Funcions biològiques dels àcids nucleics: ADN, ARN i nucleòtids

Funcions biològiques dels àcids nucleics

Els àcids nucleics s'encarreguen de l'emmagatzematge i la transmissió de la informació genètica.

L'ADN és el magatzem de la informació genètica i la molècula encarregada de transmetre a la descendència les instruccions necessàries per construir totes les proteïnes presents en un ésser viu. Per això té la capacitat de fer còpies de si mateix mitjançant un mecanisme anomenat replicació, que es basa en la complementarietat entre les bases nitrogenades de les dues cadenes de l'ADN.

L'ARN és l'encarregat de transmetre i executar la informació que es troba a l'ADN.

Polinucleòtids i enllaç fosfodiéster

Els àcids nucleics són macromolècules formades per la repetició de monòmers anomenats nucleòtids, units entre si mitjançant enllaços fosfodiéster (tipus d'enllaç covalent entre nucleòtids).

Així, es formen llargues cadenes o polinucleòtids, cosa que fa que algunes d'aquestes molècules arribin a assolir mides gegantines (de milions de nucleòtids de llargada). Els enllaços fosfodiéster són essencials per a la vida, ja que són els responsables de l'esquelet de les hebres d'ADN i ARN.

Nucleòtids lliures

Es troben lliures a les cèl·lules i intervenen en el metabolisme i la seva regulació com a activadors d'enzims i com a coenzims.

Exemples importants:

• L'ADP (adenosina difosfat) i l'ATP (adenosina trifosfat): són nucleòtids que presenten enllaços molt rics en energia, que s'acumula en formar-se l'enllaç i s'allibera fàcilment quan aquest es trenca per hidròlisi. Són transportadors d'energia.
• El GTP (guanosina trifosfat) i el GDP (guanosina difosfat): són nucleòtids (de guanina) que presenten enllaços molt rics en energia. El GTP està implicat en la transferència d'energia a l'interior de la cèl·lula.

Funcions biològiques dels nucleòtids

1. Funció estructural: són les unitats bàsiques dels àcids nucleics, que són les biomolècules portadores de la informació genètica.
2. Funció energètica: si el nucleòtid s'uneix a 2 o 3 fosfats forma els nucleòtids difosfat o trifosfat, com l'ADP i l'ATP, molècules que acumulen, transporten i cedeixen energia.
3. Funció coenzimàtica: si el nucleòtid s'uneix per un grup fosfat a una altra substància constitueix nucleòtids no nucleics, que actuen com a coenzims.

L'ADN (àcid desoxiribonucleic)

L'ADN és una macromolècula formada per desoxiribonucleòtids d'A, G, C i T units per enllaç fosfodiéster.

Estructura primària de l'ADN

És la seqüència de nucleòtids de l'ADN, units per enllaços fosfodiéster.

L'ordre en què estan units els nucleòtids a la molècula d'ADN és determinant a l'hora de sintetitzar una proteïna.

Estructura secundària de l'ADN: el model de Watson i Crick

Model de la doble hèlix de l'ADN de Watson i Crick

• L'ADN és una doble hèlix formada per 2 cadenes de polinucleòtids enrotllades al voltant d'un eix imaginari. Les bases nitrogenades es troben situades a l'interior.
• L'enrotllament és dextrogir (cap a la dreta) i plectonèmic (perquè les 2 cadenes es separin cal desenrotllar-les).
• Cada parella de nucleòtids està separada de la següent per una distància de 0,34 nm, i cada volta de la doble hèlix està formada per 10 parells de nucleòtids (3,40 nm per volta d'hèlix).
• Les 2 cadenes de polinucleòtids són antiparal·leles i són complementàries.

Les bases nitrogenades es mantenen units mitjançant ponts d'hidrogen.

Desnaturalització de l'ADN

En condicions normals, les molècules d'ADN són molt estables. Quan la temperatura arriba al punt de fusió de l'ADN (100 °C), es trenquen els ponts d'hidrogen que units les cadenes i es produeix la separació d'aquestes, procés que s'anomena desnaturalització. És un procés reversible, ja que en baixar la temperatura (per sota de 65 °C) es pot produir una renaturalització (perquè en aquest procés no es trenquen els enllaços fosfodiéster que units els nucleòtids). La desnaturalització de l'ADN també pot ocórrer per variacions en el pH.

Estructura terciària de l'ADN

• En procariotes, mitocondris i cloroplasts, l'ADN es plega sobre si mateix, generalment en forma circular i associat a una petita quantitat de proteïnes.
• En eucariotes, l'ADN s'uneix a proteïnes bàsiques, i així l'estructura es compacta molt. Aquestes proteïnes bàsiques són les histones (protamines en els espermatozoides).

Gràcies a l'associació amb aquestes proteïnes, l'ADN presenta diferents nivells d'empaquetament: 1r nivell: unió d'ADN i proteïnes histones per donar lloc a l'anomenada fibra de cromatina.

Les unitats bàsiques de la cromatina són els nucleosomes. Cada nucleosoma està format per un octàmer de proteïnes histones (8 histones) i un fragment d'ADN (ADN espaciador). El collaret de perles es troba al nucli de les cèl·lules somàtiques en repòs (interfase, la cèl·lula no es divideix) i redueix la llargada de la doble hèlix unes 10 vegades, per la qual cosa suposa un empaquetament òptim de l'ADN.

Al nucli dels espermatozoides l'ADN ha de trobar-se encara més compacte. En aquest cas, l'ADN s'uneix a proteïnes de menor mida que les histones, anomenades protamines.

2n nivell d'empaquetament, també anomenat solenoide: es forma per l'enrotllament sobre si mateixa de la fibra de cromatina.

3r nivell d'empaquetament: els solenoides s'enrotllen.

Nivells superiors d'empaquetament: encara no es coneixen amb exactitud, però mantenen l'estructura dels cromosomes condensats. El cromosoma en metafase presenta el grau màxim d'empaquetament de la fibra de cromatina (formant els cromosomes).