Acizi nucleici

Acidul nucleic este o macromoleculă complexă, ce conține informația genetică din celula dată. Acesta este alcătuit din mii de nucleotide. Termenul de acid nucleic a fost propus pentru prima dată de Richard Altmann, pentru a desemna substanțele complexe pe care acesta le observase în nucleu.

Acizii nucleici sunt compuşi macromoleculari cu structură complexă şi mase moleculare cuprinse între câteva zeci de mii şi milioane. Sunt, împreună cu proteinele, componentele nucleoproteidelor, compuşi de importanţă biologică, existenţi în celulele vii. După provenienţa lor, respectiv după materialele din care au fost extrase, acizii nucleici erau consideraţi de două tipuri: acizi timonucleici (acizi nucleici din timus sau acizi nucleici animali) şi acizi zimonucleici (acizi nucleici din drojdie sau acizi nucleici vegetali). Întrucât s-a constatat că deosebirea dintre ei constă în natura componentului glucidic (acizii timonucleici conţin în molecula lor dezoxi-D-riboza, iar acizii zimonucleici conţin D-riboza), denumirile lor au fost înlocuite cu denumirile de acizi dezoxiribonucleici (ADN), şi acizi ribonucleici (ARN). Cercetări ulterioare au dovedit, însă, că aceste două tipuri de acizi nucleici sunt prezente în toate organismele vii, având rol important în desfăşurarea proceselor vitale normale şi patologice; acizii dezoxiribonucleici sunt substanţele de bază în aparatul genetic, care asigură ereditatea şi variabilitatea, pe când acizii ribonucleici au mai mult rol funcţional legat de sinteza proteinelor.

În celulă, acizi nucleici se găsesc asociaţi cu proteinele în nişte complexe numite nucleoproteine. Prin tratare, în anumite condiţii, cu acizi sau cu săruri, acizii nucleici se pot separa de proteinele respective. Odată separaţi, acizii nucleici sub forma lor de polimeri pot fi hidrolizaţi, în condiţii potrivite până la mononucleotide (pe scurt nucleotide), unităţile de bază, pietrele de construcţie ale acizilor nucleici. Mai departe, mononucleotidele pot fi hidrolizate până la fosfat şi nucleozide sau până la fosfat, pentoze şi baze purinice şi pirimidinice.

Pentozele sunt zaharuri. În ADN pentoza se numeşte deoxiriboză, iar în ARN pentoza se numeşte riboză.Nucleotid = bază + zahar + fosfat. În ADN adenina, deoxiriboza şi grupul fosfat formează acidul deoxiadenilic, iar în ARN adenina, riboza şi grupul fosfat formează acidul adenilicNucleozid = bază + zahar. În ADN adenina şi deoxiri-boza formează deoxiadenozina, iar în ARN adenina şi riboza formează adenozina

Mononucleotidele, sub acţiunea unui enzime, se reunesc (printr-o legătură fosfodiesterică între poziţiile 3’ şi 5’ din două pentoze succe-sive), şi formează macromolecula de ADN. Structura spaţială de ADN, structura secundară acceptată astăzi este cea stabilită de Watson-Crick. După modelul lor, molecula de ADN este formată din două lanţuri polinucleotidice care se înfă-şoară sub formă helicoidală în jurul unei axe comune.

Deoxiriboza Riboza Formulele chimice ale pentozelor din acizii nucleici.

Acid deoxiadenilic Acid adenilic Formulele chimice ale acidului deoxiadenilic şi acidului adenilic.

NucleozideNucleotidADNCODARNACID

DEOXIADENOZINADEOXIGUANOZINA

DEOXITIMIDINA

DEOXICITIDINA

AGTUC

ADENOZINAGUANOZINA

URIDINACITIDINA

ADENILICGUANILICTIMIDINICURIDILICCITIDILIC

Referat realizat de : Rizescu StefanClasa 12 A , noiembrie 2010

Cele două catene se răsucesc de la stanga la dreapta, deci sunt elice drepte. Grupările fosfat şi pentozele se găsesc spre exteriorul helixului în timp ce bazele purinice şi piridimice sunt dirijate spre interior. În interior, bazele aparţinând celor două catene, se împerechează (A-T,C-G) pe principiul complementarităţii şi se menţin aproximativ în acelaşi plan datorită legăturilor de hidrogen.

