Acizi Nucleici

- Misteriosul factor transformator al doctorului GRIFFITH

În 1928, bacteriologul J. Griffith comunica la Cambridge o experienta extrem de ciudata.

Lucra de la un timp cu pneumococi, o specie de microbi care provoaca pneumonii la om si la animale. El poseda doua tipuri de asemenea pneumococi, tipul II si III, care se deosebesc între ele prin caracteristici biochimice usor detectabile. De asemenea, avea unele eprubete cu culturi virulente, care provoaca moartea soarecilor folositi în experimente, si alte eprubete cu culturi de pneumococi „blânzi”, care nu omorau soarecii. Pe medii de cultura, pneumococii virulenti formau colonio mici, netede, de forma „S”(„S” de la smooth=neted). Cei nevirulenti formau colonii zbârcite la suprafata, de forma „R”(rough=aspru).

Griffith a facut doua suspensii de microbi:

a) prima continea pneumococi II R,nevirulenti;

b) a doua continea pneumococi III S, virulenti.

El nu dorea sa ucida animalele, ci sa prepare un vaccin. Pentru acestea a

omorât prin caldura microbii din buspensia b. Apoi a inoculat ambele suspensii unui lot de soareci albi de laborator si a asteptat.

Spre surprinderea lui Griffith, marea majoritate a soarecilor au murit, desi prima suspensie le asusese microbi vii dar nepericulosi, iar a doua numai cadavrele microbilor virulenti.

Contrariat la culme, cercetatorul o repetat experienta de mai multe ori cu acelasi rezultat. Pentru a vedea ce microb a omorât soarecii, el a însamântat pe medii de cultura sânge din cordul soarecilor morti. A constatat ca pe medii crescusera si se inmultisera pneumococi de tip III S pe care Griffith îi stia morti si verificase ca sunt morti.

Singura explicatie a fenomenului era ca de la cadavrele pneumococilor III S a trecut „ceva” în celulele pneumococilor II R pe care i-a transformat în pneumococi de tip III S.

Acel „ceva” continea informatia ereditara care, odata ajunsa în organism, a functionat si a fost transmisa urmasilor.

- Descoperirea ADN-ului

In zilele noastre ,toata lumea stie ca ADN-ul ,un acid nucleic ,dirijeaza modul de dez-voltare al celulei. Oamenii de stiinta au aflat toate amanuntele despre ADN in maniera atat de obisnuita stiintei adica pe cai foarte ocolite .In primul rand,descoperirea ADN-lui a necesitat realizarea de progrese in trei domenii complet separate: citologie ,genetica si chimie.

Dupa ce Gregor Mendel a redescoperit legile ereditatii in 1900,s-a nascut un considerabil interes pentru cauzele acesteia .Structurile fundamentale implicate in ereditate –cromozomii-au fost descoperite si studiate de Walter Flemming in anii 1880 ,dar pe vremea aceea nimeni nu stia ca aveau legatura cu ereditatea. Cromozomii nu erau decat niste structuri lungi si subtiri care apareau in timpul diviziunii celulare , devenind vizibile doar in probele colorate.De asemenea Friedrich Miescher a descoperit acizii nucleici din nucleele celulelor inca din 1869,dar n-a gasit nici relatia dintre ei si ereditate, nici pe cea dintre ei si cromozomi-desi Miescher a constatat ulterior ca substanta seminala a somonului este compusa aproape in totalitate din acid nucleic, la care se adauga o proteina simpla ,ceea ce ar fi trebuit sa fie indiciul existentei unei legaturi cu ereditatea.

In 1907,Thomas Hunt Morgan ,oarecum sceptic in ceea ce priveste genetica ,a inceput sa creasca drosofile in scopuri pur experimentale.In scurt timp ,el a constatat ca legile lui Mendel erau valabile ,dar si ca unele caracteristici mostenite par a avea legaturi unele cu altele .Aceste legaturi se comportau ca si cum unitatile ereditatii, adica genele,erau aliniate in siruri lungi.Ori o structura celulara lunga si subtire, care sa fie in concordanta cu observatia lui si care sa poata contine genele ,era cromozomul, asa cum sugera anterior August Weisman, pornind insa de la alte consideratii. In 1911 ,Morgan a reusit sa arate ca gemele insiruite de-a lungul cromozomilor sunt agentii purtatori ai ereditatii.

