Transcript A ADN

STRUCTURA ACIZILOR
NUCLEICI
Acizii nucleici erau considerati de două tipuri:
• acizi timonucleici (acizi nucleici animali)
• acizi zimonucleici (acizi nucleici vegetali).
Ulterior denumirile lor au fost înlocuite cu denumirile de:
• acizi dezoxiribonucleici (ADN)
• acizi ribonucleici (ARN).
Secvente:
- oligonucleotidice
- polinucleotidice ( acizii nucleici)
Unitatea de structura a acizilor nucleici este
NUCLEOTIDUL alcatuit din :
- baza azotata
- pentoza ( zahar, glucid)
- radical fosfat.
Bazele azotate
- purinice : adenina(A),6-amino purina si
guanina(G),2-amino-6-oxipurina
- pirimidinice : citozina(C), timina(T) si uracilul(U)
Bazele azotate prezintă fenomenul de tautomerie
NH
NH2
NH2
C
NH
N
N
NH
C
O
forma amino
forma imino
Citozina
C
C
HN
O
forma lactam
N
OH
forma lactim
Zaharul este o pentoza, în formă furanozică, cu 5 atomi de C.
Radicalul fosfat(P) formeaza legaturi esterice cu pentozele.
5’
Riboza
5’
HO CH 2
OH
O
4’
Dezoxiriboza
HO CH 2
OH
O
1’
3’
2’
OH OH
OH
lipseşte
2’-OH
NUCLEOZIDUL SE LEAGA PRIN C5 AL DEZOXIRIBOZEI DE
ACIDUL FOSFORIC
Legătură
β-N-glicozidică
În stare liberă se
găsesc şi formele di- şi
trifosfat ale acestor
nucleotide: ADP –
adenozin-difosfat,
GDP, CDP, UDP, ATP,
GTP, CTP, UTP,
respectiv dADP, dGDP,
dCDP, dTDP, dATP,
dGTP, dCTP, dTTP.
Baza
Nucleozidul
Adenina Adenozina
(A)
(A)
Nucleotid
Adenozin
monofosfat
(AMP) sau
adenilat
Adenozin difosfat
(ADP)
Adenozin trifosfat
(ATP)
Terminologie Ribonucleozide/Ribonucleotide
(cînd pentoza = riboză)
Baza
Nucleozidul
Nucleotidul
Adenina (A)
Adenozina (A)
Adenozin monofosfat (AMP)
Adenozin difosfat (ADP)
Adenozin trifosfat (ATP)
Guanina (G) Guanozina (G)
Guanozin monofosfat (GMP)
Guanozin difosfat (GDP)
Guanozin trifosfat (GTP)
Citozina (C)
Citidina (C)
Citidin monofosfat (CMP)
Citidin difosfat (CDP)
Citidin trifosfat (CTP)
Uracil (U)
Uridina (U)
Uridin monofosfat (UMP)
Uridin difosfat (UDP)
Uridin trifosfat (UTP)
Dezoxiribonucleotide
Dezoxiadenozin monofosfat
(dAMP) sau dezoxiadenilat
Dezoxiadenozin difosfat
(dADP)
Dezoxiadenozin trifosfat
(dATP)
Terminologie Dezoxiribo-nucleozide/nucleotide
(cînd pentoza = dezoxiriboză)
Baza
Nucleozidul
Nucleotidul
Adenina (A)
Dezoxiadenozina (A)
Dezoxiadenozin monofosfat
(dAMP)
Dezoxiadenozin difosfat (dADP)
Dezoxiadenozin trifosfat (dATP)
Guanina (G) Dezoxiguanozina (G)
Dezoxiguanozin monofosfat
(dGMP)
Dezoxiguanozin difosfat (dGDP)
Dezoxiguanozin trifosfat (dGTP)
Citozina (C)
Dezoxicitidina (C)
Dezoxicitidin monofosfat (dCMP)
Dezoxicitidin difosfat (dCDP)
Dezoxicitidin trifosfat (dCTP)
Timina (T)
Dezoxitimidina (T)
Dezoxitimidin monofosfat (dTMP)
Dezoxitimidin difosfat (dTDP)
Dezoxitimidin trifosfat (dTTP)
Reprezentarea simplificată a catenei de ADN
O
Prin convenţie o catenă de ADN se
scrie în direcţia
5’- 3’.
ex. GCT înseamnă 5’GCT 3’
Guanine
N
HN
H2N
N
5' end HO
CH2
N
O
NH2
Cytosine
N
O
O P O
N
CH2
O
O
O
O
O P O
O
O
H3C
Thymine
NH
NH
O P O
CH2
O
O
OH
3' end
O
Structura primara ADN
Lantul unei catene de ADN este format prin insiruirea celor 4 tipuri
de nucleotide care se unesc intre ele cu ajutorul acidului fosforic.
