STRUCTURA ACIZILOR NUCLEICI ADN-ul reprezintă materialul genetic din care sunt alcătuite genele şi este localizat exclusiv în cromozom; fiecare cromozom conţine câte o moleculă de ADN. Acizi nucleici sunt substante macromoleculare formate prin inlantuirea unor molecule de nucleotide. De aceea ei se pot numi si polinucleotide. Rezultă din polimerizarea unor monomeri denumiţi dezoxiribonucleotizi. Acidul nucleic prezinta ca unitate de baza NUCLEOTID alcatuita din:baza azotata, zaharul si radicalul fosforic. Combinaţia dintre o bază şi o pentoză se numeşte dezoxiribonucleosid, iar combinaţia celor trei componente dezoxiribonucleotid.

Bazele azotate sunt substante organice in care atomii de carbon si de azot sunt grupati in cicluri. Ele sunt de doua feluri. -bazele purinice au doua cicluri condensate, insumand 5 atomi de C si 4 de N. Ele sunt: adenina(A) si guanina(G), prezente si in ADN si in ARN -bazele primidinice au un singur ciclu cu 4 atomi de C si 2 de N. Ele sunt citozina(C), prezenta si in ADN si in ARN, timina(T) numai in ADN si uracilul(U) numai in ARN.

Zaharul este un monozaharid cu 5 atomi de C(o pentoza). El da numele celor doua tipuri de acizi nucleici: riboza(R) in ARN si dezoxiriboza(D) in ADN. Radicalul fosfat(P) formeaza legaturi esterice cu pentozele. Legatura se face intre al cincelea atom de carbon al unei pentoze si al trilea atom de carbon al pentozei urmatoare legand nucleotidele intre ele si formand catene(lanturi) ribonucleotid (ADENOZIN-5-FOSFAT) dezoxiribonucleotid (DEOXIADENOZIN-5-FOSFAT)

Acizii nucleici pot fi impartiti in 2 mari clase, intre care exista diferente structurale si functionale: acizii ribonucleici (ARN sau RNA) si acidul dezoxiribonucleic (ADN sau DNA). Ambele macromolecule prezinta din punct de vedere chimic o structura polinucleotidica, construita cu ajutorul legaturilor fosfodiesterice si avand in componenta pentoze. Cele două tipuri de acizi nucleici sunt prezente în toate organismele vii, având rol important în desfăşurarea proceselor vitale normale şi patologice; acizii dezoxiribonucleici sunt substanţele de bază în aparatul genetic, care asigură ereditatea şi variabilitatea, pe când acizii ribonucleici au mai mult rol funcţional legat de sinteza proteinelor.

Exista diferente nete la nivelul structurii acizilor nucleici: - pentoza din ARN este reprezentata de riboza iar in ADN de deoxiriboza, o riboza in care gruparea hidroxil de la carbonul 2 lipseste fiind, inlocuita cu hidrogen. - ARN are o structura predominant monocatenara iar ADN are o structura bicatenara. -timina din ADN este inlocuita cu uracilul in molecula de ARN.

Se poate vorbi de mai multe posibilitati de abordare structurala a ADN-ului: Structura primara, care ne arata insiruirea bazelor azotate pe scheletul format din pentoze unite prin punti fosfodiesterice. Structura secundara, care ne arata forma de dubla elice stabilizata de puntile de hidrogen dintre bazele azotate complementare. Structura tertiara, ce explica superhelicarea si compactarea moleculei cu ajutorul proteinelor, fenomen necesar potrivirii cu dimensiunile reduse ale nucleului.

Structura primara ADN Structura primara ia in consideratie ordonarea si gradul de polimerizare a celor patru nucleotide in monocatena ADN. Lantul unei catene de ADN este format prin insiruirea celor 4 tipuri de nucleotide care se unesc intre ele cu ajutorul acidului fosforic. Astfel, se formeaza legaturi fosfodiesterice intre deoxiriboza unui nucleotid si o deoxiriboza a urmatorului, in pozitiile 5 si 3. Scheletul va fi deci construit dintr-o succesiune deoxiriboza-acid fosforic, de fiecare pentoza fiind legata cate o baza azotata.

Legătura dintre pentoză şi una din bazele azotate este N-glucidică. La dezoxiribonucleosidele purinice legătura N-glucidică se formează între poziţia N9 a heterociclului dublu purinic şi poziţia C1 a pentozei, iar la nucleosidele pirimidinice legătura se realizează între poziţia N3 a nucleului pirimidinic şi poziţia C1 a pentozei. Adiţionarea radicalului fosforic se realizează, obişnuit, prin intermediul poziţiei 5 a nucleosidului. Atât conectarea bazelor cu pentoza, cât şi a nucleosidului cu acidul fosforic se realizează prin pierderea unei molecule de H2O. Fiecare radical fosforic al unui nucleotid poate, prin grupările acid libere, să se lege fie cu un radical fosforic, fie cu un alt nucleotid prin poziţia 3 a dezoxinucleosidului. Se formează astfel un lanţ polidezoxiribonucleotidic cu o lungime variabilă. Aceasta este stuctura primară a ADN sau monocatenară.

