NUCLEOTIDI e
ACIDI NUCLEICI
Struttura dei nucleotidi
Il gruppo fosfato conferisce carica
negativa e proprietà acide
FUNZIONI DEI NUCLEOTIDI
MOLECOLE DI RISERVA DI ENERGIA
L idrolisi dei nucleosidi trifosfato costituisce una fonte di energia
chimica per guidare un gran numero di reazioni biochimiche
PRECURSOSI DI COENZIMI
MOLECOLE REGOLATRICI
cAMP e cGMP: secondi messaggeri
ppGpp: viene prodotto nei batteri in risposta ad una diminuzione della
sintesi proteica che si ha durante una carenza di amminoacidi. Inibisce
la sintesi di rRNA e tRNA non necessari in condizioni di bassi livelli di
sintesi proteica.
MATTONI DA COSTRUZIONE DEGLI ACIDI NUCLEICI
DNA: conservazione e trasmissione dell informazione genetica
RNA
proteica
rRNA: componenti strutturali dei ribosomi, sede della sintesi
mRNA: intermediari, portano l informazione da uno o pochi
geni al ribosoma
tRNA: molecole adattatrici, traducono le informazioni
presenti in una molecola di mRNA in una sequenza di aminoacidi
snRNA: funzioni regolatrici e catalitiche, precursori delle tre
classi principali
Deossiribonucleotidi e ribonucleotidi degli
acidi nucleici
BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE POCO
RAPPRESENTATE
a) Basi minori del DNA
b) Basi minori dei tRNA
Segnali per la regolazione e
protezione dell informazione
genetica
STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI
Struttura primaria
Oligonucleotidi: ≤50 nucleot.
Polinucleotidi: >50 nucleot.
Il PM si esprime in
nt, b o kb (catena singola)
bp (catena doppia)
L informazione genetica è
contenuta nella sequenza
primaria, combinazione delle
4 basi
LE PROPRIETA DELLE BASI DEI NUCLEOTIDI DETERMINANO
LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DEGLI ACIDI NUCLEICI
Le basi puriniche e pirimidiniche principali di DNA e RNA sono molecole
altamente coniugate; importanti conseguenze sulle proprietà degli acidi
nucleici (struttura, distribuzione elettronica, assorbimento della luce)
Per effetto della risonanza tra gli atomi degli anelli
le pirimidine sono planari, le purine sono quasi planari
tutte le basi assorbono la luce UV
Le basi puriniche e
pirimidiniche sono idrofobiche
e poco solubili in acqua ai
valori di pH della cellula
CONTRIBUTI ALLA COMPRENSIONE DELLA STRUTTURA DEL DNA:
Fine anni 40:
(Chargaff e coll.)
1. La composizione in basi del DNA varia in genere da una specie all altra
2. Le molecole di DNA isolate da tessuti diversi della stessa specie hanno la
stessa composizione in basi
3. La composizione in basi del DNA di una data specie non si modifica con
l età dell organismo, con lo stato nutrizionale o in seguito a variazionii
ambientali
4. In tutte le molecole di DNA il numero di residui di adenina è uguale al
numero di residui di timina (A=T) e il numero di residui di guanina è uguale al
numero di residui di citosina (G=C).
Da ciò deriva che la somma dei residui purinici è uguale alla somma dei
residui pirimidinici (A+G = T+C)
Inizio anni 50:
(Franklin e Wilkins - analisi di cristalli
di DNA tramite diffrazione a raggi X)
1. I polimeri sono elicoidali con due periodicità lungo il loro
asse, una primaria di 0.34 nm e una secondaria di 3.4 nm.
