|
Acizii nucleici
GENETICA este una dintre cele mai tinere ?tiin?e. Actul ei de na?tere a fost lucrarea lui GREGOR MENDEL “Cercet?ri asupra hibrid?ri plantelor”.
GENETICA este o ramur? a ?tiin?elor biologice care studiaz? ereditatea si variabilitatea organismelor vii.
Rolul ?i structura acizilor nucleici
Misteriosul factor transformator al doctorului GRIFFITH
În 1928, bacteriologul J. Griffith comunica la Cambridge o experien?? extrem de ciudat?.
Lucra de la un timp cu pneumococi, o specie de microbi care provoac? pneumonii la om ?i la animale. El poseda dou? tipuri de asemenea pneumococi, tipul II ?i III, care se deosebesc între ele prin caracteristici biochimice u?or detectabile. De asemenea, avea unele eprubete cu culturi virulente, care provoac? moartea ?oarecilor folosi?i în experimente, ?i alte eprubete cu culturi de pneumococi „blânzi”, care nu omorau ?oarecii. Pe medii de cultur?, pneumococii virulen?i formau colonio mici, netede, de forma „S”(„S” de la smooth=neted). Cei nevirulen?i formau colonii zbârcite la suprafa??, de forma „R”(rough=aspru).
Griffith a f?cut dou? suspensii de microbi:
prima con?inea pneumococi II R,nevirulen?i;
a doua con?inea pneumococi III S, virulen?i.
El nu dorea s? ucid? animalele, ci s? prepare un vaccin. Pentru acestea a
omorât prin c?ldur? microbii din buspensia b. Apoi a inoculat ambele suspensii unui lot de ?oareci albi de laborator ?i a asteptat.
Spre surprinderea lui Griffith, marea majoritate a ?oarecilor au murit, de?i prima suspensie le asusese microbi vii dar nepericulo?i, iar a doua numai cadavrele microbilor virulenti.
Contrariat la culme, cercet?torul o repetat experien?a de mai multe ori cu acela?i rezultat. Pentru a vedea ce microb a omorât soarecii, el a îns?mân?at pe medii de cultur? sânge din cordul ?oarecilor mor?i. A constatat c? pe medii crescuser? ?i se inmul?iser? pneumococi de tip III S pe care Griffith îi ?tia mor?i ?i verificase c? sunt morti.
Singura explica?ie a fenomenului era c? de la cadavrele pneumococilor III S a trecut „ceva” în celulele pneumococilor II R pe care i-a transformat în pneumococi de tip III S.
Acel „ceva” con?inea informa?ia ereditar? care, odat? ajuns? în organism, a func?ionat ?i a fost transmis? urma?ilor.
Acizii nucleici în centrul aten?iei
În 1943 se public? rezultatele unei ezperien?e cruciale în biologie. O.T.Avery,
C.Mc. Leod ?i M.Mc.Carty descoperiser? c? ADN extras din pneumococi III S îi transform? pe pneumococii II R în pneumococi III S, deci, ADN este misteriosul factor transformator al doctorului Griffith.
Ideea c? ADN este purt?torul informa?iei ereditare a fost confirmat? de multe alte experien?e de transformare genetic? efectuate pe bacterii, plante ?i animale.
J. Watson ?i F. Crick anun?? în 1953 c? au reu?it cu ajutorul razelor Roentgen s? descopere structura macromoleculei ADN. Modelul lor este confirmat de M. Wilkins ?i to?i vor fi distin?i cu premiul Nobel pentru medicin? ?i biologie(1962).
Structura acizilor nucleici
Acizi nucleici sunt substan?e macromoleculare formate prin înl?n?uirea unor molecule de nucleotide. De aceea ei se pot numi ?i polinucleotide.
Nucleotidele, la rândul lor, sunt alc?tuite din:
o baz? azotat?;
un zah?r;
un radical fosfat;
Bazele azotate sunt substan?e organice în care atomii de carbon ?i de azot sunt grupa?i în cicluri. Ele sunt de dou? feluri.
