|
Современная генетикаcentimetri. Fire?te, aceasta nu оnseamn? deloc c? molecula de ADN poate fi v?zut? cu ochiul liber: grosimea acestor filamente este infim?-de 20-25 angstromi (1 angstrom – 10-8 cm). Tocmai de aceea оn munca cu acizii nucleici ?i este nevoie de utilizarea celor mai perfecte microscoape. Dar dac? lungimea acestor molecule este atвt de mare, cum de reu?esc ele, totu?i , s? se dezr?suceasc? оn celul?, f?r? a se оnc?lca ?i оn intervale foarte mici de timp? S? examin?m procesul de dezr?sucire a ADN-ului оn celulele celor mai mici organisme - a bacteriilor. Lungimea ADN-ului bacterial constituie cв?iva milimetri. Jirul (bucla) unei spirale este egal cu 34 angstromi iar intervalul de timp care se scurge оntre dou? diviziuni consecutive ale celulelor bacteriene este de 20-45 minute Pentru replicarea (autoreproducerea) ADN- ului se consum? mai pu?in de o treime din acest timp Dac?, pornind de la aceste considera?ii, se va calcula viteza de rota?ie a capetelor moleculelor de ADN la dezr?sucire, se va ob?ine o m?rime fantastic?: 15000 rota?ii pe minut?! Se оn?elege de la sine c? acest lucru este pu?in probabil. Aceasta f?ceau necesar elaborarea de noi modalit??i pentru explicarea modului оn care ADN reu?e?te s? se dubleze оn intervalele de timp atвt de scurte. Numeroasele date confirm? c? оn procesul diviziunii оn celule se produce o repartizare exact? оn p?r?i egale a ADN-ului оntre celulele-fiice. Cum se produce acest fenomen? Оn principiu оn celulele-fiice sunt posibile trei c?i diferite de diviziune a ADN-ului: calea conservativ?, calea semiconservatic? ?i calea dispers?. Оn caz de replica?ie conservativ? a ADN-ului pe o molecul? integral? cu dou? filamente, se construie?te din nou, ca pe o matri??, o molecul? identic? de ADN, iar celula ini?ial? r?mвne neschimbat?. La metoda semiconservativ? molecula primar? se descompune оn dou? filamente ?i pe fiecare din ele se construie?te cвte o molecul? integral? de ADN. Metoda de dispersie prevede ca materialul ADN-ului ini?ial s? fie repartizat uniform la celulele-fiice, iar celelalte sectoare ale ADN-ului s? fie construite din nou. Care din aceste metode de replica?ie a ADN-ului se aplic? оn realitate? La aceast? оntrebare au r?spuns Meselson ?i Stahl, elaborвnd o metoda special? de centrifugare echilibrat? a moleculelor de ADN. Esen?a acestei metode const? оn urm?toarele: dac? la o centrifugare obi?nuit? moleculele polimere se divizau conform greut??ii moleculare, apoi la centrifugarea echilibrat? macromoleculele se divizau conform densit??ii specifice. Оn acest scop centrifugarea se f?cea оntr-o solu?ie de s?ruri cu mare densitate. Deoarece оntotdeauna se poate alege o concentra?ie a solu?iei care ar corespunde densit??ii polimerului studiat, moleculele substan?ei studiate se concentreaz? оn acel loc оngust al epruvetei, unde densitatea substan?ei este egal? cu densitatea mediului, adic? a solu?iei. Ajungвnd aici, substan?a nu se va mai disloca. Dac? preparatul studiat con?ine cвteva tipuri de molecule cu diferit? densitate, ele se vor concentra оn diferite sectoare ale epruvetei. Efectuвnd o serie de experien?e fine, Meselson ?i Stahl au reu?it s? determine mecanismul semiconservativ al replica?iei ADN-ului (des. 8). Dar mai r?mвnea ne solu?ionat? оnc? o problem?, cea a dinamici procesului de replica?ie: a fost descoperit un ferment special, care realiza replica?ia. Fermentul a fost numit ADN-polimeraz?. A. Cornberg, biochimist american, a Clarificat c? ADN-polimeraza se deplaseaz? din direc?ia polului 5' spre polul 3' al filamentului ADN. Pentru c? filamentele ADN-ului nu sunt paralele оn orice pol al lor, un filament purta liber un 3' -atom de hidrat de carbon, iar cel?lalt filament - un 5' -atom. Aceasta оnseamn? c? fermentul ADN-polimeraza se putea alipi numai la un pol al ADN (la polul 5') ?i tвrо de-a lungul acestui filament, iar al doilea trebuia s? r?mвn? liber. Dar experien?ele ar?tau, c? se оntвmpl? invers - ambele filamente de ADN erau supuse replica?iei. Оn anul 1968 savan?ii japonezi, оn frunte cu R. Ocazachi, au contribuit la solu?ionarea acestei controverse. S-a dovedit c? Cornberg a avut dreptate ?i c? ambele filamente de ADN au fost supuse la dublare, numai c? sinteza noilor filamente se efectua pe segmente scurte - «fragmente Ocazachi», c?ci a?a au fost numite ele mai tвrziu. Conform concluziei lui Ocazachi, moleculele fermentului ADN-polimeraza se alipesc de ambele filamente de ADN, dar ele trebuie s?-?i оncap? munca оn direc?ii opuse. Acest lucru e explicat schematic оn figura 9: a, b, c. La оnceput ADN-ul se desface de la un pol, formвnd o furc? de replica?ie de care se alipesc moleculele de ADN-polimeraz?. Оn timp ce ele muncesc, sintetizвnd copii ale polilor elibera?i, ADN-ul continu? s? se desfac? ?i pentru ADN-polimeraza devine accesibil un nou sector al ambelor filamente. Prima molecul? a fermentului о?i poate continua mi?carea de-a lungul filamentului 5' eliberat, iar de sectorul elibera al filamentului 3' se alipe?te o nou? molecul? de ADN-polimeraz?. Cu cвt se desf??oar? mai mult procesul de desfacere a ADN-ului, cu atвt va apare o cantitate mai mare de fragmente. Este interesant c? оn experien?ele lui Ocazachi pe filamentele 5' copiile noi se sintetizau ?i ele оn fragmente. Ce se оntвmpl? cu pun?ile dintre fragmente? Doar ADN-ul din celulele оn care s-a terminat diviziunea nu este fragmentar. Cu un an pвn? a descoperi Ocazachi acest lucru, savan?ii Riciardson ?i Veis din SUA au g?sit un nou ferment. Func?ia lui consta оn a uni, a alipi polii liberi zaharo-fosfatici ai moleculei de ADN. ?i deoarece verbul «a alipi» оn englez? sun? «ligaze» fermentul a fost numit «ligaz?». Tocmai ligaza e responsabil? de «cusutul» оntr-un tot unic al fragmentelor Ocazachi, noi sintetizate, ?i transform? catena fragmentar? de ADN оntr-o caten? оntreag?. Replica?ia ADN este, оns?, numai unul din numeroasele procese care asigur? p?strarea ?i continuarea informa?iei genetice. Pentru transmiterea acestei informa?ii ?i traducerea ei оn caractere concrete ale organizmelor, exist? alte procese, la fel de complicate, ?i alte «personaje». Despre unele din ele vom vorbi оn continuare. 4.3 Codul genetic Informa?ia genetic? este codificat? оn molecula de ADN prin intermediul a 4 tipuri de nucleotide, care fac parte din componen?a ei. Se cunoa?te de asemenea c? informa?ia genetic?, codificat? оn ADN, se realizeaz? оn procesul sintezei biologice a proteinelor оn celul?. Ca ?i acizii nucleici, proteinele sunt compu?i polimerici, dar оn calitate de monomeri ele con?in nu nucleotide, ci diferi?i aminoacizi. Оn structura proteinelor au fost descoperi?i 20-21 de tipuri de aminoacizi. Оn ce prive?te