Fiecare organism viu - fiecare ființă umană, fiecare animal și plantă - constă din milioane de sisteme vii, numite celule. În fiecare celulă este un compus chimic uimitor - o moleculă de ADN. Aceasta este baza întregii vieți. ADN-ul din celulele corpului uman nu doar dictează fiecărei celule cum să se comporte pentru a supraviețui, ci și ea în sine toate informațiile necesare pentru a crea un nou corp uman.
Definiția structurii ADN de către James Watson și Francis Crick în 1953 a fost unul dintre principalele descoperiri științifice ale secolului XX și descoperirea lor a avut deja un impact enorm asupra vieții noastre. ADN (acid deoxiribonucleic) a fost descoperit în 1869 de studentul elvețian Johann Friedrich Micher. Investigând sub microscop pungi vechi, Misher a descoperit cea mai mică îngroșare în nucleele celulelor puroiului. Profesorul Ernst Hoppe-Seyler a studiat compoziția chimică a acestor agenți de îngroșare și și-a stabilit proprietățile de acizi, numind astfel această substanță acid nucleic. În acel moment, nimeni nu și-a putut imagina semnificația reală a acestei descoperiri.
Fig. 1. Schema de ambalare ADN într-un cromozom uman:
Chromatidele sunt legate în apropierea părții centrale - centromerele.
După această mare descoperire, biochimii au început să împartă ADN-ul în fragmente și să exploreze, parțial pe bucată. Studiile s-au axat pe patru substanțe chimice diferite care formează "pașii" acestei scări - guanină, citozină, adenină și timină. Erwin Charguff a constatat că aceste patru "baze" sunt combinate în perechi numai într-un anumit mod - guanina este asociată numai cu citozină și adenină numai cu timină.
Curând a devenit clar faptul că cheia pentru dezintegrarea ADN-ului constă în ordinea localizării sau a secvenței perechilor de bază pe fiecare dintre componentele acestei molecule lungi. În secvența de bază, ca și în biții de computer, informațiile sunt codate. Aceste baze sunt ca literele alfabetului, iar secvența este împărțită în "propoziții", numite gene. Codul din fiecare genă este o instrucțiune către celulă pentru a produce o anumită proteină. Codul genetic complet a fost descifrat în 1967 de către biochimii americani Marshall Nirenberg și Hara Korana; pentru această lucrare au primit Premiul Nobel.
Care este rolul ADN-ului și al diferitelor forme de ARN în genom?
ADN-ul este parte a fiecărui cromozom din interiorul nucleului celulei și este ambalat într-o formă foarte compactă (a se vedea figura 1). Dacă dezvăluiți componenta ADN, puteți vedea că aceasta are forma unei dublu helix care constă în nucleotide în care sunt bazate azoturile sau bazele (adenină, timină, guanină și citozină). sunt conectate în perechi prin legături de hidrogen. Mai mult decât atât, adenina este întotdeauna legată de două legături de hidrogen numai cu timină și guanină prin trei legături de hidrogen cu citozină. Prin urmare, legătura dintre adenină și timină este întotdeauna mult mai puternică decât legătura dintre guanină și citozină.
Nucleotida este unul dintre blocurile structurale ale ADN și ARN. Se compune dintr-o bază (adenină, timină, guanină și citozină), molecule de zahăr (deoxiriboză) și o grupare fosfat (acid fosforic) (a se vedea figura 3).
Fig. 3. Schema de legare a nucleotidelor în ADN:
baze (adenină-A, timină-T, guanină-G și citozină-C),
molecula de zahăr (S) și grupa fosfat (P)
Fiecare trei baze din ADN sau ARN formează o unitate elementară de cod sau codon (Figura 4). Fiecare codon desemnează exact tipul de aminoacid care ar trebui utilizat atunci când se creează o moleculă de proteine. În consecință, ordinea codonilor denotă ordinea aminoacizilor în proteina care este construită.
