Download - C1R_structuraADN
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
1/49
Structura Acizilor Nucleici
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
2/49
Imp ortan a biom edical a acizilornucleici: baza chim ic a eredit iiUn c lug r din secolul XIX pe nume Gregor
Mendel a introdus pentru prima oar no iunea de
gen : unitate de baz responsabil pentrude inerea i transmiterea a unei caracteristiciunice.
Ini ial s-a crezut c proteinele car informa iagenetic , pn la mijlocul secolului XX, cnd s-adescoperit c ADN-uleste baza eredit ii, datoritfaptului c este capabil deauto-replicare.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
3/49
A cizii nucleici suntADN -ul iARN -ul
ADNSediul principal al
localiz riiADN -uluiestenucleulcelulelor.Sedii secundare sunt:
mitocondriile icloroplastele(n celulavegetal ).
ARND iferitele tipuri deARN sunt localizate nnucleu, citoplasm ,mitocondrii, ribozomi.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
4/49
Dogma Central a geneticii moleculare
RNA
Protein
DNA
Propus de c tre Francis Crick n 1958 pentrdescrie fluxul informa iei genetice n celul .
Informa ia depozitat n ADN este transfera ARN-ului, care mai departe o transfer proteinelor.
Dogma Central propus de Crick a suferit numeroase revizii n ultimii 47 de ani.
Acid dezoxiribonucleic
Acid ribonucleic
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
5/49
D ogma Central a GeneticiiADN ARN proteine
Transcriere Traduceretranscrierea = transferul informa iei genetice de la
ADN la ARN (sintez deARN pe matri deADN )traducerea = transferul informa iei genetice de la
ARN la proteinele functionale, a c ror secven deam inoacizi este codificat n structuraADN -ului.rep licarea= transferul informa iei genetice de lacelula mam la celulele-fiice prin copiereaADN -ului parental cu formarea a dou molecule deADNcu structur identicADN -ului parental
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
6/49
D ogma Central R evizuitRecom binarea=reaaranjaream aterialului genetic
Muta ii/Reparare =lezarea ADN cualterarea inform a ieigenetice/ corectarealeziunilor ADN
Revers- transcrierea=transferul inform a ieigenetice de la ARN laADN
Recombination
Mutation/Repair
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
7/49
Ce sunt acizii nucleici
(ADN
andARN
)?A cizii nucleici suntpolinucleotide(produ i de policondensareaaunor unit i denumite nucleotide).N ucleotidelereprezint unitatea monomeric a acizilor nucleici
sunt compuse din:- o baz azotat heterociclic :- purine:adenin (A) iguanin (G)- pirimidine:citozin (C) itim in (T)pentru ADN
citozin (C) iuracil (U)pentru ARN- o pentoz :
- dezoxiriboza (este prezent nADN )- riboza (este prezent nARN )
- fosfat
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
8/49
STRUCTURA BAZELOR AZOTATE
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
9/49
P irimidinele
A tomii heterociclului pirimidinic sunt numerota i de la 1 la6 (astfel ncat atomii de N din ciclu s primeasc indiceleminim).
N
NH
NH 2
ONH
NH
O
O
CH 3
NH
NH
O
O1
2
3
4
5
6
Citozina Timina Uracil
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
10/49
B azele azotate prezint fenomenulde tautomerie
N
NH
NH2
O
NC
NH2NH
CNH
forma lactam forma lactim
forma amino forma imino
CN OH
CHN O
Citozina
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
11/49
B azele azotate prezint fenonemulde tautomerie
Formele mai stabile: Form a lactam este mai stabil dect forma
lactim Form a am ino este mai stabil dect forma
imino
n acizii nucleici exist formele lactam iamino
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
12/49
P urine
N
N
NH
N
NH2
N
NH
NH
N
NH2
O
1
2
3
4
5
67
8
9
Aden ina Guan ina
A tomii heterociclului purinic sunt numerota i de la 1la 9 (astfel ncat atomii de N din ciclu s primeascindicele minim).
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
13/49
STRUCTURA PENTOZELOR DIN ACIZII NUCLEICI
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
14/49
P
entoze
Atom ii de carbon aipentozelor sunt num erota i de la1 la 5.Pentoza din ADN este dezoxiriboza, c ruia i lipse tegruparea hidroxil 2-OH.
