ADN

ADN este prescurtarea de la acidul dezoxiribonucleic (în engleză: deoxyribonucleic acid, DNA). Acesta este format din molecule organice dintre cele mai complexe. Substanța se găsește în fiecare celulă a ființelor vii și este esențială pentru identitatea oricărui organism, de la Euglena viridis, mica ființă unicelulară aflată la granița dintre plante și animale, și până la Homo sapiens sapiens, omul contemporan.

Din punct de vedere chimic, ADN-ul este un acid nucleic. Este o polinucleotidă, adică un compus în structura căruia se repetă un set limitat de macromolecule numite nucleotide; în acest sens, el este definit ca fiind un „copolimer statistic”:

un „copolimer” este un polimer în compoziția căruia se repetă mai multe „motive” (monomeri); în cazul ADN-ului, monomerii sunt nucleotidele.

iar „statistic” înseamnă că monomerii se repetă de manieră aleatorie în lanțul polimer, fără ca ei să fie dispuși alternativ sau după oricare alt aranjament repetitiv (așa cum se întâmplă, de exemplu, în etilen-acetatul de vinil (EVA) sau în acronitril-butadien-stiren (ABS).

Nucleotida, ce reprezintă unitatea de bază a ADN-ului, este o macromoleculă organică (o N-glicozidă) compusă (prin policondensare) din:

o glucidă (mai exact o monozaharidă) de tipul „pentoză” (în formă furanozică) o bază azotată heterociclică („inel” sau „ciclu” aromatic în 5 atomi) de tipul pirimidinei, sau

o variantă a acesteia condensată cu inelul imidazolic, numită purină și un rest de acid fosforic (esterificat cu unul din hidroxilii pentozei), adică un „grup fosfat”.

[A]

Pentozele care intră în structura ADN-ului sunt D-2-dezoxiriboza (pentru acidul nucleic tip ADN) sau D-riboza (pentru acidul nucleic tip ARN).[B] Două dintre bazele heterociclice azotate ale ADN-ului sunt purinice (adenina și guanina), iar celelalte două sunt pirimidinice (citozina și timina). În ARN uracilul înlocuiește timina. În cadrul elicei caracteristice, în formă de scară spiralată, resturile pirimidinice ale monomerului sunt orientate spre interior, formând cu resturile purinice ale celuilalt monomer „treapta” scării, în timp ce pentozele formează brațele acesteia, de la o dublă unitate la alta (adică de la un cuplu purinic-pirimidinic la următorul), legătura fiind realizată de grupările fosfat (prin atomii lor de oxigen). Legăturile dintre resturile de purine și pirimidine sunt de natură moleculară și nu chimică, ele fiind legături de hidrogen.

Model simplificatO formă simplificată de reprezentare a ADN-ului:Carbonat

ADN-ul este „rețeta” necesară sintezei de proteine, molecule organice esențiale pentru organismele vii;

O moleculă de ADN conține zone numite gene, zone fără funcție, precum și zone cu un rol încă necunoscut;

Acidul dezoxiribonucleic are o structură de dublu helix. „Scara” este alcătuită din două lanțuri organice elastice ce sunt conectate prin „treptele” realizate de legăturile de hidrogen.

„Treptele” sunt de fapt doar de patru feluri, unind perechi de baze azotate, ce pot fi patru tipuri diferite de molecule organice, adenină (notată A), citozină (C), guanină (G) și timină (T);

Cele patru baze (A, C, T și G) nu se pot combina decât într-un anumit mod, și anume: adenina doar cu timina (A + T sau T+ A), și citozina doar cu guanina (G + C sau C + G); cu alte cuvinte, o bază de tip A, în orice parte a lanțului s-ar

afla ea, nu se poate combina decât cu o bază de tip T, și invers; în mod similar, G nu se poate combina decât cu C, și invers;

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

Având în vedere că orice bază se poate combina într-un singur fel, pentru notație se poate alege prin convenție doar o catenă a dublei elici (secvența celeilalte catene rezultă din regulile de combinare);

Secvența de baze este forma canonică a informației, altfel spus, pentru a descrie în mod complet o secvență ADN nu este nevoie de nimic altceva;

Duplicarea moleculei de ADN este posibilă prin „desfacerea” secvenței „de-a lungul” ei (se dezintegrează „treptele”) prin acțiunea unor proteine; cele două catene rezultante sunt copiate de un complex proteic numit ADN-polimerază. Cum fiecare bază de pe catena inițială nu se poate combina decât cu perechea ei predeterminată, rezultatul final constă din două secvențe ADN identice, în afară de cazul în care apar unele erori ce determină mutațiile genetice;

Trei perechi de baze azotate formează în mod normal un „codon”. Acesta codifică un aminoacid. Mai mulți codoni la un loc codifică o proteină.