2. La molecola di DNA è costituita da due catene
1953:
Watson e Crick producono il modello tridimensionale della
struttura del DNA elaborando ed integrando tutte le informazioni
precedenti
MODELLO DI WATSON E CRICK
COMPLEMENTARIETA’ DELLE CATENE NELLA DOPPIA ELICA DEL
DNA E ACCOPPIAMENTO DELLE BASI SECONDO WATSON E
CRICK
Interazioni tra le basi:
interazioni idrofobiche da
impilamento
(interazioni di van der Waals,
interazioni dipolo-dipolo)
si riduce al minimo il contatto
delle basi con l acqua
legami a idrogeno tra le basi
consentono l associazione
complementare tra due catene
di acido nucleico
- la minimizzazione del contatto con l acqua è fondamentale per stabilizzare la
struttura
- le interazioni tra le basi impilate portano alla diminuzione dell assorbimento UV
rispetto ad una soluzione contenente la stessa concentrazione di nucleotidi liberi
(EFFETTO IPOCROMICO)
Il modello di Watson e Crick non era né completo
né perfettamente corretto
Nel DNA cellulare sono state riscontrate numerose
deviazioni dalla struttura descritta da W e C, alcune delle
quali hanno funzioni rilevanti nel metabolismo del DNA
Queste variazioni strutturali non alterano le proprietà del
DNA definite da W e C:
complementarietà tra le catene
struttura antiparallela
appaiamento specifico delle basi
Le variazioni strutturali del DNA dipendono da tre fattori:
1.  Conformazione diversa del desossiribosio (endo o eso)
2.
Rotazioni intorno a legami contigui che fanno parte
dello scheletro zucchero-fosfato
3.
Libertà di rotazione intorno al legame N-glicosilico tra
C1 e N della base.
Per le basi puriniche sono permesse solo due
conformazioni (sin e anti), mentre le pirimidine sono in genere
nella conformazione anti (interferenze steriche tra lo zucchero e
O carbonilico sul C-2 della pirimidina)
Forma B: modello originario proposto da W e C
Favorita in condizioni di elevata umidità
Forma A: favorita in condizioni di bassa
umidità
Molecole di RNA a doppio filamento, ibridi
DNA-RNA
Forma Z: scoperta nel 1979
A differenza di DNA-B e DNA-A la doppia
elica è sinistrorsa. Sequenze poliCG
Studi di cristallografia a raggi X hanno potuto spiegare anche
Perché DNA-B è favorito in ambiente acquoso?
Nella forma B e non nella forma A le molecole di H2O si dispongono
nel solco minore. I legami H tra H2O e DNA possono conferire
stabilità alla molecola
Quando H2O viene rimossa la forma A diventa la struttura più stabile
Perché RNA a doppio filamento e DNA-RNA assumono sempre
la forma A?
Il gruppo –OH in 2 nel riboso di RNA nella forma B giace troppo
vicino al fosfato e al C8 della base adiacente, quindi RNA non può
assumere la forma B, nemmeno in condizioni in cui questa è favorita
dall idratazione
- da studi di cristallografia a raggi X è emerso che i diversi modelli
sono una semplificazione delle strutture reali
- la struttura reale della forma B contiene variazioni locali
dell angolo di rotazione tra le coppie di basi
della conformazione dello zucchero
dell angolazione delle basi
della distanza tra una coppia di basi e la successiva
LA STRUTTURA SECONDARIA DI UN ACIDO NUCLEICO
NON E OMOGENEA, ma
varia in risposta alle sequenze locali e probabilmente è modificata
dall interazione con altre macromolecole
STRUTTURA SECONDARIA E
TERZIARIA NELLE MOLECOLE DI
RNA
Le molecole di RNA che si trovano in natura sono
generalmente più piccole delle molecole di DNA
ed esistono nella maggior parte dei casi come
catene singole
Possono avere alcune regioni a doppio filamento come conseguenza
dell autocomplementarietà
RNA M1, componente dell Rnasi P di E.coli,
enzima che partecipa alla sintesi di tRNA
L esistenza di regioni complementari a doppio filamento causa spesso un
ripiegamento delle molecole di RNA in complicate strutture tridimensionali
che vengono considerate come struttura terziaria della molecola
CHIMICA DEGLI ACIDI
NUCLEICI
La capacità di denaturazione e
riassociazione è fondamentale
per le funzioni biologiche del
DNA ed è una proprietà
sfruttata in biologia molecolare
Tm parametro caratteristico dei
diversi tipi di DNA