biologie

DNA

generalitate

ADN sau acid deoxiribonucleic, este patrimoniul genetic al multor organisme vii, inclusiv ființele umane.

Conținutul în nucleul celular și comparabil cu un lanț lung, ADN aparține categoriei de acizi nucleici, adică molecule biologice mari (macromolecule) formate din unități moleculare mai mici care iau numele de nucleotide .

O nucleotidă generică care formează ADN cuprinde 3 elemente: o grupare fosfat, zahar dezoxiriboză și o bază azotată.

Organizat în cromozomi, ADN-ul este folosit pentru a genera proteine, care joacă un rol fundamental în reglarea tuturor mecanismelor celulare ale unui organism.

Ce este ADN-ul?

ADN-ul este macromolecul biologic care conține toate informațiile necesare pentru dezvoltarea adecvată și buna funcționare a celulelor unui organism viu.

ESTE UN ACID NUCLEIC

Datorită imaginii unei nucleotide generice, cititorul poate observa că pentoza reprezintă elementul la care este legată grupa fosfatată (printr-o legătură fosfodiesterică) și baza azotată (printr-o legătură N-glicozidică).

Acronimul ADN înseamnă acid deoxiribonucleic sau acid deoxiribonucleic .

Acidul dezoxiribonucleic aparține categoriei de acizi nucleici, adică macromolecule biologice constituite din lanțuri lungi de nucleotide .

O nucleotidă este unitatea moleculară a unui acid nucleic, rezultând din unirea a 3 elemente:

  • O grupare fosfat ;
  • O pentoză, adică un zahăr cu 5 atomi de carbon;
  • O bază de azot .

Un alt acid nucleic foarte important: ARN

Un alt acid nucleic fundamental pentru buna funcționare a celulelor multor organisme este ARN . RNA acronim reprezintă acidul ribonucleic .

Acidul ribonucleic diferă de acidul dezoxiribonucleic din profilul nucleotidic.

DE CE ESTE ACEASTA HERITAGE GENETICA?

Cărțile genetice și biologia moleculară definesc ADN-ul cu terminologia patrimoniului genetic .

Pentru a justifica utilizarea acestei formulări este faptul că ADN-ul este sediul genelor . Genele sunt secvențele de nucleotide, din care derivă proteinele. Proteinele sunt o altă clasă de macromolecule biologice esențiale pentru viață.

În genele fiecăruia dintre noi, există o parte "scrisă" a ceea ce suntem și ce vom deveni.

Descoperirea ADN-ului

Descoperirea ADN-ului este rezultatul numeroaselor experimente științifice.

Cea mai veche și cea mai importantă cercetare în acest sens a început la sfârșitul anilor 1920 și a apartinut unui ofițer medical englez numit Frederick Griffith ( experimentul de transformare al lui Griffith ). Griffith a definit ceea ce numim ADN acum cu termenul " principiul transformării " și am crezut că este o proteină.

Experimentele lui Griffith au continuat cu biologul american Oswald Avery, împreună cu colaboratorii săi, între anii 1930 și 1940. Avery a arătat că "principiul transformării" al lui Griffith nu era o proteină, ci un alt tip de macromolecule: un acid nucleic .

Structura exactă a ADN-ului a rămas necunoscut până în 1953, când James Watson și Francis Crick au propus așa-numitul " model dublu helix " pentru a explica aranjamentul nucleotidelor în acidul deoxiribonucleic.

Watson și Crick au avut o intuiție incredibilă, dezvăluind întregii comunități științifice ceea ce biologii și geneticienii îl căutau de ani de zile.

Descoperirea structurii exacte a ADN-ului a făcut posibilă studierea și înțelegerea proceselor biologice în care este implicat acidul dezoxiribonucleic: prin modul în care acesta replică și formează ARN (un alt acid nucleic) și cum generează proteine.

Fundamentale pentru descrierea modelului Watson și Crick, au fost unele studii realizate de Rosaling Franklin, Maurice Wilkins și Erwin Chargaff .

structură

Așa-numitul "model cu dublă helix" de Watson și Crick a arătat că ADN-ul este o moleculă foarte lungă, alcătuită din două fire de nucleotide (filamente de polinucleotidă). Unite unul cu celălalt, dar orientate în direcții opuse, aceste două fire polinucleotidice sunt înfășurate unul în celălalt, ca o spirală.

În "modelul cu dublă helix", nucleotidele au un aranjament foarte precis: zaharurile și grupările fosfatice constituie scheletul exterior al fiecărei spirale, în timp ce bazele azotate sunt orientate spre axa centrală a acestora. Figura de mai jos ajută cititorul să înțeleagă ceea ce tocmai a fost spus.

Deoarece structura ADN-ului este un subiect destul de complex, vom încerca să menționăm cele mai importante puncte, fără a depăși detaliile.

CE ESTE PENTOSUL ADNULUI?

Zahărul cu 5 atomi de carbon, care distinge structura nucleotidelor ADN, este deoxiriboză .

Dintre cele 5 atomi de carbon de deoxiriboză, 3 merită o mențiune specială:

  • Așa-numitul " carbon 1 ", deoarece este cel care se alătură bazei azotate ;
  • Așa-numitul " carbon 2 ", pentru că este ceea ce dă numele de deoxiriboză la zahăr (NB: deoxiriboză înseamnă "fără oxigen" și se referă la absența atomilor de oxigen legați de carbon);
  • Așa-numitul " carbon 5 ", deoarece este cel care se leagă de grupul fosfat .

