Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà

în succesiunea nucleotidelor în moleculele de ADN.

Se iscă întrebarea: în ce mod succesiunea a patru nucleotide diferite din molecula de ADN determină secvenţa a 20 de aminoacizi în molecula de proteină. E cam acelaşi lucru ca şi cum prin combinarea în diferite feluri a patru litere ale alfabetului se pot for¬ma 20 de cuvinte diferite după conţinut şi structură. S-a dovedit că prin intermediul a patru baze azotate (nucleotide) se poate transmite o cantitate nelimitată de informaţie.

Calculele demonstrează că o singură bază este capabilă să codifice nu mai mult de un aminoacid, iar toate cele patru baze (nucleotide) care întră în componenţa acizilor nucleici, respectiv nu mai mult de patru aminoacizi. De aici reiese că aminoacizii sunt codificaţi (specificaţi) de către grupe de baze. Combinaţiile din două baze pot codifica numai 16 aminoacizi (42), ne fiind capabile să-i specifice pe toţi 20. În schimb, combinaţiile de trei baze (nucleotide) sunt capabile să-i specifice pe toţi cei 20 de aminoacizi şi chiar pe mai mulţi (43=64). Asemenea trei baze, situate una lângă alta (triplete), se numesc codoni şi fiecare poate codifica un aminoacid anumit.

Urmau de asemenea să fie rezolvate încă un şir de alte sarcini complicate. În primul rând, era necesară relevarea modului în care în celulă are loc «citirea» informaţiei genetice. În al doilea rând, care sunt tripletele ce codifică, anumiţi aminoacizi. Prin eforturile mai multor savanţi din diferite ţări au fost elaborate câteva variante ale codului genetic, dar dintre acestea nu toate au rezistat la verificări minuţioase.

Primul care a emis (încă în anul 1954) ipoteza că codul genetic are un caracter tripletic a fost fizicianul american de origine rusă G. Gamov. După cum s-a menţionat, în moleculele de acizi nucleici bazele sunt amplasate unele după altele în şir liniar şi citirea informaţiei localizate în ele se poate realiza în chip diferit. Mai jos prezentăm două variante de citire a tripletelor care conţin 12 baze:

A-T-G-CE -A-T-T-A-G-CE-T-A

1 AA 2 AA 3AA 4 AA

2 AA

3 AA

Citirea tripletelor din acest rând (de la stânga) se poate efectua, de exemplu, în felul în care a pro-pus Gamov, respectiv:

A-T-G-primul aminoacid (1 AA)

T-G-CE-al doilea aminoacid (2 AA).

G-CE-A-al treilea aminoacid (3 AA) ş. a. m. d.

Un astfel de cod se numeşte suprapus, dat fiind faptul că unele baze întră în componenţa a mai multor triplete vecine. Dar prin cercetări ulterioare s-a demonstrat că un asemenea cod este imposibil, deci, ipo¬teza lui Gamov nu şi a aflat confirmarea.

Un alt mod de citire a tripletelor, propus în anul 1961 de F. Cric, este prezentat în continuare:

A-T-G - 1 AA; CE-A-T - 2 AA; T-A-G - 3 AA; CE-T-A - 4 AA.

Un astfel de cod se numeşte ne suprapus. Informa¬ţia pe care o conţine se citeşte succesiv după triple¬te, fără omiterea bazelor şi fără suprapunerea lor. În acest fel, textul informaţiei genetice urmează să fie contopit. După opinia lui Cric, citirea informaţiei se va începe de la un anumit punct din molecula de acid nucleic, în mod contrar textul pe care îl con¬ţine s-ar denatura tot aşa cum sensul cuvântului, dacă ar fi să-l citim de la o literă întâmplătoare. Experienţele ulterioare, efectuate de Cric şi colaboratorii săi în anul 1963, au confirmat justeţa ipotezei emise de el. Determinarea principiului de citire corectă a informaţiei după triplete nu constituia însă rezolvarea definitivă a problemei codului genetic, deoarece ordinea de alternare a bazelor în triplete (cuvintele de cod) poate fi variabilă, respectiv: A-G-CE, G-CE-A, CE-G-A, G-A-CE, A-CE-G, CE-A-G ş. a. m. d. Se pune întrebarea: pe care aminoacid îl codifică fiecare dintre tripletele enumerate?

