Acidul dezoxiribonucleic (ADN)

Molecula de ADN este bicatenara, fiind formata din doua lanturi polinucleotidice (catene), infasurate elicoidal in jurul unui ax comun, formand astfel, un dublu helix. Aceasta structura bicatenara, a moleculei de ADN, constituie strctura secundara a ADN.

Cele doua catene ale ADN sunt antiparalele, o catena fiind orientata in sensul 5′-3′, iar cealalta catena in sensul 3′-5′.

Legaturile secundare din molecula de ADN sunt reprezentate de legaturile de hidrogen dintre bazele azotate ale celor doua catene, legaturi care se stabilesc oe vaza de complementaritate astfel

baza\qquad azotata\qquad purninica \\
\overset{se \qquad leaga}{\rightarrow}
\\baza\qquad azotata\qquad purimidinica

A= T
G\equiv C

cele doua catene ale moleculei ADN sunt complementare.

In molecula ADN exista patru tipuri de legaturi.

A=T
T=A

G\equiv C
C\equiv G

Legaturile triple dintre guanina \equiv citozina ofera o stabilitate mai mare regiunilor ADN bogate in aceste baze azotate decat celelalte.

Model structural : 2 parti.

  • parte fixa (schelet) – pentoza + fosfat dispuse la exteriorul helixului.
  • parte variabila – baze \qquad azotate\qquad hidrofobe dispuse in interiorul structurii.

 

Denaturare si renaturare ADN

Constra in ruperea legaturilor de hidrogen dintre perechile de baze azotate complementare si separarea celor doua catene ale ADN-ului. Astfel, prin denaturare, ADN-ul devine monocatenar.

Toti agentii fizici sau chimici care determina conversia ADN bicatenar in ADN monocatenar sunt considerati agenti denaturanti.

Se realizeaza prin incalzirea moleculelor de ADN pana la temperaturi relativ ridicate (aprox. 800C). Prin racirea brusca a solutiei, ADN-ul ramane monocatenar (ADN denaturat), iar prin racire treptata, ADN-ul devine renaturat.

Moleculele de ADN care contin mai multe perechi de guanina \equiv citozina (mai multe punti triple de hidrogen) denatureaza mai greu decat cealalta.

Folosindu-se un amestec de ADN monocatenar provenit de la specii diferite se pot realiza hibrizii moleculari de ADN bicatenar. Prin realizarea acestor hibrizi de tip ADNADN, se poate determina gradul de complementaritate a nucleotidelor si astfel, inrudirea filogenetica a speciilor de la care provine ADN-ul. Cu cat speciile sunt mai inrudite, cu atat renaturarea se realizeaza mai repede si intr-o proportie mai mare. Hibridarea moleculara ADN-ARN permite localizarea, in ADN, a genelor care determina sinteza diverselor tipuri de ARN.

Functiile ADN

Sunt doua: functia autocatalitica si functia heterocatalitica.

1. Functia autocatalitica sau replicarea ADN:

  • replicarea ADN consta in multiplicarea moleculelor de ADN si reprezinta functia autocatalitica a ADN-ului.
  • pentru explicarea procesului de replicare al ADN-ului au fost imaginate mai multe modele cum ar fi:
    • replicarea conservativa confomr careia moleculele noi de ADN se formeaza “de novo”, prin asamblarea unor nucleotide libere;
    • replicarea semiconservativa, singura care a fost demonstrata experimental. Conform acestui model, ADN-ul dublu catenar se desface in cele doua catene componente, care, fiecare in parte, serveste drept matrita pentru sinteza unei noi catene de ADN, pe baza de complementaritate. Deoarecem fiecare molecula de ADN nou-formata (fiica) contine o catena din molecula de parentala si una nou-sintetizata, procesul de replicare a fost denumit semiconservativ. In procesul de replicare intervine enzima ADN-polimeraza, care contribuie la insiruirea nucleotidelor complementare in catena nou sintetizata. Acest model de replicare semiconservativa asigura o mare acuratete, moleculele fiice fiind identice cu moleculele parentale, astfel informatia genetica se transmite fidel, fara modificari.

2. Functia hetrocatalitica sau sinteza proteica

  • Proteinele indeplinesc, in celule, roluri structurale, intrand in alatuirea unor componente celulare si roluri functionale, enzimele fiind proteice care catalizeazadiferite reactii chimice ce au loc in celule.
  • Sinteza proteica este un proces prin care, la nivel celular, se formeaza proteinele necesare mentinerii structurilor celulare si functionarii celulei.
  • Dogma centrala a geneticii moleculare considera ca, in procesul de sinteza proteica, informatia din ADN este copiata in ARN si apoi este tradusa in proteine.

