Transcript: Acizi nucleici - ADN, ARN, codul genetic

Am văzut în lecția trecută cum arată un fragment de acid de oxiribonuclei.
Avem cele trei componente de bază ale unei mononucleotide, o pentoză, o grupare de fosfat și una din cele patru baze azotate specifice a DN-ului, adenina, guanina, citozina și timină.
Iar în cazul a RN-ului, știm că cele patru baze azotate sunt adenina, guanina, citozina și uracilul.
Prin policondensarea mononucleotidelor, ce conțin aceste trei elemente, se obțin acizii nucleici.
Însă, în organismele vii, ADN-ul nu se găsește sub forma unui singur lanț polipeptidic, ci are o structură bicatenară.
Deci sunt două lanțuri polinucleotidice ținute strâns împreună.
De fapt, cele două lanțuri polinucleotidice sunt răsucite unul în jurul celuilalt, sub forma unei scări microscopice dubluelicoidale, care arată cam așa.
Practic, e o structură similară cu o scară, doar că e vorba de o scară strâns răsucită.
Așadar, acesta este faimosul dubluhelix.
Structura bicatenară a ADN-ului a fost prezentată și demonstrată în 1953 de Francis Crick și James Watson.
Cu ajutorul acestui model, s-a putut explica replicarea ADN-ului și, de asemenea, s-a putut explica modul în care informația inhibitare e codificată în ADN.
Astfel a fost deschisă calea spre numeroase progrese în biologia moleculară.
Francis Crick și James Watson au primit în 1962 premiul Nobel pentru fiziologie și medicină.
Să vedem acum ce presupune mai exact acest aranjament spațial de dubluelice.
Ca orice structură rezistentă, trebuie să existe un suport principal care să sprijine elementele cele mai importante.
În cazul ADN-ului, zaharidele și grupările fosfat formează două schelete principale identice.
În această schemă am notat cu Z moleculele de pentoză și cu P moleculele de fosfat.
Aceste legături de tip ester fosforic dintre zaharide și grupările fosfat se găsesc în părtele laterale ale elicei,
însă, din punct de vedere chimic, ele merg în direcții opuse.
Adică, într-o catenă, legăturile încep din direcția 5' către 3', iar în cealaltă catenă încep din direcția 3' către 5'.
Însă, deocamdată, nu avem nevoie de astfel de detalii.
Pentru a ajunge la dublu helic, trebuie să vedem cum sunt stabilizate cele două schelete principale din pentoze și grupări fosfat.
Aceste două catene lungi sunt ținute împreună de către bazele azotate, prin legături de hidrogen.
Dacă vă mai amintiți, atunci când am vorbit despre legăturile slabe, v-am promis că vă voi demonstra cât importante sunt, de fapt, acestea pentru organismele vii.
Dacă lectile despre proteine nu v-au convins, sunt sigură că vă convingeți acum.
Deci, arranjamentul spațial de dublu helix al ADN-ului este stabilizat de legăturile de hidrogen, stabilite între bazele azotate din cele două macromolecule, sau din cele două polinucleotide, dacă vreți.
Însă, un lucru foarte important, aceste legături nu se pot forma între oricare două baze azotate.
Legăturile de hidrogen se pot forma numai între bazei complementare.
Pentru ADN, perechile de baze complementare sunt adenină-timină și guanină-citozină.
Deci, vedem că legăturile de hidrogen se formează între un rez de adenină, care e o bază purinică, dintre o macromoleculă, și un rez de timină, care e o bază pirimidinică,
sau legăturile de hidrogen se formează între un rez de guanină, bază purinică, și un rez de citozină, care e o bază pirimidinică.
Motivul pentru care există numai aceste două perechi de baze complementare, stă în structura mononucleotidelor, sau mai precis, a bazelor azotate.
De exemplu, între adenină și timină se pot forma numai două legături de hidrogen. Una, între un atom de oxigen al timinei și un atom de hidrogen din grupa amino a adeninei, și cealaltă, între un atom de azot de la adenină și un atom de hidrogen de la timină.
Între guanină și citozină se formează trei legături de hidrogen.
De exemplu, structura moleculelor nu ar permite formarea legăturilor de hidrogen între două baze purinice sau două baze pirimidinice.
Ordinea acestor patru baze azotate în macromoleculă, sau secvența mononucleotidelor din macromolecula unui acid nucleic, este cea care permite ADN-ului să creeze tot ceea ce se întâmplă într-un organism viu.
Această succesiune de baze azotate este, de fapt, codul genetic, asupra căruia vom reveni imediat.
Până acum am vorbit despre mononucleotidele și bazele complementare din structura ADN-ului, adică acidului deoxiribonucleic.
În cazul RNA-ului, a acidului ribonucleic, perechile de baze complementare sunt adenina uracil și guanina citozină.
Deci avem uracil în loc de timină.
Și bineînțeles, zaharida de care se leagă aceste baze azotate este diferită. Avem riboză în loc de deoxiriboză.
Însă, diferențele dintre ADN și RNA nu se opresc aici.
