Toată viața de pe planetă este formată din multe celule,menţinând ordinea organizării lor datorită informaţiei genetice conţinute în nucleu. Este stocat, implementat și transmis prin compuși complecși cu molecul mare - acizi nucleici, constând din unități monomerice - nucleotide. Rolul acizilor nucleici nu poate fi supraestimat. Stabilitatea structurii lor determină funcționarea normală a organismului, iar orice abateri ale structurii conduc în mod inevitabil la modificări ale organizării celulare, ale activității proceselor fiziologice și ale viabilității celulelor în general.
Conceptul de nucleotidă și proprietățile sale
Fiecare moleculă de ADN sau ARN este alcătuită din mai multecompuși monomeri mici – nucleotide. Cu alte cuvinte, o nucleotidă este un material de construcție pentru acizi nucleici, coenzime și mulți alți compuși biologici care sunt esențiali pentru o celulă în timpul vieții sale.
Principalele proprietăți ale acestor substanțe esențiale includ:
• stocarea informațiilor despre structura proteinelor și trăsăturile moștenite;
• exercitarea controlului asupra creșterii și reproducerii;
• participarea la metabolism și la multe alte procese fiziologice care au loc în celulă.
Compoziția nucleotidelor
Vorbind despre nucleotide, nu ne putem abține să nu ne oprim asupra unei probleme atât de importante precum structura și compoziția lor.
Fiecare nucleotidă constă din:
• reziduuri de zahăr;
• baza azotata;
• grupa fosfat sau reziduu de acid fosforic.
Putem spune că o nucleotidă este un compus organic complex. În funcție de compoziția speciilor a bazelor azotate și de tipul de pentoză din structura nucleotidei, acizii nucleici sunt împărțiți în:
• acid dezoxiribonucleic, sau ADN;
• acid ribonucleic, sau ARN.
Compoziția acidului nucleic
În acizii nucleici, zahărul este reprezentat de pentoză.Este un zahăr cu cinci atomi de carbon, numit deoxiriboză în ADN și riboză în ARN. Fiecare moleculă de pentoză are cinci atomi de carbon, patru dintre ei, împreună cu atomul de oxigen, formează un inel cu cinci membri, iar al cincilea face parte din grupa HO-CH2.
Poziția fiecărui atom de carbon în moleculăpentozele sunt indicate printr-o cifră arabă cu un prim (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Deoarece toate procesele de citire a informațiilor ereditare dintr-o moleculă de acid nucleic au o direcție strictă, numerotarea atomilor de carbon și locația lor în inel servesc ca un fel de indicator al direcției corecte.
La gruparea hidroxil, un reziduu de acid fosforic este atașat la al treilea și al cincilea atom de carbon (3C’ și 5C’). Determină afilierea chimică a ADN-ului și ARN-ului la grupul de acizi.
O bază azotată este atașată la primul atom de carbon (1C´) dintr-o moleculă de zahăr.
Compoziția speciilor a bazelor azotate
Nucleotidele ADN bazate pe baza azotată sunt reprezentate de patru tipuri:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citozina (C);
• timină (T).
Primele două aparțin clasei purinelor, ultimele două aparțin clasei pirimidinelor. În ceea ce privește greutatea moleculară, purinele sunt întotdeauna mai grele decât pirimidinele.
Nucleotidele ARN bazate pe baza azotata sunt reprezentate de:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citozina (C);
• uracil (U).
Uracilul, ca și timina, este o bază de pirimidină.
În literatura științifică puteți găsi adesea o altă denumire pentru bazele azotate - cu litere latine (A, T, C, G, U).
Să ne oprim mai în detaliu asupra structurii chimice a purinelor și pirimidinelor.
Pirimidinele, și anume citozină, timină și uracil, sunt compuse din doi atomi de azot și patru atomi de carbon, formând un inel cu șase atomi. Fiecare atom are propriul său număr de la 1 la 6.
Purinele (adenina și guanina) sunt compuse din pirimidină șiimidazol sau doi heterocicli. Molecula de bază purinică este reprezentată de patru atomi de azot și cinci atomi de carbon. Fiecare atom este numerotat de la 1 la 9.
Ca rezultat al combinației unei baze azotate și a unui reziduu de pentoză, se formează o nucleozidă. O nucleotidă este o combinație între o grupare nucleozidă și o grupare fosfat.
Formarea legăturilor fosfodiesterice
Este important să înțelegem întrebarea cum nucleotidele sunt conectate într-un lanț polipeptidic și formează o moleculă de acid nucleic. Acest lucru se întâmplă din cauza așa-numitelor legături fosfodiester.
