Structura acizilor nucleici

STRUCTURA ACIZILOR NUCLEICI

1.1. STRUCTURA PRIMARA A ACIZILOR NUCLEICI

Structura primara a ambilor acizi nucleici: ADN si ARN, este determinata de succesiunea nucleotidelor in catenele celor doua molecule.

Toate nucleotidele sunt compuse din trei componente: o "baza" - un heterociclu cu azot, un rest de pentoza si un rest de acid fosforic.

Este de mentionat faptul ca bazele se intalnesc nu numai in structura acizilor nucleici, ele fiind prezente si libere - fie ca rezultat al hidrolizei, fie al sintezei de novo. De asemenea, se intalnesc si in alte structuri biologice: vitamine, coenzime s.a.; un loc important il reprezinta compusii "macroergici", unii dintre acestia fiind, de fapt, nucleotide ce contin trei resturi fosforice: ATP, GTP s.a.

1.1.1. Produsi finali de hidroliza

1.1.1.1. Baze azotate

In componenta acizilor nucleici intra doua categorii de nucleotide, rezultate de la doua "baze azotate": pirimidina si purina.

In cantitati foarte mici, in structura unor acizi nucleici se intalnesc si baze triciclice. O baza fluorescenta prezenta in bucla anticodonului este"baza Wye".

Nucleozidul format de aceasta se numeste Wyosina.

1.1.1.1.1. Bazele purinice

Principalele baze purinice sunt: adenina (6-amino-purina) si guanina (2-amino-6-hidroxipurina) ele intrand atat in componenta ADN, cat si a ARN.

In afara de adenina si guanina, in celula au fost identificate si alte baze purinice ("naturale"): hipoxantina (6-hidroxipurina), xantina (2,6-dihidroxipurina), acidul uric (2,6,8-trihidroxipurina). Ele se gasesc atat libere, dar mai ales sub forma de nucleozide sau nucleotide, in cele mai multe cazuri reprezentand produsii de degradare (catabolism) ai nucleotidelor "normale", adenina sau guanina. Intr-un procent foarte redus, ele pot fi prezente si in catenele ADN sau ARN, ca urmare a unor modificari chimice ale bazelor normale.

1.1.1.1.2. Bazele pirimidinice

De la nucleul pirimidinic deriva trei baze "majore": citozina (C), (2-hidroxi-4-amino-pirimidina), timina (T), (5-metil-uracil) si uracilul (U), (2,4-dihidroxipirimidina).

Primele doua sunt prezente in ADN, in timp ce in ARN uracilul inlocuieste timina.

In unele bacterii si virusuri, citozina este inlocuita de 5-metil-citozina sau de 5-hidroximetil-citozina.

De asemenea, mai ales in structura ARN sunt intalnite numeroase alte baze minore.

1.1.1.2. Pentozele

Zaharidul component al ARN este riboza, ciclizata in forma furanozica, cu gruparea hidroxilica glicozidica in structura b (este deci o b-D-ribofuranoza)

In ADN este prezenta 2-deoxiriboza, (b-D-2-deoxiribofuranoza), care difera de riboza prin absenta gruparii hidroxil din pozitia 2'. Desi diferenta dintre cele doua zaharide pare minora, in realitate prezenta gruparii hidroxil in riboza, conduce la modificari accentuate ale proprietatilor: este redusa posibilitatea de formare a unor structuri secundare de tip helix (caracteristica ADN), facand insa molecula de ARN mai sensibila la hidroliza (enzimatica sau chimica) sau la atacul chimic.

Unele tipuri de ARN, in special ARN ribozomal contine si un alt monozaharid: 2-O-metilriboza.

1.1.2. Produsi intermediari de hidroliza

1.1.2.1. Nucleozidele

Moleculele rezultate prin condensarea dintre baza azotata si zaharid se numesc nucleozide, denumite adenozina, guanozina, citidina, uridina, in cazul in care pentoza este riboza, respectiv deoxiadenozina, deoxiguanozina, deoxicitidina, deoxitimidina, daca pentoza este deoxiriboza.

