Replicarea si biosinteza adn-ului. implicatii si aplicatii medicale.

REPLICAREA SI BIOSINTEZA ADN-ULUI. IMPLICATII SI APLICATII MEDICALE.

REPLICAREA ADN-ULUI este procesul prin care are loc  o dublare a cantitatii de ADN dintr-o molecula si sub aceasta forma informatia genetica continuta in ADN este preluata prin secvente de nuleotide si transmisa unor structuri de proteine cu ajutorul carora se realizeaza o biosinteza a ADN-ului initial.

Replicarea presupune copierea fidela a bazelor nucleotide specifice ADN-ului initial prin secventele specifice din care sunt constituite nucleotidele.Acest lucru este posibil prin structura moleculei de ADN descoperita de Watson si Crick pt care au fost distinsi cu premiul Nobel.

STRUCTURA MOLECULEI DE ADN:

-molecula de ADN care contine inf genetica inscrisa in lantul de nucleotide este constituita din 2 structuri polinucleotidice sub forma de lanturi care formeaza un dublu helix

-in dublul helix sunt inscrise moleculele de dezoxiribonucleotide care sunt legate intre ele prin baze azotate(baze purinice si pirimidinice) cu ajutorul unor punti de hidrogen

-lanturile polinucleotidice sunt complementare,formand helixuri intre bazele purinice si purimidinice,distanta intre 2 helixuri fiind de 3.4 nmm ,care constituie pasul helixul.Un helix cuprinde 10 baze azotate purinice si purimidinice,distanta dintre baze fiind de 0.4 nm

-aceste structuri contin o specificitate a lantului de nucleotide care asigura moleculei de ADN posibilitatea mentinerii informatiei genetice la nivelul moleculei de ADN

-lanturile prin structura lor sunt antiparalele deoarece dezoxirobozele sunt legate prin punti fosfodiesterice care se afla la exteriorul duplexului in timp ce bazele purince si pirimidinice se afla la interiorul helixului

IMPORTANTA STRUCTURII DUBLU HELIXULUI:

Dupa cum arata Watson si Crick,chiar de la o luna de la publicare structurii moleculei de ADN complementaritarea lanturilor polinucleotidice sugereaza mecanismul replicarii si al transmiterii informatiei genetice explicand procesul de ereditate=transmiterea unor caractere morfologice,fiziologice si bio-chimice de la ascendenti la descendenti.Acest lucru este posibil intrucat fiecare lant complementar ce formeaza dublu helixul poate sa genereze un nou lant complementar proces denumit autoreplicare.

Transmiterea informatiilor ereditare este posibila datorita fapului ca macromoleculele materiei vii poseda proprietatea de a constitui o matrita pt alte molecule.Notiunea de matrita in biologie moleculara e definita ca o macromolecula cu suprafata specifica,cu locuri de legare ,cu o anumita configuratie spatiala.In matrita in locurile speciale constituite monomerii nucleotidelor in functie de conformatia lor au posibilitatea sa se alipeasca in zonele cu configuratie complementara ale matritiei si monomerului datorita atractiei care se stabileste intre matrita si monomer prin legaturi secundare(fortele wan der waals)dar si datorita unor enzime polimerizante care contribuie la fixarea monomerului in interiorul matritei.Pe acest mecanism al moleculei matrita se bazeaza procesul de transmitere a caracterelor ereditare de la nivelul matritei la nivelul monomerului si refacerea duplexului moleculei de ADN.

Pt a demonstra capacitatea de transmitere a caracterelor ereditare prin molecula de ADN in biologia moleculara s-a experimentat prin experimentul Messelson si Stahl .Replicarea ADN-ului se realizeaza in 2 modalitati:

a.conservativa,prin lanturile parentare vechi ale moleculei

b.semiconservativa,cand replicarea are lor printr-un lant vechi parental si un lant nou de la molecula nou formata.In sprijinul acestei teorii Meselson si Stahl au efectuet o experienta prin care au demonstrat ca in cazul ADN-ului replicarea semisonservativa este cea care asigura transmiterea informatiei genetice.Experienta s-a derulat pe culturi de escherichia coli crescuta pe medii de cultura pe un gradient de clorura de cesiu avand ca si mediu de cultura clorura de amoniu in care azotul a fost marcat cu izotopul 15 si un alt mediu de cultura cu izotopul azot 14 care au fost amestecate si tratate cu clorura de cesiu si dupa expunerea unor radiatii ultravioletes-a efectuat un film al combinatiei dintre cele 2 tipuri de azot si s-a constatat existenta ambelor tulpini din mediul de cultura,atat azot 14 cat si 15 ceea ce demonstreaza ca replicarea este semiconservativa deci din ambele tipuri de provenienta a parintilor.

