Acizii nucleici

Acizii nucleici sunt molecule alcătuite din lanțuri de nucleotide. ADN-ul și ARN-ul au în comun structura de nucleotide (pentoză, grupare fosfat și baze azotate), dar diferă prin tipul de pentoză, una dintre baze și rolurile obișnuite. Secvența bazelor poartă informație biologică.

Există mai multe tipuri de ARN: mesager, de transfer și ribozomal, la care se adaugă ARN-uri care participă la reglarea activității genelor. ADN-ul nu se află numai în nucleu, iar ARN-ul nu este întotdeauna monocatenar în orice organism. Într-o schemă, identifică nucleotidul, catena și bazele complementare. Lecțiile Funcțiile autocatalitică și heterocatalitică ale ADN și Organizarea materialului genetic explică funcțiile și organizarea ADN-ului; mitoza arată cum ADN-ul replicat se împarte între celulele-fiice, iar nucleul este descris în lecția despre componentele celulei.

Nucleotidele: structura primară

ADN-ul este un polimer: o catenă lungă de nucleotide. Un nucleotid cuprinde o pentoză, o bază azotată legată de carbonul 1′ al pentozei și un rest fosfat legat de carbonul 5′. Bazele sunt de două feluri: purinice (adenina și guanina, cu două inele) și pirimidinice (citozina, timina și uracilul, cu un singur inel). Fiecare pereche A–T sau G–C asociază deci o purină cu o pirimidină.

Nucleotidele se leagă prin legături fosfodiesterice între gruparea hidroxil din poziția 3′ a unui nucleotid și gruparea fosfat din poziția 5′ a nucleotidului următor. Fiecare catenă are astfel un capăt 5′, cu fosfat liber, și un capăt 3′, cu hidroxil liber. Structura primară a ADN este succesiunea nucleotidelor de-a lungul catenei, iar ordinea bazelor este chiar informația genetică.

Dublul helix: structura secundară

În 1953, James Watson și Francis Crick au propus modelul ADN-ului, pe baza datelor de difracție cu raze X ale lui Rosalind Franklin și Maurice Wilkins: două catene înfășurate una în jurul celeilalte, ca o scară răsucită. Structura secundară descrie asocierea catenelor complementare prin perechile de baze. Bazele stau în interior și se leagă două câte două prin legături de hidrogen, numai în perechile A–T (legătură dublă) și G–C (legătură triplă); legăturile de hidrogen mențin dubla elice, alături de interacțiunile de stivuire dintre bazele azotate, iar legăturile fosfodiesterice asigură continuitatea fiecărei catene. Cele două catene sunt complementare: dacă știi una, o poți scrie pe cealaltă. Ele sunt și antiparalele: una este orientată 5′→3′, cealaltă 3′→5′.

Dubla elice are un pas de 3,4 nm la o spiră, cu 10 perechi de baze pe spiră, deci 0,34 nm pe pereche.

Conform regulilor lui Chargaff, în ADN bicatenar $A=T$, $G=C$ și $A+G=T+C$ pentru întreaga moleculă. Dacă o catenă conține $A$ într-o poziție, catena complementară conține $T$ acolo. Chargaff a stabilit aceste egalități analizând ADN-ul din specii diferite; raportul $\frac{A+T}{G+C}$ este caracteristic fiecărei specii.

Replicarea: funcția autocatalitică

Înainte de fiecare diviziune, ADN-ul se copiază. Legăturile de hidrogen dintre baze se desfac, catenele se separă, iar fiecare servește drept tipar pentru o catenă nouă, construită din nucleotide libere după regula complementarității. Rezultă două molecule identice, fiecare cu o catenă veche și una nouă; de aceea replicarea se numește semiconservativă. Așa primește fiecare celulă-fiică, la mitoză, aceeași informație genetică.

ARN-ul și sinteza proteinelor: funcția heterocatalitică

ADN-ul nuclear nu iese din nucleu; informația lui este copiată într-un ARN, prin transcripție. ARN-ul este de regulă monocatenar, dar o catenă se poate plia prin împerecheri între regiuni complementare ale ei, ceea ce îi permite roluri catalitice sau de reglare. Există trei tipuri principale de ARN:

• ARN-ul mesager (ARNm) copiază informația unei gene și o duce la ribozomi;
• ARN-ul de transfer (ARNt) aduce aminoacizii la ribozomi; fiecare ARNt are un anticodon, complementar unui codon. Pliat în forma unei frunze de trifoi, ARNt are o buclă a anticodonului și, la capătul $3^{\prime }$, secvența CCA, la care se leagă aminoacidul;
• ARN-ul ribozomal (ARNr) intră, alături de proteine, în structura ribozomilor.

În celulă, ARN-ul ribozomal reprezintă aproximativ 80% din ARN-ul total, ARN-ul de transfer aproximativ 15%, iar ARN-ul mesager aproximativ 5%.

Pe ribozomi, succesiunea codonilor din ARNm este tradusă într-o succesiune de aminoacizi; etapa se numește translație (traducere). Fluxul informației este, deci, ADN → ARN → proteină.

Codul genetic

Patru tipuri de nucleotide, luate câte trei, dau 4 × 4 × 4 = 64 de codoni. 61 dintre ei codifică cei 20 de aminoacizi, iar 3 (UAA, UAG, UGA) sunt codoni stop, care încheie sinteza. Codonul AUG codifică metionina și marchează de obicei începutul sintezei. Codul genetic este universal (același, cu foarte puține excepții, la aproape toate organismele) și degenerat: majoritatea aminoacizilor au mai mulți codoni, dar un codon corespunde unui singur aminoacid.