Numele tuturor nucleozidelor şi acizilor corespunzatori si prescurtările folosite sunt date în tabel

Fragment de lant ADN

Legături de hidrogen între bazele TIMINĂ şi ADENINĂ

Legături de hidrogen între bazele CITOZINĂ şi GUANINĂ Legături de hidrogen între bazele URACIL şi ADENINĂ

Misteriosul factor transformator al doctorului GRIFFITH : În 1928, bacteriologul J. Griffith comunica la Cambridge o experienţă extrem de ciudată. Lucra de la un timp cu pneumococi, o specie de microbi care provoacă pneumonii la om şi la animale. El poseda două tipuri de asemenea pneumococi, tipul II şi III, care se deosebesc între ele prin caracteristici biochimice uşor detectabile. De asemenea, avea unele eprubete cu culturi virulente, care provoacă moartea şoarecilor folosiţi în experimente, şi alte eprubete cu culturi de pneumococi „blânzi”, care nu omorau şoarecii. Pe medii de cultură, pneumococii virulenţi formau colonio mici, netede, de forma „S”(„S” de la smooth=neted). Cei nevirulenţi formau colonii zbârcite la suprafaţă, de forma „R”(rough=aspru). Griffith a făcut două suspensii de microbi:

a) prima conţinea pneumococi II R,nevirulenţi; b) a doua conţinea pneumococi III S, virulenţi.El nu dorea să ucidă animalele, ci să prepare un vaccin. Pentru acestea a omorât prin căldură microbii din buspensia b.

Apoi a inoculat ambele suspensii unui lot de şoareci albi de laborator şi a asteptat. Spre surprinderea lui Griffith, marea majoritate a şoarecilor au murit, deşi prima suspensie le asusese microbi vii dar nepericuloşi, iar a doua numai cadavrele microbilor virulenti. Contrariat la culme, cercetătorul a repetat experienţa de mai multe ori cu acelaşi rezultat. Pentru a vedea ce microb a omorât soarecii, el a însămânţat pe medii de cultură sânge din cordul şoarecilor morţi. A constatat că pe medii crescuseră şi se inmulţiseră pneumococi de tip III S pe care Griffith îi ştia morţi şi verificase că sunt morti. Singura explicaţie a fenomenului era că 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” conţinea informaţia ereditară care, odată ajunsă în organism, a funcţionat şi a fost transmisă urmaşilor.

Acizii nucleici în centrul atenţiei : În 1943 se publică rezultatele unei ezperienţe cruciale în biologie. O.T.Avery, C.Mc. Leod şi M.Mc.Carty descoperiseră că ADN extras din pneumococi III S îi transformă pe pneumococii II R în pneumococi III S, deci, ADN este misteriosul factor transformator al doctorului Griffith. Ideea că ADN este purtătorul

informaţiei ereditare a fost confirmată de multe alte experienţe de transformare genetică efectuate pe bacterii, plante şi animale. J. Watson şi F. Crick anunţă în 1953 că au reuşit cu ajutorul razelor Roentgen să descopere structura macromoleculei ADN. Modelul lor este confirmat de M. Wilkins şi toţi vor fi distinşi cu premiul Nobel pentru medicină şi biologie(1962).

Structura acizilor nucleici : Acizi nucleici sunt substanţe macromoleculare formate prin înlănţuirea unor molecule de nucleotide. De aceea ei se pot numi şi polinucleotide. Nucleotidele, la rândul lor, sunt alcătuite din:

a) o bază azotată; b) un zahăr; c) un radical fosfat; Bazele azotate sunt substanţe organice în care atomii de carbon şi de azot sunt grupaţi în cicluri. Ele sunt de două feluri. -bazele purinice au două cicluri condensate, însumând 5 atomi de C şi 4 de N. Ele sunt: adenina(A) şi guanina(G),

prezente şi în ADN şi în ARN-bazele primidinice au un singur ciclu cu 4 atomi de C si 2 de N. Ele sunt citozina(C), prezentă şi în ADN şi în ARN,

timina(T) numai în ADN şi uracilul(U) numai în ARN. Zahărul este un monozaharid cu 5 atomi de C(o pentoză). El dă numele celor două tipuri de acizi nucleici: riboza(R) în

ARN şi dezoxiriboza(D) în ADN. Radicalul fosfat(P) formează legături esterice cu pentozele. Legătura se face între al cincelea atom de carbon al unei

pentoze şi al trilea atom de carbon al pentozei următoare legând nucleotidele între ele şi formând catene(lanţuri) polinucleotidice.

Cele trei componente se grupează astfel: În ADN:                                        În ARN:1)   A – D – P                                   1) A – R – P2)   G – D – P                                   2) G – R – P3)   C – D – P                                   3)  C – R –P4)   T – D – P                                   4)  U – R – P

Observăm atunci că există 4 tipuri de nucleotide pentru fiecare tip de acid nucleic. Ele sunt echivalente cu 4 litere ale unui alfabet. Alinierea lor într-o anumită ordine dă conţinutul informaţiei ereditare. Un alfabet de 4 semne este suficient pentru a stoca o cantitate nelimitată de informaţie. Se ştie că limbajul calculatoarelor electronice utilizeaza numai două semne:0 şi 1.

ADN-ul a fost descoperit în 1869. Cea mai mare parte a ADN-ului din celule este conţinut în cromozomi. ADN-ul este chimic foarte diferit de o proteină. ADN-ul este structurat ca o dublă spirală formată din două laturi care se înfăşoară în jurul unei axe comune. Fiecare latură este un foarte lung lanţ de nucleotide de patru tipuri, A,C, T şi G. Structurile chimice care disting nucleotidele se numesc baze. Bazele împreună cu o porţiune comună formată dintr-un zahăr (numit dezoxiriboză) şi un grup fosfat (v. Fig. ). Pe zahăr (pentoză) există două poziţii, notate  3’ şi 5’. Fiecare fosfat este legat cu două pentoze succesive, la poziţia  3’ a unuia şi 5’ a celui următor. Aceste legături zahăr-fosfat formează scheletul celor două laturi ale ADN-ului. Bazele celor două lanţuri sunt slab legate împreună în perechi complementare fie CG Fie AT. Astfel lanţurile au direcţionalitate (de la 3’ la 5’), şi secvenţa de baze de pe un lanţ determină secvenţă de pe celălalt, prin regula de complementaritate de mai înainte. Ordonarea liniară a nucleotidelor deytermină informaţia genetică. Datorită

complementarităţii cele două lanţuri conţin aceeaşi informaţie, şi această redundanţă stă la baza mecanismului de reparare a ADN-ului. O genă este o porţiune a secvenţei de nucleotide care codează o proteină într-un mod care va fi detaliat în continuare. Variaţii în secvenţa unei gene constituie ceea ce numim alele, şi mutaţiile (modificări ale secvenţei, datorate unui agent perturbator, de exemplu, luminii ultraviolete) crează noi alele.

Genomul este totalitatea ADN-ului stocat în cromozomii tipici ai fiecărei specii. Genomul conţine cea mai mare parte a informaţiei care determină proprietăţile unui organism. ADN-ul suferă replicări, reparări, rearanjări şi recombinări. Aceste reacţii sunt catalizate de enzime.Molecula de ADN este formată din două catene polinucleotidice răsucite una în jurul celeilalte în spirală, cu bazele azotate spre interior. Totodată, dacă pe o catenă într-un anumit punct , este adenina, pe catena opusă în dreptul adeninei este timina. Între ele sunt două legături de hidrogen. În dreptul guaninei este citozina, între ele fiind trei legături de de H. Adenina cu timina şi ganina cu citozina formează perechi, sunt complementare şi se atrag între ele. Legăturile C5’à