Comparație cu ARN

În moleculele de ARN, pentoza este riboza . Riboza diferă de deoxiriboză numai prin prezența, pe "carbonul 2", a unui atom de oxigen.

Cititorul poate aprecia această diferență examinând figura de mai jos.

TIPURI DE NUCLEOTIDE ȘI BAZELE DE AZOT

ADN-ul are 4 tipuri de nucleotide diferite .

Pentru a distinge aceste elemente este doar baza de azot, legată de grupul pentose schelet-fosfat (care spre deosebire de bază nu variază niciodată).

Bazele ADN nucleare sunt, din motive evidente, 4: adenină (A), guanină (G), citozină (C) și timină (T).

Adenina și guanina aparțin clasei de purine, compuși heterociclici cu inel dublu.

Citozina și timina, pe de altă parte, se încadrează în categoria pirimidinelor, compuși heterociclici cu ciclu unic.

Modelul cu dublă helix a lui Watson și Crick a făcut posibilă clarificarea a două aspecte care erau total necunoscute în acel moment:

  • Fiecare bază de azot prezentă pe o catenă de ADN se îmbină cu o bază de azot prezentă pe cealaltă parte a ADN-ului, formând, de fapt, o pereche, o pereche de baze.
  • Perechea dintre bazele azotate ale celor două fire este foarte specifică. De fapt, adenina se unește numai cu timina, în timp ce citozina se leagă numai la guanină.

    După această a doua descoperire senzațională, biologi și geneticieni moleculari au definit bazele adeninei și timinei și bazele citozinei și guaninei ca fiind " complementare unul cu celălalt ".

Identificarea perechii complementare dintre bazele azotate reprezintă piatra de temelie pentru a explica dimensiunile fizice ale ADN-ului și stabilitatea particulară a celor două fire.

O moleculă generică de ADN uman conține aproximativ 3, 3 miliarde de perechi de baze azotate (care reprezintă aproximativ 3, 3 miliarde de nucleotide pe catenă).

Comparație cu ARN

În moleculele ARN, bazele azotate sunt adenină, guanină, citozină și uracil . Ultimul este o pirimidină și înlocuiește timina.

TIE ÎNTRE NUCLEOTIDELE

Pentru a menține nucleotidele fiecărei catene de ADN împreună, sunt legături fosfodiesteice, între gruparea fosfat a unei nucleotide și așa-numitul "carbon 5" al nucleotidei care urmează imediat.

FILAMENTELE AI ORIENTAȚIE OPPOSITĂ

Lanțurile de ADN au două capete, numite 5 '(citește "prima dată") și 3' (citește "primele trei"). Prin convenție, biologi și geneticieni au stabilit că capătul 5 'reprezintă capul unei componente de ADN, în timp ce capătul 3' reprezintă coada .

Propunând "modelul cu dublă helix", Watson și Crick au susținut că cele două fire care formează ADN-ul au orientarea opusă. Aceasta înseamnă că capul și coada unui filament interacționează, respectiv, cu coada și capul celuilalt filament.

Studiu scurt pe capătul 5 'și 3'

Gruparea fosfatului legată la "carbonul 5" al unei nucleotide este capătul său 5 ', în timp ce gruparea hidroxil legată la "carbonul 3" (-OH din figură) reprezintă capătul său 3'.

Unirea mai multor nucleotide menține această dispoziție și din acest motiv, în cărțile de genetică și biologie moleculară, secvențele de ADN sunt descrise după cum urmează: P-5 '→ 3'-OH

* Vă rugăm să rețineți: majusculă P identifică atomul de fosfor al grupului fosfat.

SEAT ÎN CELUL ȘI CHROMOSOME

Organismele eucariote (ființa umană este printre ele) posedă, în nucleul fiecăruia dintre celulele lor, o moleculă de ADN egală (și personală) .

În nucleul (întotdeauna într-un organism eucariot), ADN-ul este organizat în diferite cromozomi . Fiecare cromozom conține un segment precis de ADN asociat cu proteine ​​specifice (histone, cohesins și condensare). Asocierea dintre ADN și proteinele cromozomiale se numește cromatină .

Cromozomi în ființa umană

Un organism este diploid când ADN-ul, în interiorul nucleului celular, este organizat în perechi de cromozomi (numiți cromozomi omologi ).

Ființa umană este un organism diploid, deoarece are 23 perechi de cromozomi omologi (deci 46 de cromozomi în total) în celulele sale somatice.

Ca și în multe alte organisme, fiecare dintre aceste cupluri participă la un cromozom de origine maternă și la un cromozom de origine paternă.

În această imagine ilustrată, pentru a reprezenta un caz în sine sunt celulele sexuale (sau gameții): acestea au jumătate din cromozomii unei celule somatice normale (de aici 23 în ființa umană) și se spune, din acest motiv, haploid .

O celulă sexuală umană atinge setul normal de 46 de cromozomi în timpul fertilizării.

funcție

ADN-ul este utilizat pentru a genera proteine, macromolecule esențiale pentru reglarea mecanismelor celulare ale unui organism.

Cromozomi umani

Procesul care conduce la formarea de proteine ​​este foarte complex și include un pas intermediar fundamental: transcrierea ADN-ului în ARN .

Molecula ARN este comparabilă cu un dicționar, deoarece permite translatarea nucleotidelor ADN în aminoacizii proteinelor .

Pentru a trata sinteza proteinelor - un proces care, fără să se știe surprinzător, ia numele de traducere - sunt niște organele celulare mici cunoscute sub numele de ribozomi .

ADN-ul → ARN-ul → proteine este ceea ce experții numesc dogma centrală a biologiei moleculare.