propriet??ile moleculei de protein?, ele depind nu numai de componen?a lor general?, dar ?i de aranjarea reciproc? a aminoacizilor, exact a?a precum sensul cuvвntului depinde nu numai de literele din care este compus, ci ?i de ordinea lor. N. C. Col?ov a calculat cвte molecule diferite (izomeri) se pot ob?ine printr-o simpl? schimbare a locului aminoacizilor dintr-un lan? de 17. M?rimea ob?inut? era de circa un trilion' Dac? am dori s? tip?rim un trilion de izomeri, оnsemnвnd fiecare aminoacid printr-o liter?, iar toate tipografiile de pe glob ar tip?ri anual cвte 50000 de volume a cвte 100 coli fiecare, pвn? la оncheierea acestei munci vor trece tot atв?ia ani cв?i s-au scurs din perioada arhaic? ?i pвn? оn prezent Dar majoritatea proteinelor sunt compuse nu din 17, ci din cвteva sute de aminoacizi. Оn acest sens sunt impresionante calculele efectuate de savantul Senger Greutatea molecular? medie a proteinei este egal? cu aproximativ 34000 S-a dovedit c? din 12 tipuri de aminoacizi prin varierea succesiunii lor se poate ob?ine un num?r de 10300 de diferite proteine, greutatea lor total? constituind 10280 grame. E mult sau pu?in? Evident, e o greutate enorm?. Este suficient s? compar?m aceast? greutate cu greutatea p?mвntului nostru, egal? cu doar 1027 grame. Оn acest fel, odat? ce fiecare dintre ace?ti izomeri are propriet??i specifice, rezult? c? оnc?rc?tura semantic? оn structura primar? a materiei este datorat? secven?ei (de fiecare dat? alta) a aminoacizilor de-a lungul lan?ului polipeptidic. Dac? este a?a, atunci prin analogie, o astfel de оnc?rc?tur? semantic? (informa?ie) trebuie c?utat? ?i оn succesiunea nucleotidelor оn moleculele de ADN. Se isc? оntrebarea: оn ce mod succesiunea a patru nucleotide diferite din molecula de ADN determin? secven?a a 20 de aminoacizi оn molecula de protein?. E cam acela?i lucru ca ?i cum prin combinarea оn diferite feluri a patru litere ale alfabetului se pot forma 20 de cuvinte diferite dup? con?inut ?i structur?. S-a dovedit c? prin intermediul a patru baze azotate (nucleotide) se poate transmite o cantitate nelimitat? de informa?ie. Calculele demonstreaz? c? o singur? baz? este capabil? s? codifice nu mai mult de un aminoacid, iar toate cele patru baze (nucleotide) care оntr? оn componen?a acizilor nucleici, respectiv nu mai mult de patru aminoacizi. De aici reiese c? aminoacizii sunt codifica?i (specifica?i) de c?tre grupe de baze. Combina?iile din dou? baze pot codifica numai 16 aminoacizi (42), ne fiind capabile s?-i specifice pe to?i 20. Оn schimb, combina?iile de trei baze (nucleotide) sunt capabile s?-i specifice pe to?i cei 20 de aminoacizi ?i chiar pe mai mul?i (43=64). Asemenea trei baze, situate una lвng? alta (triplete), se numesc codoni ?i fiecare poate codifica un aminoacid anumit. Urmau de asemenea s? fie rezolvate оnc? un ?ir de alte sarcini complicate. Оn primul rвnd, era necesar? relevarea modului оn care оn celul? are loc «citirea» informa?iei genetice. Оn al doilea rвnd, care sunt tripletele ce codific?, anumi?i aminoacizi. Prin eforturile mai multor savan?i din diferite ??ri au fost elaborate cвteva variante ale codului genetic, dar dintre acestea nu toate au rezistat la verific?ri minu?ioase. Primul care a emis (оnc? оn anul 1954) ipoteza c? codul genetic are un caracter tripletic a fost fizicianul american de origine