C3’ au sensuri opuse pe cele două catene (care sunt antiparalele). Acest amănunt este foarte important deoarece informaţia genetică este lecturată totodată în sensuri C5’à C3’. În molecula de ADN complementaritatea dintre bazele purinice şi cele pirimidinice ţine cele două catene alăturate, oricât ar fi ele de lungi. Datorită ei, molecula, este foarte stabilă deşi foarte complexă. De aici rezultă stabilitatea informaţiei eriditare făra de care viaţa ar fi imposibilă. Legăturile de H sunt mai slabe decât cele esterice şi se rup dacă ADN este încălzit peste 100 grade C(denaturare) rezultând DN monocatenar. Prin răcire treptată, cele două catene se atrag datorită complementarităţii bazelor azotate şi revin în vechile poziţii(renaturare). Dacă răcirea este bruscă, ADN rămâne denaturat. Amestecând monocatene ADN de origini diferite se formează prin  renaturare parţială hibrizi moleculari. Pocedeul este folosit de oamenii de stiinţă în studiul relaţiilor filogenetice dintre specii. Speciile înrudite au temperaturi apropiate de denaturare a ADN şi realizează o renaturare rapidă şi de mari proporţii când li se amestecă monocatenele deoarece secvenţele polinucleotidice sunt identice pe mari proporţi. Ereditatea nu presupune doar stocarea informaţiei genetice dar şi transmiterea ei. ADN ca purtător de informaţie are o proprietate care ţine de însăşi esenţa vieţii: se autocopiază!

Replicaţia(autocopierea) ADN are loc atunci când o celulă se pregăteşte de diviziune: cantitatea de ADN dublându-se, celulele fiice vor moşteni în mod egal întreaga informaşie genetică de la celula mamă. În acest proces intervin mai multe enzime. Una dinte ele este DN polimeraza. Ele acţionează precum cursorul unui fermoar despărţind cele două catene. Fiecare catenă atrage acum nucleotide libere care se aflau gata sintetizate în lichidul înconjurător. Datorită complementari-tăţii, nucleotidele libere se vor organiza formând o catenă nouă pe lânga fiecare din cele două catene vechi(care funcţionează ca o matriţă). Vor rezulta două molecule bicatenare de ADN, identice cu cea iniţială, fiecare având o catenă având o catenă veche şi una nouă sintetizată. Cele două catene ale macromoleculei de ADN nu se separă tot de la începutul replicării. Separarea totală este treptată, pornită fiind din punctul de iniţiere al replicării şi continuată progresiv spre un punct terminus. Astfel, în plin proces de replicare, macromolecula de ADN capătă forma literei Y. Punctul de ramificare a macromoleculei de ADN se numeşte bifurcaţie de replicare. Înalta fidelitate a replicaţiei ADN asigură transmiterea nealterată a informaţiei genetice de la o genetaţie de celule la alta, condiţie esenţială a continuităţii vieţii.

În timpul replicării, cele două laturi se desfăşoară într-o anumită zonă de-a lungul dublei elice. În prezenţa unei enzime numită polimeraza ADN (DNA-polymerase) lanţul desfăşurat serveşte drept matriţă pentru formarea unei secvenţe complementare de nucleotide, care sunt adăugate la lanţul complementar una câte

una. Multe segmente scurte sunt formate, şi acestea sunt legate împreună într-o reacţie catalizată denumită ligaza ADN (DNA ligase). Există mecanisme pentru repararea erorilor care apar în timpul procesului de replicare, ce apare în timpul mitozei.

Un alt acid nucleic, numit ARN, guvernează procesele prin care informaţia unei gene este utilizată la producerea proteinei. ARN este asemănător ADN-ului cu excepţia zahărul său este o riboză în loc de dezoxiriboză, bazele sale sunt de patru tipuri A, U, C, şi G, şi el apare tipic sub forma unui singur lanţ decât ca spirală dublă. Există câteva tipuri de ARN. Ne vom ocupa cu m-ARN (mesagerul ARN - messenger RNA) şi t-ARN (ARN de transfer - transfer RNA), dar cel mai abundent tip este rARN (ARN din ribozomi - ribosomal RNA).

ARN-ul, spre deosebire de ADN, este o macromoleculă alcătuită, de regulă, dintr-o singură catenă polinucleotidică care se formează tot prin legăturile diestericedinte radicalul fosfat şi pentoză. Moleculele ARN nu pot avea dimensiuni foarte mari deoarece, cu cât creşte numărul nucleotidelor (peste câteva mii ) cu atât stabilitatea moleculei scade.

Sinteza ARN (transcrierea) se realizează tot pe baza complementarităţii bazelor azotate ca şi în cazul replicaţiei ARN. Cele două catene ale moleculei ADN se despart pe intervalul care urmează a fi transcris, numai că de data aceasta va acţiona enzima ARN polimeraza. Acum se va transcrie numai una din catene din molecula ADN:catena sens care va servi ca matriţă. Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementarităţii vor conţine riboză. În dreptul adeninei de pe catena veche acum se va ataşa uracilul în catena nou sintetizată.

După formarea catenei, molecula ARN părăseşte locul transcrierii iar catenele ADN revin la poziţia iniţială. ARN este purtător unic al informaţiei ereditare la virusurile ARN(ribovirusur) şi la viroizi. Aceştia din urmă au doar o

moleculă mică da ARN fără înveliş proteic. Ei produc unele boli la plante(boala tuberculilor fusiformi la cartofi). La restul organismelor, ARN contribuie în diferite moduri la structura si funcţionarea materialului genetic existând de

aceea mai multe tipuri de ARN.ARN mesager(ARNm) are rolul de a copia informaţia genetică dintr-un fragment de ADN şi de a o aduce, ca pe un

mesaj, la locul sintezei proteice. Moleculele sunt todeauna monocatenare şi au lungimi diferite, în funcţie de marimea moleculelor care urmează a fi sintetizate. A fost găsit în strânsă legătură cu ADN-ul cromozomal. mARN are următoarele caracteristici: este foarte repede sintetizat, are o singură catenă, complementară uneia dintre catenele ADN-ului propriu, la

nivelul căreia a fost sintetizat. În mARN mesajul este înscris codificat în codoni care conţin triplete de baze azotate (ribonucleotizi). La capătul 3’, moleculele de mARN conţin o secvenţă de acid poliadenilic-poly-A (între 70-250 nucleotizi). Aceste “cozi” poly-A sunt adăugate posttranscripţional. Terminaţia 5’ a mARN-urilor sunt blocate prin adiţia unor capete de m7 Gppp (7-metilguanozine reziduale legate de mARN prin legături trifosfat). ARN ribozomal(ARNr) intră în alcătuirea ribozomilor asociat cu diferite proteine. El este sintetizat tot prin transcrierea din ADN, după care catena ARNn se pliază formând porţiuni bicatenare datorită complementarităţii bazelor azotate. Un ribozom este format din două subunităţi care vor recunoaşte (tot pe baza complementarităţii) şi vor ataşa într ele nucleotidele de recunoaştere de la începutul moleculei de ARNm. Ribozomii au fost descoperiţi de savantul George Emil Palade, laureat al premiului Nobel. Lanţul rARN-ului este constituit atât din porţiuni monocatenare cât şi din porţiuni bicatenare helicoidale cu bucle monocatenare. În lanţul polinucleotidic al rARN-ului raportul molar între bazele azotate componente este în favoarea bazelor purinice. Astfel conţinutul în adenină/uracil=21:19, guanină/citozină=36:25, iar raportul general purine/pirimidine circa 1,3. Molecula de rARN are peste 1000 de nucleotizi.

