Àcids nucleics Biologia Selectivitat Resum PDF

Preview

Summary

Resum biologia selectivitat PAU PBAU EBAU català pdf
Tema àcids nucleics
ADN
ARN
Model watson i crick
Estructura i funcions
ARN missatger
ARN transferència
ARN petit nuclear
ARN ribosòmic
ARN nucleolar
ARN Interferència...

Description

Biologia

Mia Nigro

1. ÀCIDS NUCLEICS Def: Els àcids nucleics son polímers formats per nucleòtids. S’anomenen així perquè tenen caràcter àcid i van ser descoberts a l’interior del nucli. Contenen un àcid fosfóric, una pentosa i una base nitrogenada que pot ser púrica o pirimidínica.!

• Àcid fosfóric.

Responsable del caràcter àcid. Intervé en la unió dels nucleòtids entre si.!

• Pentosa.

Segons la pentosa destingin dos tipus d’àcids nucleics:!

- Àcid ribonucleic o ARN, amb nucleòtids formats per -

ribosa.! Àcid desoxiribonucleic o ADN, amb nucleòtids formats per la 2-desoxiribosa.!

• Base nitrogenada.

Molècules de caràcter bàsic que contenen nitrogen. Segons l’estrcutura:!

- Púriques: Adenina (A) i guanina (G)! - Pirimidíniques: Citosina (C), timina (T) (exclusiva de l’adn) i uracil (U) (exclusiu de l’arn)!

1.1 Nucleòsids Es formen per la unió d’una ribosa/desoxiribosa amb una base nitrogenada per mitjà d’un enllaç ! N-glicosídic.! Enllaç N-glicosídic: entre carboni 1’ de la pentosa i el nitrogen 1 de la base nitrogenada (si és pirimidínica) o nitrogen 9 si és púrica.!

1.2. Nucleòtids Es formen en unir-se un nucleòsid amb l’àcid fosfóric per mitjà d’un enlllaç entre el grup hidroxil del carboni 5’ de la pentosa i l’àcid fosfóric. (ENLLAÇ FOSFOÈSTER)!

1

Biologia

Mia Nigro

Unió de nucleòsids

- La unió de diversos nucleòtids dóna lloc a cadenes d’àcids nucleics.!

- Les cadenes presenten 2 extrems: 5’ (grup fosfat unit al

-

carboni 5’ del primer nucleòtid) i el 3’ (radical hidroxil del carboni 3’ de l’útim nuclòtid lliure)! Els AN se sintetitzen de 5’ a 3’, ja que no hi ha cap enzim capaç d’afegir nucleòtids a l’extrem 5’.! Enllaç entre radical hidoxil de l’extrem 3’ i el radical fosfat de l’extrem 5’: enllaç 3’,5’ fosfodièster Conté 2 enllaços fosfoèster. Un es forma entre 2 nucleòtids i l’altre entre el grup fosfat i la pentosa del mateix nucleòtid.!

2. ÀCID DESOXIRIBONUCLEIC Def: És una macromolècula (principi immediat, àcid nucleic) que conté la informació genètica (funció principal). Està format (excpete virus) per dues cadenes de nucleòtids enrotllades entre si formant una doble hèlix. Cada cadena és un polímer de desoxiribonucleòtids de A, G, C i T.! Classificació de l’adn: • Segons la forma!

- ADN lineal: al nucli de les cèl·lules eucariotes i en alguns virus (bacteriòfag T4, virus de l’herpes).! - ADN circular: en bacteris, arqueobacteris, mitocondris, cloroplasts i alguns virus (SV40).!

• Segons el nombre de cadenes! - ADN monocatenari: poc freqüent (parvovirus).! - ADN bicatenari: el presenten la majoria d’organismes.! Estructura i localització de l’adn segons el tipus de cèl·lula: • Eucariotes: principalment al nucli (també als mitocondris o cloroplasts)! - ADN nuclear: lineal, s’enrotlla sobre histones formant nucleosomes. Conjunt: fibra de cromatina.! - ADN de mitocondris/cloroplasts: similar al dels bacteris.! • Cèl·lules bacterianes: circular, no associat a histones. Condensació de nucleoide.! • Cèl·lules arqueobacteris: circular, associat a histones formant nucleosomes.! • ADN de virus: circular o lineal, ni o monocatenari. Proteïnes bàsiques associades.!

3. NIVELLS ESTRUCTURALS DE L’ADN En L'ADN es distingeixen tres nivells estructurals:! • l'estructura primària o seqüència de nucleòtids! • l'estructura secundària o doble hèlix.! • l'estructura terciària o ADN superenrotllat: torsió de la doble hèlix sobre si mateixa. ! A més, per aconseguir que L'ADN càpiga dins del nucli, es troba molt empaquetat, i encara més quan es condensa per formar un cromosoma. !

2

Biologia

Mia Nigro

3.1. Estructura primària - L’estructura primària de l'ADN és la seqüència de nucleòtids d'una sola cadena o filaments que es pot presentar com un simple filament estès o bé una mica doblegada en si mateixa.$

- EI nombre de filaments diferents d'ADN que pot formar combinant les quatre bases nitrogenades –adenina, guanina, citosina i timina–, és molt elevat. !

- Si es consideren aquestes innombrables combinacions possibles, es pot comprendre que a través de la seqüència de bases nitrogenades és possible estructurar una informació determinada, l'anomenat missatge biològic o informació genètica. !

3.2. Estructura secundària L'estructura secundària de l'ADN és la disposició en l’espai de dos filaments o cadenes de polinucleòtids en doble hèlix, amb les bases nitrogenades enfrontades i unides amb ponts d'hidrogen. Aquesta estructura es va deduir a partir de les dades experimentals següents:!

• La densitat i viscositat de les dispersions aquoses de l'ADN eren superiors a les esperades. Es va suposar que es devien agrupar entre si per mitjà de ponts d’hidrogen. ! • Tots els ADN tenien tantes molècules d'adenina (A) com de timina (T), i tantes de citosina (C) com de guanina (G). Per tant hi havia complementarietat de bases. Això ho va observar Chargaff el 1950 i explicava que els ponts d’hidrogen s’establien entre A i T i, d’altra banda entre C i G. Ateses les característiques d’aquestes molècules, entre A i T s’han d’establir dos ponts d’hidrogen, i entre C i G, tres ponts d’hidrogen. ! • L'àcid desoxiribonucleic tenia una estructura fibril•lar de 20 Å de diàmetre. Cada parell de nucleòtids està separat del parell següent per una distancia de 3,4 Å, i cada volta de la doble hèlix està formada per 10 parell de nucleòtids, això suposa una longitud de 34 Å per volta d’hèlix.$ • Aquestes conclusions es van elaborar a partir dels estudis de difracció de rajos X fets per Franklin i Wilkins entre el 1950 i el 1953. ! 3

Biologia

Mia Nigro

Model de Watson i Crick El 1953, a partir de les dades anteriors, J. Watson i F. Crick van elaborar el model de la doble hèlix:! • L'ADN, és una doble hèlix de 20 A de diàmetre, formada per dues cadenes de polinucleòtids enrotllats! • Els grups hidròfobs (-CH3 i –CH=) de les bases es disposes cap a l’interior de la molècula, de manera que s’estableixen interaccions hidrofòbiques que proporcionen, juntament amb els ponts d’hidrogen, estabilitat a la macromolècula.! • Les pentoses i els grups fosfat queden a l’exterior i la ionització d’aquest últims proporciona el caràcter àcid d’aquesta molècula.! • Les cadenes d’ADN que formen la doble hèlix són:$ - Antiparal·leles. Tenen enllaços 5’ – 3’ orientats en sentits contraris.$ - Complementàries. Les dues cadenes no són iguals sinó que, si a una cadena hi ha timina, en l’altra, al mateix nivell, hi ha adenina. Així mateix si en una hi ha citosina en l’altra hi ha guanina. Per tat la seqüenciació de cada cadena és diferent.! • L’enrotllament de la doble hèlix és dextrogir i plectonòmic, és a dir, que perquè se separin les dues cadenes l’una ha de girar respecte a l’altra. ! • La doble hèlix d’ADN en estat natural és molt estable; però si s'escalfa una dispersió de fibres d'ADN, quan la temperatura arriba aproximadament a 100°C, els dos filaments de la doble hèlix se separen, és a dir, es produeix la desnaturalització de I'ADN. Si posteriorment es manté l'ADN desnaturalitzat a 65 °C, els dos filaments es tomen a unir. Aquesta restauració de la doble hèlix és el que s'anomena renaturalització, i és el que permet la hibridació si es parteix de filaments de diferents ADN. ! Formes de la doble hèlix La forma B va ser la que van descriure Watson i Crick. És una hèlix dextrogira amb les bases complementàries situades en plans horitzontals. Aquesta és la forma més normal .! $ La forma A també és una hèlix dextrogira, però les bases complementàries es troben en plans inclinats. No se n'ha trobat en condicions fisiològiques. !