Replicarea ca principiu:incepe intotdeauna in asa numitul punct de origine de la care pornesc in directia de sus in jos asa numitele furculite de replicare care evolueaza pana la punctele care impart cromozomul in 2 noi entitati printr-un perete despartitor rezultand dintr-un individ doi indivizi identici ca structura,dar cu numar redus de cromozomi.Procesul de formare al unui noi tip de ADN nu poate sa evolueze fara niste enzime.

ENZIMELE SI PROTEINELE CARE INTERVIN IN SINTEZA ADN-ULUI

Exista mai multe enzime si proteine care colaboreaza la sinteza noilor molecule de ADN.

Referat: Anatomia aparatului locomotor - sistemul osos, rolul oaselor in organism Referat: Reflexe mucoase

1.ADN topoizomeraze:rol scindeaza reversibil duplexul de ADN permitand astfel rotatia si indepartarea tensiunii acumulate in timpul desrasucirii lanturilor polinucleotidice.Pot fi de 2 tipuri:tipul 1 care are posibilitatea sa actioneze asupra unui singur lant si adntopoizomeraze de tipul 2 care actioneaza asipra ambelor lanturi dintr-un duplex.

2.Proteinele de destabilizare a helixului,care favorizeaza desfacerea duplexului prin destabilizarea lui.

3.ADN helicaza,actioneaza la nivelul furculitelor de replicare pe care le impinge in interiorul cromozomului si destabilizeaza lantul dublu helicoidal.

4.ADN polimeraza,cataliteaza sinteza unui fragment de ARN pe matrita de ADN folosind o structura de ribonucleiotidtrifosfati.

5.ADN polimerazele,catalizeaza polimerizarea dezoxiribonucleotidelor existand 3 adn polimeraze:

-adn pollimeraza 1 ,cu rol in procesele respiratorii ale ADN-ului

-adn polimeraza 2 ,are rol reparatoriu

-adn polimeraza 3 ,este o enzima de replicare(replicaza)

6.ADN ligaza,leaga 2 capete ale ADN-ului ce fac parte dintr-un duplex de ADN.

Mecanismul molecular al replicarii:

Replicarea care se realizeaza prin intermediul furculitei de replicare parcurge urmatoarele etape:

1.desrasucirea lantului polipepidic sub influenta ADN topoizomerazelor

2.actiunea ADN helicazei

3.actiunea helicazei determina desrasucirea celor 2 lanturi si formarea unui lant matrita conducator/director si a unui matrita intarziat/succesor .In urma actiunii in lantul matrita conducator in ADN polimeraza 3 ia nastere un nou lant ,care se pliaza pe cel vechi.Acest proces demonstreaza ca sub actiunea enzimelor lanturile de ADN se pot reface si se poarta in ele caracterele ereditare are formelor parentale.

PARTICULARITATILE REPLICARII LA CELULA BIOLOGICA(EUCARIOTA):

1.replicarea este semiconservativa

2.replicarea implica proprietatea cromatinei in care ADN-ul este complexat de histone in nucleozomi

3.tot datorita nucleozomilor se poate explica si viteza de 10 ori mai mica a replicarii decat la celula procariota;intreaga replicare are lor in perioada S a ciclului celular,replicare care se realizeaza pe fiecare cromozom simultan,pe mai multe puncte de origine.Mecanismul molecular se realizeaza prin aparitia furculitelor de replicare si aparitia asa numitelor bule de replicare,care favorizeaza mecanismul propriu zis de replicare.

4.in lungul cromozomilor furculitele de replicare sunt grupate cate 20 pana la 80 ,fiecare grupa se numeste unitate de replicare sau replicon.

