5.2. Estructura química de l’ADN

L’ADN és un llarg polímer format per unitats repetitives, els nucleòtids. Una doble cadena d’ADN mesura de 22 a 26 àngstroms (2,2-2,6 nanòmetres) d’ample, i una unitat (un nucleòtid ) mesura 3,3 Å (0,33 nm) de llarg. Encara que cada unitat individual que es repeteix és molt petita, els polímers d’ADN poden ser molècules enormes que contenen milions de nucleòtids. Per exemple, el cromosoma humà més llarg, el cromosoma número 1, té aproximadament 220 milions de parells de bases.

En els organismes vius, l’ADN no sol existir com una molècula individual, sinó com una parella de molècules estretament associades. Les dues cadenes d’ADN s’enrosquen sobre si mateixes formant una espècie d’escala de caragol, denominada doble hèlix. El model d’estructura en doble hèlix va ser proposat el 1953 per James Watson i Francis Crick (l’article Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid va ser publicat el 25 d’abril de1953 a Natura) a partir de dades aportades per Rosalind Franklin (Imatge de l’ADN per difracció de raigs X) i d’Edwin Chargaff (Regles de Chargaff: Que establien que la proporció d’Adenina és igual a la de Timina (A/T =1) i que la de guanina és igual a la de citosina (G/C = 1). Així mateix (A+G)/(T+C) = 1).

L’èxit d’aquest model radicava en la seva consistència amb les propietats físiques i químiques de l’ADN. L’estudi mostrava a més que la complementarietat de bases podia ser rellevant en la seva replicació, i també la importància de la seqüència de bases com a portadora d’informació genètica. Cada unitat que es repeteix, el nucleòtid, conté un segment de l’estructura de suport (sucre + fosfat), que manté la cadena unida, i una base, que interacciona amb l’altra cadena d’ADN en l’hèlix. En general, una base lligada a un sucre es denomina nucleòsid i una base lligada a un sucre i un o més grups fosfats rep el nom de nucleòtid.

Quan molts nucleòtids es troben units, com ocorre en l’ADN, el polímer resultant es denomina polinucleòtid.

Components.

L’ADN és una cadena doble formada per dues cadenes lineals de nucleòtids, és a dir, un polinucleòtid. Els nucleòtids, doncs, són les unitats fonamentals de l’ADN.

  • Els nucleòtids són molècules orgàniques formades per la unió covalent d’un monosacàrid de cinc carbonis (desoxirribosa), una base nitrogenada i un grup fosfat (àcid ortofosfòric). El nucleòsid és la part del nucleòtid format únicament per la base nitrogenada i la pentosa.
  • Les bases nitrogenades que formen part de l’ADN són derivats dels composts aromàtics purina (púriques) i pirimidina (pirimidíniques).
    • Bases nitrogenades puríniques: són l’adenina (A) i la guanina (G). Ambdues formen part de l’ADN i l’ARN.

    • Bases nitrogenades pirimidíniques: són la timina (T), la citosina (C) i l’uracil (U). La timina i la citosina intervenen en la formació de l’ADN. En l’ARN apareixen la citosina i l’uracil.

Estructura Primària de l’ADN

L’estructura primària de l’ADN consisteix en una cadena simple de nucleòtids enllaçats mirjançant enllaç fosfodiéster entre el carboni 5 d’una desoxiribosa, amb el carboni 3 de la següent desoxiribosa, usant l’àcid ortofosfòric com a pont d’unió (ferrament) entre les dues pentoses.

Aquests enllaços asimètrics suposen o, fins i tot, compromenten que una cadena d’ADN té una direcció. Els extrems asimètrics de les cadenes són denominats extrems 5′ (“cinc primer”) i 3′ (“tres primer”); el 5′ és el que té un grup fosfat terminal (acoblat al carboni número 5 de la base nitrogenada) i el 3′ és el que té un grup hidroxil terminal (acoblat al carboni número 3 de la base nitrogenada). Les cadenes d’ADN sempre es sintetitzen en direcció 5′ – 3′, mai a la inversa.