Mutațiile nu sunt altceva decât imperfecțiuni în procesul de sinteză al ADN-ului: o bază este în mod accidental ignorată („sărită”), introdusă sau copiată imperfect, sau lanțul este tăiat prea devreme sau i se adaugă baze la capete; aceste „operații” de bază generează toate mutațiile posibile.

Mutațiile genetice sunt practic o alterare a unei părți din informația din molecula ADN. Este suficient ca, de exemplu, să se șteargă doar o pereche de baze azotate dintr-o genă, pentru ca toată funcția genei să fie abolită. Dacă este ștearsă o pereche de baze azotate, codonul din care făcea parte aceasta va codifica alt aminoacid, care va codifica altă proteină, fapt ce, în cele din urmă (așa se întâmplă probabil cel mai adesea, însă nu în mod obligatoriu), poate să-i altereze acesteia din urmă funcția biologică. Mutațiile pot avea trei feluri de efecte: negative, pozitive sau neutre (nu influențează funcțiile nici în bine, nici în rău).

Aceste mutații sunt provocate fie de așa numiții factori mutageni (radiațiile cosmice, substanțe chimice ș.a.), fie de imperfecta fidelitate a sintezei enzimatice (ADN-polimeraza) a ADN-ului.

Mutațiile genetice pot fi și induse intenționat de către specialiști. ADN-ul se găsește practic în orice celulă (excepții: hematiile (eritrocitele) și celulele

(fibrele) cristalinului ocular sunt celule care nu devin funcționale decât după ce pierd (prin expulzare, ejecție) nucleul (și alte organite), moment în care însă încetează să mai răspundă la criteriile care definesc o celulă vie (pentru că nu se mai pot nici divide, nici întreține ("repara") structural vorbind): de la organisme unicelulare cum ar fi bacteriile sau protozoarele, până la organismele pluricelulare (fungi, vegetale sau animale), precum și în structura internă a unor virusuri.

Structura ADN-ului este unică nu numai pentru o specie anume ci și pentru orice individ al oricărei specii animale sau vegetale.

La om ADN-ul conține circa 3,27 miliarde de perechi de baze (3,27 miliarde de „trepte” în helixul dublu).

Cantitatea de ADN conținută în celule (numită uneori și patrimoniu genetic) nu este corelată cu complexitatea organismului. Astfel, de exemplu, există specii mai puțin „complexe” decât omul, dar cu un patrimoniu genetic mai bogat cantitativ decât cel al omului.

Istoricul descoperirii ADN-uluiStructura ADN-ului a fost decodificată la începutul anilor 1950. Americanul James D. Watson și britanicul Francis Crick sunt considerați drept primii care au descifrat structura de dublă spirală a ADN-ului. Conform propriilor afirmații, saltul calitativ al descifrării „secretului vieții” s-ar fi produs în ziua de 23 februarie 1953.

Aflați în competiție contra cronometru cu alte echipe, mult mai celebre și mult mai bine dotate, așa cum a fost cea a chimistului american Linus Pauling, laureat al premiului Nobel pentru chimie

în 1954, aparentul „cuplu ciudat” a învins tocmai datorită orizontului lor intelectual foarte larg în care operau, a solidei și universalei lor pregătiri interdisciplinare precum și a minților lor flexibile și deschise oricărei ipoteze confirmabile de către realitate[necesită citare], dar și datorită datelor de primă calitate furnizate comunității în premieră de Rosalind Franklin, asta deși, motivați probabil de sexism[1], Watson și Crick vor aminti în articolul lor din Nature de autorul celebrei "fotografii 51" în ultima poziție și doar înainte de "și alții".[2][3].

Este demn de remarcat faptul că impecabilele imagini luate unor molecule „iluminate” prin difracția razelor X de către Rosalind Franklin[4], specialistă în fotografii de difracție create cu raze X, l-a făcut pe Watson și Crick să întrevadă structura de dublă elice a ADN-ului. Colegul acesteia, Maurice Wilkins, a contribuit de asemenea decisiv la luarea unor fotografii edificatoare.

Din păcate Franklin a murit de cancer în 1958, în vârstă de numai 37 de ani, probabil din cauza prea intensei iradieri. Cum premiul Nobel nu se conferă post-mortem, în 1962 doar Watson, Crick și Wilkins au fost răsplătiți cu aceasta prestigioasă cunună de lauri științifică, mult dorită de către toți savanții din lume.

Acid ribonucleicDe la Wikipedia, enciclopedia liberă

Pentru alte sensuri, vedeți ARN (dezambiguizare).

Acidul ribonucleic (ARN) este, ca și ADN-ul, un polinucleotid format prin copolimerizarea ribonucleotidelor. Un ribonucleotid este format dintr-o bază azotată(adenină A, guanină G, uracil U și citozină C), o pentoză (D-2-dezoxiriboză) și un fosfat. În molecula de ARN uracilul înlocuiește timina.

