Els àcids nucleics, especialment l'ADN, són força coneguts a la ciència. Això s'explica pel fet que són les substàncies de la cèl·lula, de les quals depèn l'emmagatzematge i la transmissió de la seva informació hereditària. L'ADN, descobert l'any 1868 per F. Miescher, és una molècula amb propietats àcides pronunciades. El científic el va aïllar dels nuclis de leucòcits, cèl·lules del sistema immunitari. Durant els 50 anys següents, es van realitzar estudis d'àcids nucleics de manera esporàdica, ja que la majoria de bioquímics consideraven que les proteïnes eren les principals substàncies orgàniques responsables, entre altres coses, dels trets hereditaris.
Des del desxiframent de l'estructura de l'ADN per part de Watson i Crick el 1953, es van iniciar una investigació seriosa que va descobrir que l'àcid desoxiribonucleic és un polímer i els nucleòtids serveixen com a monòmers d'ADN. Els seus tipus i estructura els estudiarem en aquest treball.
Nucleòtids com a unitats estructurals d'informació hereditària
Una de les propietats fonamentals de la matèria viva és la preservació i la transmissió d'informació sobre l'estructura i les funcions tant de la cèl·lula com de tot l'organisme.en general. Aquest paper el juga l'àcid desoxiribonucleic i els monòmers d'ADN: els nucleòtids són una mena de "maons" a partir dels quals es construeix l'estructura única de la substància de l'herència. Considerem quins signes es va guiar la vida salvatge en crear una superbobina d'àcid nucleic.
Com es formen els nucleòtids
Per respondre aquesta pregunta, necessitem alguns coneixements de química orgànica. En particular, recordem que a la natura hi ha un grup de glicòsids heterocíclics que contenen nitrogen combinats amb monosacàrids - pentoses (desoxirribosa o ribosa). S'anomenen nucleòsids. Per exemple, l'adenosina i altres tipus de nucleòsids estan presents al citosol d'una cèl·lula. Entren en una reacció d'esterificació amb molècules d'àcid ortofosfòric. Els productes d'aquest procés seran nucleòtids. Cada monòmer d'ADN, i n'hi ha quatre tipus, té un nom, com ara nucleòtids de guanina, timina i citosina.
Monòmers purins d'ADN
En bioquímica s'adopta una classificació que divideix els monòmers d'ADN i la seva estructura en dos grups: per exemple, els nucleòtids d'adenina i guanina són purines. Contenen derivats de la purina, una substància orgànica amb la fórmula C5H4N44. El monòmer d'ADN, un nucleòtid de guanina, també conté una base nitrogenada purina connectada a la desoxiribosa mitjançant un enllaç N-glicosídic en la configuració beta.
Nucleòtids de pirimidina
Bases nitrogenades,anomenats citidina i timidina, són derivats de la substància orgànica pirimidina. La seva fórmula és C4H4N2. La molècula és un heterocicle pla de sis membres que conté dos àtoms de nitrogen. Se sap que en lloc d'un nucleòtid de timina, les molècules d'àcid ribonucleic, com l'ARNr, l'ARNt i l'ARNm, contenen un monòmer d'uracil. Durant la transcripció, durant la transferència d'informació del gen d'ADN a la molècula d'ARNm, el nucleòtid de timina és substituït per adenina i el nucleòtid d'adenina és substituït per uracil a la cadena d'ARNm sintetitzada. És a dir, el registre següent serà just: A - U, T - A.