rus? G. Gamov. Dup? cum s-a men?ionat, оn moleculele de acizi nucleici bazele sunt amplasate unele dup? altele оn ?ir liniar ?i citirea informa?iei localizate оn ele se poate realiza оn chip diferit. Mai jos prezent?m dou? variante de citire a tripletelor care con?in 12 baze: A-T-G-CE -A-T-T-A-G-CE-T-A 1 AA 2 AA 3AA 4 AA 2 AA 3 AA Citirea tripletelor din acest rвnd (de la stвnga) se poate efectua, de exemplu, оn felul оn care a pro-pus Gamov, respectiv: A-T-G-primul aminoacid (1 AA) T-G-CE-al doilea aminoacid (2 AA). G-CE-A-al treilea aminoacid (3 AA) ?. a. m. d. Un astfel de cod se nume?te suprapus, dat fiind faptul c? unele baze оntr? оn componen?a a mai multor triplete vecine. Dar prin cercet?ri ulterioare s-a demonstrat c? un asemenea cod este imposibil, deci, ipoteza lui Gamov nu ?i a aflat confirmarea. Un alt mod de citire a tripletelor, propus оn anul 1961 de F. Cric, este prezentat оn continuare: A-T-G - 1 AA; CE-A-T - 2 AA; T-A-G - 3 AA; CE-T-A - 4 AA. Un astfel de cod se nume?te ne suprapus. Informa?ia pe care o con?ine se cite?te succesiv dup? triplete, f?r? omiterea bazelor ?i f?r? suprapunerea lor. Оn acest fel, textul informa?iei genetice urmeaz? s? fie contopit. Dup? opinia lui Cric, citirea informa?iei se va оncepe de la un anumit punct din molecula de acid nucleic, оn mod contrar textul pe care оl con?ine s-ar denatura tot a?a cum sensul cuvвntului, dac? ar fi s?-l citim de la o liter? оntвmpl?toare. Experien?ele ulterioare, efectuate de Cric ?i colaboratorii s?i оn anul 1963, au confirmat juste?a ipotezei emise de el. Determinarea principiului de citire corect? a informa?iei dup? triplete nu constituia оns? rezolvarea definitiv? a problemei codului genetic, deoarece ordinea de alternare a bazelor оn triplete (cuvintele de cod) poate fi variabil?, respectiv: A-G-CE, G-CE-A, CE-G-A, G-A-CE, A-CE-G, CE-A-G ?. a. m. d. Se pune оntrebarea: pe care aminoacid оl codific? fiecare dintre tripletele enumerate? Primele date privind componen?a cuvintelor de cod au fost prezentate оn anul 1961 оn cadrul Congresului interna?ional de biochimie de la Moscova de c?tre savan?ii americani M. Nirenberg ?i J. Mattei. Utilizвnd sistemul de sintez? artificial? (acelular?) a proteinei, savan?ii au оnceput s? depun? eforturi оn vederea descifr?rii «sensului» cuvintelor de cod, adic? a modului de alternare оn triplete a bazelor. La оnceput ei au sintetizat un polinucleotid artificial, a?a-numitul poli-U (U-U-U-U-U-U...), care con?inea sub form? de baz? numai uracil. Introducвnd оntr-un sistem acelular toate componentele necesare .(suc celular, ribozomi, complexul de fermen?i necesari, o surs? de energie sub form? de acid adenozintrifosforic (ATF), o garnitura complecta compus? din 20 de aminoacizi ?i molecule de poli-U), au constatat c? оn acest caz are loc sinteza proteinei compuse din r?m??i?ele unui singur aminoacid - fenilalanin? (fen-fen-fen-fen-fen...). Оn felul acesta identitatea primului codon a fost descfrat?: tripleta U-U-U corespunde fenilalaninei. Apoi cercet?torii au realizat sinteza altor polinucleotide ?i au stabilit care sunt codonii prolinei (CE-CE-CE) ?i ai lizinei (A-A-A). Оn continuare s-a realizat sintetizarea garniturilor de trinucleotide (tripletele) cu diferite оmbin?ri ale bazelor ?i s-a stabilit ce fel de aminoacizi se leag? cu ribozomii. Treptat au fost