Am văzut sub ce formă întâlnim ADN-ul în organismele vii și știm că funcția lui e de a stoca informația genetică în succesiunea mononucleotidelor din macromolecula unui acid nucleic.
Partea și mai complicată apare atunci când vrem să vedem cum anume o succesiune de baze azotate, precum aceasta, să te exemplu, se poate transforma în proteinele de care are nevoie un organism vii.
Fiecare din această literă corespunde, bineînțeles, unei baze azotate din structura unei mononucleotide.
Mononucleotidă care, la rândul ei, face parte dintr-o polinucleotidă.
Însă pentoza și gruparea fosfat, fiind identice în toate nucleotidele, mononucleotidele se identifică numai prin baza azotată, care în cazul ADN-ului poate să fie timina, citozina, adenina sau guanina.
Bun, deci acesta este un fragment de ADN și vrem să știm cum se poate transforma în proteină.
Ei bine, aici intervine ARN-ul.
Între diferență de ADN, ARN-ul are mult mai multe structuri care îndeplinesc mai multe funcții specifice în procesul complicat de obținerea proteinelor.
Și aici iese în evidență o a treia diferență între ADN și ARN, și anume, ARN-ul este de obicei monocatenar.
În procesul de transcriere, informația din ADN este transcrisă într-o macromoleculă de ARN.
A zis că pe noi ne interesează cum se ajunge de la un fragment de ADN, cum e acesta, la o proteină.
Observați că avem aceeași secvență de nucleotide aici ca în fragmentul de mai sus.
În ADN, acest fragment are, bineînțeles, o catenă complementară, ADN-ul fiind bicatenar, pentru a transcrie acest fragment în ARN.
Se va copia catena complementar.
Prin urmare, datorită complementarității bazelor azotate, catena de ARN va fi identică cu fragmentul de ADN care ne interesează,
cu excepția faptului că timina din ADN e înlocuită cu racil în ADN, și, bineînțeles, de oxiriboza cu riboza.
Deci această secvență din ADN se transcrie astfel în ARN.
Această monocatenă de ARN, care a copiat informația din ADN, se numește ARN messenger, și se notează pe scurt ARNM.
Limbajul acizilor nucleici, format din 4 litere, trebuie să fie tradus în limbajul proteinelor, format din 20 de litere.
20 de litere, deoarece știm că există 20 de aminoacizi naturali care intră în componența proteinelor.
Fiecare din cei 20 de aminoacizi este codificat de câte 3 resturi de nucleotide din ADN.
Deci aceste 3 nucleotide codifică un aminoacid.
Următoarele 3 nucleotide codifică un alt aminoacid și tot așa.
Aceste nucleotide sunt transcrise în ARN messenger, deci aceste 3 grupuri de litere codifică aceeași aminoacid.
O grupare de 3 nucleotide se numește codon.
Avem 4 litere în ADN, A, T, G și C, corespunzând adenine, timine, guanine și citozine.
Grupate câte 3, deci în combinații de 4 câte 3, înseamnă 4 la puterea 3-a, așadar există 64 de combinații diferite, sau 64 de codoni, care formează codul genetic.
Așadar acesta este codul genetic.
Există 20 de aminoacidi și 64 de codoni, deci e ușor să ne dăm seama că un aminoacid poate fi codificat de mai mulți codoni.
Însă e foarte important de precizat că un codon codifică un singur aminoacid.
Codonii sunt cheia traducerii informației genetice, dirijând sinteza a fiecărui proteine în parte.
Și un lucru foarte interesant, codul genetic este universal.
Asta înseamnă că codonii sunt identici în toate speciile examinate până acum.
Dacă, de exemplu, glicina este codificată prin codonul GGU în organismul uman,
același codon, GGU, codifică glicina și într-o bacterie, într-o șopârlă sau într-o plantă.
Așadar, toate organismele vii împart același cod genetic.
Asta înseamnă că toate formele de viață au un strămoș comun, al cărui cod genetic s-a păstrat până azi prin toate etapele evoluției biologice.
Un fragment de ADN care conține succesiunea de codon necesară pentru sinteza unei proteine sau pentru sinteza unei catene de RNA este o genă.
Sinteza aminoacizilor are loc în ribozomii, formați din RNA ribozomati.
Între RNA-ul mesager și ribozom, e nevoie de un intermediar sau de un adaptor care să facă legătura dintre codonii din RNA-ul mesager și procesul de sinteză al aminoacizilor care are loc în ribozom.
Acest adaptor este RNA-ul de transfer.
Tot acest proces se numește traducere.
Practic, se traduce informația genetică care are un limbaj format din 4 litere în limbajul de 20 de litere al proteinelor.
Așadar, în această lecție am văzut foarte pe scurt ce presupune de fapt stocarea informației genetice în ADN și cum se transformă această informație în proteine.
Elucidarea relației dintre acizi nucleici și proteine a mers mână-n mână cu descoperirea structurii ADN-ului, fiind una din cele mai mari realizări științifice ale secolului XX.
Aceste descoperiri au deschis calea către o întreagă nouă tehnologie foarte controversată și anume ingineria genetică.