Regla del càrrec
A la secció anterior, ja hem tocat parcialment els principis de correspondència entre monòmers en cadenes d'ADN i en el complex gen-ARNm. El famós bioquímic E. Chargaff va establir una propietat completament única de les molècules d'àcid desoxiribonucleic, és a dir, que el nombre de nucleòtids d'adenina sempre és igual a la timina i la guanina a la citosina. La base teòrica principal dels principis de Chargaff va ser la investigació de Watson i Crick, que van establir quins monòmers formen la molècula d'ADN i quina organització espacial tenen. Un altre patró, derivat per Chargaff i anomenat principi de complementarietat, indica la relació química de les bases puríniques i pirimidiniques i la seva capacitat per formar enllaços d'hidrogen quan interaccionen entre elles. Això vol dir que la disposició dels monòmers en ambdues cadenes d'ADN està estrictament determinada: per exemple, l'oposat A de la primera cadena d'ADN pot sernomés T és diferent i entre ells sorgeixen dos ponts d'hidrogen. Davant del nucleòtid de guanina, només es pot localitzar la citosina. En aquest cas, es formen tres ponts d'hidrogen entre les bases nitrogenades.
El paper dels nucleòtids en el codi genètic
Per dur a terme la reacció de la biosíntesi de proteïnes que es produeix als ribosomes, hi ha un mecanisme per transferir informació sobre la composició d'aminoàcids del pèptid de la seqüència de nucleòtids de l'ARNm a la seqüència d'aminoàcids. Va resultar que tres monòmers adjacents contenen informació sobre un dels 20 aminoàcids possibles. Aquest fenomen s'anomena codi genètic. Per resoldre problemes de biologia molecular, s'utilitza tant per determinar la composició d'aminoàcids d'un pèptid com per aclarir la qüestió: quins monòmers formen una molècula d'ADN, és a dir, quina és la composició del gen corresponent. Per exemple, el triplet AAA (codó) del gen codifica l'aminoàcid fenilalanina de la molècula de proteïna, i en el codi genètic correspondrà al triplet UUU de la cadena d'ARNm.
Interacció de nucleòtids en el procés de reduplicació de l'ADN
Com es va descobrir abans, les unitats estructurals, els monòmers d'ADN són nucleòtids. La seva seqüència específica a les cadenes és la plantilla per al procés de síntesi de la molècula filla d'àcid desoxiribonucleic. Aquest fenomen es produeix en l'etapa S de la interfase cel·lular. La seqüència de nucleòtids d'una nova molècula d'ADN s'assembla a les cadenes mare sota l'acció de l'enzim ADN polimerasa, tenint en compte el principicomplementarietat (A - T, D - C). La replicació fa referència a les reaccions de síntesi de matrius. Això vol dir que els monòmers d'ADN i la seva estructura a les cadenes pares serveixen de base, és a dir, la matriu de la seva còpia fill.
Pot canviar l'estructura d'un nucleòtid
Per cert, diguem que l'àcid desoxiribonucleic és una estructura molt conservadora del nucli cel·lular. Hi ha una explicació lògica per a això: la informació hereditària emmagatzemada a la cromatina del nucli ha de ser in alterada i copiada sense distorsió. Bé, el genoma cel·lular està constantment "sota l'arma" dels factors ambientals. Per exemple, compostos químics tan agressius com l'alcohol, les drogues, la radiació radioactiva. Tots ells són els anomenats mutàgens, sota la influència dels quals qualsevol monòmer d'ADN pot canviar la seva estructura química. Aquesta distorsió en bioquímica s'anomena mutació puntual. La freqüència de la seva aparició al genoma cel·lular és força alta. Les mutacions es corregeixen mitjançant el bon funcionament del sistema de reparació cel·lular, que inclou un conjunt d'enzims.
Algunes d'elles, per exemple, les restrictases, "retallar" els nucleòtids danyats, les polimerases proporcionen la síntesi de monòmers normals, les lligases "cosuen" les seccions restaurades del gen. Si, per algun motiu, el mecanisme descrit anteriorment no funciona a la cèl·lula i el monòmer d'ADN defectuós roman a la seva molècula, la mutació és recollida pels processos de síntesi de la matriu i es manifesta fenotípicament en forma de proteïnes amb propietats deteriorades que no poden exercir les funcions necessàries inherents als mateixosmetabolisme cel·lular. Aquest és un factor negatiu greu que redueix la viabilitat de la cèl·lula i escurça la seva vida útil.
