|
E. Hoppe-Zeiller - cunoscut biochimist german - el s-a ocupat de studierea
compoziţiei nucleelor leucocitelor. Miescher a reuşit să
extragă din acestea o substanţă bogată în fosfor, pe
care a numit-o nucleină (de la latinescul «nucleus» - «nucleu»).
Cercetările întreprinse ulterior au arătat, că nucleina nu
este o substanţă simplă, ce un compus complex, alcătuit
din proteină şi acid nucleic.
Dat fiind faptul că la acel timp proteinele erau cunoscute, chimiştii
şi-au propus să extragă din nucleină celălalt
component al ei - acidul nucleic - în vederea studierii compoziţiei
acestuia. În 1871 au fost publicate rezultatele cercetărilor
iniţiale asupra nucleinei, de aceea, în mod formal, acest an este
considerat drept anul descoperirii unei noi clase de compuşi organici -
acizii nucleici.
În anul 1889 chimistul Altmann a obţinut pentru prima oară acid
nucleic în stare pură din drojdie, fapt ce l-a determinat să-l
numească acid nucleic de drojdie. Peste trei ani alt chimist, pe nume
Lilienfeld, din timusul unui viţel a extras un alt acid nucleic, care avea
o compoziţie întrucâtva diferită şi pe care l-a
numit acid timonucleic. Cercetări întreprinse în continuare
au arătat că acidul nucleic de drojdie este prezent în diferite
organe şi ţesuturi ale plantelor, animalelor şi omului, în
special în citoplasma celulelor. Din această cauză i s-a dat
numele de acid nucleic citoplasmatic. Cel de-al doilea acid nucleic,
însă, s-a putut extrage numai din nucleele celulelor şi a fost
numit acid nucleic nuclear.
Aceste denumiri ale acizilor nucleici s-au păstrat până ce ei au
fost supuşi unei analize mai minuţioase. După cum s-a putut
constata, ambii acizi, în ce priveşte compoziţia chimică,
seamănă unul cu altul, deşi există şi anumite
deosebiri.
Structura primară a ambilor acizi nucleic este compusă dintr-un
număr mare de monomeri - aşa-numitele nucleotide - care, la
rândul lor, constau din trei componente diferite: un hidrat de carbon
(zahăr), acid fosforic şi o bază azotată. Nucleotidele se
disting după compoziţia hidratului de carbon şi a bazelor
azotate. Astfel, nucleotidele acidului nucleic citoplasmatic conţin
riboză, iar cele ale acidului nucleic nuclear conţin un alt glucid -
dezoxiriboză. În legătură cu aceasta savanţii au
început să denumească acizii nucleici nu în
dependenţă de localizarea lor în celulă (nucleică,
citoplasmatică), că după glucidul, care intra în
componenţa lor şi anume acidul dezoxiribonucleic (prescurtat
ADN) şi respectiv acidul ribonucleic (prescurtat ARN).
Din componenţa ADN fac parte următoarele patru baze azotate:
adenina (A), guanina (G), ctozina (CE) şi timina (T), iar ARN
conţine adenină, guanină, citozină şi uracil (U).
În ce constă rolul genetic al acizilor nucleic? Funcţia
genetică a acizilor nucleic a fost relevată experimental pentru prima
oară în anul 1944 de către O. Avery, C. Mac-Leod şi M.
Mac-Carty. Introducând într-o cultură de pneumococi
încapsulaţi ADN, ei au reuşit să le inducă un nou
caracter - apariţia capsulei. În esenţă, avea loc
transformarea unei forme de pneumococi în alta.
După stabilirea rolului pe care îl joacă ADN în procesul
transformării pneumococilor experienţe similare au fost
înfăptuite şi cu alte bacterii. S-a putut constata că, cu
ajutorul ADN-ului extras din unele bacterii se pot determina la altele nu numai
modificări în caracterele externe (de exemplu, formarea de capsule
sau cili), ci şi în proprietăţile lor biologice,
bunăoară, rezistenţa la antibiotice (penicilină,
streptomicină), la diferite substanţe medicamentoase (sulfatizol,
sulfonamid), precum şi capacitatea de a sintetiza aminoacizi (lizină)
şi vitamine (B12).
Moleculele de ADN ating dimensiuni gigantice şi, de regulă, sunt
formate din două catene, în timp ce moleculele de ARN au o masă
moleculară mult mai mică şi sunt formate dintr-o singură
catenă.
În anul 1953 pe baza a numeroase date, obţinute prin diferite metode
J. Watson şi F. Crick au creat pentru prima oară un model al
structurii moleculei de ADN, conform căruia ea este formată din
două catene de polinucleotide unite între ele şi
răsucite, având aspectul unei spirale duble. Pe lângă
aceasta, molecula de ADN este capabilă să formeze şi o
superspirală, adică poate căpăta o astfel de
configuraţie care permite acestei molecule gigantice să ocupe un loc
ne însemnat în nucleele celulelor. De exemplu, în colibacil,
una din bacteriile cele mai răspândite, întreaga moleculă
de ADN este «împachetată» într-o' structură, amintind un
nucleu minuscul. Dacă, însă, enorma moleculă de acid
nucleic, strânsă ghem, ar fi desfăşurată şi
întinsă într-o linie dreaptă, lungimea ei ar constitui un
milimetru. Aceasta este de o sută de mii de ori mai mult decât
diametrul nucleului în care s-a aflat instalată molecula! Cu ce este
mai prejos decât un autentic fir al vieţii?!