-bazele purinice au dou? cicluri condensate, însumând 5 atomi de C ?i 4 de N. Ele sunt: adenina(A) ?i guanina(G), prezente ?i în ADN ?i în ARN
-bazele primidinice au un singur ciclu cu 4 atomi de C si 2 de N. Ele sunt citozina(C), prezent? ?i în ADN ?i în ARN, timina(T) numai în ADN ?i uracilul(U) numai în ARN.
Zah?rul este un monozaharid cu 5 atomi de C(o pentoz?). El d? numele celor dou? tipuri de acizi nucleici: riboza(R) în ARN ?i dezoxiriboza(D) în ADN.
Radicalul fosfat(P) formeaz? leg?turi esterice cu pentozele. Leg?tura se face între al cincelea atom de carbon al unei pentoze ?i al trilea atom de carbon al pentozei urm?toare legând nucleotidele între ele ?i formând catene(lan?uri) polinucleotidice.
Cele trei componente se grupeaz? astfel:
În ADN: În ARN:
A – D – P 1) A – R – P
G – D – P 2) G – R - P
C – D – P 3) C – R -P
T – D – P 4) U – R – P
Observ?m atunci c? exist? 4 tipuri de nucleotide pentru fiecare tip de
acid nucleic. Ele sunt echivalente cu 4 litere ale unui alfabet. Alinierea lor într-o anumit? ordine d? con?inutul informa?iei ereditare. Un alfabet de 4 semne este suficient pentru a stoca o cantitate nelimitat? de informa?ie. Se ?tie c? limbajul calculatoarelor electronice utilizeaza numai dou? semne:0 ?i 1.
ADN – spirala vie?ii
Molecula de ADN este format? din dou? catene polinucleotidice r?sucite una în jurul celeilalte în spiral?, cu bazele azotate spre interior. Totodat?, dac? pe o caten? într-un anumit punct , este adenina, pe catena opus? în dreptul adeninei este timina. Între ele sunt dou? leg?turi de hidrogen. În dreptul guaninei este citozina, între ele fiind trei leg?turi de de H. Adenina cu timina ?i ganina cu citozina formeaz? perechi, sunt complementare ?i se atrag între ele.
Privind cu aten?ie schema vie?i ve?i observa c? leg?turile C5’ŕ C3’ au sensuri opuse pe cele dou? catene(care sunt antiparalele). Acest am?nunt este foarte important deoarece informa?ia genetic? este lecturat? totodat? în sensuri C5’ŕ C3’.
În molecula de ADN complementaritatea dintre bazele purinice ?i cele pirimidinice ?ine cele dou? catene al?turate, oricât ar fi ele de lungi. Datorit? ei, molecula, este foarte stabil? de?i foarte complex?. De aici rezult? stabilitatea informa?iei eriditare f?ra de care via?a ar fi imposibil?. Leg?turile de H sunt mai slabe decât cele esterice ?i se rup dac? ADN este înc?lzit peste 100 grade C(denaturare) rezultând DN monocatenar. Prin r?cire treptat?, cele dou? catene se atrag datorit? complementarit??ii bazelor azotate ?i revin în vechile pozi?ii(renaturare). Dac? r?cirea este brusc?, ADN r?mâne denaturat.
Amestecând monocatene ADN de origini diferite se formeaz? prin renaturare par?ial? hibrizi moleculari. Pocedeul este folosit de oamenii de stiin?? în studiul rela?iilor filogenetice dintre specii. Speciile înrudite au temperaturi apropiate de denaturare a ADN ?i realizeaz? o renaturare rapid? ?i de mari propor?ii când li se amestec? monocatenele deoarece secven?ele polinucleotidice sunt identice pe mari propor?i.
Ereditate nu presupune doar stocarea informa?iei genetice dar ?i transmiterea ei. ADN ca purt?tor de informa?ie are o proprietate care ?ine de îns??i esen?a vie?ii: se autocopiaz?!
Replica?ia(autocopierea) ADN are loc atunci când o celul? se preg?te?te de diviziune: cantitatea de ADN dublându-se, celulele fiice vor mo?teni în mod egal întreaga informa?ie genetic? de la celula mam?.
