www.referat.ro

ADN

Grupul de majuscule ADN este binecunoscutul acronim pentru acidul dezoxiribonucleic.

Noiunea de acid dezoxiribonucleic desemneaz una dintre cele mai complexe molecule organice, substan care se gsete n fiecare celul a unei fiine vii i care este esenial pentru identitatea oricrui organism, de la Euglena viridis, micua fiin unicelular aflat la grania dintre plante i animale, la Homo sapiens sapiens, omul contemporan. Din punct de vedere chimic, ADN-ul este un acid nucleic. Este o polinucleotid, adic un compus n structura cruia se repet un set limitat de macromolecule numite nucleotide; n acest sens, el este definit ca fiind un copolimer statistic (copolimer = polimer n compoziia cruia se repet mai multe "motive" (monomeri); n cazul particular al ADN-ului, monomerii sunt nucleotidele; statistic = monomerii se repet de manier aleatorie n lanul polimer, fr ca ei s fie dispui alternativ sau dup oricare alt aranjament repetitiv, cum se ntmpl, de exemplu, n etilen-acetatul de vinil (EVA) sau n acronitril-butadien-stiren (ABS)). Nucleotida ca unitate de baz a ADN-ului este o macromolecul organic (o N-glicozid) compus (prin policondensare) dintr-un carbohidrat, adic o glucid (mai exact o monozaharid), de tipul pentoz (n form furanozic), o baz azotat heterociclic ("inel" sau "ciclu" aromatic n 6 atomi) de tipul pirimidinei sau o variant a acesteia condensat cu inelul imidazolic numit purin i un rest de acid fosforic (esterificat cu unul din hidroxilii pentozei), adic un " grup fosfat ". Pentozele care intr n structura ADN-ului sunt 2-dezoxi-D-riboz (pentru acidul nucleic tip ADN) sau D-riboz (pentru acidul nucleic tip ARN). Dou dintre bazele heterociclice azotate ale ADN-ului sunt purinice (adenina i guanina), iar alte dou sunt pirimidinice (citozina i timina). n ARN, uracilul nlocuiete timina. n cadrul elicei caracteristice care sugereaz o scar spiralat, resturile pirimidinice ale monomerului sunt orientate spre interior, formnd cu resturile purinice ale celuilalt monomer "treapta" scrii, n timp ce pentozele formeaz braele acesteia, de la o dubl unitate la alta (adic de la un cuplu purinic-pirimidinic) legtura fiind realizat de gruprile fosfat (prin atomii lor de oxigen). Legturile dintre resturile de purine i pirimidine sunt de natur molecular i nu chimic, ele fiind legturi de hidrogen.

Introducere

O form simplificat de a vedea lucrurile este:

ADN-ul este "reeta" necesar sintezei de proteine, molecule organice eseniale organismelor vii;

O secven ADN conine gene, zone care controleaz genele i zone care ori nu au nici o funcie, ori nc nu le cunoatem rostul;

Acidul dezoxiribonucleic are o structur de dublu helix - forma nu influeneaz funcia, n esen o "scar" dreapt ar fi identic din punct de vedere funcional, ns dublul helix economisete spaiu. "Scara" este alctuit din dou lanuri organice elastice ce sunt conectate prin "trepte".

"Treptele" sunt de fapt doar de patru feluri, unind perechi de baze azotate, ce pot fi patru tipuri diferite de molecule organice, adenin (notat A), citozin (C), guanin (G) i timin (T); (FIG. 1) Replicarea ADN-ului (FIG.1)

Cele patru baze (A, C, T i G) nu se pot combina dect ntr-un anumit mod, adenina doar cu timina (A + T sau T + A), i respectiv citozina doar cu guanina (G + C sau C + G); cu alte cuvinte, o baz de tip A -- n orice parte a lanului s-ar afla -- nu se poate combina dect cu o baz de tip T; n mod similar, G nu se poate combina dect cu C;

Ordinea conteaz: A + T nu este acelai lucru cu T + A; vezi codul genetic care e preluat de la ARN.