4.2 Mecanismul de replicare a ADN
Molecula de ADN este elementul activ, care transmite de la părinţi la
urmaşi, din generaţie în generaţie, întreaga
informaţie ereditară şi această capacitate poate fi
considerată cea mai uimitoare dintre toate capacităţile cu care
este înzestrată.
Modelul structurii moleculei de ADN, propus de Watson şi Crick, a permis
să fie explicate şi înţelese un şir de procese
biologice importante ca: mecanismul de reproducere (replicaţie) a
însăşi moleculei de ADN, transmiterea caracterelor prin
ereditate, codul genetic al sintezei proteinelor, cauzele
variabilităţii organismelor ş. a. m. d. Despre toate acestea vom
vorbi în continuare.
T. Watson (n. 1928) Fr. Crick
(n. 1916)
Probabil, că puţini sunt cei care n-au auzit despre unicelulara
amibă. Ea se înmulţeşte prin diviziune formând
în consecinţă două celule-fiice. Fiecare dintre
amibele-fiice, la rândul său, se divid iarăşi în
câte două celule. S-a calculat că în celulele-fiice,
rezultate din cea de-a 500-a diviziune, nu se mai păstrează nici o
moleculă din substanţele care întrau în compoziţia
celulei materne primare. Dar de fiecare dată, după aspectul exterior
şi însuşiri, celulele-fiice au trăsături comune cu
celula maternă primară: dispun de aceeaşi compoziţie
chimică şi au acelaşi tip de metabolism. În virtutea
acestui fapt, la fiecare diviziune a celulei, concomitent cu dublarea, are loc
şi reproducerea unei substanţe care conţine informaţia ce
determină toate caracterele şi însuşirile ereditare ale
amibei şi asigură transmiterea acestora la descendenţă.
Această substanţă urma să posede capacitatea de a se dubla.
Iată în ce mod prezentau Watson şi Crick mecanismul
autoreproducerii moleculei de ADN. În corespundere cu schema propusă
de ei, molecula răsucită sub formă de spirală dublă
trebuia la început să se desfacă de-a lungul axei sale.
În timpul acestui proces are loc ruperea legăturilor hidrogenice
dintre două filamente care, odată ajunse în stare liberă,
se separă. După aceasta de-a lungul fiecărui filament din
nucleotidele libere cu ajutorul fermentului ADN - polimerază se
sintetizează cel de-al doilea filament. Aici intră în vigoare
legea complimentarităţii în conformitate cu care la
adenină, într-un filament comun, se alipeşte timina, iar la
filamentul cu guanină se alipeşte citozina. Ca urmare, se
formează două molecule-fiice, care după structură şi
proprietăţi fizice sunt identice cu molecula maternă. Aceasta-i
totul. E simplu, nu-i aşa? La o examinare mai atentă a acestui
proces, însă, cercetătorii au avut de întâmpinat o
dificultate.
Fapt este că moleculele de ADN sunt foarte lungi, fiind de aceea numite
adesea molecule centimetrice. În celulele organismelor superioare,
să zicem, la om, lungimea unor filamente din cromozomi atinge
câţiva centimetri.
Fireşte, aceasta nu înseamnă deloc că molecula de ADN poate
fi văzută cu ochiul liber: grosimea acestor filamente este
infimă-de 20-25 angstromi (1 angstrom – 10-8 cm). Tocmai de aceea în
munca cu acizii nucleici şi este nevoie de utilizarea celor mai perfecte
microscoape.
Dar dacă lungimea acestor molecule este atât de mare, cum de
reuşesc ele, totuşi , să se dezrăsucească în
celulă, fără a se încălca şi în intervale
foarte mici de timp?
Să examinăm procesul de dezrăsucire a ADN-ului în celulele
celor mai mici organisme - a bacteriilor.
Lungimea ADN-ului bacterial constituie câţiva milimetri.
Jirul (bucla) unei spirale este egal cu 34 angstromi iar intervalul de timp care
se scurge între două diviziuni consecutive ale celulelor bacteriene
este de 20-45 minute Pentru replicarea (autoreproducerea) ADN-ului se
consumă mai puţin de o treime din acest timp Dacă, pornind de la
aceste consideraţii, se va calcula viteza de rotaţie a capetelor
moleculelor de ADN la dezrăsucire, se va obţine o mărime
fantastică: 15000 rotaţii pe minută!
Se înţelege de la sine că acest lucru este puţin probabil.
Aceasta făceau necesar elaborarea de noi modalităţi pentru
explicarea modului în care ADN reuşeşte să se dubleze
în intervalele de timp atât de scurte.
Numeroasele date confirmă că în procesul diviziunii în
celule se produce o repartizare exactă în părţi egale a
ADN-ului între celulele-fiice. Cum se produce acest fenomen?
În principiu în celulele-fiice sunt posibile trei căi diferite
de diviziune a ADN-ului: calea conservativă, calea semiconservatică
şi calea dispersă.
În caz de replicaţie conservativă a ADN-ului pe o moleculă
integrală cu două filamente, se construieşte din nou, ca pe o
matriţă, o moleculă identică de ADN, iar celula
iniţială rămâne neschimbată.
La metoda semiconservativă molecula primară se descompune în
două filamente şi pe fiecare din ele se construieşte câte
o moleculă integrală de ADN.
Metoda de dispersie prevede ca materialul ADN-ului iniţial să fie
repartizat uniform la celulele-fiice, iar celelalte sectoare ale ADN-ului
să fie construite din nou.
Care din aceste metode de replicaţie a ADN-ului se aplică în
realitate? La această întrebare au răspuns Meselson şi
Stahl, elaborând o metoda specială de centrifugare echilibrată
a moleculelor de ADN.
Esenţa acestei metode constă în următoarele: dacă la o
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
|