La forma Z és una hèlix levogira, i té un enrotllament irregular que provoca una configuració en zig-zag, Es pensa que la forma Z constitueix senyals per a les proteïnes reguladores de l'expressió del missatge genètic. !

4

Biologia

Mia Nigro

3.3. Estrcutura terciària Les molècules d'ADN circular, com l'ADN bacterià o l'ADN mitocondrial, presenten una estructura terciària, que consisteix en el fet que la fibra de 20 Å està retorçada sobre si mateixa i forma una espècie de superhèlix. Aquesta disposició s'anomena ADN superenrotllat. En gran part, és degut a l'acció d'uns enzims anomenats ADN- topoisomerases II. ! Els superenrotllaments d'ADN proporcionen dos avantatges: $ - Aconsegueixen reduir la longitud de l'ADN i, per tant, donen estabilitat a la molècula.! $ - Faciliten el procés de la duplicació de l'ADN. Això és degut al fet que el sentit de les voltes a la superhèlix de l'ADN superenrotllat natural és cap a la dreta, just el sentit contrari al que provoquen els enzims que desespiralitzen l'ADN per iniciar la seva duplicació. Per això, durant aquest procés, en lloc d'anar augmentant el nombre de voltes cap a l'esquerra, cosa que crearia tensions capaces d'aturar la duplicació, el que passa és que es van anul·lant voltes cap a la dreta, i així la molècula es relaxa. ! Nivells d’empaquetament L’ADN aconsegueix una condensació elevada gràcies als diferents nivells d’empaquetament que presenta i gràcies a les histones o protamines. Es diferencien diferents nivells d’empaquetament:$ - La fibra de cromatina de 100 Å.$ - La fibra de cromatina de 300 Å. - Els dominis en forma de bucle.$ - Nivells superiors d’empaquetament. ! Tipus d’ADN segons l’estructura Les molècules d'ADN es poden classificar ! Segons l’estructura: " - ADN monocatenari, d’un sol filament. És molt estrany, se n'ha trobat de forma lineal en els parvovirus i de forma circular en el virus X174.$ - ADN bicatenari, de dos filaments. ! Segons la forma: " - ADN circular, com passa als bacteris, en els mitocondris, en els cloroplasts i en algun virus.$ - ADN lineal, com el del nucli de les cèl·lules eucariotes i el d’alguns virus.$ Segons el tipus de molècules que serveixen per a empaquetar:$ - L’ADN del nucli eucariota, va associat a histones. En el cas dels espermatozoides l’ADN va associat a protamines.$ - L’ADN dels procariotes es troba associat a proteïnes semblants a les histones, a ARN i a proteïnes no històniques. - També s'han observat en els virus associacions amb proteïnes bàsiques pròpies o amb histones de la cèl·lula parasitada.!

5

Biologia

Mia Nigro

$ Segons la longitud: $ Varia molt, per exemple l'ADN del virus del polioma mesura 1,7μ mentre a l’ésser humà mesura 2,36m. Curiosament, la longitud de l'ADN no sempre té relació amb la complexitat de l'organisme. Pel que sembla, moltes espècies tenen molt més ADN que el necessari per codificar la seva estructura i fisiologia. Això ha donat lloc a nombroses hipòtesis sobre les funcions d'aquest ADN supernumerari. !

4. ÀCID RIBONUCLEIC

! L'àcid ribonucleic o ARN està constituït per nucleòtids de ribosa , amb les bases adenina, guanina, citosina i uracil. Per tant, no té timina com l'ADN. ! Aquests ribonucleòtids s'uneixen entre si amb enllaços fosfodièster en sentit igual que en l'ADN. A diferència d'aquest, l'ARN és gairebé sempre monocatenari, excepte en els reovirus, que és bicatenari. ! S'ha observat l' existència d'ARN amb funció biocatalitzadora, per això s'ha suggerit que, en l'origen de la vida, els ARN van poder ser les primeres molècules capaces d'autoduplicar-se. Després, seria l'ADN l'encarregat de guardar la informació genètica, ja que té la cadena més estable.! $ L'ARN es troba en molts tipus de virus i a les cèl·lules procariotes i eucariotes. ! Els ARN es classifiquen en:! $ - ARN bicatenari (en els reovirus)! $ - ARN monocatenari, com l'ARN soluble o de transferència (ARNs o ARNt), el missatger (ARNm), el ribosòmic (ARNr) i el nucleolar (ARNn).! $ El fet que les cèl·lules que fabriquen grans quantitats de proteïnes siguin riques en ARN va ser una de les pistes per desvetllar la transmissió de la informació genètica. !

4.1. ARN missatger És monocatenari, bàsicament lineal. Té un pes molecular que oscil.la entre 200.000 i 1.000.000. Té la funció de transmetre la informació continguda en l'ADN i portar-la fins als ribosomes, perquè s'hi sintetitzin les proteïnes a partir dels aminoàcids que aporten els ARNt. L' ARNm té una estructura diferent en procariotes i en eucariotes.

6

Biologia

Mia Nigro

L'ARNm eucariòtic ! Presenta poques zones en doble hèlix (estructura secundària), a causa de la complementarietat de les bases entre diferents segments, i zones lineals (estructura primària) que donen lloc als anomenats llaços en ferradura. Es troba associat a proteïnes i forma les partícules ribonucleoproteiques missatgeres. ! L'ARNm eucariòtic es forma a partir del transcrit primari (pre-ARNm), també anomenat ARN heterogeni nuclear (ARNhn), nom que fa referència a la variabilitat de la mida. Aquest presenta una sèrie de segments ! amb informació, anomenats exons, alternats amb d'altres sense informació anomenats introns, que després són suprimits i no apareixen en l'ARNm. Aquest procés s'anomena maduració i es produeix al nucli. ! A l'extrem 5' una guanosina trifosfat invertida i metilada en el nitrogen 7 (m' Gppp-...). Aquesta molècula, que rep el nom de caputxa, bloqueja l'acció dels enzims exonucleases que poden destruir l'ARNm, i constitueix el senyal d'inici en la síntesi de proteïnes. A continuació, hi ha un segment sense informació, seguit d'un altre segment amb informació que sol començar amb la seqüència «AUG». ! '

A l'extrem 3 o extrem final té de 150 a 200 nucleòtids d'adenina, la qual cosa s' anomena «cua» de poli-A. Es considera que serveix d'estabilitzador davant dels enzims exonucleases. L'ARNm eucariòtic és monocistrònic, és a dir, tan sols conté informació per a una cadena polipeptídica.

L'ARNm procariòtic

! No adopta l'estructura de l'ARN eucariòtic. No presenta exons ni introns. Està mancat de caputxa (comença amb un nucleòtid trifosfat no invertit, per exemple: pppG-...) Està mancat de cua de poli-A i a més és policistrònic, és a dir, conté informacions separades per a diferents proteïnes. !

7

Biologia

Mia Nigro

4.2. ARN de trasnferència Conté entre 70 i 90 nucleòtids. És troba al citoplasma en forma de molècula dispersa. Hi ha uns cinquanta tipus d’ARNt.! $ Té com a funció transportar aminoàcids específics fins als ribosomes, on, segons la seqüència especificada en un ARN missatger (transcrita, al seu torn, de l'ADN), se sintetitzen les proteïnes. ! L'ARNt és monocatenari. Presenta zones amb estructura secundària en doble hèlix, deguda a la complementarietat entre les bases d'uns segments i les d'altres, i zones amb estructura primària o lineal, que formen nanses o bucles, per això la molècula té forma de trèvol. En realitat, la molècula està molt més replegada, i adopta una estructura terciària en forma de L. ! Entre els nucleòtids que formen els ARNt, a més de A, G, C i U, n'hi ha d'altres que porten les bases metilades, com la dihidrouridina (UHz), la ribotimidina (T), la inosina (I), la metilguanosina (GMe), etcètera. !

En la seva molècula s’hi distingeix:! $ - El braç D s'anomena així perquè conté dihidrouridina! $ - El braç T, conté ribotimidina! $ - El braç anticodó, conté un triplet de nucleòtids, anomenat anticodó, que és complementari d’un triplet de l’ARNm anomenat codó. A l’anticodó hi ha diferents triplets, que estan en correspondència amb l’aminoàcid que capta específicament cada ARNt.! $ - Un braç acceptor d’aminoàcids, en el qual hi trobam: ! A l'extrem 5' dels ARNt sempre es localitza un ribonucleòtid de guanina , amb el grup fosfat lliure . ! A l'extrem 3', que és on s'enllaça l'aminoàcid, sempre s'hi troba el triplet CCA . El grup terminal -OH del nucleòtid A és el que s'uneix al grup carboxil de l'aminoàcid. !