U.M.F IAŞI
STRUCTURA PRIMARĂ
•
ADN este un macro-polimer de
dezoxiribonucleotide;
[P – 5dR - N]n
Grup fosfat
Bază azotată:
(ac.ortofosforic)
Pentoză
D-2-dezoxiriboza
Pur – A, G
Pir – T, C
U.M.F IAŞI
•
Polimerizarea
nucleotidelor: legături
covalente (puternice)
fosfodiesterice
•
Se formează o catenă
(lanţ):
- continuă,
- lineară
(neramificată!)
• o parte
"constantă" (ax)
→ fosfo-glucidică
şi
• o parte “variabilă”
→ bazele azotate
• Periodiocitate celor 4 nucleotide, adica o ordonare regulata:
A-T-G-C-A-T-G-C-A-T-G-C-A.
• Chargaff a demonstra prin metode fizico-chimice ordinea aperiodica
a nucleotidelor din monocatena de AND :
.. A-T-T-A-G-C-G-A-T-C-C-A-C-A-T….
Informaţia genetică codificată = secvenţa (ordinea)
nucleotidelor → determină ordinea aminoacizilor în proteine.
5'- ATGCCTAGATCA - 3'
aa1- aa2-aa3- aa4
 “alfabet nucleic” = patru "litere": A, T, G, C
 "cuvinte" de trei litere = triplet sau codon → aminoacid
ATG → Met
 asamblate într-o "frază" = o genă = unitatea de informaţie
genetică; secvenţa nucleotide → secvenţa AA în proteină.
ATG TGT AAA CCA
Met cis lys pro
Structura secundara ADN
• Bazele azotate se leaga complementar :
A-T si G-C (formand un cuplu sau o pereche de
baze pb).
• Analizele chimice ale ADN au dus la stabilirea
regulii lui Chargaff (1951) conform careia :
A+G=T+C
A/T si G/C =1 si
A+T/G+C este diferit de 1 si caracteristic fiecarei
specii (la om e de 1,7)
Intotdeauna adenina se leaga de timina prin 2 legaturi de
hidrogen si guanina se leaga de citozina prin 3 legaturi de
hidrogen.
Forma clasica de ADN descrisa de Watson si Crick reprezinta tipul B. Cele două
catene se răsucesc de la stanga la dreapta deci sunt elice drepte.
AND de tip B
Diametrul este de 20 A, pasul elicei
(distanta pentru o rotatie completa de 360)
este de 34 A si cuprinde o spira cu 10
perechi de nucleotide. Deci distanta dintre
2 nucleotide este de 3,4 A.
In configuratia ei spatiala, molecula de ADN prezinta doua santuri laterale (incizuri)
: unul mai mic si altul mai mare, cu rol in recunoasterea si fixarea histonelor pe
ADN la nivelul santului mic sau a moleculelor proteice reglatoare la nivelul santului
mare.
TIPURI DE ADN
• Tipul A – caracterizat printr-un helix
larg, prezinta bazele azotate
orientate puternic spre interior.
Duplexurile hibride ADN-ARN apartin
structural formei A.
• Tipul B – reprezinta structura ADN – A
generala a macromoleculei de ADN ADN – Z
in celulele active metabolic.
• Tipul Z, singurul cu rasucire la
stanga, este in contrast cu forma
clasica, respectiv tipul B.
ADN – B
Caracteristicile moleculare ale diferitelor tipuri de ADN
Tipul de ADN
Perechi de
baze/ pas elice
Rotatia pe
perechi baze
Cresterea
verticala pe
perechi baze
(Å)
Diametrul
moleculei (Å)
A
11
+ 34,7
2,56
23
B
10
+ 34,0
3,38
20
Z
12
- 30,0
5,71
18
+ = rotatie stanga; - = rotatie dreapta
TIPURI DE ARN
Exista 3 tipuri importante de ARN:
•ARN mesager (ARNm)
•ARN de transfer (ARNt)
•ARN ribozomal (ARNr).
