|
centrifugare obişnuită moleculele polimere se divizau conform
greutăţii moleculare, apoi la centrifugarea echilibrată
macromoleculele se divizau conform densităţii specifice. În
acest scop centrifugarea se făcea într-o soluţie de săruri
cu mare densitate.
Deoarece întotdeauna se poate alege o concentraţie a soluţiei
care ar corespunde densităţii polimerului studiat, moleculele
substanţei studiate se concentrează în acel loc îngust al
epruvetei, unde densitatea substanţei este egală cu densitatea
mediului, adică a soluţiei. Ajungând aici, substanţa nu se
va mai disloca.
Dacă preparatul studiat conţine câteva tipuri de molecule cu
diferită densitate, ele se vor concentra în diferite sectoare ale
epruvetei.
Efectuând o serie de experienţe fine, Meselson şi Stahl au
reuşit să determine mecanismul semiconservativ al replicaţiei
ADN-ului (des. 8).
Dar mai rămânea ne soluţionată încă o
problemă, cea a dinamici procesului de replicaţie: a fost descoperit
un ferment special, care realiza replicaţia. Fermentul a fost numit
ADN-polimerază.
A. Cornberg, biochimist american, a Clarificat că ADN-polimeraza se
deplasează din direcţia polului 5' spre polul 3' al filamentului ADN.
Pentru că filamentele ADN-ului nu sunt paralele în orice pol al lor,
un filament purta liber un 3' -atom de hidrat de carbon, iar celălalt
filament - un 5' -atom. Aceasta înseamnă că fermentul
ADN-polimeraza se putea alipi numai la un pol al ADN (la polul 5') şi
târî de-a lungul acestui filament, iar al doilea trebuia să
rămână liber.
Dar experienţele arătau, că se întâmplă invers -
ambele filamente de ADN erau supuse replicaţiei.
În anul 1968 savanţii japonezi, în frunte cu R. Ocazachi, au
contribuit la soluţionarea acestei controverse. S-a dovedit că
Cornberg a avut dreptate şi că ambele filamente de ADN au fost supuse
la dublare, numai că sinteza noilor filamente se efectua pe segmente
scurte - «fragmente Ocazachi», căci aşa au fost numite ele
mai târziu.
Conform concluziei lui Ocazachi, moleculele fermentului ADN-polimeraza se
alipesc de ambele filamente de ADN, dar ele trebuie să-şi
încapă munca în direcţii opuse. Acest lucru e
explicat schematic în figura 9: a, b, c.
La început ADN-ul se desface de la un pol, formând o furcă de
replicaţie de care se alipesc moleculele de ADN-polimerază. În
timp ce ele muncesc, sintetizând copii ale polilor eliberaţi, ADN-ul
continuă să se desfacă şi pentru ADN-polimeraza devine
accesibil un nou sector al ambelor filamente. Prima moleculă a fermentului
îşi poate continua mişcarea de-a lungul filamentului 5'
eliberat, iar de sectorul elibera al filamentului 3' se alipeşte o
nouă moleculă de ADN-polimerază.
Cu cât se desfăşoară mai mult procesul de desfacere a
ADN-ului, cu atât va apare o cantitate mai mare de fragmente. Este
interesant că în experienţele lui Ocazachi pe filamentele 5'
copiile noi se sintetizau şi ele în fragmente.
Ce se întâmplă cu punţile dintre fragmente? Doar ADN-ul
din celulele în care s-a terminat diviziunea nu este fragmentar.
Cu un an până a descoperi Ocazachi acest lucru, savanţii
Riciardson şi Veis din SUA au găsit un nou ferment. Funcţia lui
consta în a uni, a alipi polii liberi zaharo-fosfatici ai moleculei de
ADN. Şi deoarece verbul «a alipi» în engleză sună «ligaze»
fermentul a fost numit «ligază». Tocmai ligaza e responsabilă
de «cusutul» într-un tot unic al fragmentelor Ocazachi, noi sintetizate,
şi transformă catena fragmentară de ADN într-o catenă
întreagă.
Replicaţia ADN este, însă, numai unul din numeroasele procese
care asigură păstrarea şi continuarea informaţiei genetice.
Pentru transmiterea acestei informaţii şi traducerea ei în
caractere concrete ale organizmelor, există alte procese, la fel de
complicate, şi alte «personaje». Despre unele din ele vom vorbi în
continuare.
4.3 Codul genetic
Informaţia genetică este codificată în molecula de ADN prin
intermediul a 4 tipuri de nucleotide, care fac parte din componenţa ei. Se
cunoaşte de asemenea că informaţia genetică,
codificată în ADN, se realizează în procesul sintezei
biologice a proteinelor în celulă.
Ca şi acizii nucleici, proteinele sunt compuşi polimerici, dar
în calitate de monomeri ele conţin nu nucleotide, ci diferiţi
aminoacizi. În structura proteinelor au fost descoperiţi 20-21 de
tipuri de aminoacizi.
În ce priveşte proprietăţile moleculei de proteină,
ele depind nu numai de componenţa lor generală, dar şi de
aranjarea reciprocă a aminoacizilor, exact aşa precum sensul
cuvântului depinde nu numai de literele din care este compus, ci şi
de ordinea lor.
