ADN-ul (acidul dezoxiribonucleic) este una dintre cele mai importante molecule din corpul dumneavoastră și, deși aproximativ 99,9% din ADN-ul dumneavoastră este același cu cel al oricărui alt om, cei 0,1% care sunt diferiți sunt cei care vă fac unici din punct de vedere genetic! Această structură biologică minusculă este manualul de instrucțiuni suprem, conținând „rețetele” pentru proteinele de care corpul dumneavoastră are nevoie pentru a se dezvolta și a funcționa.

Astăzi, vă vom oferi o introducere în elementele de bază ale ADN-ului. Vom vorbi despre structura sa, despre modul în care se replică și despre rolul pe care îl joacă în producerea de proteine.

Structura ADN-ului: Puteri biologice fenomenale…spațiu vital minuscul

Știați că în celula umană medie există aproximativ 2 m de ADN? Este destul de impresionant, având în vedere că până și cele mai mari celule au un diametru de puțin peste 100µm. (Apropo, asta este foarte mic – 1µm este o milionime de metru.)

Cum se poate ca tot acest material genetic să fie împachetat într-un spațiu mult mai mic decât capul unui ac? Răspunsul scurt este o mulțime de răsuciri și înfășurări. ADN-ul se înfășoară în jurul unor grupuri de proteine numite histone pentru a forma unități numite nucleozomi. Acești nucleozomi se pliază într-o fibră cu model în zig-zag, care apoi formează bucle.

Există 46 de șiruri separate de ADN în fiecare celulă somatică a corpului uman. Fiecare dintre acestea se numește cromozom. Oamenii de știință le grupează în 23 de perechi omoloage, ceea ce înseamnă că cromozomii din fiecare pereche sunt similari în structură și funcție. Singura excepție este cea de-a 23-a pereche – cromozomii sexuali – la persoanele de sex masculin din punct de vedere biologic. Cromozomii sexuali X și Y au doar anumite regiuni (regiuni autosomale) care sunt omoloage.

La nivel molecular, ADN-ul are o formă caracteristică de dublă spirală și, deși aceasta nu a fost observată de oamenii de știință până la mijlocul secolului al XX-lea, a devenit rapid una dintre cele mai emblematice forme din întreaga știință.

Imagine din A&P 6.

Celelalte laturi ale acestei scări răsucite sunt compuse din molecule alternative de zahăr (deoxiriboză, mai exact) și o grupare fosfat. Fiecare latură este denumită în funcție de direcția în care se desfășoară (5′-3′ sau 3′-5′). „Treptele” scării sunt compuse din două baze azotate, ținute împreună prin legături de hidrogen.

Creditul imaginii: Madeleine Price Ball (Wikimedia Commons).

Patru baze azotate – citozina, timina, adenina și guanina – se găsesc pe șirurile de ADN. Din punct de vedere al structurii lor chimice, citozina și timina sunt pirimidine, iar adenina și guanina sunt purine. Adenina și timina (A și T) se împerechează întotdeauna împreună, iar guanina și citosina (G și C) se împerechează întotdeauna împreună. Ele se împerechează astfel deoarece A și T formează între ele două legături de hidrogen, iar G și C formează trei.

La nivelul cel mai elementar, diferite secțiuni ale șirurilor de ADN (secvențe de baze azotate) furnizează instrucțiuni pentru sinteza proteinelor. O singură secțiune de ADN poate chiar codifica pentru mai multe proteine!

Replicare: Dublarea ADN-ului

Imagine din A&P 6.

Replicarea ADN-ului unei celule are loc înainte ca o celulă să se pregătească pentru a fi supusă diviziunii – fie mitoză, fie meioză I.

Aceasta are loc în trei(aproximativ) etape.

1. ADN-ul se desface de histone.
2. O enzimă numită ADN-elicază deschide structura de helix pe un segment de ADN, rupând legăturile dintre bazele azotate. Face acest lucru într-un mod asemănător unui fermoar, lăsând în urma sa o furcă de replicare.
3. Aici lucrurile devin ciudate.