În acest proces intervin mai multe enzime. Una dinte ele este DN polimeraza. Ele ac?ioneaz? precum cursorul unui fermoar desp?r?ind cele dou? catene. Fiecare caten? atrage acum nucleotide libere care se aflau gata sintetizate în lichidul înconjur?tor. Datorit? complementarit??ii, nucleotidele libere se vor organiza formând o caten? nou? pe lânga fiecare din cele dou? catene vechi(care func?ioneaz? ca o matri??). Vor rezulta dou? molecule bicatenare de ADN, identice cu cea ini?ial?, fiecare având o caten? având o caten? veche ?i una nou? sintetizat?. Cele dou? catene ale macromoleculei de ADN nu se separ? tot de la începutul replic?rii. Separarea total? este treptat?, pornit? fiind din punctul de ini?iere al replic?rii ?i continuat? progresiv spre un punct terminus. Astfel, în plin proces de replicare, macromolecula de ADN cap?t? forma literei Y. Punctul de ramificare a macromoleculei de ADN se nume?te bifurca?ie de replicare.
Înalta fidelitate a replica?iei ADN asigur? transmiterea nealterat? a informa?iei genetice de la o geneta?ie de celule la alta, condi?ie esen?ial? a continuit??ii vie?ii.
Structura ?i tipurile de ARN
ARN-ul, spre deosebire de ADN, este o macromolecul? alc?tuit?, de regul?, dintr-o singur? caten? polinucleotidic? care se formeaz? tot prin leg?turile diestericedinte radicalul fosfat ?i pentoz?. Moleculele ARN nu pot avea dimensiuni foarte mari deoarece, cu cât cre?te num?rul nucleotidelor (peste câteva mii ) cu atât stabilitatea moleculei scade.
Sinteza ARN (transcrierea) se realizeaz? tot pe baza complementarit??ii bazelor azotate ca ?i în cazul replica?iei ARN. Cele dou? catene ale moleculei ADN se despart pe intervalul care urmeaz? a fi transcris, numai c? de data aceasta va ac?iona enzima ARN polimeraza. Acum se va transcrie numai una din catene din molecula ADN:catena sens care va servi ca matri??. Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementarit??ii vor con?ine riboz?. În dreptul adeninei de pe catena veche acum se va ata?a uracilul în catena nou sintetizat?.
Dup? formarea catenei, molecula ARN p?r?se?te locul transcrierii iar catenele ADN revin la pozi?ia ini?ial?.
ARN este purt?tor unic al informa?iei ereditare la virusurile ARN(ribovirusur) ?i la viroizi. Ace?tia din urm? au doar o molecul? mic? da ARN f?r? înveli? proteic. Ei produc unele boli la plante(boala tuberculilor fusiformi la cartofi).
La restul organismelor, ARN contribuie în diferite moduri la structura si func?ionarea materialului genetic existând de aceea mai multe tipuri de ARN.
ARN mesager(ARNm) are rolul de a copia informa?ia genetic? dintr-un fragment de ADN ?i de a o aduce, ca pe un mesaj, la locul sintezei proteice. Moleculele sunt todeauna monocatenare ?i au lungimi diferite, în func?ie de marimea moleculelor care urmeaz? a fi sintetizate.
ARN ribozomal(ARNr) intr? în alc?tuirea ribozomilor asociat cu diferite proteine. El este sintetizat tot prin transcrierea din ADN, dup? care catena ARNn se pliaz? formând por?iuni bicatenare datorit? complementarit??ii bazelor azotate. Un ribozom este format din dou? subunit??i care vor recunoa?te (tot pe baza complementarit??ii) ?i vor ata?a într ele nucleotidele de recunoa?tere de la începutul moleculei de ARNm. Ribozomii au fost descoperi?i de savantul George Emil Palade, laureat al premiului Nobel.
ARN de transfer(ARNt) este specializat pentru aducerea aminoacizilor la locul sintezei proteice. Molecula este format? din 70-90 de nucleotide. Are por?iuni bicatenare care îi dau forma unei frunze de trifoi. Are doi poli func?ionali:
unul la care se ata?eaz? un anumit aminoacid;
altul care con?ine o secven?? de 3 nucleotide care recunoa?te o anumit? secven?? a ARNm
unde se ata?eaz? pe baza complementarit??ii.
Alte tipuri de ARN intr? în constitu?ia cromozomilor atât la procariote cât ?i la eucariote.
|