ARN MESAGER-ARNm
-reprezinta sub 5% din ARN celular, este monocatenar, spiralat
este heterogen, cu masa moleculara mica
-are 150-12000 nucleotide
- transcris in prezenta ARN polimerazei sub forma de ARN m precursor care prin
maturare trece in ARNm matur.
-poarta informatia genetica ce va specifica sinteza unui lant polipeptidic
ARNm aduce la nivelul ribozomilor mesajul genetic copiat din ADN, mesaj care va fi
folosit la sinteza unei proteine specifice.
ARN RIBOZOMAL-ARNr
•
80-85% din ARN celular
•
are zone monocatenare alternand cu
zone dublu catenare
•
este constituentul major al subunităţilor
ribozomale, în care are rol atât
structural, cât şi funcţional catalitic
(catalizează reacţii din procesul de
sinteză a proteinelor care se realizează
la nivelul ribozomului)
•
masa moleculara mare: 106 - 104 daltoni,
ARNt de transfer
- 8-10% din totalul ARN, este scurt: 70 - 90
nucleotide
• -
- fixeaza un aminoacid specific si apoi
amplaseaza acest aminoacid in polipeptid
folosind informatia din ARNm
- modelul structurii spatiale de “ frunza de
trifoi”
-transfera aminoacidul specific pe lantul
polipeptidic la situsul ribozomal al sintezei
proteice
- are 2 situsuri :
1. o extremitate se termina cu secventa
CCA- unde se va fixa aminoacidul specific;
2. a doua polaritate este bucla centrala cu o
secventa de 3 nucleotide (ANTICODON),
complementara codonului de pe ARNm .
•
ARN t : - bucla 1 prezinta o secventa specifica cu rol de situs pt fixarea
temporara a ARNt la ribozom in timpul sintezei proteice
- bucla 4 (bucla dihidrouracilului)
- bucla 3 ( bucla anticodonului) prezinta o tripleta de nucleotide (3-5)
care recunoaste codonul din ARNm (5-3) cu care formeaza leg de H in timpul
fixarii ARNt pe complexul ARNm-ribozom.
FUNCTIILE ACIZILOR NUCLEICI
• ADN
o autocatalitica (autoreplicare)-conserva informatia genetica;
o heterocatalitica-datorita structurii primare aperiodice transcrie
informatia genetica in ARN- proteine-caracter.
o variabilitate- asigura posibilitatea de recombinare sau de
mutatie a ADN
• ARN
 ARNm-in transcriptie
 ARNr-cupleaza ribozomii in procesul de translatie.
 ARNt-transporta aminoacizii la locul sintezei proteice.
Funcţia heterocatalitică a ADN
ADN
ARN
ADN
ARN-m
Informaţia genetică
Informaţia genetică
Proteine
Proteine
Funcţia autocatalitică a ADN
• autoreplicare semiconservativa
• Ca urmare a sintezei ADN-ului, prin diviziunea celulara informatia
genetica (parentala) se conserva si apoi se transmite (in mare parte
nemodificata) celulelor fiice
• Schematic, dubla
spirală a ADN se
separă în cele
două catene
componente
formând o
structură în formă
de Y numită “furcă
de replicare”.
G G C G C C G C AATATTAATATTTATAA C C G G C G C C
||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| || || || || || || || || || || || || || || || || || ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| |||
C C G C G G C G TTATAATTATAAATATT G G C C G C G G
Replicarea ADN la
eucariote debuteză în mai
multe puncte de origine,
ce corespund unor mici
unităţi de replicare numite
repliconi.
•
Replicarea progresează
bidirecţional pentru fiecare
replicon şi, după ce se
termină, repliconii
fuzionează treptat până ce
întreagul AND este duplicat.
REPLISOM :
• HELICAZE
• GIRAZE (topoizomeraze)
• Proteinele de replicare A
(RPA) numite şi proteine
SSB (de la single-strand
binding proteins)
• PRIMAZE
• POLIMERAZE
• LIGAZE
La nivelul originii replicării se ataşează o
enzimă şi desface dublul helix separând
cele două monocatene . Această enzimă
este helicaza.
Topoizomerazele relaxează dublul helix permiţând helicazei să avanseze. Topoizomeraza taie una dintre
catene unul dintre capete se răsuceşte de câteva ori în jurul catenei, tensiunea acumulată în dublul helix
ADN ca urmare a avansării helicazei este anulată; ulterior, topoizomeraza reuneşte covalent cele două
capete libere, refăcând continuitatea catenei. În absenţa topoizomerazei, la un moment dat, prin intervenţia
helicazei, dublul helix ar deveni supratensionat, iar helicaza nu ar mai putea să avanseze.