descifra?i to?i cei 64 de codoni ?i a fost alc?tuit «dic?ionarul» complect al codului genetic. Codul genetic (ARN) Dar la ce folosesc tocmai 64 de codoni, dac? оn protein? intr? doar 20 aminoacizi? Оnseamn? c? ceilal?i sunt de prisos? La оnceput aceast? оntrebare i-a pus оn оncurc?tur? pe savan?i, dar mai tвrziu a devenit clar c? nu exist? nici un fel de «surplus» de codoni. Experien?ele оntreprinse de Nirenberg ?i Leder au demonstrat c? numero?i aminoacizi pot fi codifica?i nu de una, ci de cвteva triplete-sinonime. Bun?oar?, aminoacidul numit cistein? poate fi codificat de dou? triplete (UGU, UGC), alanina - de patru (GCC, GCA, GCG, GCU), iar leucina de ?ase, (UUA, UUG, CUU, CUC, CUA ?i CUG). Codul оn care unul ?i acela?i aminoacid este codificat de cвteva triplete se nume?te cod degenerativ. S-a constatat c? din punct de vedere biologic caracterul degenerativ al codului este avantajos. Este ca un. fel de «m?sur? de siguran??» a naturii, elaborat? оn procesul evolu?iei, cвnd, prin оnlocuirea unor codoni prin al?ii, se realizeaz? posibilitatea p?str?rii structurii ?i a оnsu?irilor specifice ale proteinelor. Datorit? caracterului degenerativ al codului, diferite organisme pot s? introduc? оn proteinele de care dispun unii ?i aceea?i aminoacizi, folosind оn acest scop diferi?i codoni. |Pri|A doua nucleotid? a codonului |A | |ma | |tre| |nuc| |ia | |leo| |nuc| |tid| |leo| |? a| |tid| |cod| |? a| |ulu| |cod| |i 5| |onu| | | |lui| | |U |C |A |G | | |U |[pic]} fenilalanin? |[pic]}serin? |[pic]}tirozin?, |[pic]}cistein?|U | | |[pic]} leucin? | |UAA ocru | |C | | | | |UAG ambr? |UGA azur |A | | | | | |UGG triptofan |G | |C |[pic]} leucin? |[pic]}prolin? |[pic]}histidin? |[pic]}arginin?|U | | | | |[pic]}glutamin? | |C | | | | | | |A | | | | | | |G | |A |[pic]} izoleucin? |[pic]}treonin?|[pic]}asparagin? |[pic]}serin? |U | | |AUG | |[pic]}lizin? |[pic]}argin? |C | | |metionin? | | | |A | | | | | | |G | |G |[pic]} valin? |[pic]}alanin? |[pic]}acid |[pic]}glicocol|U | | |GUG valin? sau | |asparatic | |C | | |formilmet. | |[pic]}acid | |A | | | | |glutamic | |G | ?i оntr-adev?r, s? ne imagin?m pentru o clip? c? moleculele de ADN (?i corespunz?tor cele de ARN) ale fiec?rei celule con?in numai cвte un singur codon pentru fiecare aminoacid. Оn rezultatul unor muta?ii ace?ti codoni se pot modifica ?i dac? ei nu au schimb, aminoacizii care le corespund nu vor fi cuprin?i оn proteine, fapt care va duce la schimbarea structurii ?i func?iilor lor iar aceasta poate conduce, оn consecin??, la urm?ri negative pentru activitatea vital? a оntregii celule. Dac?, оns?, оn urma muta?iei se va forma un codon-sinonim, atunci totul va r?mвne f?r? schimb?ri. Ceva asem?n?tor ne putem imagina ?i оn cazurile cвnd оntr-o ?coal? sau institu?ie de оnv???mвnt superior pentru predarea unui obiect oarecare exist? numai un singur cadru didactic. Dac?, de exemplu, acesta se оmboln?ve?te ?i nu are cine s?