8

Biologia

Mia Nigro

4.3. ARN ribosòmic És l'ARN que constitueix, en part, els ribosomes. Aquest tipus d'ARN representa el 60 % del pes d'aquests orgànuls. L'ARNr presenta segments lineals i segments en doble hèlix (estructura secundària), gràcies a la presència de seqüències complementàries de ribonucleòtids al llarg de la molècula.! $ L'ARNr està associat amb les proteïnes ribosòmiques, de manera que es forma una estructura relacionada amb la síntesi de proteïnes, ja que proporciona als ribosomes la forma adequada per donar allotjament a l'ARNm i als ARNt, portadors dels aminoàcids que formaran les proteïnes durant aquest procés. ! En general, el pes dels ARNr i dels ribosomes se sol expressar segons el coeficient de sedimentació (s) de 13

Svedberg (=10

segons). Aquest coeficient és directament proporcional a la velocitat de sedimentació de

la partícula durant la ultracentrifugació.! $ Les cèl·lules procariotes presenten ribosomes de 70 S, un pes més baix que el de les cèl·lules eucariotes, de 80 S.

4.4. ARN nucleolar És un ARN que constitueix, en part, el nuclèol. S'origina a partir de diferents segments d'ADN, un dels quals s'anomena regió organitzadora nucleolar. A partir d'aquest ADN, es forma al nuclèol un ARN de 45 S. Aquest ARN nucleolar s'associa a proteïnes, procedents del citoplasma, moltes de les quals són les que configuraran els ribosomes. ! Posteriorment, s'hi afegeix un ARN de 5 S, també associat a proteïnes, sintetitzat fora del nuclèol, és a dir, al nucleoplasma, a partir d'un altre segment d'ADN. A continuació, la gran partícula de ribonucleoproteïna s'escindeix en les dues subunitats ribosòmiques, una de 40 S i l'altra de 60 S, que travessen la coberta nuclear i s'uneixen en el citoplasma, i donen lloc a un ribosoma de 80 S. !

4.5. ARN petit nuclear Hi ha un cinquè tipus d'ARN, l'ARN petit nuclear (ARNpn), nom que fa referència a la seva mida petita a la seva presència al nucli de les cèl·lules eucariotes. També s'anomena ARNU, perquè té un alt contingut, d'uridina. ! L'ARNpn s'uneix a determinades proteïnes del nucli i es formen les ribonucleoproteines nuclears (RNPpn), i així actua duent a terme el procés d'eliminació d'introns (maduració de l'ARNm), gràcies al fet que posseeix seqüències complementàries a les dels extrems dels introns. !

9

Biologia

Mia Nigro

4.6. ARN d’inerferència L’ARN d’interferència (ARNi) és de cadena doble i conté tan sols de 20 a 25 nucleòtids. És utilitzat per determinats enzims per reconèixer ARNm concrets, per la complementarietat de bases amb una de les cadenes. Després es degrada i així impedeix que aquests ARNm originin proteïnes.! $ Es considera que aquest ARN constitueix un mecanisme de control de la cèl·lula. Va ser descobert el 1998 i actualment s’ha començat a utilitzar pel tractament d’infeccions víriques, del càncer i de les malalties hereditàries. !

5. FUNCIONS DELS ÀCIDS NUCLEICS L’ADN L’ADN és el portador de la informació genètica. És per tant la molècula que emmagatzema la informació que es transmet de cèl·lula a cèl·lula, de generació en generació. Està protegit pel nucli, en les cèl·lules eucariotes i en les procariotes es troba al protoplasma.! $ La via per a manifestar-se aquesta informació es desenvoluparà en els temes del bloc de genètica. ! L’ARN Les funcions de l’ARN són:$ • Transmissió de la informació genètica des de l'ADN fins als ribosomes. Els enzims ARNpolimerases sintetitzen, per mitjà de la complementarietat de les bases, un ARN missatger, procés anomenat transcripció. Ho fan a partir d'un gen d'ADN, és a dir, una seqüència de nucleòtids d'ADN amb informació sobre una proteïna. Després, aquest ARNm arriba fins als ribosomes. L'ADN s'utilitza únicament com a magatzem d'informació genètica. ! • Conversió de la seqüència de ribonucleòtids d'ARNm en una seqüència d'aminoàcids. En aquest procés, que s'anomena traducció i es duu a terme en els ribosomes, hi intervenen, a més de l'ARNm, l'ARNr dels ribosomes i L'ARNt que transporten els aminoàcids. ! • Emmagatzemament de la informació genètica. Alguns virus estan mancats d'ADN i, per això, contenen la infor...