•
Proteine SSB (de la
single-strand binding
proteins) împiedică
reîmperecherea
bazelor.
• Sub acţiunea
primazei se
sintetizează
amorse scurte =
primeri..
ADN polimerazele prezinta două caracteristici
generale:
• toate ADN polimerazele sintetizează ADN
numai în direcţia 5’→3
• “nu ştiu” să înceapă sinteza unei catene ci
numai să o alungească, adăugând un
nucleotid la extremitatea 3’OH
Sinteza nu poate fi sincrona pe
ambele catene deoarece acestea
sunt antiparalele, iar ADN
polimeraza III lucreaza numai in
directia 5’ -3’
Sinteza ADN se face diferit pe cele 2
catene :
• pe catena CONDUCATOARE se
face direct, in sensul de actiune a
ADN polimerazei-5’-3’
• pe catena DECALATA se face pe
segmente scurte – fragmente
OKAZAKI in prezenta primerului.
3’
3’
Primerul primului
fragment
Okazaki Al doilea
Primul fragment
5’
3’
5’
Okazaki
fragment
Okazaki
5’
Primerul celui de-al
doilea fragment
Okazaki Al treilea
5’
3’
fragment
Okazaki
3’
5’
5’ 3’
5’ 3’
ADN-ligaza – realizează
legătura covalentă între capătul
3’-OH al fragmentului de ADN
sintetizat de polimeraza I şi
capătul 5’-fosfat al fragmentului
Okazaki precedent, stabilind
astfel continuitatea covalentă a
catenei replică.
Fragment
deoxiribonucleotidic sintetizat
de ADN-polimeraza I în locul
primerului excizat
Replicarea se încheie prin fuzionarea tuturor ochiurilor de replicare şi prin
desprinderea enzimelor de pe moleculele-fiice de ADN rezultate.
ETAPELE REPLICARII ADN
•
Desfacerea ( derularea ) helixului in prezenta ADN helicazei
•
SSB- proteinele nu permit monocatenelor sa se apropie
•
Replicarea incepe simultan pe ambele catene in directia 5’-3’:
- pe catena conducatoare este continua in prezenta ADN polimerazei.
- pe catena decalata sinteza se face discontinuu in prezenta ADN
polimerazei + primaza +primer  fragmentele Okazaki (unite prin
ligaze, dupa indepartarea si inlocuirea primer-ului cu ADN)
•
Cele 2 molecule nou formate se rasucesc
Modele care explica replicarea ADN:
1) Modelul dispersiv – la finalul
replicării toate cele 4 catene ADN
reprezintă un amestec, un mozaic de
ADN nou şi ADN vechi.
2) Modelul conservativ – molecula
parentală, după replicare, se
reasamblează, iar cele 2 catene replică
se asamblează între ele, formând o
moleculă fiică de ADN cu totul nouă.
(molecula parentală se conservă).
3) Modelul semiconservativ –fiecare
din cele 2 molecule fiice va conţine o
catenă veche (provenită din molecula
parentală) şi o catenă nou sintetizată,
deci molecula parentală se păstrează
sau conservă pe jumătate („semi”) în
fiecare din cele două molecule fiice
rezultate.
DOVEZI ale replicarii
semiconservative a ADN
• EXPERIMENTUL MESELSOHN si STAHL
U.M.F IAŞI
Denaturarea şi hibridizarea ADN
• În condiţii experimentale
(tratare termică sau chimică)
→ ruperea (desfacerea)
legăturilor de hidrogen =
denaturare→ monocatene *.
• monocatenele de ADN răcite
lent se pot reasocia pe baza
complementarităţii =
renaturare sau hibridizare.
• răcire bruscă – monocatene
separate
U.M.F IAŞI
DENATURAREA ŞI HIBRIDIZAREA ADN
• Monocatenele ADN separate se pot
uni, pe bază de complementaritate,
cu alte monocatene de ADN sau
ARN – formând hibrizi moleculari;
• HM folosiţi în diagnostic şi
tratament:
• hibridizare între o monocatenă de ADN
nativ şi o "sondă“ de ADN (secvenţă
de ADN obţinută artificial) ce corespunde
unei gene, marcată fluorescent:
- hibridizarea sondei → prezenţa
semnalului → prezenţa genei;
- absenţa semnal = deleţia genei
del