-l оnlocuiasc? pentru un timp predarea disciplinei respective se оntrerupe. Probabil, c? ar fi fost mai chibzuit dac? ar fi existat un оnv???tor (lector) care, intervenind la timp, s? continue predarea acestei discipline. Cel pu?in pentru ca elevii s? nu dovedeasc? s? uite materialul studiat sau pentru ca predarea obiectului dat s? nu fie reprogramat? pentru alt trimestru. Cum s-a remarcat deja, moleculele acizilor nucleici sunt catene polinucleotidice, alc?tuite din ?iruri lungi de triplete. De-a lungul moleculelor de ADN numeroase triplete – codonii - formeaz? sectoare aparte, numite cistrone sau gene. Fiecare gen? con?ine informa?ia necesar? pentru realizarea sintezei unei anumite proteine. Dar deoarece genele sunt am- plasate оn moleculele de ADN оn ordine liniar?, una dup? alta, se оntreab?: unde оncepe ?i unde se termin? citirea ?i transmiterea informa?iei genetice privind fiecare protein? оn parte ?i ce semne conven?ionale sunt folosite оn acest scop? Doar codul genetic este, dup? cum ?tim, compact, f?r? nici un fel de virgule оn «textul» s?u. S-a dovedit c? оntre cei 64 de codoni exist? astfel de triplete a c?ror func?ie const? оn marcarea оnceputului ?i sfвr?itului citirii (transcrip?iei) ?i transmiterii (transla?iei) informa?iei genetice, con?inut? оn gene. Оnceputul transl?rii genelor (sau, aceea ce e acela?i lucru, оnceputul sintezei proteinei date) se marcheaz? prin tripleta AUG. denumit? respectiv de ini?iere. Tripletele UAG ?i UAA marcheaz? sfвr?itul transl?rii genelor (оncheierea procesului de sintez? a proteinelor) ?i sunt corespunz?tor denumite finale. Оn ce const? esen?a procesului de descifrare a codului genetic ?i a biosintezei proteinelor? Toate caracterele ?i оnsu?irile organismelor sunt determinate de proteine. Prin urmare, transmiterea informa?iei genetice оn procesul sintezei proteice se desf??oar? strict conform unui anumit plan (program), schi?at din timp. Rolul de baz? оn biosinteza proteinelor оl joac? acizii nucleici: ADN ?i cвteva tipuri diferite de ARN, care se deosebesc dup? structur?, mas? molecular? ?i func?ii biologice. Dintre ace?tia face parte a?a-numitul ARN informa?ional sau de informa?ie (ARN-i), ARN de transport sau de transfer (ARN-t) ?i ARN ribozomal (ARN-r). Ei sunt sintetiza?i de pe matri?ele de ADN ale celulelor, cu participarea fermen?ilor corespunz?tori - ARN- polimeraze, iar apoi оncep s? оndeplineasc? func?iile ce le au оn procesul biosintezei proteinelor. Astfel ARN-r, unindu-se оn complexe cu proteine speciale, formeaz? ribozomii, оn care are loc sinteza tuturor tipurilor de protein? (proteinosinteza). Ribozomii constau din dou? subunit??i. Оn celul? num?rul de ribozomi se ridic? la circa 100 mii ?i de aceea cantitatea general? de ARN-r din ei constituie circa 80% din totalul de ARN al celulei. Care sunt, deci, func?iile biologice ale ADN-ului, ARN-i ?i ARN-t? Care este contribu?ia lor nemijlocit? оn procesul de biosintez? a proteinelor? Vom remarca de la bun оnceput c? ADN nu particip? nemijlocit la sinteza proteinelor. Func?ia lui se limiteaz? la p?strarea informa?iei genetice ?i la replicarea nemijlocit? a moleculei, adic? la formarea de copii necesare pentru transmiterea informa?iei urma?ilor. Prima etap? a biosintezei proteinelor o constituie recep?ionarea informa?iei genetice de la ADN ?i оnscrierea ei pe o molecul? ARN-i, proces care se realizeaz? оn felul urm?tor: pe unul din firele moleculei de ADN cu ajutorul fermentului ARN-polimeraz? din nucleotidele libere se sintetizeaz? firul ARN-i, оn care locul timinei (T), con?inute оn ADN, оl ia uracilul (U). Molecula ARN-i sintetizat?, care a preluat informa?ia con?inut? оn Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое. |
||
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна. |