ARN de transfer(ARNt) este specializat pentru aducerea aminoacizilor la locul sintezei proteice. Molecula este formată din 70-90 de nucleotide. Are porţiuni bicatenare care îi dau forma unei frunze de trifoi. Are doi poli funcţionali: a) unul la care se ataşează un anumit aminoacid; b) altul care conţine o secvenţă de 3 nucleotide care recunoaşte o anumită secvenţă a ARNm unde se ataşează pe baza complementarităţii. sARN-ul sau tARN-ul este similar ca structură cu orice acid ribonucleic. Este caracterizat printr-o slabă polimerizare , are rolul de a activa enzimele din citoplasmă. Apoi reacţionează cu aminoacizii specifici –prin formarea grupărilor aminoacil-sARN- care sunt transferaţi la locul de biosinteză a proteinelor: complexe mARN-ribozomi sau poliribozomi. Anumite părţi din catena de sARN, constituite din serii scurte de nucleotizi, reprezintă bazele complementare ale codului mARN pentru un aminoacid caracteristic. În asemenea porţiuni reprezentate de tripleţi de baze, denumite anticodoni, sARN-ul diferitelor specii este identic. Faptul că în citoplasmă există toţi sau aproape toţi cei circa 20 de aminoacizi proteici, presupune că trebuie să existe un număr de minimum 20 de tipuri de sARN, câte unul pentru fiecare aminoacid (maximum 64, câţi codoni se pot forma de cele patru baze azotate). Moleculele de sARN constau dintr-o singură catenă, alcătuită din 75-80 de ribonucleotizi. La un capăt al catenei (capătul 5’) se găseşte acid guanilic (G), iar la capătul 3’ se găseşte un triplet format din bazele CCA (citozină-citozină-adenină). Între braţul scurt, cu G, şi braţul lung la nivelul primului nucleotid C, se formează punţi de hidrogen. Regiunile bicatenare includ trei bucle monocatenare intermediare. Regiunea de curbură a lanţului polinucleotidic reprezintă celălalt capăt al moleculei de sARN. Curbura este constituită dintr-un segment de trei nucleotizi necomplementari, deci legaţi prin punţi hidrogenice. Acest triplet de baze a căpătat denumirea de anticodon tocmai pentru a indica complementaritatea lui faţă de codonii mARN. Alte tipuri de ARN intră în constituţia cromozomilor atât la procariote cât şi la eucariote.

Sinteza proteinelor : Proces care constă în polimerizarea aminoacizilor, în celule sau în vitro. (v.anexa3)Intr-o celulă pot exista circa 10000 proteine care au rol esenţial în funcţionarea şi reproducerea celulei şi organismului. Biosinteza proteinelor se desfăşoară în următoarele momente. În primul moment are loc transcripţia, care constă în sinteza mARN de către una dintre catenele de ADN dintr-o genă. Acest mARN are o structură complementară catenei de ADN matrice, reprezentând o “imagine în oglindă” a acestuia, o transcriere mecanică a codonilor catenei de ADN, respectiv a mesajului genetic, cu simboluri complementare. În al doilea momont are loc translaţia care constă în migrarea mARN în citoplasmă şi asocierea mARN cu ribozomii activi în sinteza proteică. Catena de mARN se fixează simultan prin absorbţie pe mai mulţi ribozomi la distanţa între ei de 300-350A, formând poliribozomi. În al treilea moment are loc activarea aminoacizilor, care constă în reacţia unui aminoacid cu adenozin-trifosfat (ATP) catalizată de aminoacil-ARN sinteza, şi formarea de aminoacil-adenilat (aminoacil AMP), care se ataşează de o moleculă de tARN, determinând apariţia unui complex aminoacil-tARN. Acest complex este transportat în locul lui propriu în lanţul proteic, determinat de mARN din polizomi. Pe catena mARN din polizom, se vor amplasa, la nivelul fiecărui ribozom, numai acele complexe aminoacil-tARN care, pe bucla centrală, reprezentând anticodonul, posedă o secvenţă de trei ribonucleotizi complementară codonilor mARN din complexul polizomului. În acest fel aminoacizii sunt legaţi enzimatic într-o ordine impusă de ADN care a matriţat mARN şi care joacă un rol direct în biosinteza proteinelor. În al patrulea moment are loc translaţia, polimerizarea sau asamblarea aminoacizilor. Legătura se realizează între gruparea COOH a primului aminoacil care reprezintă punctul activ al biosintezei progresive, cu gruparea NH2, a celui de al doilea aminoacil, în prezenţa enzimei peptid-polimeraza, care catalizează formarea legăturilor peptidice între aminoacizi; încorporarea aminoacizilor este ireversibilă; iau astfel naştere lanţuri polipeptidice care se eliberează de polizom, prin translocarea ultimului complex aminoacil-tARN de ultimul ribozom din polizom, când acesta a ajuns în urma rotirii la extremitatea matricei mARN de care se detaşează. Un lanţ polipeptidic se sintetizează într-un minut.