Clasa a VIII-a și clasa a IX-a

La clasa a VIII-a se studiază noțiuni generale: ADN-ul se află în cromozomi, iar o genă este o porțiune de ADN care determină un caracter. La clasa a IX-a, pe programa nouă, acizii nucleici se studiază printre moleculele vieții, iar relația ADN–ARN–proteine este introductivă.

Exemple rezolvate

Exemplul 1: catena complementară și ARN-ul mesager

O catenă de ADN are secvența 5′-ATGCCTAG-3′. Scrie catena complementară și ARNm transcris după catena complementară.

1. Pui sub fiecare bază perechea ei: A–T, T–A, G–C, C–G. Catena complementară este 3′-TACGGATC-5′.
2. ARNm se formează după catena 3′-TACGGATC-5′, cu U în loc de T: 5′-AUGCCUAG-3′.

Verificare: ARNm are aceeași secvență ca prima catenă de ADN, cu U în loc de T.

Exemplul 2: câte nucleotide de fiecare fel?

Un fragment de ADN bicatenar are 600 de nucleotide, dintre care 180 conțin adenină. Află numărul nucleotidelor cu timină, guanină și citozină și numărul legăturilor de hidrogen.

1. A = T, deci sunt 180 de nucleotide cu timină.
2. Restul nucleotidelor: 600 − 180 − 180 = 240, împărțite egal între G și C: 120 cu guanină și 120 cu citozină.
3. Perechile A–T sunt 180, fiecare cu 2 legături de hidrogen: 360. Perechile G–C sunt 120, fiecare cu 3 legături: 360.
4. Total: 360 + 360 = 720 de legături de hidrogen.

Verificare: 180 + 180 + 120 + 120 = 600 de nucleotide, adică 300 de perechi.

Exemplul 3: câți aminoacizi?

Porțiunea care se traduce dintr-un ARNm are 93 de nucleotide, inclusiv codonul stop de la capăt. Câți aminoacizi are proteina formată?

1. Codonii: 93 : 3 = 31.
2. Codonul stop nu codifică niciun aminoacid, deci rămân 31 − 1 = 30 de aminoacizi.

Exemplul 4: procentele bazelor

Într-o moleculă de ADN bicatenar, 30% dintre nucleotide conțin adenină. Ce procent conțin guanină?

1. T = A = 30%, deci A + T = 60%.
2. G + C = 100% − 60% = 40%, iar G = C, deci guanina este 20%.

Controlul: $A+G=30+20=50\%$ și $T+C=30+20=50\%$.

Exemplul 5: legături și lungime

Un fragment de 100 de perechi de baze conține 30% perechi G–C.

1. Perechi G–C: 30, cu câte trei legături de hidrogen: $30\cdot 3=90$.
2. Perechi A–T: 70, cu câte două legături: $70\cdot 2=140$.
3. Număr total de legături de hidrogen: $90+140=230$.
4. Lungimea fragmentului: $100\cdot 0,34\text{nm}=34\text{nm}$. Un fragment cu mai mult G–C este mai stabil termic, deoarece are mai multe legături de hidrogen.

Unde apare la examen

• Bacalaureatul, Anatomie și fiziologie umană, genetică și ecologie umană: programa de clasa a XII-a include compoziția chimică a acizilor nucleici, structura primară și secundară a ADN-ului, tipurile de ARN, cu structura și funcțiile lor, și funcțiile autocatalitică și heterocatalitică (programa de examen, anexa 2 la OMECTS 4800/2010). La sesiunea din iunie–iulie 2026, varianta 3 a avut la Subiectul al II-lea o problemă de 18 puncte despre sinteza proteinelor: rolurile a doi acizi nucleici, numărul nucleotidelor cu timină dintr-un fragment de ADN bicatenar, numărul legăturilor duble și triple și catena complementară (subiectele și baremele Bac 2026).
• Bacalaureatul, Biologie vegetală și animală: la nucleu, programa include tipurile și rolul acizilor nucleici (programa de examen, anexa 2 la OMECTS 4800/2010).
• Admiterea la Medicină, UMF „Carol Davila”: genetica moleculară de clasa a XII-a nu face parte din tematică, limitată la manualul de clasa a XI-a (tematica și bibliografia de admitere 2026).

Greșeli frecvente

• Greșit: Timina apare în ARN.
  Corect: ARN-ul are uracil; complementara adeninei la formarea ARN-ului este U.
• Greșit: A = T înseamnă că A = G.
  Corect: Egale sunt numai bazele complementare, A cu T și G cu C; proporția A față de G diferă de la o specie la alta.
• Greșit: Perechile A–T și G–C au același număr de legături de hidrogen.
  Corect: A–T are două legături de hidrogen, G–C trei.
• Greșit: La un fragment bicatenar, nucleotidele se numără pe o singură catenă.
  Corect: Când enunțul spune „fragment bicatenar”, numărul de nucleotide include ambele catene.
• Greșit: Codonul și anticodonul sunt același lucru.
  Corect: Codonul este pe ARNm, anticodonul pe ARNt.
• Greșit: Codonul stop se numără ca aminoacid.
  Corect: Stop înseamnă sfârșitul sintezei, nu un aminoacid.
• Greșit: Toate moleculele de ARN sunt ARN mesager.
  Corect: Există și ARN de transfer, ribozomal și alte tipuri.
• Greșit: Un nucleotid este o genă întreagă.
  Corect: Nucleotidul este o unitate structurală; o genă cuprinde o secvență de nucleotide.
• Greșit: Într-un ADN bicatenar, raportul A+T/G+C este egal cu 1.
  Corect: Egalitățile sunt A = T și G = C; raportul (A+T)/(G+C) variază de la o specie la alta.

Înainte și după

Întrebări frecvente