Structura secundara ADN Structura spaţială de ADN, structura secundară acceptată astăzi este cea stabilită de Watson-Crick. Analizele chimice ale ADN au evidentiat ca suma bazelor purinice (A+G) este intotdeauna egala cu suma bazelor pirimidinice (T+C), iar raportul A/T si G/C este unitar indiferent de specie; in schimb, raportul A+T/G+C este diferit de 1 si caracteristic fiecarei specii (la om e de 1,7). Watson si Crick au propus un model al moleculei de ADN alcatuit din doua catene polinucleotidice, legate intre ele prin baze azotate, in mod complementar si infasurate plectonemic (una in jurul alteia) pentru a forma o dubla spirala elicoidala (o elice dubla) orientata spre dreapta. Bazele azotate se leaga complementar : o baza purinica se uneste cu o baza pirimidinica, sau mai exact, A-T si G-C (formand un cuplu sau o pereche de baze pb).

Apar legaturi de hidrogen intre bazele de pe o catena si bazele de pe cealalta catena conform unui principiu al complementaritatii. Acest principiu postuleaza ca intotdauna adenina se leaga de timina prin 2 legaturi de hidrogen si guanina se leaga de citozina prin 3 legaturi de hidrogen.

Legaturile 5-3 vor conferi un sens pentru fiecare dintre cele 2 catene care se infasoara una in jurul celeilalte deci se poate vorbi de o catena cu sens 5-3 si de o catena cu sens invers, 3-5 numita si catena antisens (catene antiparalele). Cele 2 catene pot fi despartite in anumite conditii (de exemplu temperatura si pH) prin desfacerea legaturilor de hidrogen. Acest fenomen se numeste denaturare si este reversibil, prin revenirea la conditiile initiale, procesul numindu-se renaturare. S-a observat ca zonele cu o cantitate mai mare de guanina si citozina sunt mai greu de denaturat din cauza legaturii de hidrogen in plus dintre acestea.

Exista mai multe posibilitati de structurare a dublului helix (A,B,Z), cea mai raspandita fiind forma B. AND-ul A caracterizat printr-un helix larg, prezinta bazele azotate orientate puternic spre interior. ADN-ul Z este de tip levogir si prezinta scheletul glucido-fosforic in zig-zag.

Cea mai raspandita este forma B. Aceasta forma se prezinta ca o elice formata din doua lanturi antiparalele, stabilizata prin legaturile de hidrogen din interior. 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 de pe acelasi lant 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 stereochimica si fixarea histonelor pe ADN la nivelul santului mic sau a moleculelor proteice reglatoare la nivelul santului mare. In conditii fiziologice, molecula de ADN are o mare stabilitate metabolica, datorita legaturilor fizico-chimice dintre elementele unei catene, precum si dintre cele doua catene. Totusi, sub actiunea unor enzime, cele doua catene ale ADN se pot desface partial, pe segmente limitate, si functioneaza ca matrita pentru sinteza unor molecule noi, complementare.

SPIRALA ADN

STRUCTURA TERTIARA ADN Structura tertiara a AND este reprezentata de configuratia tridimensionala caracteristica moleculelor circulare de AND, in cazul carora desfasurarea spatiala a dublului helix este ingradita de fortele de contorsiune. Structura tertiara nu este proprie AND dublu catenar liniar, intrucat capetele acestuia se pot desfasura liber in spatiu. In realizarea structurilor tertiare ale AND un rol fundamental il au enzimele numite topoizomeraze, care au capacitatea de a cliva si apoi reface o catena ( topoizomeraza I) sau ambele catene simultan ( topoizomeraza II). Topoizomerazele prin capacitatea lor de a da nastere unor forme topologice diferite ale ADN, joaca un rol important in desfasurarea proceselor de replicare, transcriptie si recombinare genetica.

AND-ul celuleor eucariote se asociaza cu proteine histonice formand nucleoproteina (heteroproteina). Proteinele au o dispozitie discontinua la exteriorul helixului complementar. In urma acestei asocieri diametrul moleculei se mareste la aproximativ 20 nanomicroni. Analiza nucleoproteinelor prin metode fizico-chimice a aratat ca : - AND-ul constituit din doua catene complementare dispuse helicoidal, este molecula neramificata,putin rigida, prezentandu-se ca un polimer flexibil si fragil - molecula de nucleohistona are o lungime de aproximativ 4000 nanomicroni; daca este separata histona AND-ul rezidual poate ajunge la 7000, ceea ce confirma rolul histonelor in arhitectura spatiala a moleculei de AND - la om celula somatica cu cei 46 cromozomi contine aproximativ 7X10 la -9 mg AND=5,6X10 la 9 perechi de nucleotide. Dispozitia rectilinie a acestor nucleotide ar da un fir de AND cu lungimea de cca 2m.