Cuprins

  [ascunde] 

1   Structura ARN-ului 2   Sinteza ARN 3   Funcțiile celulare ale ARN

o 3.1   Suport temporar al informației genetice o 3.2   Catalizator enzimatic o 3.3   Ghid pentru enzime o 3.4   Reglarea expresiei genelor o 3.5   Rol în translație o 3.6   Suport al informației genetice

4   Tipuri de ARN o 4.1   ARN mesager - ARNm o 4.2   ARN de transport - ARNt o 4.3   ARN ribozomal - ARNr o 4.4   ARN regulatori o 4.5   ARN catalitic (ribozime)

5   Bibliografie

Structura ARN-ului[modificare | modificare sursă]

Structura unui ribonucleotid. Baza azotată prezentată aici este uracilul.

Molecula de ARN este monocatenară (este alcătuită dintr-un singur lanț polinucleotidic). Este un complex macromolecular similar, structural și funcțional, în multe privințe ADN-ului. ARN-ul rezultă din copolimerizarea ribonucleotidelor, care determină formarea unor lanțuri lungi, monocatenare.

Un ribonucleotid este format dintr-o bază azotată (adenină A, guanină G, uracil U și citozină C), o pentoză (D-2-dezoxiriboză) și un fosfat. În molecula de ARN uracilul înlocuiește timina). Polimerizarea ribonucleotidelor se realizează prin legături fosfodiesterice în pozițiile 3’- 5’.

Pliere și apariția unei regiuni din molecula unui ARN ce conține o secvență repetată inversată cu formarea

unei regiuni dublu catenare terminată cu o buclă.

Compoziția nucleotidică (sau secvența, ordinea nucleotidelor în moleculă) definește structura primară a moleculei de ARN. Datorită complementarității bazelor în unele regiuni mai mari sau mai mici ale moleculei de ARN, în soluție și în funcție de temperatură, prin pliere și aparierea regiunilor complementare, molecula poate capăta, formând o buclă, o structură parțial bicatenară. Această structură” secundară este deosebit de importantă în funcția unor tipuri de ARN, ca, de exemplu, ARN-ul de transfer. Molecula de ARN poate adopta o structură tridimensională numită structură terțiară ce rezultă din aparieri întrebazele azotate diferite de aparierile clasice A-T și C-G.

Sinteza ARN[modificare | modificare sursă]

ARN-ul este sintetizat prin procesul numit transcripție. În acest proces, ADN-ul are rol de matriță. Molecula dublu catenară deADN este desfăcută, pe intervalul care urmează a fi transcris, de anumite complexe proteice prin ruperea punților de hidrogen între bazele azotate complementare. Un complex proteic cu funcție enzimatică numit ARN polimerază copiază una din catenele de ADN pentru a produce un ARN complementar. Catena de ADN care funcționează ca matriță pentru sinteza ARN-ului se numește catenă sens.

Sinteza ARN-ului (transcripția) se realizează pe baza complementarității bazelor azotate ca și în cazul replicării moleculei deADN cu o singură excepție: în dreptul adeninei de pe catena matriță a ADN-ului se va atașa uracilul în catena nou sintetizată de ARN. Polimerizarea ribonucleotidelor

în transcripție se desfășoară în același sens ca reacția de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din cadrul replicării ADN-ului și anume de la 5' spre 3'.

Funcțiile celulare ale ARN[modificare | modificare sursă]

Suport temporar al informației genetice[modificare | modificare sursă]

Acest rol este realizat de ARN-ul mesager ce transportă informația genetică necesară sintezei de proteine de la ADN-ul localizat nuclear la ribozomii localizați încitoplasmă.

Catalizator enzimatic[modificare | modificare sursă]

Unele molecule de ARN au capacitatea de a cataliza reacții chimice modificând atât aminoacizi sau proteine cât și acizi nucleici.

Ghid pentru enzime[modificare | modificare sursă]

Unele molecule de ARN sunt componente ale unor complexe ribonucleoproteice ce participă la ghidarea lor spre secvențele specifice. În această categorie pot fi încadrate moleculele mici de ARN nucleolar (snoARN – small nucleolar ARN în engleză) ce participă la clivarea ARN-ului ribozomal sau ARN telomeric ce reprezintă matrița folosită de complexul ribonucleoproteic numit telomerază pentru sinteza extremităților moleculelor de ADN (numite telomere).

Reglarea expresiei genelor[modificare | modificare sursă]

Unele molecule de ARN (ARN antisens, spre exemplu) sunt implicate în represia uneia sau mai multor gene.

Rol în translație[modificare | modificare sursă]

ARN-ul de transfer transportă aminoacizii și îi poziționează în cursul sintezei proteice.

