ADN - molecula ereditatii si variabilitatii, care specifica programul de organizare si functionare a celulei/organismului pluricelular.
Moleculele de ADN sunt alcatuite din dezoxiribonucleotide.
Moleculele de ADN sunt alcatuite din dezoxiribonucleotide.
Un nucleotid de ADN este format dintr-o pentoza, o baza azotata si acid fosforic.
Pentoza de ADN Resturi de acid fosforic
2-dezoxiriboza
1 rest fosfat = nucleozid monofosfat
2 rest fosfat = nucleozid difosfat
3 rest fosfat = nucleozid trifosfat
Nota: nucleozidul este structura alcatuita din pentoza si baza azotata
Baze azotate
Purinice Pirimidinice
(se unesc de pentoza prin N1) (se unesc de pentoza prin N9)
Structura primara a ADN-ului este reprezentata de o catena polinucleotidica, nucleotidele polimerizindu-se prin legaturi covalente fosfodiesterice.Ordinea nucleotidelor este arbitrara, fapt ce permite obtinerea unui numar mare de combinatii, astfel formindu-se codul genetic. Un capat al moleculei are libera grupa de rest fosforic-5' iar altul grupa OH-3', astfel catena de ADN este directionata 5'-3'.
Structura secundara
Structura tertiara
In toate sistemele in vivo moleculele de ADN sunt cuplate cu proteinele prin legaturi de H sau electrostatice.
Rolul proteinelor
Histone ce participa la formarea structurii tertiare:
Structura care se formeaza in urma rasucirii ADN-ului in jurul unui miez proteic
poarta denumirea de nucleozom-mod de organizare a ADN-ului nuclear al eucariotelor.
La procariote ADN-ul are forma unui inel. Datorita tensiunii intramoleculare ADN-ul procariotic,de obicei,are forma de supraspirala si este asociat cu proteinele bazice.
Proprietatile moleculelor de ADN
Structura unica a ADN-ului determina proprietatile specifice acestuia : replicarea si autoreparatia. Structura chimica si sarcina electrica negativa asigura interactiuniuni cu alte molecule,prezentind posibilitati functionale diverse.
Replicarea - dublarea IG pentru a o transmitere altor celule (sinteza unor molecule noi).
În timpul replicării, cele două catene se despiralizeaza într-o anumită zonă de-a lungul dublului helix(de tip A) cu ajutorul helicazei. În prezenţa ADN-polimerazei catena despiralizata serveşte drept matriţă pentru formarea unei secvenţe complementare de nucleotide, care sunt adăugate la lanţul complementar una câte una. Se formeza mai multe secvente scurte care sunt unite intre ele cu ajutorul ligazei. Repararea erorilor produse in timpul replicarii are loc cu ajutorul mecanismelor speciale in timpul mitozei.
-Catena nou sintetizata este catena conducatoare pentru ca sinteza ei decurge mai repede ca la cealalta (sinteza ei decurge continuu)
-Daca deplasarea si polimerizarea porneste de pe catena 3’ in directia 5’ polimerizarea se realizeaza discontinuu; catena nou sintetizata este fragmentata si se numeste catena intarziata.-Rezultatul replicarii este obtinerea a doua molecule de ADN dublu catenare dintr-o molecula de ADN dublu catenara.
Reparatia - recunoasterea si inlaturarea erorilor ; sinteza structurii initiale a moleculei cu scopul de a preveni acumularea mutatiilor.
Denaturarea - ruperea legaturii de H pentru a permite accesul la informatia stocata in molecula de ADN
Renaturarea -proprietatea ADN-ului de a-si restabili structura bicatenara prin refacerea legaturilor de H ; este importanta pentru pastrarea IG
Spiralizarea , superspiralizarea , despiralizarea -proprietatile dublului helix ce determina trecerea moleculei de ADN de la o stare functionala la alta.
Flexibilitatea - capacitatea dublului helix de a trece de la o forma conformationala la alta(de la B la A- activarea ADN-ului pentru transcriptie, iar la Z - inactivitatea secventei)
Fragilitatea - sensibilitatea ADN-ului la factorii mutageni. Bazele azotate A si T avind 2 legaturi de H sunt mai sensibile la acesti factori decit C si G (3 legaturi de H).
Hibridizarea - proprietatea ADN-ului de a fi complementar cu ADN-ului altor organisme (ex. virus), astfel formind structuri noi.
Migrarea in cimpul electric -din cauza sarcinii negative a ADN-ului acesta poate forma complexe trainice cu histonele , fapt foarte important pentru pastrarea IG.
Heterogenitea - reprezinta aranjarea aperiodica a secventelor nucleotidice de-a lungul moleculei de ADN.
ADN-ul nuclear la eucariote se clasifica in 3 categorii:
Secvente moderat repetitive se repeta in mediu de 350 ori.Acestea formeaza familii de secvente(ex. genele pentru histone sau ARNr).
Secvente inalt repetitive reprezinta succesiuni scurte de nucleotide ce se repeta de sute de ii de ori in genom si de regula nu se transcriu.Datorita secventei scurte care se repeta ele se numesc ADN satelit.De obicei aceste secvente sunt localizate in regiunile de heterocromatina,linga centromer.O clasa speciala a satelitilor o prezinta minisatelitii - repetari de pina la 50 de ori a unor secvente scurte. Ele sunt foarte variate ca lungime, permitind identificarea moleculara a indivizilor.
Palindromi - succesiuni de nucleotide inversate care au proprietatea de a se uni complementar pe aceeasi catena, formind bucle in molecula monocatenara de ARN sau ADN si structuri in forma de cruce in ADN bicatenar.Aceste secvente asigura interactiunea cu proteinele(ex. constituie situsuri pentru enzimele de restrictie sau suprafetele de contact cu proteinele initiatoare ale transcriptiei, replicatiei si semnalului de terminare a transcriptiei).
1 rest fosfat = nucleozid monofosfat2 rest fosfat = nucleozid difosfat
3 rest fosfat = nucleozid trifosfat
Nota: nucleozidul este structura alcatuita din pentoza si baza azotata
Baze azotate
Purinice Pirimidinice
(se unesc de pentoza prin N1) (se unesc de pentoza prin N9)
Denumirea nucleotidelor provine de la baza azotatat si numarul de resturi de acid fosforic. Daca nucleozidul e monofosfat atunci se va numi dNMP (monomeri in lant), daca e difosfat - dNDP, daca e trifosfat -dNTP (monomeri liberi, gata pentru polimerizare) (unde N=A,G,C,sau T). Resturile de acid fosforic se numeroteaza prin α, β, γ (de la capatul 5' al dezoxiribozei).
Nucleotidele se unesc intre ele prin legaturi fosfodiesterice in urma inlaturarii resturilor fosforice β si γ. Capatul 3' al unei dezoxiriboze este unit cu capatul 5' al alteia printr-un rest de acid fosforic, formind lanturi polinucleotidice.
Structura ADN:
Structura primara
Structura primara a ADN-ului este reprezentata de o catena polinucleotidica, nucleotidele polimerizindu-se prin legaturi covalente fosfodiesterice.Ordinea nucleotidelor este arbitrara, fapt ce permite obtinerea unui numar mare de combinatii, astfel formindu-se codul genetic. Un capat al moleculei are libera grupa de rest fosforic-5' iar altul grupa OH-3', astfel catena de ADN este directionata 5'-3'.Structura secundara
Structura secundara este caracterizata de 2 catene antiparalele unite 
intre ele prin legaturi de H , ce apar la nivelul bazelor azotate, intre o baza purinica si una primidinica. Astfel T si A se unesc prin 2 legaturi de H iar C si G prin 3 legaturi, acesta legitate fiind numita principiul complementaritatii.
Complementaritatea bazelor azotate determina:
intre ele prin legaturi de H , ce apar la nivelul bazelor azotate, intre o baza purinica si una primidinica. Astfel T si A se unesc prin 2 legaturi de H iar C si G prin 3 legaturi, acesta legitate fiind numita principiul complementaritatii.Complementaritatea bazelor azotate determina:
- stabilitatea moleculei de ADN
- mecanismul replicarii
- mecanismul transcriptiei
- mecanismul recombinarii
- mecanismul repararii leziunilor ADN
Faptul ca catenele ADN sunt antiparalele explica mecanismul replicarii moleculelor de ADN, functie prin care este conservata IG in succesiunea generatiilor de celule si indivizi. In anumite conditii are loc denaturarea ADN (ruperea legaturii de H dintre catene).
Factori de denaturare:
- acizi
- baze
- temperaturi inalte
! Cu cit o molecula este mai lunga sau contine mai multe perechi C-G decit A-T, cu atit molecula e mai stabila.
Dupa denaturarea prin incalzire, la racire lenta molecula se poate renatura prin restabilirea legaturilor complementare intre bazele azotate. In cazul racirii bruste insa renaturarea nu are loc, moleculele raminind monocatenare.
Structura secundara a ADN-ului e reprezentata de mai multe tipuri de spirale, cele mai frecvent intilnite fiind helixul de tip A,B si Z.
Helix de tip A- orientare : dreapta
nr. de baze in spira: 11
distanta intre baze: 2,9
Dupa denaturarea prin incalzire, la racire lenta molecula se poate renatura prin restabilirea legaturilor complementare intre bazele azotate. In cazul racirii bruste insa renaturarea nu are loc, moleculele raminind monocatenare.
Structura secundara a ADN-ului e reprezentata de mai multe tipuri de spirale, cele mai frecvent intilnite fiind helixul de tip A,B si Z.
Helix de tip A- orientare : dreapta
nr. de baze in spira: 11
distanta intre baze: 2,9
forma mai compacta, caracteristica in special pentru ARN.
important in procesul de replicatie ( e mai activ decit celelate tipuri de helix)
Helix de tip B- orientare : dreapta
nr. de baze in spira: 10,4
distanta intre baze: 3,4
constant in toate celulele.
poate devia nr. de nucleotide de la 10,0-10,6
Helix de tip Z- orientare : stinga
nr. de baze in spira: 12
distanta intre baze: 3,7
poarta o sarcina negativa mai mare (existenta unui singur sant)
se poate forma in vitro la o concetratie mai mare de saruri in regiunea alternarii purinelor si pirimidinelor (de ex: CG/GC)
in vivo-in cazul metilarii ADN-ului
important in procesul de replicatie ( e mai activ decit celelate tipuri de helix)
Helix de tip B- orientare : dreapta
nr. de baze in spira: 10,4
distanta intre baze: 3,4
constant in toate celulele.
poate devia nr. de nucleotide de la 10,0-10,6
Helix de tip Z- orientare : stinga
nr. de baze in spira: 12
distanta intre baze: 3,7
poarta o sarcina negativa mai mare (existenta unui singur sant)
se poate forma in vitro la o concetratie mai mare de saruri in regiunea alternarii purinelor si pirimidinelor (de ex: CG/GC)
in vivo-in cazul metilarii ADN-ului
Structura tertiara
In toate sistemele in vivo moleculele de ADN sunt cuplate cu proteinele prin legaturi de H sau electrostatice.
Rolul proteinelor
- histone-participa la compactizare
- ADN-polimeraza-controleaza procesul de replicare
- ARN-polimeraza, factorii de transcriptie-controleaza transcriptia
- ADN-ligaza-repararea moleculelor lezate
Histone ce participa la formarea structurii tertiare:
- H1-bogate in lizina ; 215 aminoacizi; legată de ADN linker dintre doi nucleozomi respectiv poate fi uşor îndepărtată prin digestie enzimatică
- H2A-moderat bogata in lizina si arginina ; contine cantitati mari de leucina ; 129 aminoacizi
- H2B-moderat bogata in lizina si arginina ; contine un procent ridicat de serina si prolina ; 125 aminoacizi
- H3-bogata in argininina si lizina ; specific acestei histone este cisteina ; 135 aminoacizi
- H4-bogata in arginina si glicina ; 102 aminoacizi
Structura care se formeaza in urma rasucirii ADN-ului in jurul unui miez proteic
poarta denumirea de nucleozom-mod de organizare a ADN-ului nuclear al eucariotelor.La procariote ADN-ul are forma unui inel. Datorita tensiunii intramoleculare ADN-ul procariotic,de obicei,are forma de supraspirala si este asociat cu proteinele bazice.
Proprietatile moleculelor de ADN
Structura unica a ADN-ului determina proprietatile specifice acestuia : replicarea si autoreparatia. Structura chimica si sarcina electrica negativa asigura interactiuniuni cu alte molecule,prezentind posibilitati functionale diverse.
Replicarea - dublarea IG pentru a o transmitere altor celule (sinteza unor molecule noi).
În timpul replicării, cele două catene se despiralizeaza într-o anumită zonă de-a lungul dublului helix(de tip A) cu ajutorul helicazei. În prezenţa ADN-polimerazei catena despiralizata serveşte drept matriţă pentru formarea unei secvenţe complementare de nucleotide, care sunt adăugate la lanţul complementar una câte una. Se formeza mai multe secvente scurte care sunt unite intre ele cu ajutorul ligazei. Repararea erorilor produse in timpul replicarii are loc cu ajutorul mecanismelor speciale in timpul mitozei.