N. C. Colţov a calculat câte molecule diferite (izomeri) se pot
obţine printr-o simplă schimbare a locului aminoacizilor dintr-un
lanţ de 17. Mărimea obţinută era de circa un trilion'
Dacă am dori să tipărim un trilion de izomeri,
însemnând fiecare aminoacid printr-o literă, iar toate
tipografiile de pe glob ar tipări anual câte 50000 de volume a
câte 100 coli fiecare, până la încheierea acestei munci
vor trece tot atâţia ani câţi s-au scurs din perioada
arhaică şi până în prezent
Dar majoritatea proteinelor sunt compuse nu din 17, ci din câteva sute de
aminoacizi. În acest sens sunt impresionante calculele efectuate de
savantul Senger Greutatea moleculară medie a proteinei este egală cu
aproximativ 34000 S-a dovedit că din 12 tipuri de aminoacizi prin
varierea succesiunii lor se poate obţine un număr de 10300
de diferite proteine, greutatea lor totală constituind 10280
grame. E mult sau puţin? Evident, e o greutate enormă. Este suficient
să comparăm această greutate cu greutatea pământului
nostru, egală cu doar 1027 grame.
 În acest fel, odată
ce fiecare dintre aceşti izomeri are proprietăţi specifice,
rezultă că încărcătura semantică în
structura primară a materiei este datorată secvenţei (de fiecare
dată alta) a aminoacizilor de-a lungul lanţului polipeptidic.
Dacă este aşa, atunci prin analogie, o astfel de
încărcătură semantică (informaţie) trebuie
căutată şi în succesiunea nucleotidelor în
moleculele de ADN.
Se iscă întrebarea: în ce mod succesiunea a patru nucleotide
diferite din molecula de ADN determină secvenţa a 20 de aminoacizi
în molecula de proteină. E cam acelaşi lucru ca şi cum
prin combinarea în diferite feluri a patru litere ale alfabetului se pot
forma 20 de cuvinte diferite după conţinut şi structură.
S-a dovedit că prin intermediul a patru baze azotate (nucleotide) se poate
transmite o cantitate nelimitată de informaţie.
Calculele demonstrează că o singură bază este capabilă
să codifice nu mai mult de un aminoacid, iar toate cele patru baze
(nucleotide) care întră în componenţa acizilor nucleici,
respectiv nu mai mult de patru aminoacizi. De aici reiese că aminoacizii
sunt codificaţi (specificaţi) de către grupe de baze.
Combinaţiile din două baze pot codifica numai 16 aminoacizi (42
), ne fiind capabile să-i specifice pe toţi 20. În schimb,
combinaţiile de trei baze (nucleotide) sunt capabile să-i specifice
pe toţi cei 20 de aminoacizi şi chiar pe mai mulţi (43
=64). Asemenea trei baze, situate una lângă alta (triplete), se
numesc codoni şi fiecare poate codifica un aminoacid anumit.
Urmau de asemenea să fie rezolvate încă un şir de alte
sarcini complicate. În primul rând, era necesară relevarea
modului în care în celulă are loc «citirea» informaţiei
genetice. În al doilea rând, care sunt tripletele ce codifică,
anumiţi aminoacizi. Prin eforturile mai multor savanţi din diferite
ţări au fost elaborate câteva variante ale codului genetic, dar
dintre acestea nu toate au rezistat la verificări minuţioase.
Primul care a emis (încă în anul 1954) ipoteza că codul
genetic are un caracter tripletic a fost fizicianul american de origine
rusă G. Gamov. După cum s-a menţionat, în moleculele de
acizi nucleici bazele sunt amplasate unele după altele în şir
liniar şi citirea informaţiei localizate în ele se poate
realiza în chip diferit. Mai jos prezentăm două variante de
citire a tripletelor care conţin 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 rând (de la stânga) se poate efectua,
de exemplu, în felul în 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) ş. a. m. d.
Un astfel de cod se numeşte suprapus, dat fiind faptul că unele baze
întră în componenţa a mai multor triplete vecine. Dar
prin cercetări ulterioare s-a demonstrat că un asemenea cod este
imposibil, deci, ipoteza lui Gamov nu şi a aflat confirmarea.
Un alt mod de citire a tripletelor, propus în anul 1961 de F. Cric, este
prezentat în 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 numeşte ne suprapus. Informaţia pe care o
conţine se citeşte succesiv după triplete, fără
omiterea bazelor şi fără suprapunerea lor. În acest fel,
textul informaţiei genetice urmează să fie contopit. După
opinia lui Cric, citirea informaţiei se va începe de la un anumit
punct din molecula de acid nucleic, în mod contrar textul pe care
îl conţine s-ar denatura tot aşa cum sensul cuvântului,
dacă ar fi să-l citim de la o literă
întâmplătoare. Experienţele ulterioare, efectuate de Cric
şi colaboratorii săi în anul 1963, au confirmat justeţa
ipotezei emise de el. Determinarea principiului de citire corectă a
informaţiei după triplete nu constituia însă rezolvarea
definitivă a problemei codului genetic, deoarece ordinea de alternare a
bazelor în triplete (cuvintele de cod) poate fi variabilă,
respectiv: A-G-CE, G-CE-A, CE-G-A, G-A-CE, A-CE-G, CE-A-G ş. a. m. d. Se
pune întrebarea: pe care aminoacid îl codifică fiecare dintre
tripletele enumerate?
Primele date privind componenţa cuvintelor de cod au fost prezentate
în anul 1961 în cadrul Congresului internaţional de biochimie
de la Moscova de către savanţii americani M. Nirenberg şi J.
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, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65
|
