Știința numită „genetică” nu ar putea fi existat fără ca macromoleculele numite „acizi nucleici”, în speță ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic) să fi fost descoperite, în anul 1871, de către biochimistul Friederich Meischer. Mai târziu, în anul 1944, Avery și alți oameni de știință din echipa sa au demonstrat faptul că factorul activ, care are rol în determinarea și în transmiterea caracterelor ereditare, este molecula de ADN. Când vorbim despre acizi nucleici, facem referire la 2 principale macromolecule complexe care conțin informația genetică dintr-o anumită celulă. Aceste molecule au o structură foarte asemănătoare, dar au funcții diferite.
Structurile remarcabile ale acestor 2 macromolecule de acizi nucleici, ADN-ul și ARN-ul, joacă un rol deosebit de important în funcțiile pe care le îndeplinesc. În anul 1953, oamenii de știință Watson, Wilkins și Crick au reușit să descopere structura moleculară a moleculei de ADN, fiind recompensați în anul 1962 cu Premiul Nobel pentru Medicină și Fiziologie. Acesta a fost chiar punctul în care s-au pus bazele științei numite „genetică”, care și-a îndreptat resursele mai ales în direcția descoperirii a ceea ce stă la baza caracterelor ereditare și transmiterii acestora: chiar moleculele de acizi nucleici, acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN).
Ce este ADN-ul (acid dezoxiribonucleic)?
Acidul dezoxiribonucleic (molecula de ADN) este o substanță polimeră macromoleculară, care este constituită din mai multe unități simple (monomeri) denumite „nucleotide”. La rândul său, un nucleotid este format din trei componente:
- o bază azotată, care poate fi purinică (adenina sau guanină) sau pirimidinică (citozină sau, în cazul ADN-ului, timina);
- un monozaharid, care este dezoxiriboza;
- un radical fosforic.
În constituția acidului dezoxiribonucleic intră obligatoriu toate cele 4 tipuri de baze azotate de mai sus. Cu toate acestea, ordinea și proporția în care acestea se găsesc reprezintă este unică în funcție de specie (așadar, este o caracteristică de specie). Molecula de acid dezoxiribonucleic, în esență, are o formă tipică, de structură dublu helicoidală, prezentându-se ca o spirală dublă, cele două catene învârtindu-se una în jurul celeilalte. Această formă îi permite moleculei să își îndeplinească mult mai eficient funcțiile și să participe la o gamă deosebit de variată de procese biochimice și fiziologice. În cele ce urmează, vom prezenta ce funcții îndeplinește ADN-ul.
Funcțiile ADN-ului (acid dezoxiribonucleic)
Structura unică a moleculei de ADN este responsabilă, în cele din urmă, pentru funcția pe care această moleculă uimitoare o îndeplinește: stochează și transmite informațiile genetice de la o generație la alta. Mai exact, cele 4 baze azotate, care cuprind secvențe de nucleotide specifice, permit stocarea unei cantități enorme de informație genetică într-un spațiu minim. Am putea să ne imaginăm monozaharidul și radicalul fosforic din compoziția acestor acizi nucleici ca un fel de „coloană vertebrală” a moleculei: fac ca aceasta să fie mult mai compactă și mult mai puțin predispusă la deteriorare, ca urmare a expunerii la anumite condiții și factori de mediu nocivi.
Molecula de acid dezoxiribonucleic se găsește condensată sub formă de cromozomi, în nucleul tuturor celulelor care prezintă acest organit celular. În timpul diviziunii, ADN-ului trece printr-un proces numit replicare, care are loc în toate celulele organismelor vii, fiind procesul care stă la baza eredității biologice. În timpul procesului de replicare, are loc „copierea”, cu alte cuvinte dublarea moleculelor de ADN (materialului genetic), care poartă informația genetică. Această duplicare este esențială, reglată cu atenție și precis, pentru ca materialul genetică să fie transmis de la părinți la copii. Procesul de replicare se desfășoară sub acțiunea unor enzime specifice.
Ce este ARN-ul (acid ribonucleic)?