Avnd n vedere c nu exist dect cele patru combinaii posibile, se poate alege o "parte" convenional a dublei elici pentru notaie;

Secvena de baze este forma canonic a informaiei, nu este nevoie de nimic mai mult pentru a descrie n mod complet o secven ADN;

Duplicarea unei secvene se produce prin "desfacerea" secvenei "de-a lungul" ei ("treptele" se dezintegreaz) prin reacii chimice relativ triviale; astfel rezult dou jumti de secven, ambele fiind scufundate ntr-o "sup" de baze. Cum fiecare baz nu se poate combina dect cu perechea ei predeterminat, rezultatul final const din dou secvene ADN identice, n afar de cazul c apar mutaii;

Trei perechi de baze azotate formeaz n mod normal un codon. Acest codon codific un aminoacid. Mai muli codoni la un loc codific o protein.

Mutaiile nu sunt altceva dect imperfeciuni n acest proces chimic: o baz este n mod accidental ignorat ("srit"), introdus sau copiat imperfect, sau lanul este tiat prea devreme sau i se adaug baze la capete; toate mutaiile posibile nu sunt dect combinaii formate din aceste "operaii" de baz.

Mutaiile genetice sunt practic alterarea unei pri din informaia aflat n molecula ADN. Este suficient ca, de exemplu, s se tearg doar o pereche de baze azotate, pentru ca toat funcia genei pe care eventual se afl s fie abolit. Dac este tears o pereche de baze azotate, codonul din care fcea parte aceasta va codifica alt aminoacid, care va codifica alt protein, fapt ce, n cele din urm (aa se ntmpl probabil cel mai adesea, ns nu n mod obligatoriu), poate s-i altereze acesteia din urm funcia biologic. Mutaiile pot avea trei feluri de efecte: negative, pozitive sau neutre (nu influeneaz nici n bine nici n ru).

Aceste mutaii sunt provocate de nite factori mutageni (radiaiile cosmice, substane chimice etc.)

Mutaiile genetice pot fi i induse de ctre oamenii de specialitate. De exemplu, la plante pentru ca geneticienii s le poat muta genetic, ei obin protoplati (celule care nu au perete celular, ci doar membran). Obinerea protoplatilor se poate face pe dou ci, prin disecia peretelui celular, sau cu ajutorul unor substane chimice.

ADN-ul se gsete practic n orice celul (de la organisme unicelulare cum ar fi bacteriile, protozoarele pn la organismele pluricelulare (fungi, animale sau vegetale), precum i, n structura intern a unor virusuri. Structura ADN-ului este unic nu numai pentru o specie anume ci i pentru orice individ al oricrei specii animale sau vegetale.

Mrimea ADN-ului celular, ca i aceea a patrimoniului genetic, nu d dect destul de aproximativ informaii despre complexitatea organismului, astfel nct omul are un patrimoniu genetic mai redus cantitativ dect al altor specii, mai puin "complexe".

Istoricul descoperirii ADN-ului

Structura ADN-ului a fost decodificat la nceputul anilor 1950. Americanul James D. Watson i britanicul Francis Crick sunt cotai ca fiind cei care au descifrat primii structura de dubl spiral a ADN-ului (DNA, deoxyribonucleic acid, n limba englez). Conform propriilor afirmaii, saltul calitativ al descifrrii "secretului vieii," s-ar fi produs n ziua de 23 februarie 1953.

Aflai n competiie contra cronometru cu alte echipe, mult mai celebre i mult mai bine dotate, aa cum a fost cea a chimistului american Linus Pauling, laureat al premiului Nobel pentru chimie n 1954, aparentul "cuplu ciudat" a nvins tocmai datorit orizontului lor intelectual foarte larg n care operau, a solidei i variatei lor pregtiri interdisciplinare precum i a minilor lor flexibile i deschise oricrei ipoteze confirmabile de ctre realitate.

