Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà

imagina şi în cazurile când într-o şcoală sau instituţie de învăţământ superior pentru predarea unui obiect oarecare există numai un singur cadru didactic. Dacă, de exemplu, acesta se îmbolnăveşte şi nu are cine să-l înlocuiască pentru un timp predarea disciplinei respective se întrerupe. Probabil, că ar fi fost mai chibzuit dacă ar fi existat un învăţător (lector) care, intervenind la timp, să continue predarea acestei discipline. Cel puţin pentru ca elevii să nu dovedească să uite materialul studiat sau pentru ca predarea obiectului dat să nu fie reprogramată pentru alt trimestru.

Cum s-a remarcat deja, moleculele acizilor nucleici sunt catene polinucleotidice, alcătuite din şiruri lungi de triplete. De-a lungul moleculelor de ADN numeroase triplete – codonii - formează sectoare aparte, numite cistrone sau gene. Fiecare genă conţine informaţia necesară pentru realizarea sintezei unei anumite proteine. Dar deoarece genele sunt am-plasate în moleculele de ADN în ordine liniară, una după alta, se întreabă: unde începe şi unde se termină citirea şi transmiterea informaţiei genetice privind fiecare proteină în parte şi ce semne convenţionale sunt folosite în acest scop? Doar codul genetic este, după cum ştim, compact, fără nici un fel de virgule în «textul» său.

S-a dovedit că între cei 64 de codoni există astfel de triplete a căror funcţie constă în marcarea începutului şi sfârşitului citirii (transcripţiei) şi transmiterii (translaţiei) informaţiei genetice, conţinută în gene. Începutul translării genelor (sau, aceea ce e acelaşi lucru, începutul sintezei proteinei date) se marchează prin tripleta AUG. denumită respectiv de iniţiere. Tripletele UAG şi UAA marchează sfârşitul translării genelor (încheierea procesului de sinteză a proteinelor) şi sunt corespunzător denumite finale.

În ce constă esenţa procesului de descifrare a codului genetic şi a biosintezei proteinelor?

Toate caracterele şi însuşirile organismelor sunt determinate de proteine. Prin urmare, transmiterea in¬formaţiei genetice în procesul sintezei proteice se desfăşoară strict conform unui anumit plan (program), schiţat din timp.

Rolul de bază în biosinteza proteinelor îl joacă acizii nucleici: ADN şi câteva tipuri diferite de ARN, care se deosebesc după structură, masă moleculară şi funcţii biologice. Dintre aceştia face parte aşa-numitul ARN informaţional sau de informaţie (ARN-i), ARN de transport sau de transfer (ARN-t) şi ARN ribozomal (ARN-r). Ei sunt sintetizaţi de pe matriţele de ADN ale celulelor, cu participarea fermenţilor corespunzători - ARN-polimeraze, iar apoi încep să îndeplinească funcţiile ce le au în procesul biosintezei proteinelor. Astfel ARN-r, unindu-se în complexe cu proteine speciale, formează ribozomii, în care are loc sinteza tuturor tipurilor de proteină (proteinosinteza).

Ribozomii constau din două subunităţi. În celulă numărul de ribozomi se ridică la circa 100 mii şi de aceea cantitatea generală de ARN-r din ei constituie circa 80% din totalul de ARN al celulei.

Care sunt, deci, funcţiile biologice ale ADN-ului, ARN-i şi ARN-t? Care este contribuţia lor nemijlocită în procesul de biosinteză a proteinelor?

Vom remarca de la bun început că ADN nu participă nemijlocit la sinteza proteinelor. Funcţia lui se limitează la păstrarea informaţiei genetice şi la replicarea nemijlocită a moleculei, adică la formarea de copii necesare pentru transmiterea informaţiei urmaşilor.

Prima etapă a biosintezei proteinelor o constituie recepţionarea informaţiei genetice de la ADN şi înscrierea ei pe o moleculă ARN-i, proces care se realizează în felul următor: pe unul din firele moleculei de ADN cu ajutorul fermentului ARN-polimerază din nucleotidele libere se sintetizează firul ARN-i, în care locul timinei (T), conţinute în ADN, îl ia uracilul (U). Molecula ARN-i sintetizată, care a preluat informaţia conţinută în ADN, se instalează apoi în ribozomi, unde va servi în calitate de matriţă pentru sintetizarea proteinelor. Aceasta înseamnă că succesiunea aminoacizilor din molecula de proteină este determinată de succesiunea nucleotidelor în ARN-i. Schematic acest proces poate fi exprimat astfel:

ADNARN-iproteină.

