ARN

ARN• ARN este un acid nucleic

care se gaseste in toate celulele vegetale si animale, avand un rol deosebit de important in procesele biologice, utilizand informatia ereditara purtata de catre acidul dezoxiribonucleic (AND) pentru a sintetiza proteinele.

Sinteza de proteine• Proces care consta in polimerizarea aminoacizilor, in

celule sau in vitro. Intr-o celula pot exista circa 10000 proteine care au rol esential in functionarea si reproducerea celulei si organismului. Biosinteza proteinelor se desfasoara in urmatoarele momente. In primul moment are loc transcriptia, care consta in sinteza ARNm (mesager) de catre una dintre catenele de ADN dintr-o gena. Acest ARNm are o structura complementara catenei de ADN matrice, reprezentand o “imagine in oglinda” a acestuia, o transcriere mecanica a codonilor catenei de ADN, respectiv a mesajului genetic, cu simboluri complementare. In al doilea moment are loc translatia care consta in migrarea ARNm in citoplasma si asocierea ARNm cu ribozomii activi in sinteza proteica. Catena de ARNm se fixeaza simultan prin absorbtie pe mai multi ribozomi la distanta intre ei de 300-350A, formand poliribozomi.

Sinteza de proteine

• In al treilea moment are loc activarea aminoacizilor, care consta in reactia unui aminoacid cu adenozin-trifosfat (ATP) catalizata de aminoacil-ARN sinteza, si formarea de aminoacil-adenilat (aminoacil AMP), care se ataseaza de o molecula de ARNt (de transfer), determinand aparitia unui complex aminoacil-ARNt. Acest complex este transportat in locul lui propriu in lantul proteic, determinat de ARNm din polizomi. Pe catena ARNm din polizom, se vor amplasa, la nivelul fiecarui ribozom, numai acele complexe aminoacil-ARNt care, pe bucla centrala, reprezentand anticodonul, poseda o secventa de trei ribonucleotizi complementara codonilor ARNm din complexul polizomului. In acest fel aminoacizii sunt legati enzimatic intr-o ordine impusa de ADN care a matritat ARNm si care joaca un rol direct in biosinteza proteinelor.

Sinteza de proteine

• In al patrulea moment are loc translatia, polimerizarea sau asamblarea aminoacizilor. Legatura se realizeaza intre gruparea COOH a primului aminoacil care reprezinta punctul activ al biosintezei progresive, cu gruparea NH2, a celui de al doilea aminoacil, in prezenta enzimei peptid-polimeraza, care catalizeaza formarea legaturilor peptidice intre aminoacizi; incorporarea aminoacizilor este ireversibila; iau astfel nastere lanturi polipeptidice care se elibereaza de polizom, prin translocarea ultimului complex aminoacil-ARNt de ultimul ribozom din polizom, cand acesta a ajuns in urma rotirii la extremitatea matricei mARN de care se detaseaza.Un lant polipeptidic se sintetizeaza intr-un minut.

Sinteza de proteine

Structura ARN• Este alcătuit dintr-un singur lanţ polinucleotidic şi are în

general o structură cu o singură catenă. Este un complex macromolecular, structural şi funcţional, similar în anumite privinţe ADN-ului. ARN-ul rezultă din polimerizarea unor ribonucleotide, care determină formarea unor lanţuri lungi, monocatenare (structura primară). Pe anumite porţiuni monocatena de ARN se poate răsuci în jurul ei, determinand aparitia unei structuri duble între secvenţele complementare de baze (structura secundară). Polimerizarea implică patru tipuri de ribonucleotide legate împreună prin legături fosfodiesterice în poziţiile 3’-5’. Componentul pentozic al ARN-ului este riboza, iar bazele azotate sunt: adenina, guanina, citozina şi uracilul. Există doua clase de ARN şi anume: ARN genetic, care controlează ereditatea la unii virusi, şi ARN non-genetic care este implicat în sinteza substanţelor proteice.

Structura ARN

Structura ARN

• Există trei tipuri de acid ribonucleic celular prezente în toate celulele şi care, având structuri şi funcţii diferite, joacă un rol esenţial în biosinteza proteinelor. Aceste tipuri sunt: acidul ribonucleic mesager - ARNm, acidul ribonucleic solubil sau de transfer - ARNs sau ARNt şi acidul ribonucleic ribozomal – ARNr. In celule se găseşte o mare cantitate de ARNr (80-90% din ARN-ul celular), ARNt în proporţie de 10-15% şi o cantitate mica de ARNm (mai puţin de 5%).

ARNm

• ARN mesager (ARNm) este sintetizat in timpul transcriptiei mesajului genetic de pe o catena de ADN si serveste ca tipar pentru sinteza proteinelor. A fost gasit in stransa legatura cu ADN-ul cromozomal. ARNm are urmatoarele caracteristici: este foarte repede sintetizat, are o singura catena, complementara uneia dintre catenele ADN-ului propriu, la nivelul careia a fost sintetizat. In ARNm mesajul este inscris codificat in codoni care contin triplete de baze azotate (ribonucleotizi). La capatul 3’, moleculele de ARNm contin o secventa de acid poliadenilic-poly-A (intre 70-250 nucleotizi). Aceste “cozi” poly-A sunt adaugate posttranscriptional. Terminatia 5’ a ARNm sunt blocate prin aditia unor capete de m7 Gppp (7-metilguanozine reziduale legate de mARN prin legaturi trifosfat).

