Biochimica I - appunti

Biochimica: acidi nucleici

Basi azotate e nucleosidi

Purina

Pirimidina

Zucchero + base → nucleoside

Ribosio: β-D-ribofuranosio

Desossiribosio: β-D-2-desossiribosio

• Citosina
• Uracile
• Timina
• Adenina (6-ammino purina)
• Guanina (2-ammino-6-ossi purina)

RNA: OH dà ingombro sterico, ma dona polarità alla molecola.

DNA: H non dà ingombro, sì ma conferisce idrofobicità.

Purine, pirimidine e zuccheri

Purina

Pirimidina

Zucchero + base → nucleoside

Ribosio: β-D-ribofuranosio

Desossiribosio: β-D-2-desossiribosio

• Citosina
• Uracile
• Timina
• Adenina (6-ammino purina)
• Guanina (2-ammino-6-ossi purina)

DNA: i CH₃ danno ingombro sterico, ma danno stabilità alla molecola.

RNA: i PH non danno ingombro sterico ma conferiscono idrofobicità.

Acidi nucleici

Nucleotide = Base + Zucchero + Fosfato

Nucleoside = Base + Zucchero

Si riconoscono due specie chimiche di acidi nucleici a seconda della componente zuccherina contenuta:

• DNA (acido desossiribonucleico)
• RNA (acido ribonucleico)

Ciascuno consiste di una catena polimerica, in cui le unità monomeriche sono legate da legami covalenti.

Ribosio nel RNA e 2-desossiribosio nel DNA.

La differenza risiede semplicemente nel gruppo 2' idrossido del ribosio nel RNA che nel DNA è sostituito da un atomo di H.

In un acido nucleico la connessione tra unità monomeriche successive avviene attraverso un gruppo fosfato attaccato al gruppo idrossilico del carbonio 5' di un'unità e il carbonio 3' nell'unità successiva → legame fosfodiestere.

Il gruppo fosfato è un acido forte con pKa ≈ 1, per questo DNA e RNA hanno natura acida: ciascun residuo porta carica negativa.

La capacità di conservare e trasmettere informazioni è data dalla natura degli eteropolimeri.

Ciascun monomero nella catena contiene una nucleobase sempre collegata al carbonio 1' dello zucchero.

DNA ha 2 basi puriniche: adenina e guanina e due pirimidiniche, citosina e timina. Nel RNA la timina è sostituita dall'uracile.

Il legame tra il carbonio 1' dello zucchero e l'azoto della base è detto glicosidico.

Tautomeria

Sono isomeri strutturali che differiscono solo per la posizione dei doppi legami e dei loro atomi di H.

La presenza dei doppi legami coniugati negli anelli purinici e pirimidinici fa sì che le basi assorbano frequentemente la luce nella regione ultravioletta dello spettro.

Un polinucleotide si può generare a partire dai suoi monomeri nucleotidici, eliminando una molecola d'acqua per ciascuna coppia di monomeri.

La variazione di energia libera è di circa +25 kJ/mol, quindi in ambiente acquoso l'equilibrio si trova spostato verso l'idrolisi del legame fosfodiestereo.

L'idrolisi di un polinucleotide è un processo termodinamicamente favorito → processo molto lento.

Tale caratteristica assicura che il DNA sia sufficientemente stabile da conservare l'informazione genetica.

Sia il DNA che l'RNA possono essere idrolizzati da enzimi detti nucleasi, che catalizzano l'idrolisi dei legami fosfodiesterici.

La sintesi di polinucleotidi coinvolge ribonucleosidi e deossiribonucleosidi trifosfati ad alto contenuto energetico. I nucleosidi monofosfati che si aggiungono a una catena in via di sintesi vengono presentati sotto forma di nucleosidi come l'ATP e il deossi_ ATP.

Esempio di come una reazione termodinamicamente favorita (idrolisi) porti ad una term. sfavorita (polimerizzazione).

Idrolisi degli acidi nucleici

Gli acidi nucleici possono essere sottoposti ad idrolisi alcalina mediante NH3 molto diluita (T non > a 150 °C).

Si ottengono così i nucleotidi, i quali contengono H_3O, N, C, P e possono essere ulteriormente idrolizzati con NH3 a 360°C.

Liberano nucleosidi e H3PO4.

L’idrolisi acida del nucleoside ci fornisce una base azotata e un monosaccaride.

Equilibrio tra forme tautomeriche

Uracile

• Lattame
• Lattime

Guanina

• Forma chetonica
• Forma enolica
• Semi-lattame: C2 e. Forma prima un solo OH

Timina

È presente nel DNA, ma talvolta può essere associata a ribosio nel tRNA - presenta 3 forme di isomeria come per l'uracile.

• Lattimica
• Semi-lattimica
• Lattamica

Struttura degli acidi nucleici

Catena polinucleotidica possiede un senso.

• Struttura 1aria: sequenza nucleotidica semplice: mRNA, DNA virale
• Struttura 2aria: Elica
• Struttura 3aria: DNA superavvolto plasmidico, RNA - transfer - ribosomiale
• Struttura 4aria: ribosomi

Chargaff

Chargaff sottopose le molecole di DNA di vari organismi a idrolisi acida, procedimento che portò alla liberazione di basi puriniche e pirimidiniche. L'analisi della composizione in basi di DNA presentava un'enorme regolarità. Tenendo conto dell'errore sperimentale, il contenuto % in mol di A era identico a quello di T, così come il contenuto di G era uguale a quello di C.

DNA umano contiene circa 30% di A e T, 20% di