-Catena nou sintetizata este catena conducatoare pentru ca sinteza ei decurge mai repede ca la cealalta (sinteza ei decurge continuu)
-Daca deplasarea si polimerizarea porneste de pe catena 3’ in directia 5’ polimerizarea se realizeaza discontinuu; catena nou sintetizata este fragmentata si se numeste catena intarziata.-Rezultatul replicarii este obtinerea a doua molecule de ADN dublu catenare dintr-o molecula de ADN dublu catenara.
Reparatia - recunoasterea si inlaturarea erorilor ; sinteza structurii initiale a moleculei cu scopul de a preveni acumularea mutatiilor.
Reparatia se realizeaza dupa principiul complemetaritatii in timpul replicarii ,după sau independent de replicare.
Renaturarea -proprietatea ADN-ului de a-si restabili structura bicatenara prin refacerea legaturilor de H ; este importanta pentru pastrarea IG
Spiralizarea , superspiralizarea , despiralizarea -proprietatile dublului helix ce determina trecerea moleculei de ADN de la o stare functionala la alta.
Flexibilitatea - capacitatea dublului helix de a trece de la o forma conformationala la alta(de la B la A- activarea ADN-ului pentru transcriptie, iar la Z - inactivitatea secventei)
Fragilitatea - sensibilitatea ADN-ului la factorii mutageni. Bazele azotate A si T avind 2 legaturi de H sunt mai sensibile la acesti factori decit C si G (3 legaturi de H).
Hibridizarea - proprietatea ADN-ului de a fi complementar cu ADN-ului altor organisme (ex. virus), astfel formind structuri noi.
Migrarea in cimpul electric -din cauza sarcinii negative a ADN-ului acesta poate forma complexe trainice cu histonele , fapt foarte important pentru pastrarea IG.
Heterogenitea - reprezinta aranjarea aperiodica a secventelor nucleotidice de-a lungul moleculei de ADN.
ADN-ul nuclear la eucariote se clasifica in 3 categorii:
- secvente unicale(nerepetitive)-45-56%
- secvente moderat repetititve-8-30%
- secvente inalt repetitive-12-25%
Tipurile de secvente pot fi determinate in rezultatul ciclurilor de denaturare/renaturare a ADN-ului.
Secventele unicale se intilnesc in genom intr-o singura copie si de obicei reprezinta gene ce determina sinteza moleculelor de ARNm.
Secvente repetitive se repeta in genom de 2 sau mai multe ori. Ele pot fi de 2 tipuri :moderat repetitive si inalt repetititve.
Secvente moderat repetitive se repeta in mediu de 350 ori.Acestea formeaza familii de secvente(ex. genele pentru histone sau ARNr).
Secvente inalt repetitive reprezinta succesiuni scurte de nucleotide ce se repeta de sute de ii de ori in genom si de regula nu se transcriu.Datorita secventei scurte care se repeta ele se numesc ADN satelit.De obicei aceste secvente sunt localizate in regiunile de heterocromatina,linga centromer.O clasa speciala a satelitilor o prezinta minisatelitii - repetari de pina la 50 de ori a unor secvente scurte. Ele sunt foarte variate ca lungime, permitind identificarea moleculara a indivizilor.
Palindromi - succesiuni de nucleotide inversate care au proprietatea de a se uni complementar pe aceeasi catena, formind bucle in molecula monocatenara de ARN sau ADN si structuri in forma de cruce in ADN bicatenar.Aceste secvente asigura interactiunea cu proteinele(ex. constituie situsuri pentru enzimele de restrictie sau suprafetele de contact cu proteinele initiatoare ale transcriptiei, replicatiei si semnalului de terminare a transcriptiei).
palindrom in forma de cruce in molecula de ADN
Functiile ADN-ului
- Detine IG
Gene structurale ce codifica proteine - 30.000 gene nucleare structurale
- 13 mitocondriale
Gene ARNr - 4 gene nucleare(doar de la mama) [18S, 18S, 5S, 5,8S]
- 2 variante de gene alele mitocondriale
Gene ARNt - 61 gene nucleare
- 22 mitocondriale
- Pastreaza IG
- de actiunea nucleazelor (enzime ce scindeaza legaturile fosfodiesterice)
- de citirea neautorizata
- de mutatii (prin reparatie)
- Transmite IG (replicare)
- Realizeaza IG
ADN - secvente codante: - 30.000 gene proteice
- 2000 gene 5S
- secvente necodante: - secventele de trecere
Комментариев нет:
Отправить комментарий