34

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Sequenza delle ba

struttura primaria

Ogni acido nucleico ha la sua sequenza unica di basi che: ü è conosciuta come la struttura primaria. ü porta le informazioni genetiche. ü viene letto dallo zucchero con il fosfato libero in posizione 5’ verso lo zucchero con il gruppo ossidrilico libero in 3ʹ ü viene spesso scritto usando le lettere delle basi per rappresentare la sequenza corretta. 5ʹ A C G T 3 ʹ 35

GLI ACIDI NUCLEICI Gli acidi nucleici sono polimeri lineari di nucleotidi legati tra loro mediante gruppi fosfato 1’

4’

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3’

2’

5’

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Tratto da: D.L. Nelson, M.M. Cox “I Principi di Biochimica di Lehninger”, IV ed., Zanichelli

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GLI ACIDI NUCLEICI

Tratto da: R.H. Garrett, C.M. Grisham “Principi di Biochimica”, ed. Piccin

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parte idrofilica

Tratto da: R.H. Garrett, C.M. Grisham “Principi di Biochimica”, ed. Piccin

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IDROLISI BASICA DELL’RNA

32 32

12

12

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3! 4 "#$"#%&'($)(*(%%%%%%%% !+,-+%.'./'.#

#%-$)&(%.."&,"$%/"& Tratto da: Nelson D.L., Cox M.M. - “I principi di Biochimica di Lehninger”, VI ed., !).'/0,.%)$'('," Zanichelli

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IDROLISI NON ENZIMATICA DEGLI ACIDI NUCLEICI ü ! "#$%%& '() *&+&,-.& /01 2 314 52..6789 .: #2,5:,: %&;...