Bazele azotate, componente importante ale nucleotidelor, sunt molecule organice și sunt denumite astfel deoarece conțin carbon și azot. Ele sunt baze deoarece conțin o grupare amino care are potențialul de a lega un hidrogen în plus și, astfel, scade concentrația de ioni de hidrogen din mediul său, făcându-l mai bazic. Fiecare nucleotid din ADN conține una dintre cele patru baze azotate posibile: adenină (A), guanină (G), citozină (C) și timină (T). Nucleotidele ARN conțin, de asemenea, una dintre cele patru baze posibile: adenină, guanină, citozină și uracil (U) în loc de timină.
Adenina și guanina sunt clasificate ca purine. Structura primară a unei purine este formată din două inele de carbon-azot. Citosina, timina și uracilul sunt clasificate ca pirimidine, care au ca structură primară un singur inel carbon-azot (figura 1). Fiecare dintre aceste inele carbon-azot de bază are atașate diferite grupe funcționale. În prescurtarea din biologia moleculară, bazele azotate sunt cunoscute pur și simplu prin simbolurile lor A, T, G, C și U. ADN-ul conține A, T, G și C, în timp ce ARN-ul conține A, U, G și C.
Sucrul pentoză din ADN este dezoxiriboza, iar în ARN, zahărul este riboza (figura 1). Diferența dintre aceste zaharuri constă în prezența grupei hidroxil pe al doilea carbon al ribozei și a hidrogenului pe al doilea carbon al deoxiribozei. Atomii de carbon din molecula de zahăr sunt numerotați ca 1′, 2′, 3′, 4′ și 5′ (1′ se citește ca „un prim”). Reziduul fosfat este atașat la grupul hidroxil al carbonului 5′ al unui zahăr și la grupul hidroxil al carbonului 3′ al zahărului din nucleotidul următor, ceea ce formează o legătură fosfodiester 5′-3′. Legătura fosfodiester nu se formează printr-o simplă reacție de deshidratare, precum celelalte legături care leagă monomerii din macromolecule: formarea sa implică eliminarea a două grupări fosfat. Un polinucleotid poate avea mii de astfel de legături fosfodiester.
Structura dublu-helix a ADN-ului
Figura 2. ADN-ul este o dublă elice antiparalelă. Coloana vertebrală de fosfați (liniile curbe) este în exterior, iar bazele sunt în interior. Fiecare bază interacționează cu o bază din șirul opus. (credit: Jerome Walker/Dennis Myts)
ADN-ul are o structură în dublă elice (figura 2). Zahărul și fosfatul se află în partea exterioară a helixului, formând coloana vertebrală a ADN-ului. Bazele azotate sunt suprapuse în interior, ca treptele unei scări, în perechi; perechile sunt legate între ele prin legături de hidrogen. Fiecare pereche de baze din dublul helix este separată de următoarea pereche de baze cu 0,34 nm.
Cele două șiruri ale helixului se deplasează în direcții opuse, ceea ce înseamnă că capătul de carbon 5′ al unui șir se va afla față în față cu capătul de carbon 3′ al șirului său corespondent. (Acest lucru se numește orientare antiparalelă și este important pentru replicarea ADN-ului și în multe interacțiuni cu acizii nucleici.)
Sunt permise doar anumite tipuri de împerechere de baze. De exemplu, o anumită purină se poate împerechea doar cu o anumită pirimidină. Acest lucru înseamnă că A se poate împerechea cu T, iar G se poate împerechea cu C, așa cum se arată în figura 3. Acest lucru este cunoscut sub numele de regula complementarității bazelor. Cu alte cuvinte, șirurile de ADN sunt complementare unul față de celălalt. Dacă secvența unui catenar este AATTGGCC, catenarul complementar ar avea secvența TTAACCGG. În timpul replicării ADN-ului, fiecare catenă este copiată, rezultând un dublu helix de ADN fiică care conține o catenă de ADN parentală și o catenă nou sintetizată.
Întrebare practică
Figura 3. Într-o moleculă de ADN bicatenar, cele două șiruri se desfășoară antiparalel unul față de celălalt, astfel încât un șir se desfășoară de la 5′ la 3′ și celălalt de la 3′ la 5′. Coloana vertebrală de fosfați este situată în exterior, iar bazele se află în mijloc. Adenina formează legături de hidrogen (sau perechi de baze) cu timina, iar guanina formează perechi de baze cu citozina.
Se produce o mutație, iar citozina este înlocuită cu adenina. Ce impact credeți că va avea acest lucru asupra structurii ADN-ului?
ARN
Acidul ribonucleic, sau ARN, este implicat în principal în procesul de sinteză a proteinelor sub conducerea ADN-ului. ARN este de obicei monocatenar și este alcătuit din ribonucleotide care sunt legate prin legături fosfodiesterice. O ribonucleotidă din lanțul ARN conține riboză (zahărul pentoză), una dintre cele patru baze azotate (A, U, G și C) și gruparea fosfat.
Există patru tipuri majore de ARN: ARN mesager (ARNm), ARN ribozomal (ARNr), ARN de transfer (ARNt) și microARN (miARN). Primul, ARNm, poartă mesajul de la ADN, care controlează toate activitățile celulare dintr-o celulă. Dacă o celulă are nevoie de sintetizarea unei anumite proteine, gena pentru acest produs este „pornită” și ARN-ul mesager este sintetizat în nucleu. Secvența de baze a ARN-ului este complementară cu secvența codificatoare a ADN-ului din care a fost copiat. Cu toate acestea, în ARN, baza T este absentă și în schimb este prezentă U. Dacă șirul de ADN are o secvență AATTGCGC, secvența complementară a ARN-ului este UUAACGCG. În citoplasmă, ARNm interacționează cu ribozomii și cu alte mecanisme celulare (figura 4).
Figura 4. Un ribozom are două părți: o subunitate mare și o subunitate mică. ARNm se află între cele două subunități. O moleculă de ARNt recunoaște un codon de pe ARNm, se leagă de acesta prin împerechere de baze complementare și adaugă aminoacidul corect la lanțul peptidic în creștere.
ARNm se citește în seturi de trei baze cunoscute sub numele de codoni. Fiecare codon codifică un singur aminoacid. În acest fel, ARNm este citit și se realizează produsul proteic. ARN ribozomal (ARNr) este un constituent major al ribozomilor pe care se leagă ARNm. ARNr asigură alinierea corectă a ARNm și a ribozomilor; ARNr din ribozom are, de asemenea, o activitate enzimatică (peptidil transferaza) și catalizează formarea legăturilor peptidice între doi aminoacizi aliniați. ARN de transfer (ARNt) este unul dintre cele mai mici dintre cele patru tipuri de ARN, având de obicei o lungime de 70-90 de nucleotide. Acesta transportă aminoacidul corect la locul de sinteză a proteinei. Împerecherea de baze dintre ARNt și ARNm este cea care permite ca aminoacidul corect să fie inserat în lanțul polipeptidic. microARN-urile sunt cele mai mici molecule de ARN, iar rolul lor implică reglarea expresiei genelor prin interferarea cu expresia anumitor mesaje ARNm.
.