III.6.1. Structura acizilor nucleici.

Acizii nucleici sunt substanțe chimice macromoleculare alcătuite din unități simple numite nucleotide, fiind polimeri de nucleotide. Ei stochează informațiile genetice și permit producerea de proteine. Sunt substanțe esențiale pentru toate formele de viață și se găsesc în toate celulele. Acizii nucleici se manifestă în două forme naturale numite acid dezoxiribonucleic (ADN) și acid ribonucleic (ARN).

O nucleotidă este alcatuită din trei componente :

• o bază azotată;
• o zaharidă (pentoză);
• un radical fosforic.

1. Bazele azotate sunt substanțe organice în care atomii de carbon și de azot sunt grupați în cicluri, fiind de două tipuri, purinice și pirimidinice.

a) Bazele azotate purinice au două cicluri condensate însumând 5 atomi de carbon și 4 atomi de azot și anume :

Ambele baze azotate purinice sunt prezente atât în ADN, cât și în ARN.

b) Bazele azotate pirimidinice au un singur ciclu cu 4 atomi de carbon și 2 atomi de azot și anume :
- citozina (C), prezentă și în ADN și în ARN
- timina (T), prezentă doar în ADN
- uracilul (U), prezent doar în ARN

Bazele azotate din ADN sunt : A, G, C, T.

Bazele azotate din ARN sunt : A, G, C, U.

2. Pentozele din structura nucleotidelor sunt:
- riboza (R) în ARN
- dezoxiriboza (D) în ADN

Notarea “dezoxi” înseamnă că în poziția 2ʹ la atomul de carbon lipsește grupa –OH.

Combinarea unei baze azotate purinice sau pirimidinice cu o pentoză formează o nucleozidă.

Bază azotată + pentoză → nucleozidă

Nucleozidele sunt de două feluri :

• Ribonucleozidele,formează unitatea structurală a ARN-ului, din plasma celulelor.
• Dezoxiribonucleozidele,formează unitatea structurală a ADN-ului din nucleele celulelor.

3. Gruparea fosforică atașată la pentoza unei nucleozide formează o nucleotidă.

Baza azotată + pentoză + radical fosforic → nucleotidă

Radicalul fosforic (P) formează legături esterice cu pentozele. Legătura se stabilește între al 5-lea atom de carbon al unei pentoze (5ʹ) și al 3-lea atom de carbon (3ʹ) al pentozei următoare, formând astfel lanțuri (catene) polinucleotidice.

Bazele azotate sunt legate lateral de resturile de riboză sau dezoxiriboză prin legături N-glicozidice.

Legarea nucleotidelor între ele cu formarea lanțurilor polinucleotidice reprezintă structura primară a acizilor nucleici.

Cele doua catene ale ADN-ului sunt complementare, ceea ce înseamnă că o nucleotidă, de pe o catenă ce conține o bază azotată purinică se va lega întotdeauna de o nucleotidă de pe cealaltă catenă care conține o bază azotată pirimidinică și invers.

Prin urmare în macromolecula de ADN există 4 tipuri de legături: A-T, T-A, G-C si C-G.

Adenina și timina sunt baze complementare.

Guanina și citozina sunt baze complementare.

Structura bicatenară a ADN-ului prezintă o mare stabilitate fizică asigurată astfel:
-pe verticală de legăturile fosfodiesterice intracatenare;
-pe orizontală de legăturile de hidrogen intercatenare.

O catenă de ADN este alcătuită dintr-un număr mare de nucleotide. Mai multe nucleotide formează o polinucleotidă. ADN-ul este cel mai complex și mai cunoscut dintre cei doi acizi nucleici. Spre deosebire de ARN, care este monocatenar, alcătuit dintr-o singură ,,panglică”, ADN-ul este policatenar, alcătuit din două catene (panglici).

Descrierea completă a moleculei de ADN ca un helix dublu catenar a fost realizată de către James Watson, Maurice Wilkins și Francis Crick, în anul 1953, fapt care le-a adus celor trei oameni de știință Premiul Nobel pentru medicină, în anul 1962.

În molecula de ADN complementaritatea dintre bazele purinice şi cele pirimidinice ţine cele două catene alăturate, oricât ar fi ele de lungi. Datorită ei, molecula, este foarte stabilă, deşi este foarte complexă. Dacă pe o catenă într-un anumit punct, este adenina, pe catena opusă în dreptul adeninei este timina. Între ele sunt două legături de hidrogen. În dreptul guaninei este citozina, între ele fiind trei legături de de H. Adenina cu timina şi ganina cu citozina formează perechi, sunt complementare şi se atrag între ele.