Procesul prin care o genă conduce producţia unei gene este numit expresie genetică (gene expression). Genele sunt exprimate prin transcriere din ADN în m-ARN urmată de traducerea din m-ARM în proteină. Cantitatea de expresie a unei gene este fin acordată de o serie de mecanisme de control pentru a îndeplini nevoile temporale ale unei celule.

Multe studii ale transcripţiei sau focalizat asupra bacteriei e-coli. În general, transcrierea la procariote este mai simplă decât la eucariote. Transcrierea ADN-ului în m-ARN la procariote este similară replicării ADN-ului. Ea este catalizată de către o enzimă numită ARN polimerază. Matriţa de transcripţie este un lanţ simplu de ADN. Spirală dublă se desface şi o

bulă de transcripţie se mişcă de-a lungul ADN-ului, desrăsucind în mers o mică parte a spiralei duble şi adăugând nucleotide complementare de ARN matriţie de ADN. Complementaritatea este definită acum de perechile AU, TA, CG şi GC, unde fiecare pereche constă dintr-o nucleotidă a ADN-ului, respectiv o nucleotidă a ARN-ului. Transcripţia este iniţiată numai la anumite secvenţe, ce semnalizează începutul unei gene, numite promotori. Transcriptia are loc întotdeaună în direcţia  5’-3’, şi numai unul dintre cele două lanţuri desrăsucite este transcris. Promotorii au structură specifică; Ei pot fi ades recunoscuţi prin două secvenţe specifice de 6 nucleotide ce apar, prima cu 35 de baze, iar a doua cu 10 baze înainte de primul nucleotid care codifică m-ARN-ul. Secvente specifice la sfârsitul unei gene semnalizează terminarea transcripţiei. Viteza de transcriptie este controlată de proteine care se leagă de ADN lângă pozitiile promotorilor. Există represori care inhibă transcrierea şi activatori care stimulează activitatea polimerazei ARN.

EXEMPLU: La bacteria e coli, enzima β-galactosidase descompune lactoza în două zaharuri simple, glucoza şi galactoza. Gena acestei enzime este exprimată numai în absenţa glucozei şi prezenţa lactozei. Dacă lactoza este prezentă ea se leagă de o proteină represoare, împiedicând-o să se lege de ADN. Dacă glucoza este prezentă ea se leagă de o proteină activatoare, împiedicând-o să se ataşeze de ADN. Astfel descompunerea lactozei în celulă este controlată printr- buclă de control automat (feedback loop) care poate fi descrisă de regula de producţie următoare:

“if lactose and not glucose then produce β-galactosidase (dacă există lactoză dar lipseşte glucoza, atunci produ enzima β-galactosidase!)”.

Procesul transcripţiei este mult mai complicat la eucariote, în special la organisme mari. La multe organisme eucariote există trei polimeraze ARN diferite ce catalizează producerea a trei clase diferite de molecula ARN. Regiune ADNN-ului care codează o genă este de regulă discontinuă, alternând între exoni (regiuni care comandă sinteza proteinelor) şi introni (intervening regions- regiuni care aparent nu au nici un rol în sinteza proteinelor). Atât exonii cât şi intronii sunt transcrişi în m-ARN în ordinea liniară în care apar, dar intronii sunt apoi înlăturaţi şi exonii sunt legaţi împreună în ordine. Principalele etape sunt: transcripţia (transcription) O copie ARN a secvenţei genei este construită, inclusiv secvenţele complementare

atât pentru exoni cât şi pentru introni; încapsularea şi adenilarea (capping and adenylation) Secvenţe de nucleotide speciale sunt ataşate la capetele 5’

şi 3’ ale t-ARN; înădirea (splicing) ARN-ul este “operat” astfel încât secvenţele corespunzătoare intronilor sunt tăiate şi

înlăturate. Secvenţele de ARN corespunzătoare exonilor sunt apoi înădite împreună. Poziţia locurilor de înădire este dictată de secvenţe scurte la limita intron/exon din genă.