Este demn de remarcat faptul c impecabilele imagini luate unor molecule "iluminate" prin difracia razelor X de ctre Rosalind Franklin, specialist n fotografii de difracie create cu raze X, a fcut pe Watson i Crick s ntrevad structura de dubl elice a ADN-ului. Colegul acesteia, Maurice Wilkins, a contribuit de asemenea decisiv la luarea unor fotografii edificatoare.

Din pcate Franklin a murit de cancer n 1958, n vrst de numai 37 de ani, foarte probabil fiind inta a prea multe iradieri. Cum premiul Nobel nu se d post-mortem, n 1962, doar Watson, Crick i Wilkins au fost rspltii cu aceasta prestigioas cunun de lauri tiinific mult-dorit de ctre toi savanii din lume.

ARN

ARN - acidul ribonucleic. Precum ADN, este un polinucleotid. Un nucleotid este format dintr-o baz azotat (A,T,G,U,C - n cazul ARN U inlocuieste T), riboz, i un fosfat.

Este alctuit dintr-un singur lan polinucleotidic i are n general o structur cu o singur caten. Este un complex macromolecular, structural i funcional, similar n anumite privine ADN-ului. ARN-ul rezult din polimerizarea unor ribonucleotide, care determin formarea unor lanuri lungi, monocatenare (structura primar). Pe anumite poriuni monocatena de ARN se poate rsuci n jurul ei, determinand aparitia unei structuri duble ntre secvenele complementare de baze (structura secundar).

Polimerizarea implic patru tipuri de ribonucleotide legate mpreun prin legturi fosfodiesterice n poziiile 3-5. Componentul pentozic al ARN-ului este riboza, iar bazele azotate sunt: adenina, guanina, citozina i uracilul. Exist doua clase de ARN i anume: ARN genetic, care controleaz ereditatea la unii virusi, i ARN non-genetic care este implicat n sinteza substanelor proteice.

Exist trei tipuri de acid ribonucleic celular prezente n toate celulele i care, avnd structuri i funcii diferite, joac un rol esenial n biosinteza proteinelor. Aceste tipuri sunt: acidul ribonucleic mesager - ARNm, acidul ribonucleic solubil sau de transfer - ARNs sau ARNt i acidul ribonucleic ribozomal - ARNr.

In celule se gsete o mare cantitate de ARNr (80-90% din ARN-ul celular), ARNt n proporie de 10-15% i o cantitate mica de ARNm (mai puin de 5%).

Tipuri de ARN:

-ARN mesager;

-ARN viral;

-ARNt de transport;

-ARN ribozomal;

-ARN recombinant.

Sinteza

ARN-ul este sintetizat ntr-un proces numit i transcriptie. n acest proces, secvenele ADN sunt copiate de enzime (ARN polimeraz), pentru a produce ARN complementar. Enzima are rolul de a desface dublul helix al ADN-ului, fiecare jumtate fiind transcripionat. Sinteza ARN-ului (transcripia) se realizeaz pe baza complementaritii bazelor azotate ca i n cazul replicaiei ADN-ului. Cele dou catene ale macromoleculei de ADN se despart, pe intervalul care urmeaz a fi transcris, numai c de data aceasta va aciona ARN polimeraza. Acum se va transcrie numai una din catenele moleculei de ADN. Catena de ADN care funcioneaz ca matri pentru sinteza ARN-ului se numete caten sens. Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementaritii vor conine riboza. n dreptul adeninei de pe catena matri se va ataa uracilul n catena nou sintetizat.

Polimerizarea de ribonucleotide n transcripie se desfoar n acelai sens ca reacia de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din cadrul replicaiei ADN-ului i anume de la 5' la 3'. ARN-ul avnd o molecula monocatenar, frecvena erorilor este mult mai mare decat la ADN,replicndu-se cu o fidelitate mult mai redus, deoarece in cazul ARN-ului nu exist un proces de reparare, iar frecvena mare a erorilor duce la o mare variabilitate genetic.

