Nucleòtids, ADN i ARN: Estructura, Funció i Importància Biològica

Nucleòtids: Composició i Estructura Bàsica

Els nucleòtids estan constituïts pels elements C, H, O, N i P. Són polímers de nucleòtids units entre si per l'enllaç fosfodièster.

Estan formats per:

• Pentosa:
  • D-ribosa (en l'ARN)
  • D-2'-desoxiribosa (en l'ADN)
• Base nitrogenada:
  • Púriques: adenina (A) i guanina (G)
  • Pirimidíniques: citosina (C), timina (T) en ADN, uracil (U) en ARN
• Àcid fosfòric

La unió d'aquests components es realitza de la següent manera:

• Un nucleòsid és la unió d'una pentosa i una base nitrogenada mitjançant un enllaç N-glicosídic.
• Un nucleòtid és la unió d'un nucleòsid i un àcid fosfòric mitjançant un enllaç èster (amb alliberament d'una molècula d'H₂O).

Formació dels Àcids Nucleics

Els nucleòtids es poden unir entre si pel C3' d'una pentosa i l'àcid fosfòric d'un altre nucleòtid, establint un enllaç fosfodièster. Aquesta unió forma un polinucleòtid, que és la base dels àcids nucleics.

Nucleòtids d'Interès Biològic

Alguns nucleòtids tenen funcions biològiques crucials:

• ATP (Adenosina Trifosfat): És el vector energètic universal, amb enllaços rics en energia.
• NAD, NADP+, FAD: Són dinucleòtids que actuen com a coenzims en reaccions d'oxidació-reducció.

Estructures de l'ADN

Llei de Chargaff

Chargaff va observar que, en una mateixa espècie, la proporció de les quatre bases nitrogenades era la mateixa en percentatges iguals (A=T i G=C).

Wilkins i Franklin: Difracció de Raigs X

Wilkins i Franklin, mitjançant difracció de raigs X, van observar que l'ADN tenia una estructura de 20 Å de diàmetre, amb una unitat que es repetia cada 34 Å.

Model de Watson i Crick

Watson i Crick van proposar que la molècula d'ADN està formada per dues cadenes de nucleòtids disposades helicoidalment en sentit de les agulles del rellotge. Aquestes cadenes estan unides per les bases complementàries (A amb T, G amb C) a partir de ponts d'hidrogen. Cada volta de l'hèlix té 34 Å i conté 10 parells de nucleòtids. Les cadenes són antiparal·leles.

Empaquetament de l'ADN

L'ADN es compacta en diferents nivells estructurals:

1. Estructura primària: La seqüència lineal de nucleòtids (ex: ACTCAC...).
2. Estructura secundària: La doble hèlix de nucleòtids.
3. Estructura terciària (collaret de perles): La doble hèlix s'associa amb proteïnes anomenades histones. Els nucleosomes estan formats per 8 histones enrotllades per una seqüència d'ADN (aproximadament 2 voltes).
4. Estructura quaternària: Els nucleosomes es repleguen en una superhèlix, formant la fibra de cromatina de 300 Å.

Altres Tipus d'ADN

L'ADN pot ser:

• Monocatenari o Bicatenari.
• Lineal o Circular (aplicable tant a monocatenari com a bicatenari).

Estructura i Tipus d'ARN

Els nucleòtids de l'ARN tenen ribosa i uracil (en lloc de timina), i algunes bases poden ser metilades.

Tipus d'ARN:

• ARN Missatger (ARNm):
  • Cadena lineal de fins a 5000 nucleòtids.
  • Representa el 5% del total d'ARN de la cèl·lula.
  • Funció: Transporta la informació genètica des del nucli fins al citoplasma per a la síntesi de proteïnes.
• ARN de Transferència (ARNt):
  • Molècules petites de 75-90 nucleòtids.
  • Presenta un 10% de bases nitrogenades modificades i algunes parts presenten estructura secundària (amb bases complementàries) formant 3 bucles.
  • Funció: Transportar els aminoàcids (aa) cap a l'ARNm. L'anticodó, format per tres nucleòtids, és complementari amb un codó a l'ARNm i correspon a un aminoàcid determinat que es troba a l'extrem 3'.
• ARN Ribosòmic (ARNr):
  • Constitueix el 80% de l'ARN en el citoplasma.
  • Es troba associat a proteïnes formant els ribosomes.
• ARN Nuclear (ARNn):
  • Es troba en els nucleols i dóna forma a l'ARNr.

L'ADN com a Material Genètic

L'ADN porta la informació genètica necessària per a la síntesi de proteïnes. Com moltes d'aquestes proteïnes són enzims, l'ADN programa, al llarg del temps i de l'espai, totes les activitats de la cèl·lula i de l'organisme.

Experiments Clau: Avery, Hershey i Chase

Els experiments d'Avery, Hershey i Chase van demostrar que, en la infecció bacteriana, el sofre (S) quedava fora del bacteri i el fòsfor (P) entrava dins, confirmant que l'ADN és la molècula que porta la informació genètica per formar nous virus.

Experiment de Meselson i Stahl

Meselson i Stahl van cultivar E. coli en un medi pesant de ¹⁵N i, a continuació, en un medi de ¹⁴N. Després van analitzar l'ADN per centrifugació, demostrant la replicació semiconservativa de l'ADN.