ARNt• ARN solubil, de transfer sau adaptor. (ARNs /

ARNt) este similar ca structura cu orice acid ribonucleic. Este caracterizat printr-o slaba polimerizare , are rolul de a activa enzimele din citoplasma. Apoi reactioneaza cu aminoacizii specifici –prin formarea gruparilor aminoacil-ARNs- care sunt transferati la locul de biosinteza a proteinelor: complexe ARNm-ribozomi sau poliribozomi. Anumite parti din catena de ARNs, constituite din serii scurte de nucleotizi, reprezinta bazele complementare ale codului ARNm pentru un aminoacid caracteristic. In asemenea portiuni reprezentate de tripleti de baze, denumite anticodoni, ARNs-ul diferitelor specii este identic. Faptul ca in citoplasma exista toti sau aproape toti cei circa 20 de aminoacizi proteici, presupune ca trebuie sa existe un numar de minimum 20 de tipuri de ARNs, cate unul pentru fiecare aminoacid (maximum 64, cati codoni se pot forma de cele patru baze azotate).

ARNt

• Moleculele de ARNs constau dintr-o singura catena, alcatuita din 75-80 de ribonucleotizi. La un capat al catenei (capatul 5’) se gaseste acid guanilic (G), iar la capatul 3’ se gaseste un triplet format din bazele CCA (citozina-citozina-adenina). Intre bratul scurt, cu G, si bratul lung la nivelul primului nucleotid C, se formeaza punti de hidrogen. Regiunile bicatenare includ trei bucle monocatenare intermediare. Regiunea de curbura a lantului polinucleotidic reprezinta celalalt capat al moleculei de ARNs. Curbura este constituita dintr-un segment de trei nucleotizi necomplementari, deci legati prin punti hidrogenice. Acest triplet de baze a capatat denumirea de anticodon tocmai pentru a indica complementaritatea lui fata de codonii ARNm. 

ARNr

• ARN ribozomal (ARNr). Una din caracteristicile principale care deosebeste ARNr de celelalte tipuri de ARN consta in aceea ca el apare intotdeauna legat de proteine. Lantul ARNr-ului este constituit atat din portiuni monocatenare cat si din portiuni bicatenare helicoidale cu bucle monocatenare. In lantul polinucleotidic al ARNr-ului raportul molar intre bazele azotate componente este in favoarea bazelor purinice. Astfel continutul in adenina/uracil=21:19, guanina/citozina=36:25, iar raportul general purine/pirimidine circa 1,3. Molecula de ARNr are peste 1000 de nucleotizi.

Alte tipuri de ARN

• ARN viral

• ARN recombinat

Alte tipuri de ARN• ARN Viral este materialul genetic al ribovirusilor : unii

bacteriofagi, unele virusuri vegetale (virusul mozaicul tutunului) si unele virusuri animale (virusul turbarii, poliomielitei, gripal, stomatitei veziculare, etc). Replicarea ARN virual este asigurata de celula gazda sub actiunea unei enzime (ARN polimeraza) numita ARN replicaza sau ARN sintetaza. ARN viral este purtator unic al informatiei erediatre si la viroizi (au doar o molecula mica de ARN, fara invelis proteic) dar si la retrovirusuri. In cazul retrovirusurilor, replicarea ARN se realizeaza cu ajutorul enzimei reverstranscriptaza. Acesta este o ADN polimeraza care utilizeaza o matrita ARN pentru sinteza unei catene de ADN. In prima etapa rezulta un hibrid molecular ARN-ADN, dar care este hidrolizat ARN si ADN complementar este trecut sub forma bicatenara. Descoperirea reverstranscriptiei a contribuit la intelegerea mecanismelor de transformare maligna (carcinogeneza) si totodata a demonstrat ca informatia genetica nu circula intr-o directie unica ADN→ARN→proteine, ci si de la ARN→ ADN.

Alte tipuri de ARN

• ARN recombinat – este o molecula de ARN care rezulta prin unirea unor fragmente diferite de catre o ARN ligaza.

Sinteza de ARN

• ARN-ul este sintetizat într-un proces numit şi transcriptie. În acest proces, secvenţele ADN sunt copiate de enzime (ARN polimerază), pentru a produce ARN complementar. Enzima are rolul de a desface dublul helix al ADN-ului, fiecare jumătate fiind transcripţionată. Sinteza ARN-ului (transcripţia) se realizează pe baza complementarităţii bazelor azotate ca şi în cazul replicaţiei ADN-ului. Cele două catene ale macromoleculei de ADN se despart, pe intervalul care urmează a fi transcris, numai că de data aceasta va acţiona ARN polimeraza. Acum se va transcrie numai una din catenele moleculei de ADN.

Sinteza de ARN

• Catena de ADN care funcţionează ca matriţă pentru sinteza ARN-ului se numeşte catenă sens. Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementarităţii vor conţine riboza. În dreptul adeninei de pe catena matriţă se va ataşa uracilul în catena nou sintetizată. Polimerizarea de ribonucleotide în transcripţie se desfăşoară în acelaşi sens ca reacţia de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din cadrul replicaţiei ADN-ului şi anume de la 5' la 3'. ARN-ul având o molecula monocatenară, frecvenţa erorilor este mult mai mare decat la ADN,replicându-se cu o fidelitate mult mai redusă, deoarece in cazul ARN-ului nu există un proces de reparare, iar frecvenţa mare a erorilor duce la o mare variabilitate genetică.