Cealaltă macromoleculă care face parte din categoria de acizi nucleici este ARN-ul, adică acid ribonucleic. Molecula de acid ribonucleic este alcătuită, precum cea de ADN, din unități simple numite nucleotide. O nucleotidă de ARN se compune, de asemenea, din trei formațiuni:
- o bază azotată, care poate fi purinică (adenina sau guanina) sau pirimidinică (citozina sau, în cazul ARN-ului, uracilul); după cum am menționat mai sus, în molecula de ADN uracilul este înlocuit de timină, iar restul bazelor azotate sunt identice;
- un monozaharid, care este riboza (cu diferența că monozaharidul din ARN prezintă în plus un atom de O2);
- un radical fosforic, care este același ca și în cazul moleculei de acid dezoxiribonucleic.
Spre deosebire de acidul dezoxiribonucleic, care este dublu catenar, molecula de ARN este, în cea mai mare parte, monocatenară. Virusurile, în special, au acid ribonucleic dublu catenar, mai ales pentru că se folosește de ARN pentru a provoca boli umane. Molecula de ARN joacă roluri foarte importante în organismul uman, deoarece intră într-un proces vital, și anume biosinteza proteinelor. Proteinelor sunt considerate „cărămizile vieții”, având roluri dintre cele mai variate – și vitale – în organismul uman. Procesul prin care mesajul purtat de ARN ajunge să fie, ulterior, tradus într-o proteină specifică, poartă numele de translație (literalmente, înseamnă traducere).
Care sunt funcțiile ARN-ului (acid ribonucleic)?
Deși există două categorii principale de acizi nucleici, și anume moleculele de acid ribonucleic și de acid dezoxiribonucleic, există și subcategorii. De exemplu, ADN-ul mitocondrial, care se transmite doar pe cale maternă. În funcție de localizarea celulară și rolul pe care îl vor îndeplini în procesul de biosinteză al proteinelor, ARN-ul celular este de trei tipuri principale:
- ARNm (mesager): preia și transferă informația genetică de la ADN către locul de sinteză al proteinelor (organitele numite ribozomi). Această moleculă deține unul dintre principalele roluri în procesul circulației informației genetice și a fenotipizării (adică manifestării fizice) a genotipului (totalitatea genelor unui individ);
- ARNt (de transfer): transportă aminoacizii (monomeri care intră în structura proteinelor) de la nivelul citoplasmei la ribozomi;
- ARNr (ribozomal): componentul major al ribozomilor, reprezentând aproximativ 80% din cantitatea totală de acid ribonucleic celular.
Poziția macromoleculelor de ADN, în raport cu cele de acid ribonucleic și proteine, în procesul de biosinteză a proteinelor, constituie așa-zisa dogmă centrală a geneticii (biologiei moleculare) propusă de Crick în anul 1956. Conform acesteia, sensul transmiterii informației genetice este redat prin următoarea schemă, care include cele două molecule de acizi nucleici:
ADN (prin transcripție) → ARN (prin translație) → Proteine
Două procese stau la baza fundamentării vieții, incluzând cele două molecule de acizi nucleici, și anume:
- transcripția (expresia genelor) este procesul prin care regiuni din ADN (gene) sunt copiate în ARN-ul mesager cu ajutorul unor enzime numite ARN-polimeraze;
- translația (traducerea genelor în proteine): proteinele sunt macromolecule care conțin mai mulți aminoacizi. Secvența aminoacizilor dintr-o proteină este determinată genetic, adică o genă va dicta această secvență. Translația reprezintă „transformarea” mesajului genetic într-o proteină specifică, care va îndeplini diferite funcții în organism, iar procesul de translație are loc la nivelul ribozomilor.
Codul genetic a fost definit drept „un limbaj” prin care secvența nucleotidică a unei gene este, prin intermediul ARN-ului mesager, tradusă în secvența de aminoacizi a unei proteine. Așadar, am putea lua drept exemplu următoarea situație: înșiruirea de litere „UGGAUGUUCCAU”, în urma procesului de translație va duce la formarea următoarei secvențe de aminoacizi: triptofan-metionină-fenilalanină-histidină. Un codon – o înșiruire de trei nucleotide A, G, C, U – va duce la formarea a cel puțin unui aminoacid. Moleculele de acizi nucleici stau, așadar, la baza vieții, precum și la baza perpetuării caracteristicilor genetice către urmași.
foto: shutterstock.com