Pentoza din ARN este riboza.
OH
O
CH 2OH
OHOH
OH
O
CH 2OH
OH
R ib a Dezox irib oza
123
4
5
lipse te2-OH
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
15/49
STRUCTURANUCLEOZIDELOR
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
16/49
Structura nucleozidelor: baz + pentoz
N ucleozidele suntderiva i ai bazelor
azotate care au o pentoz legat de unatom de azot dinheterociclu: N 9 pentru purine N 1 for pirimidine printr-oleg tur - N -glicozidic .
Leg tur-N-glicozidic
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
17/49
STRUCTURANUCLEOTIDELOR
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
18/49
Structura nucleotidelor Nucleotidele sunt comp ose din nucleozide (bas +pentoz ) i 1, 2, sau 3grup ri fosfat (se form eaz o leg tur esteric ntre fosfat i 5-OH).Mononucleotide (nucleozid-m onofosfat)= nucleozid + 1 fosfatNucleozid-difosfat = nucleozid + 2 fosfatNucleozid-trifosfat = nucleozid + 3 fosfat
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
19/49
ntrebareUrm toarele afirma ii sunt corecte:
1. N ucleozidele sunt formate dintr-o pentoz , o
baz i o grupare fosfat.2. Forma lactam este mai stabil dect formalactim i exist n citozin i uracil.
3. Gruparea fosfat din nucleozidmonofosfa i seleag printr-o leg tur esteric de carbonul5 .4. Timina difer de uracil printr-o singur gruparemetil.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
20/49
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
21/49
Term inologie Ribonucleozide/Ribonucleotide(cndpentoza = riboz )
B aza N ucleozidul N ucleotidul
Adenina (A) A denozina (A ) A denozin monofosfat (AMP )A denozin difosfat (AD P )A denozin trifosfat (ATP )
Guanina (G) Guanozina (G) Guanozin monofosfat (GMP )Guanozin difosfat (GD P )Guanozin trifosfat (GTP )
Citozina (C) Citidina (C) Citidin monofosfat (CMP )Citidin difosfat (CD P )Citidin trifosfat (CTP )
Uracil (U) Uridina (U) Uridin monofosfat (UMP )Uridin difosfat (UD P )Uridin trifosfat (UTP )
Tim ina (T) Timidina (T) Timidin monofosfat (TMP )Timidin difosfat (TD P )Timidin trifosfat (TTP )
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
22/49
Terminologie comparativRibonucleotide DezoxiribonucleotideAdenozinm onofosfat
(AMP) sau adenilat
Dezoxiadenozinm onofosfat
(dAMP) sau dezoxiadenilat
Adenozin difosfat(ADP)
Dezoxiadenozin difosfat(dADP)
Adenozin trifosfat Dezoxiadenozin trifosfat(dATP)
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
23/49
Term inologieDezoxiribo-nucleozide/nucleotide(cndpentoza =dezoxiriboz )
B aza N ucleozidul N ucleotidul
Adenina (A) D ezoxiadenozina (A ) D ezoxiadenozin monofosfat (dAMP )D ezoxiadenozin difosfat (dAD P )D ezoxiadenozin trifosfat (dATP )
Guanina (G) D ezoxiguanozina (G) D ezoxiguanozin monofosfat (dGMP )D ezoxiguanozin difosfat (dGD P )D ezoxiguanozin trifosfat (dGTP )
Citozina (C) D ezoxicitidina (C) D ezoxicitidin monofosfat (dCMP )D ezoxicitidin difosfat (dCD P )D ezoxicitidin trifosfat (dCTP )
Uracil (U) D ezoxiuridina (U) D ezoxiuridin monofosfat (dUMP )D ezoxiuridin difosfat (dUD P )D ezoxiuridin trifosfat (dUTP )
Tim ina (T) D ezoxitimidina (T) D ezoxitimidin monofosfat (dTMP )D ezoxitimidin difosfat (dTD P )D ezoxitimidin trifosfat (dTTP )
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
24/49
Func iile fiziologice ale nucleotidelor
C r m izi pentru sinteza acizilor nucleiciComp u im acroergici care furnizeaz energia
necesar diferitelor procese biologice (ex.A TP ,GTP )Reglatori alostericiai diferitelor enzime (ex.AD P e activator alosteric al ICDH din ciclul Krebs)