• Pe filamentul 5′-3′ al ADN-ului, o enzimă numită ADN polimerază alunecă spre furca de replicare și folosește secvența de baze azotate de pe acel filament pentru a face un nou filament de ADN complementar acestuia (aceasta înseamnă că bazele sale se împerechează cu cele de pe vechiul filament).
• Pe filamentul 3′-5′, mai multe ADN polimeraze se potrivesc cu perechile de baze în segmente parțiale, îndepărtându-se de furca de replicare. Ulterior, ADN ligazele conectează aceste șiruri parțiale într-un nou segment continuu de ADN.

Vreți să știți ceva interesant? Atunci când o moleculă de ADN se replică, fiecare dintre moleculele noi de ADN rezultate conține un șuviță din cea originală, deci niciuna nu este complet „nouă”. De asemenea, noi histone sunt fabricate în același timp cu replicarea ADN-ului, astfel încât noile șiruri de ADN să se poată înfășura în jurul lor.

Interludiu: ARN vs ADN

Înainte de a discuta despre transcripție și traducere, cele două procese cheie pentru sinteza proteinelor, trebuie să vorbim despre un alt tip de moleculă: ARN.

ARN-ul seamănă foarte mult cu ADN-ul – are o coloană vertebrală de zahăr-fosfat și conține secvențe de baze azotate. Cu toate acestea, există câteva diferențe vitale între ARN și ADN:

• ARN are doar un singur lanț de nucleotide. Seamănă cu o singură latură a scării ADN.

• ARN-ul are riboză ca zahăr în coloana sa vertebrală.

• ARN-ul are Uracil (U) în loc de timină.

• ARN-ul este mai mic decât ADN-ul. ARN-ul are o lungime maximă de aproximativ 10.000 de baze, în timp ce ADN-ul are în medie aproximativ 100 de milioane.
• ARN-ul poate părăsi nucleul. De fapt, își desfășoară cea mai mare parte a activității în citoplasmă.

Există mai multe tipuri diferite de ARN, fiecare cu funcții diferite, dar, în scopul acestui articol, ne vom concentra pe ARN mesager (ARNm) și ARN de transfer (ARNt).

Fabricarea unei proteine, partea 1: Transcrierea

Transcrierea este prima fază a procesului de fabricare a proteinelor, chiar dacă sinteza propriu-zisă a proteinelor nu are loc decât în cea de-a doua fază. În esență, ceea ce se întâmplă în timpul transcripției este că un ARNm „copiază” instrucțiunile de fabricare a unei proteine din ADN.

Imagine din A&P 6.

În primul rând, o enzimă numită ARN polimerază deschide o secțiune de ADN și asamblează un șir de ARNm prin „citirea” secvenței de baze de pe unul dintre șirurile de ADN. Dacă există un C pe ADN, va exista un G pe ARN (și viceversa). Dacă există un T pe ADN, va exista un A pe ARN, dar dacă există un A pe ADN, va exista un U (în loc de un T) pe ARN. Pe măsură ce ARN polimeraza se deplasează de-a lungul șirului de ADN, închide structura elicoidală din nou după ea.

Înainte ca noul ARNm să poată pleca pentru a livra instrucțiunile de fabricare a proteinei, acesta este „curățat” de enzime. Acestea elimină segmente numite introni și apoi îmbină segmentele rămase, numite exoni, împreună. Exonii sunt secvențele care codifică de fapt proteinele, așa că sunt cele pe care ARNm trebuie să le păstreze. Vă puteți gândi la introni ca la o căptușeală între exoni.

De asemenea, vă amintiți cum am menționat că o singură secvență de ADN poate codifica pentru mai multe proteine? Splicingul alternativ este motivul pentru care: înainte ca ARNm să părăsească nucleul, exonii săi pot fi îmbinați în diferite moduri.

Fabricarea unei proteine, partea a doua: Traducerea

După ce totul este curățat și gata de plecare, ARNm părăsește nucleul și pleacă să-și îndeplinească destinul: să ia parte la traducere, a doua jumătate a construcției proteinei.

În citoplasmă, ARNm trebuie să se interfațeze cu ARNt cu ajutorul unui ribozom. ARNt este un tip de ARN care are un loc pentru a se lega de aminoacizii liberi și o secvență specială de trei baze azotate (un anticodon) care se leagă de ribozom.

Ribozomii sunt organite care facilitează întâlnirea dintre ARNt și ARNm. În timpul traducerii, ribozomii și ARNt urmează instrucțiunile de pe ARNm și asamblează aminoacizii în proteine.

Imagine din A&P 6.

Care ribozom este alcătuit din două subunități (mare și mică). Acestea se unesc la începutul traducerii. Subunitățile ribozomale pot fi găsite de obicei plutind în citoplasmă, dar un ribozom se va andoca pe reticulul endoplasmatic dur dacă proteina pe care o produce trebuie să fie introdusă într-o veziculă de transport. Ribozomii au, de asemenea, trei situsuri de legare unde ARNt se poate andoca: situsul A (aminoacil, prima poziție), situsul P (peptidil, a doua poziție) și situsul E (poziția de ieșire).

În ultimă instanță, traducerea are trei etape: inițierea, alungirea și terminarea.

În timpul inițierii, șirul de ARNm formează o buclă, iar o subunitate ribozomală mică (partea inferioară a ribozomului) se agață de ea și găsește o secvență de baze care îi semnalează începerea transcrierii. Aceasta se numește codon de start (AUG).

Apoi, un ARNt cu anticodon UAC se împerechează cu acest codon de start și ocupă locul poziției a doua (P) a ribozomului. Acest ARNt transportă aminoacidul metionină (Met). În acest moment, subunitatea ribozomală mare ajunge și ea pe poziție (este deasupra ARNm și subunitatea mică este dedesubt).

În faza de alungire, ribozomul complet asamblat începe să alunece de-a lungul ARNm. Să spunem că următoarea secvență de baze pe care o întâlnește după codonul de start este GCU. O moleculă de ARNt cu anticodonul CGA se va lega de situsul primei poziții (A) a ribozomului. Aminoacidul pe care îl transportă (alanină) formează o legătură peptidică cu Met. Ulterior, ARNt CGA (care poartă lanțul Met-Ala) se mută în a doua poziție, iar ARNt UAC intră în situsul de legare E. Site-ul din prima poziție este apoi gata să accepte un nou ARNt. Acest proces continuă până când ribozomul ajunge la un codon „stop”.

Imagini video de la A&P 6.

Terminarea este cam ceea ce pare a fi. La atingerea codonului „stop”, ARNt care se leagă de prima poziție poartă o proteină numită factor de eliberare. Lanțul de aminoacizi se desprinde apoi de ribozom, plecând fie în citosol, fie în cisterna din ER dur, iar ribozomul se dezasamblează. Cu toate acestea, s-ar putea foarte bine să se reasambleze și să ocolească din nou bucla ARNm. De asemenea, mai mulți ribozomi pot lucra la același ARNm în același timp!

Și acestea sunt elementele de bază ale ADN-ului!

Iată un grafic la îndemână la care vă puteți uita dacă aveți nevoie să vă amintiți diferențele dintre transcripție, traducere și replicare:

.

.

.

.

	Localizarea	Scopul	Principiul Participanți	Produs(e)
Replicare	Nucleu	Duplicarea unui șir complet de ADN	ADN ADN elicază ADN polimerază ADN ligază	2 șiruri identice de ADN
Transcripție	Nucleu	Utilizează un fir de ADN pentru a construi o moleculă de ARNm	ADN ARN polimeraza (ADN ligază)	ARNm
Traducerea	Citoplasma	Citoplasma	Utilizați ARNm pentru a construi un lanț de aminoacizi	ARNm Ribosom ARNt (și aminoacizi)	Clanț de aminoacizi (proteină)

Dacă doriți să aflați mai multe despre celule, consultați aceste articole conexe de pe blogul VB:

• Anatomie & Fiziologie: Părți ale unei celule umane
• Transportul minuscul: Passive vs. Active Transport in Cells

Asigură-te că te abonezi la Visible Body Blog pentru mai multe minunății de anatomie!

Sunteți un instructor? Avem produse și resurse 3D premiate pentru cursul dumneavoastră de anatomie și fiziologie! Aflați mai multe aici.