|
|
|
-structura bicatenara (2 catene polinucleotidice) -antiparalele
-rasucite in jurul unui ax central dublu helix
-unite prin punti de hidrogen
Molecula de ADN este formata din doua catene polinucleotidice rasucite una in jurul celeilalte in spirala, cu bazele azotate spre interior. Totodata, daca pe o catena intr-un anumit punct , este adenina, pe catena opusa in dreptul adeninei este timina. Intre ele sunt doua legaturi de hidrogen. In dreptul guaninei este citozina, intre ele fiind trei legaturi de de H. Adenina cu timina si ganina cu citozina formeaza perechi, sunt complementare si se atrag intre ele.
Privind cu atentie schema vieti veti observa ca legaturile C5’ C3’ au sensuri opuse pe cele doua catene(care sunt antiparalele). Acest amanunt este foarte important deoarece informatia genetica este lecturata totodata in sensuri C5 C3’.
In molecula de ADN complementaritatea dintre bazele purinice si cele pirimidinice tine cele doua catene alaturate, oricat ar fi ele de lungi. Datorita ei, molecula, este foarte stabila desi foarte complexa. De aici rezulta stabilitatea informatiei eriditare fara de care viata ar fi imposibila. Legaturile de H sunt mai slabe decat cele esterice si se rup daca ADN este incalzit peste 100 grade C(denaturare) rezultand DN monocatenar. Prin racire treptata, cele doua catene se atrag datorita complementaritatii bazelor azotate si revin in vechile pozitii(renaturare). Daca racirea este brusca, ADN ramane denaturat.
Amestecand monocatene ADN de origini diferite se formeaza prin renaturare partiala hibrizi moleculari. Pocedeul este folosit de oamenii de stiinta in studiul relatiilor filogenetice dintre specii. Speciile inrudite au temperaturi apropiate de denaturare a ADN si realizeaza o renaturare rapida si de mari proportii cand li se amesteca monocatenele deoarece secventele polinucleotidice sunt identice pe mari proporti.
Ereditate nu presupune doar stocarea informatiei genetice dar si transmiterea ei. ADN ca purtator de informatie are o proprietate care tine de insasi esenta vietii: se autocopiaza!
Replicatia(autocopierea) ADN are loc atunci cand o celula se pregateste de diviziune: cantitatea de ADN dublandu-se, celulele fiice vor mosteni in mod egal intreaga informasie genetica de la celula mama.
In acest proces intervin mai multe enzime. Una dinte ele este DN polimeraza. Ele actioneaza precum cursorul unui fermoar despartind cele doua catene. Fiecare catena atrage acum nucleotide libere care se aflau gata sintetizate in lichidul inconjurator. Datorita complementaritatii, nucleotidele libere se vor organiza formand o catena noua pe langa fiecare din cele doua catene vechi(care functioneaza ca o matrita). Vor rezulta doua molecule bicatenare de ADN, identice cu cea initiala, fiecare avand o catena avand o catena veche si una noua sintetizata. Cele doua catene ale macromoleculei de ADN nu se separa tot de la inceputul replicarii. Separarea totala este treptata, pornita fiind din punctul de initiere al replicarii si continuata progresiv spre un punct terminus. Astfel, in plin proces de replicare, macromolecula de ADN capata forma literei Y. Punctul de ramificare a macromoleculei de ADN se numeste bifurcatie de replicare.
Inalta fidelitate a replicatiei ADN asigura transmiterea nealterata a informatiei genetice de la o genetatie de celule la alta, conditie esentiala a continuitatii vietii.
a.Functie autocatalitica :
1) denaturarea
1) renaturarea
2) duplicarea semiconservativa
1)Denaturarea
- atunci cand ADN este incalzit la temperaturi ridicate apar modificari instructura acesteia.
atunci cand racirea se face brusc apare fenomenul de denaturare (o data distruse legaturile de hidrogen ADN nu se mai reface astfel incat se formeaza ADN monocatenar).
2) Renaturarea
atunci cand racirea se face treptat aceasta implica refacerea legaturilor de hidrogen dintre bazele azotate complemantare,refacandu-se ADN initial.
3) Duplicarea semiconservativa
- procesul care se realizeaza in nucleu;in interfaza celulara si are ca rezultat dublarea cantitatii de AND.
b.Functie heterocatalitica: Sinteza proteinelor.
Tipurile de ARN implicate in sinteza proteica
c) In sinteza proteica sunt implicate mai multe tipuri de ARN, fiecare indeplinind roluri diferite.