ADN\rightarrow ARN \to proteine

  • Informatia genetica necesara sintezei de proteine se afla in moleculele de ADN din nucleu, de aceea scoaterea nucleului unei celule face imposibila realizarea sintezei de proteine in acea celula.
  • Studii comparative ale unor proteine normale si mutante au aratat ca, intre secventa nucleotidelor din ADN si secventa din aminoacizi din molecula proteica, exista o stransa corelatie, fenomen numit colinearitate.
  • Codul genetic este alcatuit din 64 de unitati de codificare numite codoni.
  • Codonul este alcatuit din trei nucleotide succesive din macromolecula acizilor nucleici.
  • Fiecare codon are capacitatea de a determina includerea unui anumit aminoacid in catena proteica ce se sintetizeaza.

ADN \overset{transcriere}{\rightarrow} ARNm \\ \hspace{35pt}\hspace{35pt}\hspace{62pt}ARN r \\<br /><br />
\hspace{35pt}\hspace{35pt}\hspace{62pt}ARN t      \overset{translatie}{\rightarrow} proteine

Sinteza proteica

Este un proces complex, ce se realizeaza in doua etape: transcriptia si translatia.

  • Transcriptia
    • Consta in copierea informatiei genetice dintr-o catena de ADn intr-o molecula de ARNm. In transcriptie intervine enzima ARN polimeraza.
    • De asemenea, prin transcriptie se sintetizeaza si moleculele de ARNt si ARNr, care sunt necesare in procesul de sinteza de proteine. Deci, sinteza moleculelor de ARN se realizeaza prin transcrierea informatiei genetice corespunzatoare din ADN. Acest proces are loc in nucleu.
    • La eucariote, prin transcriere, este copiata intr-o molecula de ARNm, informatia genetica continuta intr-o singura gena. Structura genei la eucariote este discontinua, gena fiind formata din exoni (secvente informationale) si introni (secvente noninformationale.
      Astfel:

      • initial, are loc sinteza unui ARN mesager precursor (ARNpm), care copiaza gena integral cu introni si exoni;
      • ulterior, are loc procesul de maturare a ARNpm, prin eliminarea intronilor si ansamblarea exonilor, obtinandu-se ARNm. Pentru aceasta, molecula de ARNpm este taiata de enzime specifice, iar ulterior, cu ajutorul ligazelor, sunt asamblati numai exonii. Astfel, se formeaza ARNm matur care trece din nucleu in citoplasma. Procesul de maturare a ARN-ului este necesar pentru a reduce dimnesiunile moleculei si pentru a se asigura fidelitatea traducerii. Prezenta intronilor ar determina includerea unor aminoacizi suplimentari in catena proteica, deci sinteza unei proteine diferite de cea codificata in informatia genetica din ADN.
    • La procariote, prin transcriere, este copiata informatia genetica a mai multor gene. Structura genei la procariote este continua (contine numai secvente informationale), ca urmare se sintetizeaza direct ARNm matur..

 

  • Translatia
    • Consta in traducerea mesajului genetic din ARNm intr-o catena proteica.
    • Deci, prin translatie, o secventa din ARNm este transformata intr-o secventa din ARNm este transformata intr-o secventa de aminoacizi din catena polipeptidica ce se sintetizeaza.
    • Translatia se realizeaza in trei etape : initierea sintezei, elongarea catenei proteice, terminarea sintezei proteice.
      • Initierea sintezei proteice, etapa in care se realizeaza activarea aminoacizilor existenti in citoplasma si formarea complexului ARN t ~ aminoacil, astfel: aminoacizii (AA) sunt activati in urma reactiei cu molecula de ATP (donatoare de energie), sub influenta enzimelor aminoacil-sintetaze. Ca urmare, aminoacidul se leaga de adenozinmonofosfat (AMP).
        AA + ATP \to AA \sim \qquad AMP + P\sim PUlterior, aminoacizii activati sunt transferati la ARNt, sub influenta aminoacil-sintetazelor, si se formeaza complexul ARNt ~ aminoacil.AA \sim AMP + ARNt \to ARNt \sim  aminoacil

        Tot in aceasta etapa, ARNm se fixeaza la ribozomi. ARNm prezinta un codon initial, numit codon START si un codon final, numit codon STOP.

      • Elongarea catenei proteice consta in formarea legaturilor peptidice intre aminoacizii a doua complexe ARNt~aminoacil prezente la ribozom. Formarea legaturilor peptidice intre aminoacizi este catalizata de enzima peptil-transferaza.ARNt_{1} \sim aminoacil + ARNt_{2} \sim aminoacil \\ \to aminoacil \sim aminoacil+ ARNt _{1}+ ARNt_{2}
      • Terminarea sintezei proteice consta in eliberarea catenei polipeptidice de la ultimul ARNt si disocierea robozomului de ARNm.

Concluzie

Desi in celule sunt doar 20 de aminoacizi proteinogeni, prin asamblarea lor in moduri diferite se realizeaza sinteza unui numar foarte mare de proteine.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *