Tota la vida al planeta està formada per moltes cèl·lules que mantenen l'ordre de la seva organització a causa de la informació genètica que conté el nucli. S'emmagatzemen, implementen i transmeten compostos complexos d' alta molècula: àcids nucleics, formats per unitats monòmeres: nucleòtids. No es pot sobreestimar el paper dels àcids nucleics. L'estabilitat de la seva estructura determina l'activitat vital normal de l'organisme, i qualsevol desviació de l'estructura comportarà inevitablement un canvi en l'organització cel·lular, l'activitat dels processos fisiològics i la viabilitat de les cèl·lules en conjunt.
El concepte de nucleòtid i les seves propietats
Cada molècula d'ADN o ARN s'assembla a partir de compostos monomèrics més petits: nucleòtids. En altres paraules, un nucleòtid és un material de construcció d'àcids nucleics, coenzims i molts altres compostos biològics que són essencials per a una cèl·lula al llarg de la seva vida.
A les principals propietats d'aquests insubstituïbleses poden atribuir substàncies:
• emmagatzematge d'informació sobre l'estructura de les proteïnes i els trets heretats;
• control sobre el creixement i la reproducció;
• participació en el metabolisme i molts altres processos fisiològics que tenen lloc a la cèl·lula.
Composició de nucleòtids
Parlant de nucleòtids, no es pot deixar de detenir-se en una qüestió tan important com la seva estructura i composició.
Cada nucleòtid consta de:
• residu de sucre;
• base nitrogenada;
• grup fosfat o residu d'àcid fosfòric.
Es pot dir que un nucleòtid és un compost orgànic complex. Depenent de la composició de l'espècie de les bases nitrogenades i del tipus de pentosa en l'estructura dels nucleòtids, els àcids nucleics es divideixen en:
• àcid desoxiribonucleic o ADN;
• àcid ribonucleic o ARN.
Composició dels àcids nucleics
En els àcids nucleics, el sucre està representat per pentosa. Aquest és un sucre de cinc carbonis, a l'ADN s'anomena desoxiribosa, a l'ARN s'anomena ribosa. Cada molècula de pentosa té cinc àtoms de carboni, quatre dels quals, juntament amb un àtom d'oxigen, formen un anell de cinc membres i el cinquè forma part del grup HO-CH2.
La posició de cada àtom de carboni en una molècula de pentosa s'indica amb un nombre aràbic amb un primer (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Com que tots els processos de lectura d'informació hereditària d'una molècula d'àcid nucleic tenen una direcció estricta, la numeració dels àtoms de carboni i la seva disposició a l'anell serveixen com una mena d'indicador de la direcció correcta.
Segons el grup hidroxil aun residu d'àcid fosfòric està unit al tercer i cinquè àtoms de carboni (3С´ i 5С´). Determina l'afiliació química de l'ADN i l'ARN al grup d'àcids.
Una base nitrogenada està unida al primer àtom de carboni (1С´) d'una molècula de sucre.
Composició d'espècies de bases nitrogenades
Els nucleòtids d'ADN per base nitrogenada estan representats per quatre tipus:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citosina (C);
• timina (T).
Les dues primeres són purines, les dues darreres són pirimidines. Per pes molecular, les purines són sempre més pesades que les pirimidines.
Els nucleòtids d'ARN per base nitrogenada estan representats per:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citosina (C);
• uracil (U).
L'uracil, com la timina, és una base de pirimidina.
A la literatura científica, sovint es pot trobar una altra designació de bases nitrogenades, en lletres llatines (A, T, C, G, U).
Detenem-nos amb més detall en l'estructura química de les purines i les pirimidines.
Les pirimidines, és a dir, la citosina, la timina i l'uracil, estan representades per dos àtoms de nitrogen i quatre àtoms de carboni, formant un anell de sis membres. Cada àtom té el seu propi nombre de l'1 al 6.
Les purines (adenina i guanina) consisteixen en pirimidina i imidazol o dos heterocicles. La molècula de base purina està representada per quatre àtoms de nitrogen i cinc àtoms de carboni. Cada àtom està numerat de l'1 al 9.
Com a resultat de la connexió de nitrogenatsuna base i un residu de pentosa formen un nucleòsid. Un nucleòtid és una combinació d'un nucleòsid i un grup fosfat.
Formació d'enllaços fosfodièster
És important entendre la qüestió de com es connecten els nucleòtids en una cadena polipeptídica i formen una molècula d'àcid nucleic. Això passa a causa dels anomenats enllaços fosfodièster.