Estructura Secundària de l’ADN

638px-GC_DNA_base_pair.svg AT_DNA_base_pair.svgL’Estructura secundària: és el model postulat per  Watson i Crick: la doble  hèlix. Els dos brins de ADN es matenen units pels ponts hidrògens entre les bases.  L’Adenina s’aparella sempre amb la Timina mitjançant  dos ponts d’hidrogen, mentre que la Citosina s’aparella sempre amb la Guanina per mitjà de 3 ponts d’hidrogen. (Cadenes Complementàries).

És una cadena doble, dextrogira o levogira, segons el tipus d’ADN. Ambdues cadenes són complementàries, doncs l’adenina d’una s’uneix a la timina de l’altra, i la guanina d’una a la citosina de l’altra. Ambdues cadenes són antiparal·leles, doncs l’extrem 3′ de una s’enfronta a l’extrem 5′ de l’altra.

Existeixen tres models d’ADN:

A) ADN-A. és una de les tres conformacions biològicament actives d’ADN. Té una estructura en hèlix més curta i compacta que la més coneguda i més comuna de les conformacions que és la B-ADN.

B) ADN-Z. És una doble hèlix amb enrotllament cap a l’esquerra, té 12 parells de bases per gir complet, es pot observar en segments d’ADN amb seqüència alternant de bases púriques i pirimidíniques (GCGCGC), a causa de la conformació alternant dels residus sucre-fosfat segueix un curs en forma de ziga-zaga. Requereix una concentració de cations superior a la de l’ADN-B. Els grups fosfat es troben més a prop entre ells a comparació de la forma ADN-B.

La conformació Z està afavorida per un elevat contingut en GC. Les seqüències d’ADN poden passar de la forma B cap a la forma Z i viceversa.

Només s’observa un solc, l’aparellament entre les bases (que formen el solc major-proper a l’eix-en la forma ADN-B) està cap a un lateral, a la superfície exterior, lluny de l’eix.

El conjunt és una doble hèlix més estreta i allargada que l’ADN-B, una diferència notable és que les purines estan en conformació syn-, és a dir, la base i la pentosa estan situats al mateix costat que l’enllaç glicosídic: Una altra diferència estructural és que en l’ADN-Z desapareix del tot el solc ample mentre que el solc estret es fa encara més estret i profund.

C) L’ADN de tipus B és el més abundant i és el descobert per Watson i Crick. Presenta una sèrie de característiques:

    • an8bisL’ADN és una doble hèlix enrotllada helicoïdalment “a dretes” (sentit dextrorso). Una cosa semblant a dos molls entrellaçats.
    • Enrotllament de tipus plectonémico: per separar les dues hèlixs cal girar com si fos un llevataps.
    • Cada hèlix és una sèrie de nucleòtids units per enllaços fosfodièster en què un grup fosfat forma un pont entre grups OH de dos sucres successius (posicions 3 ‘d’un sucre i 5’ del següent).
    • Les dues hèlixs es mantenen unides mitjançant ponts o enllaços d’hidrogen produïts entre les bases nitrogenades de cada hèlix. Seguint les dades de Chargaff (1959), la Adenina d’una hèlix s’aparella amb la Timina de l’hèlix complementària mitjançant dos ponts d’hidrogen. Igualment, la Guanina d’una hèlix s’aparella amb la Citosina de la complementària mitjançant tres ponts d’hidrogen.
    • Les dues hèlixs per raons de complementarietat de les bases nitrogenades són antiparalelas, tenint seqüències d’àtoms inverses. Una hèlix porta la seqüència 5’P → 3 ‘OH, mentre que l’hèlix complementària segueix la seqüència d’àtoms 3’OH → 5’P.
    • El diàmetre de la doble hèlix és de 20 Å.
    • Les bases nitrogenades són estructures planes perpendiculars a l’eix de la doble hèlix i estan apilades unes sobre altres a una distància de 3,4 Å. Cada 10 bases, cada 34 Å es produeix una volta completa de la doble hèlix (360 º).
    • Les bases es troben en els seus configuracions cetónicas, complint així les regles d’aparellament AT i GC.
    • La seqüència de bases nitrogenades pot ser qualsevol, no hi ha cap restricció.
Anuncis

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s