Controlul vitezei de transcripţie la eucariote nu este complet înţeles. Deoarece genomul eucariotelor este mare oşi mai bună selectivitate este necesară la utilizarea polimerazei ARN la transcrierea genelor decât la ADN-ul necodant (non-coding DNA). O transcriptie eficientă necesită, de regulă, ca două sau mai multe proteine diferite să se lege în poziţii apropiate începutului transcripţiei. Anumite poziţii de legătură numite intensificatori pot fi pot fi localizate la aproximativ 3kb (adică 3000 de baze perechi) de la începutul transcripţie, şi activarea lor poate creşte viteza de transcriptie de o sută de ori (transcrierea este un proces rapid de ordinul 60 nucleotide pe secundă). Intensificatorii se pot întinde atât înainte cât

şi după startul transcrierii şi pot exista câţiva intensificatori care să afecteze o singură genă.Translaţia = traducerea informaţiei m-ARN în informaţie de constituire a proteinelor. O proteină este un lung lant de aminoacizi. Există 20 tipuri de aminoacizi ce apar în mod

obişnuit. Aceşti amino acizi au o structură asemănătoare diferind între ei prin lanţurile lor laterale (radicali specifici). Mai exact aminoacidul este un compus organic ce conţine un grup amino (NH2) un grup carboxil ( O C OH ), un atom de hidrogen şi un radical specific. Aminoacizii succesivi sunt legaţi la capete lor prin legături peptidice (legătura chimică ce se realizează între aminoacizi presupune eliminarea unei molecule de apă între grupul carboxil a unui aminoacid şi gruparea amino a aminoacidului următor), deci proteinele sunt polipeptide. O proteină se înfăşoară într-o structură tridimensională (3D) prin formarea unor legături chimice între aminoacizi săi. Această structură determină funţia sa.

Traducerea lui m-ARN în limbaj proteic este guvernată de codul genetic, care a fost pusa în evidenţă în 1964. Există 43 = 64 tripleţi de baze diferiţi, numiţi codoni. Şaizeci dintre ei codează câte un amionoacid. Unul, AUG, codează şi un aminoacid dar este în acelaşi timp şi un codon de start semnalând începutul translaţiei (traducerii).

Ceilalţi trei râmaşi sunt codoni de stop ce semnalează sfârşitul tranlaţiei. Codul este degenerat deoarece un aminoacid poate fi specificat de câţiva codoni diferiţi. Astfel nu există o secvenţă de nucleotide unică pentru o proteină dată. Codonii apar ca tripleţi consecutivi nesuprapuşi de-a lungul m-RNA.

Translatia are loc în ribozomi: structuri submicroscopice din citoplasmă. În timpul translatiei, ribozomul se mişcă de-a lungul moleculei m_ARN adaugând câte un amino acid la lanţul polipeptidic pentru fiecare codon “citit”. Există o moleculă t-ARN specifică fiecărui tip de codon. Legăturile între nucleotidele t-ARN îi dau acestuia un aspect oarecum asemănător cu o frunză de trifoi (cloverleaf) care are o de recunoaştere a codonului, numită anticodon, iar la unul dintre capetele lanţului se va forma aminoacidul corespunzător. Translaţia începe cu codonul de start AUG şi succesivi t-ARN

transportă succesivi aminoacizi la locul de translaţie, unde fiecare este adăugat la lanţul polipeptidic. Translaţia se termină când este atins un codon de stop în m-ARN. Câţiva ribozomi pot traduce m-ARN simultan. În acest mod, mai multe polipeptide identice pot fi citite din aceeaşi secvenţă m-ARN într-un timp scurt. Translaţia are loc de la capătul 5’ la capătul 3’ al m-RNA şi de la capătul amino la capătul carboxil al polipeptidei. Codonii sunt secvenţe de 3 nucleotide mRNA, care codifica un aminoacid specific. Dintre cei 64 de codoni, 61 sunt implicaţi direct în sinteza proteinelor; 3 sunt semnale de oprire (Stop) a sintezei.

Structura bicatenară dublu-elicoidală a ADN-ului

Tipuri de ARN celular

Sinteza proteinelor

Bibliografie :http://www.biotech.icmb.utexas.edu/

pages/science/nucacid_db_intro.htmlhttp://www.ucmp.berkeley.edu/

glossary/gloss3/dna.htmlhttp://www.dnafiles.org/http://fpce9.fizica.unibuc.ro/bioinfo/

acizii_nucleici.htmwww.scritube.com