Donori de grupe m etil (ex.S-adenozilmetionina)Mesageri intracelulariai hormonilor hidrofili(ex.A MP c, GMCc)
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
25/49
N
ucleotide naturale libere:A
MP
c
OCH2
OPO
O
Aden ine
N
N
N
N
NH2
O
OH
Rib s e
AMPc
3,5 adenozinmonofosfatul ciclic
(A MP c) este mesager secund imlicat ntransmiterea mesajuluihormonal din mediulextracelular ninteriorul celulei.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
26/49
STRUCTURA ADN
1. structura p rim ar2. structura secundar3. structura ter iar
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
27/49
J ames WatsonFrancis Crick
1962 N obelP rize
h ttp://www.sciencemag.org/cgi/content/full/300/5617/25h ttp://www.lec .ncifcrf.gov/~toms/icons/Watson.Crick.Nature.jpg
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
28/49
STRUCTURA PR IMAR AADN-ULUI
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
29/49
Lan ulpolinucleotidic al ADN(structura p rim ar /covalent )
N
NH
N
N
NH2
O Guanine
OCH 2OH
O
OCH 2
O
PO
O
O
PO O
O
N
N
NH2
O
Cytosine
OCH 2
OH
PO
O
O
NH
NH
O
O
CH3Th ymine
3' end
5 ' end
ADN este unpolidezoxiribonucleotid n caregruparea 3OH a unuidezoxiriobonucleotid este legat lagruparea 5OH a dezoxiriobonu-cleotidului vecinp rintr-o leg turfosfat diesteric .
Lan ulpolinucleotidic estepolar:p rezint dou capetedistincte.
Cap tul 3este cel cu gruparea 3-OH liber .Cap tul 5este cel cu gruparea 5-OH liber sau fosforilat .Lan ulpolinucleotidic al ADNeste nc rcat negativ lapH-ulfiziologic.
3linkage
5linkage
1
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
30/49
N
NH
N
N
NH2
O Guan ine
OCH 2OH
O
OCH 2
O
PO
O
O
PO O
O
N
N
NH2
O
Cyt si ne
OCH2
OH
PO
O
O
NH
NH
O
O
CH3Thymine
3 ' end
5' end
P
P
P
G
C
T
OH
OH
Rep rezentare simp lificat a lan ului ADN
3
3
3
5
5
5
Pentoza: linie orizontal
Baza: litera corespondent
Leg. fosfodiesteric:
linie oblic iP la mijloc
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
31/49
N
NH
N
N
NH2
O
Guanine
OCH 2OH
O
OCH 2
O
PO
O
O
PO O
O
N
N
NH2
O
Cytosine
OCH2
OH
PO
O
O
NH
NH
O
O
CH3Th ymine
3' end
5 ' end
Reprezentarea simplificat a catenei de ADN
Prin conven ie o caten deADN se scrie n direc ia5- 3.
ex. GCT nseam n 5GCT 3
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
32/49
ntrebare :
Identifica i care estecap tul 3al acestuioligonucleotid?Scrie i reprezentarea
simplificat a acestuioligonucleotid.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
33/49
STRUCTURA SECUNDARA ADN
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
34/49
D
ublu helixulADN
Watson i Crick au decoperit c structurasecundar aADN este undublu helix format
din dou catene deADN
asociate prinmperecherea bazelor Inelele glucidice legate prin resturi fosfat
constituie scheletul extern al dublu helixului, ntimp ce bazele azotate hidrofobe sunt orientatespre interior i perpendicular pe axa helixului.ADN -ul uman con ine aproximativ 3,5 x 109 perechi de baze.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
35/49
1. Stabilitatea ADNdc este asigurat de:- interac iunile hidrofobe dintre bazeleazotate suprapuse (stivuite) de pe aceeacaten- leg turile de hidrogen ce se stabilesc ntre bazele azotate de pe o caten i cecomplementare de pe cealalt caten .
1. Cele dou catene de ADN sunt antiparalele.
Du bl u l he lix a l ADN( s tr uc tu r a s ecunda r )
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
36/49
3 . G-C are3 leg turi de H. A-T are 2 leg turi de H.