IMPLICATII SI APLICATII MEDICALE ALE REPLICARII ADN-ULUI:mutatii ,sinteza reparatorie a ADN-ului, inhibitorii sintezei ADN-ului.Mecanismele reparatorii ale ADN-ului sunt foarte eficente considerand ca o greseala in replicare se produce numai o data la 1 milion de replicari ale genelor.Atunci cand mutatiile sunt punctiforme ale loc alterarea unui singur nucleotid sau cand mutatiile sunt complexe ,care se manifesta prin lipsa unor sinteze de ADN numite deletii sau existenta unor franctiuni de ADN in plus denumite insertii,au loc procese cum sunt:

a.deaminarea duce la transformarea citozinei in uracil

b.depurinarea,prin care adenina sau guanina sunt rupte din ADN.Este cea mai frecventa leziune de ADN,cand circa 5000 de baze purinice sunt rupte din structura ADN-ului intr-o zi.Exista procesele reparatorii ale ADN-ului care se realizeaza prin enzime specifice din grupul ADN glicozilaze,care au capacitatea sa efectueaze o excizie a zonelor afectate si sa refaca structura moleculei de ADN.

Mutatiile pot sa apara si prin actiunea indusa de agenti cancerigeni,care pot fi chimici sau fizici.In special unele subst chimice care modifica direct bazele din ADN cum sunt etilul,radicalii alchil-metil,agenti alchilanti(care produc procese maligne).Alte subst chimice mutagene se intercaleaza intre perechile din ADN si poduc deteriorari cum sunt acriflavina si cafeina care sunt agenti chimici ce deterioreaza structura moleculei de ADN.Unele substante ce produc punti de legatura intre celule se folosesc in chimioterapia cancerului cum sunt psoralenul(extras din plante,folosita pt tratarea psoriazusului unde celulele administrate per os ajung in celulele bolnave din piele se intercaleaza in ADN,iar la iradierea pielii cu radiatii violete se stabilesc punti covalente si cel canceroase mor).Dintre bolile genetice exista o anemie Fanconi ce se manifesta printr-o retardare a cresterii ,anemie severa deficite imune grave ,aparitia unor forme de cancer sub forme de leucemii,cancer de piele si ficat.

Agentii fizici in special razele ultraviolete si ionizante actioneaza asupra moleculei de ADN si desfac cei 2 dimeri de timina si destabilizeaza molecula ADN-ului prin dimerizarea timinei ,fiind necesara interventia ADN ligazei pt a reface structura ADN-ului.Se produce o boala genetica Xeroderma pigmentosum care poate sa apara inca din copilarie,care se manifesta prin uscarea pielii si a corneei,zone care se malignizeaza si bolnavii mor de tineri prin metastazare.

Radiatiile ionizante pot fi electromagnetice X sau Gamma,care determina ruperea lanturilor de ADN ,pierderi de baze sau modificari ale bazelor sau ale dezoxiribozei.Ele pot produce o boala denumita Ataxia Telangiectasia ,care se manifesta prin lipsa de coordonare a miscarilor ,dilatatii ale vaselor,deficite imunitare,cancere.In aceasta boala procesele reparatorii ale ADN-ului sunt foarte greu de realizat.

INHIBITORII BIOSINTEZEI ADN-ULUI:Formarea ADN-ului este inhibata de anumite subst numite antibiotice.Un antibiotic/chimioterapic poate fi definit ca o subst ce impiduca multiplicarea bacteriilor avand o actiune selectiva la nivel molecular dar care nu impiedica si nu afecteaza procesele moleculare ale ADN-ului uman.Dintre antibioticele antimicrobiele ce inhiba biosinteza ADN-ului amintim acidul nalidixic ,antibioticele din grupa edeline,si antibioticele din grupa novobiocina.Exista si un alt grup de antibiotice in domeniul antiviral cum este acidul fosfoacetic.Dintre subst antitumorale ce actioneaza inhiband sinteza ADN-ului mentionam arabinozilcitozina,arabinoziladenina ,si neocarcinostatina.Toate acestea pot produce rupturi in molecula de ADN ,sunt formate dintr-o structura de AA care se deterioreaza prin destabilizarea moleculei de ADN ,dar prin rolul lor inhiba actiunea ADN-ului.

In concluzie ADN-ul are un rol pozitiv in viata unor celule,dar sunt cazuri in care trebuie sa inhibam sinteza ADN-ului.