Pe lângă ARN-i citoplasma celulelor mai conţine nu mai puţin de 20 de tipuri de ARN-t - aceasta fiindcă fiecărui aminoacid îi corespunde cel puţin o moleculă «a sa», specifică, de ARN-t. Funcţia lui ARN-t constă în transportarea aminoacizilor spre ribozomi şi aşezarea lor pe matriţa de ARN-i în cadrul lanţului peptidic, în conformitate cu codul sintezei proteice. Pentru aceasta fiecare ARN-t trebuie «să înhaţe» aminoacidul corespunzător şi împreună cu acesta să treacă în ribozom. La realizarea acestei opera¬ţii ei sunt ajutaţi de omniprezenţii fermenţi, care fac aminoacizii mai activi. La propunerea academicanului V. A. Enghelgard aceşti fermenţi, dat fiind faptul că ei participă la descifrarea codului genetic, au fost numiţi codaze. De remarcat că fiecărui aminoacid îi corespunde o codază specifică. În acest fel, pentru toţi cei 20 de aminoacizi există tot atâtea tipuri de ARN-t şi respectiv de codaze.

La unul din capete moleculele de ARN-t au un sec¬tor acceptor cu ajutorul căruia ele ataşă aminoacizii, în timp ce la celălalt capăt se află un anticodon-tripletă cu funcţie complementară faţă de codonul cores¬punzător din ARN-i. «Încărcate» cu aminoacizi, mo¬leculele de ARN-t se apropie de ribozom şi se unesc cu codonii corespunzători de ARN-i, pentru a-i complini.

Procesul de translare a informaţiei genetice înseamnă transferarea succesiunii nucleotidelor ARN-i în succesiunea aminoacizilor în lanţul polipeptidic al proteinei. Sinteza proteinei începe în momentul în care în ribozomi pătrund două molecule de ARN-t; prima corespunde tripletei iniţiale, iar a doua - unei alte triplete de ARN-i, care urmează nemijlocit după prima. Când aceste molecule ajung să se afle alături, aminoacidul de pe prima moleculă de ARN-t trece pe cea de-a doua moleculă de ARN-t, unindu-se cu amino¬acidul acesteia. În acest fel prima moleculă de ARN-t se pomeneşte lipsită de aminoacid şi iese în citoplasmă, în timp ce cea de-a doua moleculă de ARN-t conţine doi aminoacizi, uniţi prin legătură peptidică. În continuare, ribozomul se deplasează cu o tripletă de-a lungul moleculei de ARN-i şi în el întră o nouă mo¬leculă de ARN-t, a cărei anticodon este complementar faţă de cea de-a treia tripletă (codon) a ARN-i din ribozom. Dipeptida (sau primii doi aminoacizi) se desprinde de cea de-a doua moleculă de ARN-t şi trece pe cea de-a treia moleculă de ARN-t numai ce întrată în ribozom. În acest fel se pomenesc unul lângă altul trei aminoacizi legaţi între ei şi procesul se repetă, până când este translat ultimul codon al ARN-i.

În mod obişnuit fenomenul transmiterii informa¬ţiei genetice este comparat cu modul de funcţionare al unei maşini de scris, unde după fiecare apăsare a clapelor careta se deplasează cu o literă, făcând loc pentru imprimarea următoarelor, până nu este dactilografiat tot textul.

Încheind transmiterea informaţiei, ribozomul părăseşte firul de ARN-i şi se localizează iarăşi în citoplasmă.

Moleculele de ARN-i pot avea, în dependenţă de numărul de gene (cistroane) pe care le conţin, diferite mărimi. Este limpede faptul că dacă ctirea de pe o mo¬leculă lungă de ARN-i ar fi efectuată de un singur ribozom, sinteza proteinei

s-ar desfăşura încet: iată de ce la translarea unor astfel de molecule de ARN-i ribozomii lucrează prin «Metoda de brigadă», câteva zeci de ribozomi unindu-se şi formând aşa-numiţii poliribozomi, sau, mai simplu, polizomi.

Dar cum, totuşi , află ribozomii din care capăt al moleculei de ARN-i trebuie să încapă translarea infor¬maţiei genetice? S-a stabilit că ambele capete ale moleculei de ARN-i sunt marcate distinct de anumite grupe. La unul din capete există grupuri fosfatice