4. Cele dou catene sunt complementare (Gcomplementar C, A is complementare T
5. Nr. A = Nr. T Nr. G = Nr. C
ADN du bl u h e lix(s tr uc tu r a s ecunda r a )
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
37/49
ntrebare
1. Scrie i catenaADN complamentar cu urm toareacaten :A TTTTAA GCTAA GGCCCTTT
2. Calcula i num rul de leg tuiri deH existent ntrecele dou catene deADN complementare.
3. Specifica i ce baz exist la cap tul 3al fiec rei
catene.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
38/49
6 . Exist mai multe confoma ii ale ADN- Conforma ia B: descris de Watson i
are orientare dreapt , pasul dublu helixeste34 ( 3 ,4nm), diametrul de 2nm, iar perechi baze per tur este 10; cea mai r spndit .
- Conforma ia A: dublu helix de dreaptamai compact, pasul elicei este de 2,8nm perechi baze per tur este 11.
- Conforma ia Z: dublu helix de stinga,elicei 4,5 6 nm i nr. perechi baze per tur e12.
Du bl u h e lix ADN(s tr uc tu r a s ecunda r )
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
39/49
ntrebareADN
1. Este compus din nucleotide legate prin leg tur4,5 -fosfat diesterice
2. A re structur de polianion la pH fiziologic3. Con ine nr. egal de resturi deA i G
4. Conforma iaA este un dublu helix de dreapta.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
40/49
STRUCTURA TERTIAR A
ADN:polinucleozom ul
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
41/49
D
e laADN
la cromozomiIn eucarioteADN -ul este stocat n nucleu.
D eoarece nu este suficient sap iu iar moleculaADN
-ului este extrem de mare (lungimeaADN
dela o singur celula uman e 2m!!!),ADN -ultrebuie compactat.
Existcinci nivele de comp actare a ADNcareconduce la o sc dere de 10.000 de ori lungimiiADN .
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
42/49
Nivelele de comp actarea ADN n nucleu
-Prim ul nivel-r D ublul helix deADN senf oar n jurul unui octamer
proteic format dinhistone-
fiecare unitate deADN
spiralat de 1,75 ori n jurulunui compelx histonic senume tenucleozom .
H
istonele sunt proteine bazicecu mas molecular mic(max. 20.000), bogate n aa bazici (A rg pt.H 2A , H 2B i,Lys ptH 3, H 4).
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
43/49
Nivelele de comp actarea ADN n nucleu-Prim ul nivel-
r n juruloctamerului histonic
(H 2A H 2B H 3 H 4)x2 este spiralatADN -ul nucleozomic fomat din 140 perechi de baze.
N ucleozomii sunt lega i ntre ei prinADN intrenucleozomic sauADNlinker format din 30 perechi de baze).H istona H 1 iterca ioneaz cuADN linker, avnd rol nsuperspiralizarea nucleozomilor.
P olinulceozomul seam n cu ni tem rgele pe a (=fibrile decromatin de 10nm ).
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
44/49
M rgele de ametist
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
45/49
r
Aparen a de m rgele pea a ADN
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
46/49
Nivelele de comp actarea ADN n nucleu-al doilea nivel-
P olinucleozomul sesuperspiraleaz pentru a
forma structura desolenoid.
Solenoidul con ine 6-7nucleozomi per tur.P asul e de10nm, diametrul de 30 nm.
Solenoidul formeaz fibrelede cromatin de 30 nm.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
47/49
Nivelele de comp actarea ADN n nucleu
-nivelele 3,4 i 5-r
- Fibrele de cromatin se compacteazi mai mult form
dom
enii n form
debucl .
- A ceste domenii n bucl suntsuperspiralizate i organizate nstructuri distincte numitecrom ozom i.
- ADN -ulum an nuclear ( genom ul)const n 23 perechi de cromozomi.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
48/49
D iferen a dintre celulele diploide icelulele haploide
Majoritatea celulelor eucariote con in perechi de cromozomii sunt astfeldenumitedip loide.
Celulele care con incromozomi neperechesunt denumitehap loide.
-
8/8/2019 C1R_structuraADN
49/49
Cromozomii genomului uman