Àcit nucleico

Àcit nucleico

Existixen dos tipos d'àcits nucleicos, l'ADN que posseïx una característica forma de doble hèliç i l'ARN l'estructura del qual és d'una sola cadena helicoidal.

Els àcit nucleicos són grans polímers formats per la repetició de nucleòtits, units per mig d'enllaços fosfodiéster. Es formen llargues cadenes; algunes molècules d'àcits nucleicos apleguen a alcançar tamanys jagantescs, de millons de nucleòtits encadenats. Existixen dos tipos bàsics, l'ADN i l'ARN.

El descobriment dels àcit nucleicos es deu a Johan Friedrich Miescher, que, en l'any 1868, va aïllar dels núcleus de les cèles una substància àcida a la que va cridar nucleína, nom que posteriorment es va canviar a àcit nucleico. Posteriorment, en 1953, James Watson i Francis Crick varen descobrir l'estructura de l'ADN a partir de la Fotografia 51, realisada per Rosalind Franklin amprant la tècnica de difracció de rajos X.

Importància dels àcit nucleicos

Els àcit nucleicos són biomoléculas, de la mateixa forma que els glúcits, els lípits i les proteïnes, i per això, tots els sers vius els posseïxen. Els àcit nucleicos són les molècules que contenen l'informació genètica, informació que dirigix i controla la síntesis de proteïnes d'un organisme. Els àcit nucleicos proporcionen l'informació que determina la especificidad i característiques biològiques de les proteïnes. I les proteïnes són polímer formats per monòmers cridats aminoàcits i units per mig d'enllaços peptídicos, que determinen la forma i estructura de les cèlules i dirigixen casi tots els processos vitals.

Tipos d'àcit nucleicos

Artícul principal → Estructura de l'àcit nucleico.

Existixen dos tipos d'àcit nucleicos: ADN (àcit desoxirribonucleico) i ARN (àcit ribonucleico), que es diferencien:

• Pel glúcit (la pentosa és diferent en cada u; ribosa en el ARN i desoxirribosa en l'ADN);
• Per les bases nitrogenades: adenina, guanina, citosina i timina, en l'ADN; adenina, guanina, citosina i uracilo, en el ARN.
• Pel número de cadenes: mentres que l'ADN és una molècula bicatenaria que forma una doble hèliç, el ARN té solament una cadena, és dir, és monocatenaria.

Bases nitrogenades

Les Bases nitrogenades són les que contenen l'informació genètica, estes presenten una estructura cíclica que conté carbono, nitrogen, hidrogen i oxigen. Es dividixen en dos tipos:

• Purinas, que són derivades de la purina (dos anells).
• Pirimidinas, derivades de l'anell de la pirimidina (un anell).

La presència dels àtoms de nitrogen li dona un caràcter bàsic a estos composts. Són aromàtiques i per lo tant són planes, també són insolubles en aigua i poden establir interaccions hidrofòbiques entre elles; estes interaccions servixen per a estabilisar l'estructura tridimensional dels àcit nucleicos. L'existència de distints radicals fa que puguen aparéixer vàries bases nitrogenades, les quals són:

• Adenina, present en ADN i ARN
• Guanina, present en ADN i ARN
• Citosina, present en ADN i ARN
• Timina, present exclusivament en l'ADN
• Uracilo, present exclusivament en el ARN

• 
  Estructura química de la timina.
• 
  Estructura química del uracilo.
• 
  Estructura química del àcit fosfórico.

Nucleòsits i nucleòtits

Artícul principal → Nucleòsit.

Un nucleòsit és una unitat conformada per una pentosa (ribosa o desoxirribosa) unida a una base nitrogenada. L'unió es realisa per mig d'un enllaç N-glucosídico, en configuració beta (β), el qual és una variant de l'enllaç glucosídico, que es forma quan un hemicetal intramolecular reacciona en una amina, en lloc de fer-ho en un alcohol, lliberant-se una molècula d'aigua. En els nucleòsits es porta a terme entre el carbono 1 (carbonilo) del sucre i un dels àtoms de nitrogen de la base nitrogenada, si esta és una pirimidina s'unix a la posició 1' i si és una purina en la posició 9'.

Els plans de la base i el sucre són perpendiculars entre sí pero les bases poden presentar dos conformació diferents:

• "anti" quan el pla de la base està alluntada del pla de la pentosa.

• "syn" quan les bases estan sobre el pla de la pentosa.

• 
  Un eixemple de nucleòsit és la timidina.

Existixen dos tipos de nucleòsits:

• Ribonucléicos que contenen β-D-ribosa.
• Desoxirribonucléicos que contenen β-D-desoxirribosa.

• 
  Estructura química de la ribosa.
• 
  Estructura química de la desoxirribosa.

Per a nomenar estos composts es deu prendre en conte quin base nitrogenada és i a quin sucre està unida; quan és una base púrica s'afig al nom d'esta la terminació “-osina” i la terminació “-idina” si és una pirimidina i s'antepon el prefix “desoxi-” en el cas dels desoxirribonucleósidos.

Els nucleòtits són les unitats bàsiques dels àcit nucleicos i químicament són els ésters fosfóricos dels nucleòsits, és dir que són el resultat de l'unió entre una ribosa, una base nitrogenada i un àcit fosfórico. L'unió entre el nucleòsit i l'àcit fosfórico es porta a terme per mig d'un enllace éster que pot produir-se en qualsevol dels grups hidroxilo lliures de la pentosa, pero com a regla general té lloc en el grup alcohol del carbono 5'. Els nucleòtits poden contindre d'un a tres grups fosfat, units un darrere l'atre, per eixemple el monofosfato que solament contenen un grup fosfat, el difosfat en dos, trifosfato en tres. La presència del grup fosfat que a pH 7 es troba ionizado, li conferix a la molècula un caràcter marcadament àcit.

• 
  Estructura química d'un nucleòtit.

De la mateixa manera que els nucleòsits, els nucleòtits també es dividixen en dos grups depenent de la ribosa que continga:

• • Ribonucleótidos si tenen ribosa.
  • Desoxirribonucleótidos si tenen desoxirribosa. Per a nomenar estos composts existixen diferents maneres, la forma més utilisada i la més senzilla és en a on cada nucleòtit s'identifica en tres lletres mayúscules. La primera d'elles correspon a la base nitrogenada que continga el nucleòtit, la segona lletra indica si és una mona-, vaig donar- o trifosfato i la tercera és l'inicial del grup fosfat, la qual és una P i per últim, en el cas dels desoxirribonucleótidos s'antepon una d minúscula abans de les tres lletres. Una atra forma de nomenar-els consistix en posar la paraula àcit a l'inici i en seguida es coloca el nom de la base nitrogenada en la terminació -ílico, pero este sistema de nomenclatura pot ser una miqueta ambigu ya que no es pot saber la cantitat de grups fosfat que conté el nucleòtit. També se solen nomenar com els fosfat dels corresponents nucleòsits. Per eixemple: Es vol nomenar el nucleòtit compost d'una adenina en un grup fosfat i una ribosa.

• Per a utilisar el método de les tres lletres primer s'identifica la base nitrogenada la qual és una Adenina i per lo tant la primera lletra és una A, la segona lletra correspon al número de grups fosfat el qual és solament un i per lo tant la segona lletra és una M de monofosfato, i per últim la lletra P. El nom del nucleòtit seria AMP. En cas que en lloc de ser una ribosa fora una desoxirribosa es coloca la lletra d a l'inici, dAMP.
• En la segona forma es coloca la paraula àcit i adenina queda com adenílico, per lo tant el nom del nucleòtit seria àcit adenílico.
• Per últim es necessita el nom del corresponent nucleòsit, el qual és adenosina i se li agrega fosfat de, i el nom complet seria fosfat d'adenosina. Ademés de formar l'estructura dels àcit nucleicos els nucleòtits tenen

atres funcions rellevants:

1. El nucleòsit Adenosina té funcions de neurotransmissor.
2. ATP és la molècula universal per a transferència d'energia.
3. UDP i el CDP servixen com a transportadors en el metabolisme de glúcits, lípits i atres molècules.
4. AMPc, GMPc i el propi ATP complixen funcions reguladores.

1. AMP forma part de l'estructura de coenzimas com FAD, NAD+, NADP+ i CoA.

Característiques de l'ADN

Artícul principal → ADN.

L'ADN és bicatenario, està constituït per dos cadenes polinucleotídicas unides entre sí en tota la seua llongitut. Esta doble cadena pot dispondre's en forma llineal (ADN del núcleu de les cèles eucarióticas) o en forma circular (ADN de les cèles procarióticas, aixina com de les mitocondrias i cloroplastos eucarióticos). La molècula d'ADN porta l'informació necessària per al desenroll de les característiques biològiques d'un individu i conté els mensages i instruccions per a que les cèlules realisen les seues funcions. Depenent de la composició de l'ADN (referint-se a composició com la seqüència particular de bases), pugues desnaturalizarse o trencar-se els ponts d'hidrogen entre bases passant a ADN de cadena simple o ADNsc abreviadamente.