Este interesant faptul că nu toți codonii poartă informații utile și, în acest sens, a apărut chiar și expresia "gunoiul de gena".
Fig. 4. Exemple de codoni într-o moleculă de ARN.
În timpul splicării (un fel de curățare), unii codoni sunt tăiați și "eliminați" în ARN copiat anterior (pre-mRNA sau pre-mARN). Regiunile adiacente aruncate sunt numite introni, iar restul regiunilor care formează ARNm (mRNA) sunt exoni. Combinația dintre un intron și doi exoni adiacenți se numește o genă și este o unitate de ereditate (Figura 5).
Exonul este, de obicei, mult mai mic decât intronurile, iar rolul și originea sa sunt încă necunoscute oamenilor de știință. O genă poate include zeci, sute și chiar mii de baze (vezi Tabelul 1).
Tabelul 1. Compararea numărului de gene și a mărimii genomului în diferite organisme
Motivele pentru o varietate atât de mare a numărului de gene și baze în organisme foarte simple și foarte complexe nu sunt încă clare.
Procesul prin care o moleculă de ADN este capabil să se multiplice se numește replicare (Figura 6).
Fig. 6. Schema de replicare ADN:
desfășurarea ADN-ului dublu helix
și crearea unei copii exacte datorită adăugării de perechi de nucleotide.
Care este diferența dintre moleculele de ADN și ARN? Compoziția chimică a ARN este foarte asemănătoare cu cea a unei catene de ADN spirală, în care timina este înlocuită cu uracil (Figura 7).
Fig. 7. Compararea structurii ADN și ARN.
ARN are multe roluri: de la transferul de informații genetice la mutația genelor. Cu toate acestea, mecanismele de realizare a acestor roluri nu sunt încă clare. Până de curând, sa crezut că moleculele de ARN sunt mesageri - purtători de mesaje sau aminoacizi intracelulare. Se pare că oamenii de știință au reușit să afle în sfârșit că ARN-ul are o funcție auxiliară și se află în umbra partenerului său de ADN mai faimos. Pentru o lungă perioadă de timp, oamenii de știință au crezut că ARN-ul primește instrucțiuni de la ADN și transformă informațiile genetice în proteine. Cu toate acestea, mai recent, s-au obtinut date noi ca ARN-ul poate opri actiunea genelor si poate schimba nivelul expresiei genelor. În unele organisme, ARN poate schimba literalmente genomul, subliniind unele și suprimând alte gene. Există dovezi că ARN poate predetermina soarta celulelor, inclusiv / dezactivarea genelor în timpul dezvoltării celulelor. Încă o dată, oamenii de știință s-au confruntat cu faptul că, extindând gama de cunoștințe, au extins orizonturile necunoscutului.
Date istorice în studiul ADN și ARN.
1869 - Chimistul elvetian Johann Friedrich Miescher (FriedrichMiescher) a izolat prima data acidul nucleic din nucleul celulei.
1910 -Albreht Kossel (AlbrechtKossel) a primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină „pentru contribuțiile sale la studiul chimiei de celule realizate prin studii de proteine, inclusiv substanțele nucleici“.
1945 - Oswald Avery a descoperit că ADN-ul trimite instrucțiuni celulelor vii.
1953. - James Watson (James Watson) și Francis Creek au creat un model spațial de ADN în formă de dublă helix.
1959 - Severo Ochoa (Severo Ochoa) și Arthur Kornberg (Arthur Romberg) a primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicina „pentru descoperirea mecanismelor biologice ale sintezei acizilor ribonucleic și dezoxiribonucleic.“
1962 lui James Watson (James Watson), Francis Crick și Maurice Wilkins (Maurice Wilkins) a primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină „pentru descoperirile lor privind structura moleculară a acizilor nucleici și semnificația acesteia pentru transferul de informații în sistemele vii.“
1989 - Sidney Altman și Thomas Robert Cech au primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru descoperirea proprietăților catalitice ale acizilor ribonucleici.
Trimiteți-le prietenilor: