Fenomenele de replicare s1 transcriptie ale adn-ului

FENOMENELE DE REPLICARE S1 TRANSCRIPTIE ALE ADN-ULUI

Replicarea ADN-ului este mecanismul prin care are loc dublarea cantitatii de material genetic si care se finalizeaza cu aparitia cromozomilor.

Dublarea cantitatii de ADN are loc in perioada de sinteza a ciclului celular si se realizeaza dupa model semiconservativ, fiecare din cele doua catene ale moleculei de ADN servind ca matrita pentru sinteza unei catene noi, complementare. Astfel, in fiecare molecula de ADN nou formata, o catena provine din molecula mama (initiala) iar cealalta este nou sintetizata. Deoarece molecula de ADN functioneaza ca matrita pentru propria sa formare, procesul poarta numele de autoreplicare (Fig. 45).

Macromoleculele de ADN se replica bidirectional, pornind de la un mare numar de locuri de initiere (~ 1000), in care puntile de hidrogen se rup si cele doua lanturi ale dublului helix se separa progresiv, servind ca tipar pentru sinteza catenelor noi, complementare. Rezultatul replicarii este sinteza a doua copii identice a moleculei de ADN originale, copii care se vor distribui la celulele fiice rezultate in urma diviziunii, asigurandu-se astfel continuitatea lumii vii, prin transmiterea informatiei genetice de la o generatie la alta.

Fig. 45. Autoreplicarea moleculelor de ADN

In procesul de replicare si asamblare a catenei complementare de ADN intervin o serie de enzime, care recunosc si leaga portiunile zaharo-fosforice ale precursorilor nucleotidici.

Replicarea porneste dintr-un punct de origine, de la care porneste in ambele sensuri cate o furculita de replicare.

Procesul de replicare al ADN-ului este mat bine cunoscut si descris la procariote la care s-au evidentiat si tipurile de enzime care intervin in acest proces complex.

In procesul de replicare al ADN-ului au fost evidentiate urmatoarele enzime:

ADN-topoizomerazele, enzime care scindeaza duplexul de ADN si intervin in desfacerea unor noduri care apar in macromolecula de ADN sau cand este necesara separarea celor doua molecule inlantuite;

enzimele de destabilizare a helixului, care se fixeaza de catenele polinucleotidice izolate din duplex, impiedecand rasucirea lor prin formarea de legaturi intre bazele complementare ale aceleasi catene, favorizand totodata desfacerea duplexului (destabilizarea);

ADN- helicazele, care realizeaza dezrasucirea duplexului cu ajutorul ATP-ului.

ADN-polimerazele, in numar de trei, functioneaza si ca nucleaze si ca polimeraze, aceasta dubla functie facand posibila eliminarea nucleotidelor gresit inserate si reconditionarea completa a macromoleculei de ADN in cazul in care cele doua catene nu sunt alterate la acelasi nivel.

ADN-ligazele, sunt enzime care leaga intre ele secventele scurte de ADN nou sintetizate.

Deoarece cele doua catene ale macromoleculei de ADN sunt antiparalele, in timpul replicarii unul din lanturile noi se formeaza in directia 5' → 3', iar celalalt in directia 3'→ 5'. Insa, deoarece ADN-polimerazele nu pot actiona decat in directia 5'→3', sinteza ADN-ului se realizeaza diferit pe cele doua catene matrita. Pe catena de ADN cu directia 5' → 3' sinteza lantului complementar este continua, aceasta fiind catena directoare sau lantul matrita director. Pe catena matrita opusa, respectiv pe lantul intarziat sau succesor, sinteza ADN-ului se desfasoara discontinuu, in fragmente scurte, pe directia 5' →3', fragmente care ulterior se asambleaza. Aceste fragmente scurte de ADN se numesc fragmentele Okazaki si au o lungime de 1000 - 2000 de nucleotide.

Proiect: Dezvoltarea prenatala si nasterea - factorii ce influenteaza dezvoltarea Eseu: Bazele moleculare ale apoptozei

Replicarea ADN-ului la eucariote este asemanatoare, in general, cu cea descrisa la procariote, dar prezinta si unele particularitati, dupa cum urmeaza:

fragmentele Okazaki sunt mai mici decat la procariote, continand numai 200 nucleotide;

punctele de origine in care se initiaza replicarea sunt mai numeroase, deoarece viteza de replicare este mai redusa decat la procariote;

in punctele de origine apar doua furculite de replicare, care se deplaseaza in sensuri opuse in lungul cromozomului, formandu-se buclele de replicare;

in lungul moleculei de ADN, originile furculitelor de replicare nu apar la intamplare, ci in grupe de 20 - 80, numite unitati de replicare (repliconi), situate intr-o anumita zona a ADN-ului. Repliconii se activeaza treptat in cursul fazei de sinteza, zonele de heterocromatina fiind ultimele activate. Furculitele de replicare se deplaseaza cu aceeasi viteza pe tot parcursul fazei de sinteza;

replicarea ADN-ului se realizeaza paralel cu sinteza de histone. Histonele vechi ale unui nucleosom trec toate pe una din catenele matrita, cealalta catena legandu-se de histone nou sintetizate;

ADN-polimerazele sunt diferite de cele intalnite la procariote si nu prezinta activitati exonucleazice, de indepartare a nucleotidelor legate eronat.

Transcriptia informatiei genetice din ADN in ARNm

Biosinteza ARN-urilor este catalizata de enzima ARN-polimeraza sau transcriptaza, proces realizat in prezenta ionilor de Mg²⁺. La procariote aceasta enzima intervine in sinteza tuturor tipurilor de ARN.

Transcriptaza recunoaste o secventa specifica din ADN, numita promotor de la care incepe sinteza de ARN. Legarea transcriptazei de gena respectiva duce la desfacerea locala a ADN-ului si legarea primelor ribonucleotide. Enzima se deplaseaza pe matrita de ADN in directia 3'→5' si la fiecare deplasare la capatul 3' se adauga nucleotidul complementar matritei, cresterea lantului de ARN realizandu-se deci in directia 5'→3'. Oprirea sintezei de ARN se realizeaza cu o proteina specifica (rho- σ) care se leaga de ARN-polimeraza si gena respectiva si care recunoaste o secventa de ADN care reprezinta semnalul de terminare - stop. ARN-polimeraza se desprinde de gena si intra in alt ciclu de transcriptie, ARN-ul fiind pus in libertate.

O gena cuprinde doua lanturi de ADN complementare, insa codifica numai o singura proteina, promotorul fiind cel care determina lantul de ADN din gena care va fi transcris.

La eucariote, procesul de transcriptie al informatiei genetice este in linii generale asemanator cu cel de la procariote, existand insa si unele deosebiri. Astfel, la eucariote exista trei tipuri de ARN-polimeraze care transcriu grupe de gene diferite:

ARN-polimeraza 1 intervine in producerea ARN-urilor ribozomale mari;

ARN-polimeraza 2 are rol in sinteza precursorilor ARN;

ARN-polimeraza 3 intervine in sinteza ARN si ARN.

Transcriptia la eucariote se realizeaza de pe ADN-ul legat de nucleosomi fara disocierea acestora. ARN-ul nou sintetizat este legat de proteine, formandu-se complexe ribonucleoproteice globulare.

In cazul ARN-ului mesager, inainte ca el sa paraseasca nucleul, la capatul 5' al lantului de ARN se adauga 7-metil-guanozina, care faciliteaza legarea ARN de ribozomi, iar la capatul 3' se adauga resturi de acid adenilic care favorizeaza prelucrarea ARN-ului la iesirea din nucleu.

Prelucrarea ARN-ului mesager este una din cele mai esentiale diferente dintre eucariote si procariote in ceea ce priveste transcriptia informatiei gene­tice. La procariote, molecula de ARN transcrisa de pe ADN este transformata in intregime intr-o catena polipeptidica. La eucariote, ARNm precursor este prelucrat prin indepartarea fragmentelor noninformationale numite introni si sudarea zonelor ramase - exonii, constituindu-se in final ARNm matur care poate strabate invelisul nuclear.

In procesul de excizie al intronilor si de asamblare al exonilor un rol important il au o serie de mici particule nucleare, identificate ca fiind ribonucleoproteine denumite sn-RNP (small nuclear ribonucleoprotein particles). Au fost semnalate si alte particule proteice care ghideaza moleculele de ARN in trecerea prin membrana nucleara sau care faciliteaza asamblarea ribozomilor.

Procesul de replicare si transcriere a mesajului genetic este influentat de o serie de factori fizici, chimici si biologici.

Transmiterea fidela a informatiei genetice la descendenti necesita o replicare extrem de exacta a moleculelor de ADN. Erorile care au loc in procesul de replicare, duc la aparitia mutatiilor, unele cu caractere avantajoase, care au avut drept consecinta diversificarea si evolutia de mare amploare a lumii vii pe care o cunoastem astazi. Majoritatea mutatiilor sunt insa daunatoare.

Anumite erori restranse care intervin spontan sau sunt induse de agenti chimici sau fizici in procesul de replicare al ADN-ului, pot fi indepartate printr-o serie de mecanisme reparatorii realizate cu ajutorul unor complexe enzimatice.

Majoritatea factorilor mutageni produc mutatii ireversibile, in numeroase cazuri cu efect cancerigen. Substantele chimice mutagene cunoscute sunt foarte numeroase si numarul lor este in continua crestere. Dintre acestea amintim: agentii alchilanti, acriflavinele, cofeina, sarurile de platina si chiar vitamina C si O₂ m concentratii crescute.

Actiunea mutagena a agentilor chimici se bazeaza, in majoritatea lor, pe intercalarea in molecula de ADN si stabilirea de legaturi covalente intre cele doua catene polinucleotidice.

Dintre agentii mutageni fizici mai importanti sunt: radiatiile neionizante, (razele ultraviolete) si radiatiile ionizante (razele X). Leziunile produse constau in modificari ale bazelor azotate, pierderi de baze sau pentoze si ruperi ale catenelor de ADN.

In mod normal, celulele dispun de mecanisme reparatorii si in cazul mutatiilor induse de agentii fizici, in special in cazul radiatiilor ultraviolete care se produc continuu.

Cand aceste mecanisme reparatorii sunt deficitare, leziunile nu por fi indepartate, intreaga activitate a celulei fiind dereglata si adesea urmata de fenomene de malignizare.