Excepcionalment, l'ADN d'alguns virus és monocatenario.

L'ADN és un polímer relativament estable. Les reaccions espontànees, com la desanimación de certes bases, la hidrólisis dels enllaços base-sucre N-glucosídicos, la formació de dímers de pirimidina induïda per radiació, ocorren llentament, pero són importants degut a que la cèlula té una baixa tolerància als canvis en el material genètic. Es pot determinar la seqüència de l'ADN i es poden sintetisar polímer d'ADN per un reglament que incorpora métodos químics i enzimàtics.

Estructures de l'ADN

• Estructura primària. Una cadena de desoxirribonucleótidos (monocatenario) és dir, està format per un sol polinucleótido, sense cadena complementària. No és funcional, llevat en alguns virus.
• Estructura secundària. Doble hèliç, estructura bicatenaria, dos cadenes de nucleòtits complementàries, antiparalas, unides entre sí per les bases nitrogenades per mig de ponts d'hidrogen. Està enrollada helicoidalmente entorn a un eix imaginari. Hi ha tres tipos:

• • Doble hèliç A, en gir dextrógiro, pero els regressos es troben en un pla inclinat (ADN no codificante).
  • Doble hèliç B, en gir dextrógiro, regressos perpendiculars (ADN funcional).
  • Doble hèliç Z, en gir levógiro, regressos perpendiculars (no funcional); es troba present en els parvovirus.

Característiques del ARN

Artícul principal → ARN.

El ARN diferix de l'ADN en que la pentosa dels nucleòtits constituents és ribosa en lloc de desoxirribosa, i en que, en lloc de les quatre bases A, G, C, T, apareix A, G, C, O (és dir, uracilo en lloc de timina). Les cadenes d'ARN són més curtes que les d'ADN, encara que dita característica és per consideracions de caràcter biològic, ya que no existix llimitació química per a formar cadenes d'ARN tan llargues com d'ADN, en ser l'enllaç fosfodiéster químicament idèntic. El ARN està constituït casi sempre per una única cadena (és monocatenario), encara que en certes situacions, com en els ARNt i ARNr pot formar estructures plegades complexes i estables.

Mentres que l'ADN conté l'informació, el ARN expressa dita informació, passant d'una seqüència llineal de nucleòtits, a una seqüència llineal d'aminoàcits en una proteïna. Per a expressar dita informació, es necessiten vàries etapes i, en conseqüència existixen varis tipos d'ARN:

• El ARN mensager se sintetisa en el núcleu de la cèla, i la seua seqüència de bases és complementària d'un fragment d'una de les cadenes d'ADN. Actua com a intermediari en el trasllat de l'informació genètica des del núcleu fins a la citoplasma. Poc despuix de la seua síntesis ix del núcleu a través dels poros nuclears associant-se als ribosoma a on actua com a matriu o mòle que ordena els aminoàcits en la cadena proteica. La seua vida és molt curta: una volta complida la seua missió, es destruïx.

• El ARN de transferència existix en forma de molècules relativament chicotetes. L'únic bri de la que consta la molècula pot aplegar a presentar zones d'estructura secundària gràcies als enllaços per pont d'hidrogen que es formen entre bases complementàries, lo que dona lloc a que es formen una série de braços, bucles o torres. La seua funció és la de captar aminoàcits en la citoplasma unint-se a ells i transportant-els fins als ribosoma, colocant-els en elloc adequat que indica la seqüència de nucleòtits del ARN mensager per a aplegar a la síntesis d'una cadena polipeptídica determinada i per lo tant, a la síntesis d'una proteïna

• El ARN ribosómico és el més abundant (80 per cent del total del ARN), es troba en els ribosoma i forma part d'ells, encara que també existixen proteïnes ribosómicas. El ARN ribosómico recent sintetisat és empaquetat immediatament en proteïnes ribosómicas, donant lloc a les subunidades d'el ribosoma.

Química dels àcit nucleicos

L'ADN i el ARN poden desnaturalizarse.

