Structura și Sinteza ARN

Acidul ribonucleic (ARN) este, ca și ADN-ul, un polinucleotid format prin copolimerizarea ribonucleotidelor. Un ribonucleotid este format dintr-o bază azotată o pentoză și un fosfat. Pe de o parte, acizii ribonucleici reprezintă materialul genetic al anumitor tipuri de virusuri (numite virusuri ARN). Pe de altă parte, în celule, moleculele de ARN îndeplinesc diverse funcţii metabolice, dintre care cele mai importante sunt legate de traducerea informaţiei genetice din secvenţă de nucleotide în secvenţă de aminoacizi, adică în sinteza de proteine.

Bazele azotate heterociclice din compoziția ARN diferă ca proporție în funcție de proveniența biologică (specie.organ ,țesut) și rolul funcțional în sinteza proteică (tipul de ARN) . În mare majoritate a cazurilor ARN prezintă o strcutură monocatenară, există însă și structure bicatenare rezultate prin plierea lanțului poli heteronucleotidic. În cadrul unei descrieri generale se pot distinge două categorii de ARN diferite structural și funcțional : ARN – viral constituind substratul erediar al ribovirusurilor; ARN cellular format din molecule diferite care decodifică și vehiculează informația în cadrul biosintezei proteice.

Din punct de vedere chimic, există trei diferenţe majore între acizii ribonucleici şi ADN:

- zaharul din ARN (riboza) conţine o grupare hidroxil în plus faţă de deoxiriboză (prezentă în ADN);

- în majoritatea moleculelor de ARN timina din ADN este înlocuită cu uracil;

- în cele mai multe cazuri, moleculele de ARN sunt formate dintr-o singură catenă polinucleotidică, spre deosebire de majoritatea moleculelor de ADN, care sunt dublu-catenare; chiar şi moleculele de ARN monocatenare pot forma structuri secundare şi terţiare (Figura 2.11);

- unele molecule de ARN (în mod special, ARNt) mai conţin şi o serie de baze azotate modificate, de exemplu pseudouridina, dihidrouridina, riboziltimina, inozina.

Structura Arn-ului

Molecula de ARN este monocatenară (este alcătuită dintr-un singur lanț polinucleotidic). Este un complex macromolecular similar, structural și funcțional, în multe privințe ADN-ului. ARN-ul rezultă din copolimerizarea ribonucleotidelor, care determină formarea unor lanțuri lungi, monocatenare.

Structura primară

Natura legăturii internucleotidice s-a stabilit prin analiza produșilor de hidroliză alcalină ai ARN. Astfel s-a concis că în cele mai multe cazuri legătura fosfodiesterică din lanțul monocatenar se realizează la Cɜ́ și Cƽ́ ai ribozeii din merii heteroribonucleotidici. Prima determinare completă a structurii primare a unui acid ribonucleic s-a făcut asupra ARN de transfer al alaninei izolat de la levuri. La ARNt al alaninei au fost decelați 77 de aminoacizi.

În scindările enzimatice degradative se urmărește adesea determinarea naturii grupelor terminale ale catenei poliheteronucleotidice și exciziile intercatenare.

Exciziile legăturilor internucleotidice la ARN sunt condiționate de metodologie. În lanțul poliheteronucleotidic grupările fosfat se pot protoniza eliberând H din grupare –OH liberă. Astfel întregul lanț poate dobândi un character polianionic. Această proprietate, adesea exploatată în investigațiile analitice ,prezintă interes și sub raportul activității biologice.

Structura secundară

La ARN definirea structurii secundare a fost mai puțin cercetată, comparative cu ADN.

Se cunoaște totuși existența unor structuri secundare la unele molecule de ARNt.

Existența unor perechi de baze în lanțul ARN a fost sugerată de observațiile privind comportarea acestei macromolecule în condițiile modificării tăriei ionice a mediului.Astfel, sa observant că la creșterea tăriei ionice lanțurile poliheteroribonucleotidice se micșorează, fenomenul fiind caracterizat de depresia vâscozității intrinseci și creșterea constanței de sedimentare. Aceste modificări fizico-chimice reflectă existența unor perechi nucleobaze în anumite regiuni dicatenare ale lanțului ARN. Structuri secundare , caracteristice ARN , în care se imaginează complementaritatea perechilor de nucleobaze, au fost imaginate de Spirin (1963) și Fresco (1963) .

Cercetările întreprinse în anii următori au condus la determinare structurii primare completate la ARNt al alaninei , au evindențiat și faptul că există patru zone în care există nucleobaze complentare.Această constatare a adus primele dovezi asupra existenței structurii secundare la acidul ribonucleic. Astfel s-au remarcat patru zone complentare care generează o structură secundară denumită ʺrigidăʺ menținută de douăzeci de legături de hidrogen.Între zonele complementare se află așa numitele ʺbucleʺ . În acest fel molecula de ARNt a alaninei prezentată mai sus are imaginea unei frunze de trifoi , de unde și numele de structură în treflă.Apariția structurii secundare, cu legături de hidrogen specifice , este atestată și de posibilitatea asocierii lanțurilor monocatenare poli (A) si poli (U) . Se formează astefl un complex bicatenar poli(A)-poli(U).

Cercetându-se preparate naturale de ARNr , și ARN din virusul mozaicului tutunului , sa concis că lanțurile macromoleculare prezintă pe anumite porțiuni plieri care fac posibilă apariția legăturilor de hidrogen între perechile de baze A-U și G-C , confirmându-se existența unei structuri secundare. În ansamblu se remarcă la catena poliheteronucleotidică prezența unor regiuni monocatenare alternând cu scurte regiuni dicatenare în care apar perechile de baze A-U și G-C. În formarea regiunilor dicatenare sunt angajate cca. 40-70% din ribonucleotidele constituente . Un număr valabil de monoribonucleotide intră în structura diferitelor tipuri de ARN.