Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà

dezrăsucire a ADN-ului în celulele celor mai mici organisme - a bacteriilor.

Lungimea ADN-ului bacterial constituie câţiva milimetri.

Jirul (bucla) unei spirale este egal cu 34 angstromi iar intervalul de timp care se scurge între două diviziuni consecutive ale celulelor bacteriene este de 20-45 minute Pentru replicarea (autoreproducerea) ADN-ului se consumă mai puţin de o treime din acest timp Dacă, pornind de la aceste consideraţii, se va calcula viteza de rotaţie a capetelor moleculelor de ADN la dezrăsucire, se va obţine o mărime fantastică: 15000 rotaţii pe minută!

Se înţelege de la sine că acest lucru este puţin probabil. Aceasta făceau necesar elaborarea de noi modalităţi pentru explicarea modului în care ADN reuşeşte să se dubleze în intervalele de timp atât de scurte.

Numeroasele date confirmă că în procesul diviziunii în celule se produce o repartizare exactă în părţi egale a ADN-ului între celulele-fiice. Cum se produce acest fenomen?

În principiu în celulele-fiice sunt posibile trei căi diferite de diviziune a ADN-ului: calea conservativă, calea semiconservatică şi calea dispersă.

În caz de replicaţie conservativă a ADN-ului pe o moleculă integrală cu două filamente, se construieşte din nou, ca pe o matriţă, o moleculă identică de ADN, iar celula iniţială rămâne neschimbată.

La metoda semiconservativă molecula primară se descompune în două filamente şi pe fiecare din ele se construieşte câte o moleculă integrală de ADN.

Metoda de dispersie prevede ca materialul ADN-ului iniţial să fie repartizat uniform la celulele-fiice, iar celelalte sectoare ale ADN-ului să fie construite din nou.

Care din aceste metode de replicaţie a ADN-ului se aplică în realitate? La această întrebare au răspuns Meselson şi Stahl, elaborând o metoda specială de centrifugare echilibrată a moleculelor de ADN.

Esenţa acestei metode constă în următoarele: dacă la o centrifugare obişnuită moleculele polimere se divizau conform greutăţii moleculare, apoi la centrifugarea echilibrată macromoleculele se divizau conform densităţii specifice. În acest scop centrifugarea se făcea într-o soluţie de săruri cu mare densitate.

Deoarece întotdeauna se poate alege o concentraţie a soluţiei care ar corespunde densităţii polimerului studiat, moleculele substanţei studiate se concentrează în acel loc îngust al epruvetei, unde densitatea substanţei este egală cu densitatea mediului, adică a soluţiei. Ajungând aici, substanţa nu se va mai disloca.

Dacă preparatul studiat conţine câteva tipuri de mole¬cule cu diferită densitate, ele se vor concentra în diferite sectoare ale epruvetei.

Efectuând o serie de experienţe fine, Meselson şi Stahl au reuşit să determine mecanismul semiconservativ al replicaţiei ADN-ului (des. 8).

Dar mai rămânea ne soluţionată încă o problemă, cea a dinamici procesului de replicaţie: a fost descoperit un ferment special, care realiza replicaţia. Fermentul a fost numit ADN-polimerază.

A. Cornberg, biochimist american, a Clarificat că ADN-polimeraza se deplasează din direcţia polului 5' spre polul 3' al filamentului ADN. Pentru că filamentele ADN-ului nu sunt paralele în orice pol al lor, un filament purta liber un 3' -atom de hidrat de carbon, iar celălalt filament - un 5' -atom. Aceasta înseamnă că fermentul ADN-polimeraza se putea alipi numai la un pol al ADN (la polul 5') şi târî de-a lungul acestui filament, iar al doilea trebuia să rămână liber.

Dar experienţele arătau, că se întâmplă invers - ambele filamente de ADN erau supuse replicaţiei.

În anul 1968 savanţii japonezi, în frunte cu R. Ocazachi, au contribuit la soluţionarea acestei controverse. S-a dovedit că Cornberg a avut dreptate şi că ambele filamente de ADN au fost supuse la dublare, numai că sinteza noilor filamente se efectua pe segmente scurte - «frag¬mente Ocazachi», căci aşa au fost numite ele mai târziu.