L'elevació de la temperatura i els valors extrems de pH produïxen la desnaturalisació del ADN de doble hèliç (generalment succeïx a la temperatura del seu punt de fusió). Açò provoca el desenrrollamiento de la doble hèliç, per les desestabilisació dels ponts d'hidrogen entre els parells de bases, no hi ha ruptura d'enllaços covalente. La renaturalisació és un procés ràpit que consistix en un sol pas, per a açò deurà existir un segment de doble hèliç d'una dotzena o més residus que mantinguen unides els dos bri. Quan el pH i la temperatura retornen a valors normals, lo que estava desenrrollado es torna a enrollar espontàneament. Pero si els dos bri estan totalment separades, es porta a terme en dos passos. En el primer, el procés és llent, els bri d'ADN es reconeixen a l'encert i formen un chicotet fragment de doble hèliç. En el segon, el procés és més ràpit i les bases que es troben no apareades, es aparean progressivament per a formar la doble hèliç.

Efecte hipocrómico.

Quan es donen interaccions pròximes de l'apilamiento de les bases dels àcit nucleicos, estos produïxen una disminució de l'absorció de la llum UV, en relació en l'absorció d'una dissolució de nucleòtits lliures de la mateixa concentració; l'adsorció disminuïx quan es forma la doble cadena. A este fenomen se li coneix com efecte hipocrómico. Quan es desnaturaliza un àcit nucleico es produïx un efecte contrari, hi ha un increment d'adsorció, se li crida hipercrómico. Les molècules d'ADN d'un virus o d'una bactèria en dissolució es desnaturalizan en el seu punt de fusió (la t_m; temperatura de melting o temperatura de fusió de l'ADN és la temperatura en la qual el 50% de l'ADN té els seus bri separats).   Quant major és el contingut de bases de citosina i guanina (C≡G), major el punt de fusió, ya que estes dos bases s'unixen per tres ponts d'hidrogen, a diferència de l'adenina i la timina que estan unides per dos.

Àcits nucleicos artificials o ribonucleicos

Existixen, a banda dels naturals, alguns àcit nucleicos no presents en la naturalea (anàlecs d'àcit nucleicos), sintetisats en elaboratori.

• Àcit nucleico peptídico, a on l'esquelet de fosfat-(desoxi)ribosa ha segut substituït per 2-(N-aminoetil)glicina, unida per un enllaç peptídico clàssic. Les bases púricas i pirimidínicas s'unixen a l'esquelet pel carbono carbonílico. En carir d'un esquelet carregat (el ion fosfat du una càrrega negativa a pH fisiològic en l'ADN/ARN), s'unix en més força a una cadena complementària d'ADN monocatenario, al no existir repulsió electrostàtica. La força d'interacció creix quan es forma un ANP bicatenario. Este àcit nucleico, al no ser reconegut per alguns enzimas per la seua diferent estructura, resistix l'acció de nucleasas i proteasas.

• Morfolino i àcit nucleico bloquejat (LNA, en anglés). El morfolino és un derivat d'un àcit nucleico natural, en la diferència de que usa un anell de morfolina en lloc del sucre, conservant l'enllaç fosfodiéster i la base nitrogenada dels àcits nucleicos naturals. S'usen en fins d'investigació, generalment en forma d'oligómeros de 25 nucleòtits. S'usen per a fer genètica inversa, ya que són capaces d'unir-se complementariamente a pre-ARNm, en lo que s'evita la seua posterior retallada i processament. També tenen un us farmacèutic, i poden actuar contra bactèries i virus o per a tractar malties genètiques en impedir la traducció d'un determinat ARNm.

• Àcit nucleico glicólico. És un àcit nucleico artificial a on se substituïx la ribosa per glicerol, conservant la base i l'enllaç fosfodiéster. No existix en la naturalea. Pot unir-se complementariamente a l'ADN i al ARN, i sorprenentment, ho fa de forma més estable. És la forma químicament més simple d'un àcit nucleico i s'especula en que haja segut el precursor ancestral dels actuals àcits nucleicos.

• Àcit nucleico treósico. Es diferencia dels àcits nucleicos naturals en el sucre de l'esquelet, que en este cas és una treosa. S'han sintetisat cadenes híbrides ATN-ADN usant ADN polimerasas. S'unix complementariamente al ARN, i podria haver segut el seu precursor.

• Quimeroplasto. És una molècula formada per la mescla d'ADN i ARN que s'utilisa en teràpia gènica.

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Àcit nucleico.
• «Nucleic Acids Research».Oxford University Press.ISSN 0305-1048.
• «The Structure of Nucleic Acids». Archivat des d'el original, el 16 de maig de 2007. Consultat el 26 de maig de 2008.
• «Àcits Nucleicos Professor en Llínea».