La interacció de dos nucleòtids dóna un dinucleòtid. La formació d'un nou compost es produeix per condensació, quan es produeix un enllaç fosfodièster entre el residu fosfat d'un monòmer i el grup hidroxi de la pentosa d'un altre.
La síntesi d'un polinucleòtid és la repetició repetida d'aquesta reacció (uns quants milions de vegades). La cadena polinucleòtid es construeix mitjançant la formació d'enllaços fosfodièster entre el tercer i cinquè carboni dels sucres (3С´ i 5С´).
L'assemblatge de polinucleòtids és un procés complex que es produeix amb la participació de l'enzim ADN polimerasa, que assegura el creixement de la cadena només des d'un extrem (3´) amb un grup hidroxi lliure.
Estructura de la molècula d'ADN
Una molècula d'ADN, com una proteïna, pot tenir una estructura primària, secundària i terciària.
La seqüència de nucleòtids d'una cadena d'ADN determina la seva estructura primària. L'estructura secundària està formada per ponts d'hidrogen, que es basen en el principi de complementarietat. És a dir, durant la síntesi de la doble hèlix d'ADN, opera un patró determinat: l'adenina d'una cadena correspon a la timina de l' altra, la guanina a la citosina, i viceversa. Parells d'adenina i timina o guanina i citosinaes formen a causa de dos enllaços d'hidrogen en el primer i tres en l'últim cas. Aquesta connexió de nucleòtids proporciona un enllaç fort entre les cadenes i una distància igual entre elles.
Coneixent la seqüència de nucleòtids d'una cadena d'ADN, podeu completar la segona pel principi de complementarietat o addició.
L'estructura terciària de l'ADN està formada per enllaços tridimensionals complexos, la qual cosa fa que la seva molècula sigui més compacta i pugui encaixar en un petit volum cel·lular. Així, per exemple, la longitud de l'ADN d'E. coli és superior a 1 mm, mentre que la longitud de la cèl·lula és inferior a 5 micres.
El nombre de nucleòtids de l'ADN, és a dir, la seva proporció quantitativa, obeeix a la regla de Chergaff (el nombre de bases puríniques és sempre igual al nombre de bases pirimidiniques). La distància entre nucleòtids és un valor constant igual a 0,34 nm, igual que el seu pes molecular.
L'estructura de la molècula d'ARN
RNA està representat per una única cadena de polinucleòtids formada per enllaços covalents entre una pentosa (en aquest cas, ribosa) i un residu de fosfat. Té una longitud molt més curta que l'ADN. També hi ha diferències en la composició d'espècies de bases nitrogenades en el nucleòtid. En l'ARN, s'utilitza l'uracil en lloc de la base pirimidina de la timina. Segons les funcions que es realitzin al cos, l'ARN pot ser de tres tipus.
• Ribosòmic (ARNr) - normalment conté de 3000 a 5000 nucleòtids. Com a component estructural necessari, participa en la formació del centre actiu dels ribosomes, lloc d'un dels processos més importants de la cèl·lula.- biosíntesi de proteïnes.
• Transport (ARNt) - consta d'una mitjana de 75 - 95 nucleòtids, transfereix l'aminoàcid desitjat al lloc de síntesi de polipèptids al ribosoma. Cada tipus d'ARNt (almenys 40) té la seva pròpia seqüència única de monòmers o nucleòtids.
• Informacional (ARNm): molt diversa en la composició de nucleòtids. Transfereix informació genètica de l'ADN als ribosomes, actua com a matriu per a la síntesi d'una molècula de proteïna.
El paper dels nucleòtids al cos
Els nucleòtids de la cèl·lula fan una sèrie de funcions importants:
• s'utilitzen com a blocs de construcció d'àcids nucleics (nucleòtids de la sèrie de purines i pirimidines);
• estan implicats en molts processos metabòlics a la cèl·lula;
• formen part de l'ATP - la principal font d'energia a les cèl·lules;
• actuen com a portadors d'equivalents reductors a les cèl·lules (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• fan la funció de bioreguladors;
• es pot considerar com a segon missatger de la síntesi regular extracel·lular (per exemple, cAMP o cGMP).
El nucleòtid és una unitat monomèrica que forma compostos més complexos: àcids nucleics, sense els quals la transferència d'informació genètica, el seu emmagatzematge i reproducció és impossible. Els nucleòtids lliures són els components principals implicats en els processos de senyalització i energia que donen suport al funcionament normal de les cèl·lules i del cos en conjunt.