ADN i ARN

ARN-ul, spre deosebire de ADN, care are dezoxiriboz, conine n structura sa riboz;

La ARN, baza uracil nlocuiete timin;

ARN-ul este mai mic dect ADN-ul ( 200-4000 nucleotide n comparaie cu peste 1 milion de nucleotide la ADN)

Istoria descoperirii ARN-ului

In 1958 cercetarile efectuate de E wolkin si L Astrahan pe Escherichia coli au pus in evidenta existenta unui acid ribonucleic denumit mesager. Cercetarea acizilor nucleici are nceputurile in secolul XIX cnd F Miescher (un elveian de origine german) a studiat purionul la diferite persoane i a descoperit c n nucleul celulelor respective se afl o substan pe care el o numete nuclein. Mai trziu n 1889 Altmann separ din nuclein acidul fosforic dar i o component organic.Markeri Genetici

Markerii moleculari pun in evidenta diferentele dintre secventele nucleotidice, marcand totodata prezenta unei anumite gene in ADN-ul extras de la diferiti indivizi. Formarea sau disparitia unui marker molecular este determinata de modificarea unei singure nucleotide dintr-o gena sau chiar de la nivelul ADN-ului repetitiv. Markerii genetici evidentiaza orice diferenta genotipica sau fenotipica specifica unui individ, care se transmite in descendenta, sunt de fapt alele mutante care pot fii urmarite de-a lungul generatiilor.

2.3 TIPURI DE MARKERI GENETICI2.3.1 Markerii morfologici Markerii morfologici controleaza caractere morfologice usor de evidentiat, controlate genetic de catre o singura gena.2.3.2 Markerii biochimici Controleaza insusiri biochimice care sunt controlate de mai multe gene si se bazeaza pe proprietatea proteinelor de a fi separate prin electroforeza2.2.3 Markerii moleculari Markerii moleculari evidentiaza polimorfismul la nivelul ADN-ului nuclear si citoplasmatic. 2.4 IMPORTANTA MARKERILOR MOLECULARICaracteristicile markerilor moleculari permit procesul de identificare, selectie si clonare a genelor de interes, precum si observarea naturii informationale a materialului analizat.2.5 UTILIZAREA MARKERILOR MOLECULARI Cele mai importante utilizari ale markerilor sunt: Stabilirea variabilitatii genetice si caracterizarea colectiilor de germoplasma; Amprentarea genetica a varietatilor, identificarea si accelerarea dezvoltarii indivizilor care combina alelele favorabile, contribuind la performantele presupuse ale hibrizilor Estimarea distantelor genetice intre populatii, si producerea de seminte; Detectia QTL(qualitative trait loci ) si monogene; Puritatea si stabilitatea semintelor si a materialului vegetal; Identificarea de secvente utile, gene candidat etc. 2.5.1. Microsatelitii (SSR) Disponibilitatea unei largi game de tehnici de marcare moleculara a condus la studii comparative intre ele, (POWELL et al., 1996). Dintre toate acestea, markerii SSR au castigat considerabil importanta in genetica si ameliorarea plantelor ca urmare avand multe atribute de dorit, inclusiv disponibilitate, natura multialelica, mostenire codominanta, reproductibilitate, abundenta relativa, acoperire extinsa a genomul (inclusiv la nivelul organelelor), locatie specifica pe cromozom, posibilitatea automatizarii si detalii in genotipizare (PARIDA et al., 2009a)2.5.1.1 Evolutia microsatelitilor: mecanismele de mutatie si de variatie SSR Evolutia SSR, adica orice modificare, crestere sau descrestere a numarului de repetari, este asociata cu rata de mutatie. Geneza microsatelitilor este un proces evolutiv dinamic care s-a dovedit a fi extrem de complex (ELLEGREN, 2004).2.5.1.2. Dezvoltarea markerilor microsateliti In ciuda aplicabilitatii largi a markerilor SSR in genetica plantelor, dezvoltarea lor ramane o mare problema la majoritatea speciilor mai ales in cazul culturilor minore. Acest lucru se datoreaza faptului ca markerii SSR ar trebui sa fie izolati de novo la majoritatea speciilor. www.referat.ro

www.referat.ro