Conform concluziei lui Ocazachi, moleculele fermentului ADN-polimeraza se alipesc de ambele filamente de ADN, dar ele trebuie să-şi încapă munca în direcţii opuse. Acest lucru e explicat schematic în figura 9: a, b, c.

La început ADN-ul se desface de la un pol, formând o furcă de replicaţie de care se alipesc moleculele de ADN-polimerază. În timp ce ele muncesc, sintetizând copii ale polilor eliberaţi, ADN-ul continuă să se desfacă şi pentru ADN-polimeraza devine accesibil un nou sector al ambelor filamente. Prima moleculă a fermentului îşi poate continua mişcarea de-a lungul filamentului 5' eliberat, iar de sectorul elibera al filamentului 3' se alipeşte o nouă moleculă de ADN-polimerază.

Cu cât se desfăşoară mai mult procesul de desfacere a ADN-ului, cu atât va apare o cantitate mai mare de fragmente. Este interesant că în experienţele lui Ocazachi pe filamentele 5' copiile noi se sintetizau şi ele în fragmente.

Ce se întâmplă cu punţile dintre fragmente? Doar ADN-ul din celulele în care s-a terminat diviziunea nu este fragmentar.

Cu un an până a descoperi Ocazachi acest lucru, savanţii Riciardson şi Veis din SUA au găsit un nou ferment. Funcţia lui consta în a uni, a alipi polii liberi zaharo-fosfatici ai moleculei de ADN. Şi deoarece verbul «a alipi» în engleză sună «ligaze» fermentul a fost numit «ligază». Tocmai ligaza e responsabilă de «cusutul» într-un tot unic al fragmentelor Ocazachi, noi sintetizate, şi transformă catena fragmentară de ADN într-o catenă întreagă.

Replicaţia ADN este, însă, numai unul din numeroasele procese care asigură păstrarea şi continuarea informaţiei genetice. Pentru transmiterea acestei informaţii şi traducerea ei în caractere concrete ale organizmelor, există alte procese, la fel de complicate, şi alte «personaje». Despre unele din ele vom vorbi în continuare.

4.3 Codul genetic

Informaţia genetică este codificată în molecula de ADN prin intermediul a 4 tipuri de nucleotide, care fac parte din componenţa ei. Se cunoaşte de asemenea că informaţia genetică, codificată în ADN, se realizează în procesul sintezei biologice a proteinelor în celulă.

Ca şi acizii nucleici, proteinele sunt compuşi polimerici, dar în calitate de monomeri ele conţin nu nucleotide, ci diferiţi aminoacizi. În structura proteinelor au fost descoperiţi 20-21 de tipuri de aminoacizi.

În ce priveşte proprietăţile moleculei de proteină, ele depind nu numai de componenţa lor generală, dar şi de aranjarea reciprocă a aminoacizilor, exact aşa precum sensul cuvântului depinde nu numai de literele din care este compus, ci şi de ordinea lor.

N. C. Colţov a calculat câte molecule diferite (izomeri) se pot obţine printr-o simplă schimbare a locului aminoacizilor dintr-un lanţ de 17. Mărimea obţinută era de circa un trilion' Dacă am dori să tipărim un trilion de izomeri, însemnând fiecare aminoacid printr-o literă, iar toate tipografiile de pe glob ar tipări anual câte 50000 de volume a câte 100 coli fiecare, până la încheierea acestei munci vor trece tot atâţia ani câţi s-au scurs din perioada arhaică şi până în prezent

Dar majoritatea proteinelor sunt compuse nu din 17, ci din câteva sute de aminoacizi. În acest sens sunt impresionante calculele efectuate de savantul Senger Greutatea moleculară medie a proteinei este egală cu aproximativ 34000 S-a dovedit că din 12 ti¬puri de aminoacizi prin varierea succesiunii lor se poate obţine un număr de 10300 de diferite proteine, greutatea lor totală constituind 10280 grame. E mult sau puţin? Evident, e o greutate enormă. Este suficient să comparăm această greutate cu greutatea pământului nostru, egală cu doar 1027 grame.

În acest fel, odată ce fiecare dintre aceşti izo¬meri are proprietăţi specifice, rezultă că încărcătura semantică în structura primară a materiei este datorată secvenţei (de fiecare dată alta) a aminoacizi¬lor de-a lungul lanţului polipeptidic. Dacă este aşa, atunci prin analogie, o astfel de încărcătură seman¬tică (informaţie) trebuie căutată şi î