Caracteristica este condensarea intre gruparea hidroxilica glicozidica a pentozei si atomul de azot din pozitia 3- a pirimidinelor (N-3) sau din pozitia 9- (N-9) a purinelor, fiind o legatura b-glicozidica (pentru evitarea confuziilor, in nucleozide, ca de altfel si in nucleotide, atomii din restul de zaharid se noteaza 1', 2', ).

In afara de nucleozidele "majore" mentionate, in structura unor molecule de acizi nucleici au fost identificate si nucleozide "minore". Astfel, a fost descoperita prezenta timidinei ("ribotimidina") in structura unor specii ARN, precum si a altor nucleozide minore: 5-riboziluracilul (pseudouridina), 2-ribozil-guanina.

1.1.2.2. Nucleotidele

Nucleotidele sunt esterii fosforici rezultati in urma condensarii acidului fosforic cu nucleozidele. In functie de numarul de resturi de acid fosforic exista: mono-, di-, poli-fosforice, cu trei sau mai multe resturi de acid fosforici. In functie de pozitia de legare la restul de pentoza exista derivati 3', 5', ca si compusi ciclici 3'5'.

Nucleotidele exista atat in forma libera (acid) cat si sub forma de saruri cu una, doua sau trei grupari cationice, in functie de numarul de grupari hidroxil ionizate. Cele mai cunoscute saruri sunt cele in care gruparea cationica este sodiul, potasiul, litiul, amoniul; comercial sunt disponibile si saruri cu alte grupari cationice.

1.1.2.2.1. Nucleotide monofosforice

Nucleotidele monofosforice contin un singur rest de acid fosforic, reprezentand "unitatile" constitutive ("monomerii") acizilor nucleici; ele pot fi denumite in mai multe moduri.

Exemple:

acizi 5'-monofosforici

acid deoxiadenilic sau 5'-deoxiadenozin-monofosfat (dAMP)

mai corect acid deoxiadenilic   

acizi 3'-monofosforici

1.1.2.2.2. Nucleotidele difosforice

Exista doua categorii de nucleotide difosforice:

nucleozid-bisfosfatii in care cele doua resturi de acid fosforic sunt legate la doua grupari hidroxil diferite;

nucleozid-difosfatii in care ambele resturi de acid fosforic (in fapt, un rest de acid pirofosforic) sunt legate de aceeasi grupare hidroxil, de obicei in pozitia 5'.

1.1.2.2.3. Nucleotide polifosforice

Exista nucleotide cu 3, 4, 6 resturi de acid fosforic; de exemplu guanin 3'-difosfat -5'-trifosfat (pppGpp) care reprezinta o nucleotida de tip "magic spot".

Cele mai cunoscute sunt insa nucleotidele trifosforice (ATP, GTP, UTC, CTP) care sunt compusi macroergici.

1.1.2.2.4. Nucleotide ciclice

Acestea rezulta prin condensarea unei molecule de acid fosforic cu doua grupari hidroxil de la aceeasi pentoza, cele mai cunoscute sunt nucleotidele 3',5'-; (dintre acestea cea mai importanta fiind adenozin-3',5'-ciclic-fosfatul) si cele 2',3'-ciclic-fosforice.

1.1.2.2.5. Denumiri prescurtate

Exista mai multe moduri de denumire prescurtata ale bazelor, nucleozidelor sau nucleotidelor.

Astfel bazele, ca de altfel si nucleozidele se prescurteaza A, G, T, U, C (in general N).

Nucleotidele se prescurteaza AMP, GDP, CTP etc. sau, conform unei conventii mai noi:

pN in cazul in care gruparea fosforica se gaseste in pozitia 5';

Np pentru gruparea fosforica in pozitia

o       Prin extensie se vor denumi:

pNp va reprezenta un derivat bifosforic;

ppN un derivat 5'-difosforic.

Metodologia de denumire se poate folosi si in cazul oligonucleotidelor, de exemplu di-adenilil ( )-guanozina se va prescurta ApG.

Desi mai putin precise, pentru secventele oligonucleotidice se folosesc simbolurile corespunzatoare bazelor: ATGCCTA -----