Nucleotidi e Acidi Nucleici. Struttura di DNA e RNA

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1 Nucleotidi e Acidi Nucleici Nucleosidi Nucleotidi Funzioni biologiche dei nucleotidi Struttura di DNA e RNA Concatenazione e appaiamento dei nucleotidi Lo scheletro degli acidi nucleici

2 Componenti degli acidi nucleici Gli acidi nucleici sono macromolecole lineari, a catena, isolate per la prima volta dai nuclei delle cellule. I componenti degli acidi nucleici sono: BASI ETEROCICLICHE (quattro tipi) ACIDO FOSFORICO RIBOSIO

3 Componenti degli acidi nucleici

4 Basi Eterocicliche Le basi eterocicliche presenti negli acidi nucleici appartengono a due classi: PURINE ADENINA GUANINA PIRIMIDINE URACILE TIMINA CITOSINA

5 Zuccheri presenti negli acidi nucleici Ribosio (RNA) 2-deossi ribosio (DNA)

6 Nucleosidi Il legame tra basi eterocicliche e ribosio forma i diversi Nucleosidi Il legame è di tipo β-n-glicosidico tra il Carbonio anomerico del ribosio e l N 9 delle purine o N1 delle pirimidine Hanno numerosi gruppi polari e sono solubili in acqua. Sono facilmente idrolizzabili da soluzione acquose di acidi.

7 Nucleosidi Base Zucchero Nucleoside DNA Adenina 2-deossi-D-R. 2 -deossiadenosina Guanina 2-deossi-D-R. 2 -deossiguanosina Citosina 2-deossi-D-R 2 -deossicitidina Timina 2-deossi-D-R. 2 -deossitimidina RNA Adenina D-R. Adenosina Guanina D-R. Guanosina Citosina D-R. Citidina Uracile D-R. Uridina

8 Nucleotidi I nucleotidi sono ESTERI FOSFATO dei nucleosidi. Il sito di fosforilazione è spesso l ossidrile al 5 del ribosio, ma può essere anche quello in 3 Possono essere mono- di- e tri-fosfati (Es.: TMP, TDP, TTP.) I di- e tri-fosfati sono legati da legame anidridico, stabile e ad alta energia

9 I monomeri presenti negli acidi nucleici: i nucleosidi monofosfato (nucleotide) Fosfato Base purinica o pirimidinica Ribosio (deossi ribosio)

10 Funzioni dei nucleotidi Unità strutturali degli acidi nucleici Deposito di energia delle reazioni di trasferimento di fosfato (ATP - GTP) Mediatore di processi cellulari (camp) Parte di coenzimi (NADH, FAD, CoA ) Intermedi di reazioni sintetiche (S-Adenosilmetionina)

11 ATP-ADP-AMP L'adenosina è presente come fosfato in varie forme. Il 5'-monofosfato, difosfato e trifosfato, così come il monofosfato 3',5'-ciclico, sono intermedi chiave in numerosi processi biologici. L'ATP contiene due legami di anidride fosforica ed ha la caratteristica di liberare quantità notevoli di energia quando si idrolizza ad ADP e, successivamente, ad AMP. Sono queste le reazioni che forniscono l'energía necessaria per altre reazioni biologiche.

12 ATP-ADP-AMP-cAMP

13 Polinucleotidi I polinucleotidi si formano dalla condensazione di due o più nucleotidi tra il fosfato legato al 5 -OH del ribosio di un nucleotide ed il 3 -OH del ribosio dell altro con eliminazione di H 2 O ogni fosfato ha ancora un protone acido che, a ph 7, è ionizzato (carica negativa sull'ossigeno). Se il gruppo fosfato fosse indissociato, la sostanza sarebbe un acido; polinucleotidi biologici = acidi nucleici. Il legame fosfodiesterico è direzionale, e la sequenza va da 5! 3 La sequenza delle basi definisce la molecola 5 -pgpaptpc-3 I polinucleotidi biologici sono l ACIDO DEOSSIRIBONUCLEICO (DNA) e l ACIDO RIBONUCLEICO (RNA)

14 Legame fosfodiesterico I mono- e di-esteri del fosfato (pka = 2) sono carichi negativamente a ph 7, e ciò li rende meno suscettibili all attacco nucleofilo, e quindi all idrolisi L alta densità di carica negativa stabilizza i trifosfati La carica riduce la diffusione attraverso le membrane dei nucleotidi

15 Il DNA Acido nucleico costituito da deossinucleotidi concatenati tramite legame fosfodiestereo. La sequenza delle basi in direzione 5 3 determina la struttura PRIMARIA dell acido nucleico L uridina non è mai presente nel DNA, mentre la Timidina è specifica. Presenza di basi modificate (metil-citosina)

16 DNA

17 Accoppiamenti tra le basi azotate

18 Struttura secondaria del DNA modello Watson-Crick Elica destrorsa costituita da due catene polinucleotidiche antiparallele Le basi sono all interno dell elica allineate ad angolo retto con l asse dell elica (deossiribosio e fosfato all esterno) Le due catene sono unite da ponti idrogeno tra purine di una catena e pirimidine dell altra G-C formano 3 legami idrogeno A-T formano 2 legami idrogeno

19 Doppia elica (1)

20 Doppia elica (2)

21 RNA Gli acidi ribonucleici (RNA) differiscono per tre aspetti importanti dal DNA: (1) lo zucchero è il D-ribosio, (2) una delle quattro basi eterocicliche è l'uracile (al posto della timina) (3) molecole di RNA sono costituite da un unico filamento, sebbene possano essere presenti zone a elica, dovute al ripiegamento della catena su se stessa. Il D-ribosio, lo zucchero dell'rna, è diverso dal 2-deossi-D-ribosio, lo zucchero del DNA, in quanto ha un ossidrile sul C-2. Per il resto i nucleosidi e i nucleotidi dell'rna hanno strutture simili a quelli del DNA.

22 RNA

23 RNA Le cellule contengono tre tipi principali di RNA: - l'rna messaggero (mrna), che presiede alla trascrizione del codice genetico e funge da matrice ella sintesi proteica; - l'rna transfer (trna), che trasporta al ribosoma gli amminoacidi in forma attivata, pronti per la formazione dei legami peptidici; - l'rna ribosomiale (rrna), che assomma a circa l'80% dell'rna cellulare totale (trna=15%; mrna=5%) e che è il principale componente dei ribosomi