Suport al informației genetice[modificare | modificare sursă]

Genomul unor virusuri este constituit din ARN. În această categorie intră virusul gripei, virusul hepatitei C sau virusul SIDA. Replicarea acestor virusuri se face cu o fidelitate mult mai redusă, deoarece în cazul ARN-ului nu există un proces de corijare a erorilor, frecvența mare a erorilor ducând la o mare variabilitate genetică.

Tipuri de ARN[modificare | modificare sursă]

În celule se găsesc diferite tipuri de ARN. Proporția lor este diferită: o mare cantitate este reprezentată de ARNr (80-90% din ARN-ul celular), ARNt în proporție de 10-15% și doar o cantitate mică de ARNm (mai puțin de 5%).

ARN mesager - ARNm

ARN-ul mesager este ARN-ul ce va servi ca tipar pentru sinteza proteinelor. Complexul enzimatic ARN polimerază sintetizează inițial un ARN mesager precursor ce conține secvențele corespunzătoare exonilor și intronilor genei. Prin procesul ulterior de maturare ARN-ul premesager este modificat pentru a duce la formarea ARN-ului mesager matur:

la capătul 5’ se adaugă un „cap” (o moleculă de 7-metil-guanozină); la capătul 3’ se adaugă o serie de 100-200 de ribonucleotide conținând adenină ce

formeazăcoada poli-A; sunt eliminate secvențele corespunzătoare intronilor prin procesul

numit matisare (splicing înengleză) fiind păstrate doar secvențele corespunzătoare exonilor, secvențe ce conțin informația necesară sintezei de proteine prin procesul numit translație.

ARN-ul mesager matur este format din trei regiuni : regiunea 5’ netranscrisă (5’UTR – 5' untranslated region – în engleză), regiunea 3’ netranscrisă (3’UTR – 3' untranslated region –în engleză) și regiunea codantă.

ARN de transport - ARNt[

ARN-ul de transport (notat ARNt) este un ARN scurt, de 75-100 nucleotide, cu o structură terțiară „în treflă” (cu patru regiuni scurte dublu catenare și trei bucle) ce fixează un anumit aminoacid la capătul 3’ și care are o regiune specifică de trei nucleotide numită anticodon în bucla opusă capătului 3’. Acest ARN fixează un aminoacid pe care îl transportă și în poziționează în dreptul unui codon (prin complementaritatea codon (de pe molecula de ARNm) – anticodon (de pe molecula de ARNt) în cursul procesului de translație.

ARN ribozomal - ARNr

ARN-ul ribozomal este un constituient principal al ribozomilor, structuri celulare la nivelul cărora se realizează sinteza proteinelor. ARN-ul ribozomal este sintetizat prin transcripția genelor corespunzătoare situate în anumite regiuni alecromozomilor numite organizatori nucleolari (sau NOR în engleză). Prin transcripție sunt sintetizați precursori de talie mare ce vor fi ulterior scindați în patru tipuri de ARNr: ARNr 28S, ARNr 5.8S, ARNr 5S (ce intră în compoziția subunității mari, 60S, aribozomului) și ARNr 18S (ce intră în compoziția subunității mici, 40S, a ribozomului).

ARN regulatori

Unele molecule de ARN au ca rol regularea expresiei genelor:

ARN antisens, ARN ce conține regiuni complementare ARN-ului mesager și care, prin apariere, poate determina formarea de regiuni dublu catenare ARN-ARN, regiuni ce pot fie modifica capacitatea ARNm de a fi translat , fie pot duce la degradarea moleculei de ARNm. Acest proces de degradare este numitinterferență ARN și a fost descoperit de Andrew Z. Fire și Craig C. Mello (premiul Nobel de Fiziologie și Medicină în 2006).

ARN regulator de talie mare ce determină modificări epigenetice (condensare a cromatinei și oprirea expresiei genelor localizate în regiunea respectivă). Un exemplu îl reprezintă ARN-ul Xist la mamifere ce intervine în procesul de inactivare a unui cromozomul X la organismele de sex feminin.

ARN catalitic (ribozime)[modificare | modificare sursă]

Unele molecule de ARN (numite și ribozime, prin contracția cuvintelor ribonucleotid și enzime) au capacitatea de a cataliza reacții chimice de clivare sau de transesterificare în absența proteinelor enzimatice. Un exemplu îl reprezintă siturile active (peptidil și aminoacil) ale ribozomilor care sunt formate exclusiv din segmente de ARN ribozomal. Ribozimele pot cataliza și reacții de modificare ale acizilor nucleici, spre exemplu spliceozomii, complexe ribonucleoproteice implicate în procesul de matisare al ARN-ului premesager. Pentru identificarea ribozimelor Thomas Cech și Sidney Altman au primit premiul Nobel pentru Chimie în 1989.