In timp ce pe frontul geneticii se faceau aceste progrese, si in domeniul chimiei se inregistrau unele realizari. In 1909 ,Phoebus Aaron Theodor Levene a fost primul care a ajuns la concluzia ca acizii nucleici contin o substanta zaharoasa: riboza.Douazeci de ani mai tarziu ,el constata ca alti acizi nucleici contin un alt tip de substanta zaharoasa: dezoxiriboza.Deci ,exista doua feluri de acizi nucleici: acidul ribonucleic (ARN) si acidul dezoxiribonucleic (ADN). De asemenea ,Levene s determinat natura chimica a altor compusi care se gaseau in ARN si ADN. Natura lor chimica a fost cercetata apoi in detaliu ,de Alexander Todd in anii 1930.

Cromozomii ,ca si alte structuri celulare ,contin proteine .De asemenea ,ei contin ADN.Cum despre proteine se stia ca sunt molecule complexe biologic foarte active, toata lumea s-a gandit ca genele trebuie sa fie proteine-pana in 1944, cand Oswald Avery si colaboratorii sai au aratat ca inducerea caracteristicilor ereditare este posibila numai cu ajutorul ADN-lui pur ,fara a fi implicata nici o proteina .Avery a evidentiat faptil ca ,intr-un fel sau altil, genele trebuie sa fie compuse din ADN.

Pe la inceputul anilor 1950 ,cativa savanti din diferite domenii au diferite domenii au abordat problema intelegerii ADN-ului.Printre acestia s-a aflat si Linus Pauling, probabil cel mai bun chimist la vremea aceea .In 1951, Pauling ,care lucra cu B.B Corey, a ajuns la concluzia ca stuctura unei clase de proteine este elicoidala, adica are forma unei spirale tridimensionale.A fost determinata astfel pentru prima data structura fizica a unei molecule biologice de dimensiuni mari.Apoi in jurul aceluiasi an ,Pauling s-a intors la studiul ADN-ului,sperand sa descopere si structura acestuia.

- Structura acizilor nucleici

Acizi nucleici sunt substante macromoleculare formate prin înlantuirea unor molecule de nucleotide. De aceea ei se pot numi si polinucleotide.

Nucleotidele, la rândul lor, sunt alcatuite din:

a) o baza azotata;

b) un zahar;

c) un radical fosfat;

Bazele azotate sunt substante organice în care atomii de carbon si de azot sunt grupati în cicluri. Ele sunt de doua feluri.

-bazele purinice au doua cicluri condensate, însumând 5 atomi de C si 4 de N. Ele sunt: adenina(A) si guanina(G), prezente si în ADN si în ARN

-bazele primidinice au un singur ciclu cu 4 atomi de C si 2 de N. Ele sunt citozina(C), prezenta si în ADN si în ARN, timina(T) numai în ADN si uracilul(U) numai în ARN.

Zaharul este un monozaharid cu 5 atomi de C(o pentoza). El da numele celor doua tipuri de acizi nucleici: riboza(R) în ARN si dezoxiriboza(D) în ADN.

Radicalul fosfat(P) formeaza legaturi esterice cu pentozele. Legatura se face între al cincelea atom de carbon al unei pentoze si al trilea atom de carbon al pentozei urmatoare legând nucleotidele între ele si formând catene(lanturi) polinucleotidice.

Cele trei componente se grupeaza astfel:

În ADN: În ARN:

1) A – D – P 1) A – R – P

2) G – D – P 2) G – R - P

3) C – D – P 3) C – R -P

4) T – D – P 4) U – R – P

Observam atunci ca exista 4 tipuri de nucleotide pentru fiecare tip de

acid nucleic. Ele sunt echivalente cu 4 litere ale unui alfabet. Alinierea lor într-o anumita ordine da continutul informatiei ereditare. Un alfabet de 4 semne este suficient pentru a stoca o cantitate nelimitata de informatie. Se stie ca limbajul calculatoarelor electronice utilizeaza numai doua semne:0 si 1.

ADN – spirala vietii

Molecula de ADN este formata din doua catene polinucleotidice rasucite una în jurul celeilalte în spirala, cu bazele azotate spre interior. Totodata, daca pe o catena într-un anumit punct , este adenina, pe catena opusa în dreptul adeninei este timina. Între ele sunt doua legaturi de hidrogen. În dreptul guaninei este citozina, între ele fiind trei legaturi de de H. Adenina cu timina si ganina cu citozina formeaza perechi, sunt complementare si se atrag între ele.

Privind cu atentie schema vieti veti observa ca legaturile C5’à C3’ au sensuri opuse pe cele doua catene(care sunt antiparalele). Acest amanunt este foarte important deoarece informatia genetica este lecturata totodata în sensuri C5’à C3’.