Sinteza ARN(transcrierea) se realizeaza tot pe baza complementaritatii bazelor azotate ca si in cazul replicatiei ADN. Dupa formarea catenei, molecula ARN paraseste locul transcrierii, iar catenele ADN revin la pozitia initiala.
ARN contribuie in diferite moduri la structurarea si functionarea materialului genetic, existand astfel mai multe tipuri de ARN:
ARN mesager(ARNm) are rolul de a copia informatia genetica dintr-un fragment de ADN si de a o duce ca pe un mesaj la locul sintezei proteice.
ARN ribozomal(ARNr) intra in alcatuirea ribozomilor asociat cu diferite proteine. El este sintetizat tot prin trascriere din ADN, dupa care catena ARNm se pliaza formand portiuni bicatenare, datorita complementaritatii bazelor azotate.
ARN de transfer(ARNt) este specializat in aducerea aminoacizilor la locul sintezei proteice. Molecula este formata din 70-90 nucleotide si are doi poli functionali: - unul la care se ataseaza un numit aminoacid
- altul care contine o secventa de 3 nucleotide care recunoaste o numita secventa a ARNm unde se ataseaza pe baza complementaritatii.
Rolul ADN-ului in sinteza proteica
d) ADN este o molecula formata din doua catene polinucleotidice rasucite una in jurul celeilalte in spirala cu bazele azotate spre interior.
In molecula de ADN, complementaritatea dintre bazele purinice si cele pirimidinice tine cele doua catene alaturate, oricat ar fi ele de lungi. Legaturile de hidrogen sunt mai slabe decat cele esterice si se rup daca ADN-ul este incalzit spre 100o C (proces numit denaturare) rezultand ADN monocatenar. Prin racire treptata are loc procesul de renaturare, adica cele doua catene de ADN se atrag datorita complementaritatii bazelor azotate si revin in vechile pozitii.
Replicatia ADN are loc atunci cand o celula se pregateste de diviziune, cantitatea de ADN dublandu-se, iar celulele fiice vor mosteni in mod egal intreaga informatie genetica de la celula mama.
Inalta fidelitate a replicatiei ADN asigura transmiterea nealterata a informatiei genetice de la o generatie de celule la alta, conditie esentiala a continuitatii vietii.
Informatia necesara sintezei proteinelor este depozitata in moleculele de ADN, deci procesul necesita o traducere dintr-un limbaj cu 4 semne al nucleotidelor intr-un limbaj cu 20 de semne al aminoacizilor.
Rolul proteinelor in determinarea fenotipului
e) Se stie ca proteinele sunt macromolecule formata prin inlantuirea intr-o anumita succesiune a celor 20 aminoacizi. In acest caz este valabila analogia cu un text scris cu un „alfabet” de 20 de semne. Numarul de combinatii posibile este incalculabil, fapt care explica marea varietate a proteinelor.
Se apreciaza ca pentru molecule proteice formate prin inlantuirea a 1000 de aminoacizi in diferite proportii su succesiuni, numarul de combinatii posibile ar avea 1300 de cifre.
Fiecare specie are proteinele ei particulare. EX: insulina provenita de la diferite specii de mamifere prezinta diferente localizate intr-o anumita portiune a lantului.
O proteina poate fi formata din unul sau mai multe lanturi polipeptidice. Odata sintetizate, lanturile se pot plia datorita unor legaturi chimice care confera moleculei proteice un anumit aranjament spatial.
Unele proteine au rol mecanic, fie formand o retea fina de ancorare a organitelor celulare, fie participand la miscari celulare, fie realizand structuri mecanice extracelulare. Altele au functii particulare ca transportori de oxigen (hemoglobina), anticorpi, factori ai coagularii. Cele mai multe proteine functioneaza ca enzime.
Redactarea celor 3 faze ale biosintezei proteice
f) Biosinteza proteica se desfasoara in doua etape:
- TRANSCRIPTIA (copierea mesajului genetic din moleculele de ADN in molecule de ARNm)
- TRANSLATIA (utilizarea mesajului genetic pentru sinteza proteinelor pe baza codului genetic)
Transcriptia. O celula poate produce mii de proteine diferite. Sinteza fiecareia dintre ele incepe prin activarea genei corespunzatoare. In aceasta prima faza, sub actiunea enzimei ARN polimeraza se transcrie mesajul genetic din fragmentul ADN respectiv sub forma unei molecule de ARNm.
Translatia are loc la nivelul ribozomilor. Etape:
1. ARNm recunoaste locul sintezei datorita primelor nucleotide ale sale care formeaza o secventa de initiere.
2. In citoplasma, aminoacizii sunt pregatiti pentru sinteza in doua faze:
a) in prima faza aminoacizii sunt activati prin reactia cu ATP care le va dona energie: AA + ATP ----- ----- -------- AA ~ AMP + P~P
aminoacil sintetaze
b) aminoacidul activat se ataseaza unei molecule de ARN de transfer(ARNt).
AA ~ AMP + ARNt ----- ----- -------- AA ~ ARNt + AMP
aminoacil sintetaze
AMP (acid adenozinmonofosforic) apoi va fi reincarcat cu energie prin fosforilare ( AMP + P~P = ATP) la nivelul mitocondriilor.
3. Incepe etapa translatiei care presupune trecerea ARNm printre subunitatile ribozomului. In spatiul dintre cele doua subunitati este loc pentru doi codoni ai ARNm.
Prima etapa in procesul de sinteza proteica o constituie transcriptia informatiei genetice din ADN in ARNm, cu ajutorul enzimei ARN polimeraza.
La procariote se copiaza informatia genetica a mai multor gene succesive, iar ARNm codifica mai multe proteine de care celula are nevoie in momentul respectiv.
La eucariote se copiaza informatia genetica a unei singure gene rezultand ARNm precursor separand secventele informationale (exoni) de cele noninformationale (introni). Alte enzime leaga exonii intre ei si rezulta ARNm matur care va ajunge la ribozomi prin difuziune.
A doua etapa a sintezei proteice este reprezentata de translatie in urma careia o secventa de nucleotide din ARNm este transformata intr-o secventa de aminoacizi in molecula proteica. ARNm se cupleaza cu ribozomii din citoplasma formand poliribozomi. Concomitent are loc activarea aminoacizilor (AA) din citoplasma prin legarea lor de ATP.
Cele trei faze ale sintezei proteice pot fi redate sintetic astfel:
1. In prima faza un aminoacid este activat in urma reactiei cu molecula de ATP donatoare de energie sub influenta enzimelor denumite aminocilsintetaze, deci aminoacidul se leaga de AMP iar doua grupari fosfat sunt puse in libertate.
2. In a doua faza are loc transferul aminoacizilor activati de ARNt sub influenta acelorasi enzime din prima etapa. Cu ajutorul ARNt, aminoacizii sunt transferati la locul sintezei proteice in ribozomi.
3. In ultima faza are loc asamblarea polipeptidelor cu ajutorul ribozomilor. In aceasta faza aminoacizii se unesc intre ei prin legaturi peptidice cu ajutorul enzimelor peptid polimeraza.
SINTEZA PROTEICA-SCHITA
Legatura dintre secventa nucleotidelor in ADN si succesiunea aminoacizilor in molecula proteica se realizeaza cu ajutorul codului genetic. Unitatile de codificare a informatiei genetice sunt reprezentate de codoni. Codonul este alcatuit dintr-o secventa de trei nucleotide din macromolecula de ADN, el avand capacitatea de a determina includerea unui anumit aminoacid in molecula proteica. Pentru codificarea celor 20 de aminoacizi care intra in alcatuirea proteinelor exista 64 de codoni, fiecare fiind format dintr-o secventa de trei nucleotide.
Codul genetic este alcatuit din 64 de codoni, cifra reprezentand totalitatea combinatiilor celor 4 tipuri de nucleotide luate cate 3.
Tinand seama ca exista mai multi codoni decat aminoacizi, s-a dovedit ca mai multi codoni pot codifica acelasi aminoacid. EX: fenilalanina este codificata de doua triplete: UUU si UUC.
Codul genetic este nesuprapus, ceea ce inseamna ca doi codoni vecini nu au nucleotide comune. Este fara virgule: citirea informatiei se face continuu, deci intre doi codoni succesivi nu exista semne de punctuatie. In codul genetic nu exista decat doi codoni (GUG si AUG) care marcheaza inceputul unui mesaj genetic si trei codoni (UAA, UAG si UGA) care indica sfarsitul unui mesaj genetic.
Codul este universal la toate organismele vii, de la cele mai simple virusuri, la cele mai evoluate mamifere, aceleasi triplete codificand acelasi aminoacid.