Primele date privind componenţa cuvintelor de cod au fost prezentate în anul 1961 în cadrul Congresului internaţional de biochimie de la Moscova de că¬tre savanţii americani M. Nirenberg şi J. Mattei. Utilizând sistemul de sinteză artificială (acelulară) a proteinei, savanţii au început să depună eforturi în vederea descifrării «sensului» cuvintelor de cod, adică a modului de alternare în triplete a baze¬lor. La început ei au sintetizat un polinucleotid artificial, aşa-numitul poli-U (U-U-U-U-U-U...), care conţinea sub formă de bază numai uracil. Introducând într-un sistem acelular toate componentele necesare .(suc celular, ribozomi, complexul de fermenţi necesari, o sursă de energie sub formă de acid adenozintrifosforic (ATF), o garnitura complecta compusă din 20 de aminoacizi şi molecule de poli-U), au constatat că în acest caz are loc sinteza proteinei compuse din rămăşiţele unui singur aminoacid - fenilalanină (fen-fen-fen-fen-fen...). În felul acesta identitatea primului codon a fost descfrată: tripleta U-U-U corespunde fenilalaninei.

Apoi cercetătorii au realizat sinteza altor polinucleotide şi au stabilit care sunt codonii prolinei (CE-CE-CE) şi ai lizinei (A-A-A). În continuare s-a re¬alizat sintetizarea garniturilor de trinucleotide (tripletele) cu diferite îmbinări ale bazelor şi s-a stabilit ce fel de aminoacizi se leagă cu ribozomii. Treptat au fost descifraţi toţi cei 64 de codoni şi a fost alcătuit «dicţionarul» complect al codului genetic.

Codul genetic (ARN)

Dar la ce folosesc tocmai 64 de codoni, dacă în proteină intră doar 20 aminoacizi? Înseamnă că ceilalţi sunt de prisos?

La început această întrebare i-a pus în încurcătură pe savanţi, dar mai târziu a devenit clar că nu există nici un fel de «surplus» de codoni.

Experienţele întreprinse de Nirenberg şi Leder au demonstrat că numeroşi aminoacizi pot fi codificaţi nu de una, ci de câteva triplete-sinonime. Bunăoară, aminoacidul numit cisteină poate fi codificat de două triplete (UGU, UGC), alanina - de patru (GCC, GCA, GCG, GCU), iar leucina de şase, (UUA, UUG, CUU, CUC, CUA şi CUG). Codul în care unul şi acelaşi aminoacid este codificat de câteva triplete se numeşte cod degenerativ. S-a constatat că din punct de vedere biologic caracterul degenerativ al codului este avantajos. Este ca un. fel de «măsură de siguranţă» a naturii, elaborată în procesul evoluţiei, când, prin înlocuirea unor codoni prin alţii, se realizează posibilitatea păstrării structurii şi a însuşirilor specifice ale proteinelor. Datorită caracterului degenerativ al codului, diferite organisme pot să introducă în proteinele de care dispun unii şi aceeaşi aminoacizi, folosind în acest scop diferiţi codoni.

Prima nucleotidă a codului 5 A doua nucleotidă a codonului A treia nucleotidă a codonului

U C A G

U } fenilalanină

} leucină

}serină

}tirozină,

UAA ocru

UAG ambră }cisteină

UGA azur

UGG triptofan U

C

A

G

C } leucină

}prolină

}histidină

}glutamină

}arginină

U

C

A

G

A } izoleucină

AUG metionină }treonină

}asparagină

}lizină

}serină

}argină

U

C

A

G

G } valină

GUG valină sau formilmet. }alanină

}acid asparatic

}acid glutamic

}glicocol

U

C

A

G

Şi într-adevăr, să ne imaginăm pentru o clipă că moleculele de ADN (şi corespunzător cele de ARN) ale fiecărei celule conţin numai câte un singur co¬don pentru fiecare aminoacid. În rezultatul unor mu¬taţii aceşti codoni se pot modifica şi dacă ei nu au schimb, aminoacizii care le corespund nu vor fi cuprinşi în proteine, fapt care va duce la schimbarea structurii şi funcţiilor lor iar aceasta poate conduce, în consecinţă, la urmări negative pentru activitatea vitală a întregii celule. Dacă, însă, în urma mutaţiei se va forma un codon-sinonim, atunci totul va rămâne fără schimbări.

Ceva asemănător ne putem imagina