Interacțiunea a două nucleotide produce o dinucleotidă.Formarea unui nou compus are loc prin condensare, atunci când are loc o legătură fosfodiester între restul de fosfat al unui monomer și gruparea hidroxi a pentozei altuia.
Sinteza polinucleotidelor - repetare repetatăaceastă reacție (de câteva milioane de ori). Lanțul polinucleotidic este construit prin formarea de legături fosfodiester între al treilea și al cincilea atomi de carbon al zaharurilor (3C´ și 5C´).
Asamblarea polinucleotidelor este un proces complex care are loc cu participarea enzimei ADN polimeraza, care asigură creșterea unui lanț de la un singur capăt (3´) cu o grupare hidroxi liberă.
Structura moleculei de ADN
O moleculă de ADN, ca o proteină, poate avea o structură primară, secundară și terțiară.
Secvența de nucleotide dintr-un lanț de ADNdetermină structura sa primară. Structura secundară se formează datorită legăturilor de hidrogen, a căror bază este principiul complementarității. Cu alte cuvinte, în timpul sintezei unei duble helix ADN, funcționează un anumit tipar: adenina dintr-un lanț corespunde timinei celuilalt, guanina citozinei și invers. Se formează perechi de adenină și timină sau guanină și citozină datorită a două legături de hidrogen în primul caz și trei în ultimul caz. Această legătură de nucleotide asigură o legătură puternică a lanțurilor și o distanță egală între ele.
Cunoscând secvența de nucleotide a unei catene de ADN, a doua poate fi completată folosind principiul complementarității sau al adăugării.
Structura terțiară a ADN-ului este formată dinlegături tridimensionale complexe, ceea ce face molecula sa mai compactă și mai capabilă să se potrivească într-un volum mic de celule. De exemplu, lungimea ADN-ului E. coli este mai mare de 1 mm, în timp ce lungimea celulei este mai mică de 5 microni.
Numărul de nucleotide din ADN și anume eleraport cantitativ, respectă regula lui Chergaff (numărul de baze purinice este întotdeauna egal cu numărul de baze pirimidinice). Distanța dintre nucleotide este o valoare constantă, egală cu 0,34 nm, ca și greutatea lor moleculară.
Structura unei molecule de ARN
ARN-ul este reprezentat de un lanț polinucleotidic,format prin legături covalente între o pentoză (în acest caz riboză) și un fragment fosfat. Este mult mai scurtă ca lungime decât ADN-ul. Există, de asemenea, diferențe în compoziția speciilor a bazelor azotate din nucleotidă. În ARN, uracilul este utilizat în locul timinei de bază pirimidină. În funcție de funcțiile îndeplinite în organism, ARN-ul poate fi de trei tipuri.
• Ribozomal (ARNr) – conține de obicei de la 3000până la 5000 de nucleotide. Ca componentă structurală necesară, participă la formarea centrului activ al ribozomilor, locul unuia dintre cele mai importante procese din biosinteza celulei - proteine.
• Transport (ARNt) – constă în medie din 75 -95 de nucleotide, realizează transferul aminoacidului dorit la locul sintezei polipeptidei din ribozom. Fiecare tip de ARNt (cel puțin 40) are propria sa secvență unică de monomeri sau nucleotide.
• Informații (ARNm) – foarte diversă în compoziția nucleotidelor. Transferă informația genetică de la ADN la ribozomi și acționează ca o matrice pentru sinteza moleculelor de proteine.
Rolul nucleotidelor în organism
Nucleotidele din celulă îndeplinesc o serie de funcții importante:
• utilizate ca blocuri de construcție pentru acizii nucleici (nucleotide din seria purinelor și pirimidinelor);
• participă la multe procese metabolice din celulă;
• fac parte din ATP – principala sursă de energie în celule;
• acţionează ca purtători ai echivalenţilor reducători în celule (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• îndeplinesc funcția de bioregulatori;
• pot fi considerate ca mesageri secundi ai sintezei extracelulare regulate (de exemplu, cAMP sau cGMP).
O nucleotidă este o unitate monomerică care se formeazăcompușii mai complecși sunt acizii nucleici, fără de care transferul informațiilor genetice, stocarea și reproducerea acesteia sunt imposibile. Nucleotidele libere sunt principalele componente implicate în procesele de semnalizare și energie care susțin funcționarea normală a celulelor și a corpului în ansamblu.
