ARN-ul

ARN-ul sau acidul ribonucleic este implicat în decodificarea informaÈ›iei ereditare stocată de către ADN, informaÈ›ie folosită apoi pentru sinteza de proteine, conform dogmei centrale a geneticii: ADN- ARN- proteină. ARN-ul este sintetizat cu ajutorul ADN È™i, la rândul lui, ARN-ul este cel care ajută la sinteza proteinelor specifice organismului.
Acidul ribonucleic este diferit de ADN-ul bicatenar prin faptul că este o macromoleculă monocatenară care conÈ›ine un singur lanÈ› polinucleotidic ce are ca bază azotată uracilul (U) în loc de timină (T) È™i ca pentoză riboza în locul dezoxiribozei.

Structura ARN-ului

Laf el ca È™i ADN-ul, ARN-ul are structură primară, secundară È™i terÈ›iară. Unitatea de bază a structurii primare este nucleotidul alcătuit din bază azotată, pentoză È™i radical fosfat. Este mai puÈ›in stabil decât ADN-ul întrucât pentoza sa are o grupare hidroxil (OH) liberă în poziÈ›ia 2’. Legăturile fosfodiesterice dintre nucleotidele succesive, realizate între radicalul fosfat È™i riboză sunt similare ADN.
Structura secundară apare numai la ARN de transfer (ARNt) È™i ARN ribozomal (ARNr) este reprezentată de ARN-ul dublu catenar format pe baza complementarității bazelor azotate legate între ele prin legături de hidrogen, între adenină (A) È™i uracil (U) existând 2 legături de hidrogen, iar între guanină (G) È™i citozină (C) existând 3 legături. Structura secundară conferă mai multă stabilitate moleculei.
Structura terÈ›iară este responsabilă de aspectul tridimensional al macromoleculei È™i de dispunerea spaÈ›ială a buclelor. Acizii ribonucleici cu catenă polinucleotidică mai lungă se pliază, iar părÈ›ile pliate se leagă prin punÈ›i de hidrogen pe baza complementarității bazelor azotate. Cu cât dimensiunea moleculei ARN este mai mare, cu atât stabilitatea ei se reduce, prin urmare ARN-ul nu poate creÈ™te foarte mult în dimensiuni.

Sinteza ARN

Sinteza ARN-ului sau transcripÈ›ia se realizează folosind ca bază ADN-ul. O catenă nouă de ARN se construieÈ™te pe principiul complementarității bazelor azotate la fel ca în cazul replicării ADN-ului, însă de data aceasta responsabilă este ARN-polimeraza. Enzima acÈ›ionează în momentul în care cele 2 catene de ADN matriță se despart, dar spre deosebire de replicarea ADN-ului care se face folosind ambele catene ADN, sinteza ARN-ului se face folosind doar una dintre catenele moleculei de ADN matriță, numită catenă sens. Sinteza este iniÈ›iată prin legarea enzimei de secvență promotor din ADN, aceasta progresând de-a lungul catenei matriță în direcÈ›ia 3’- 5’. Nucleotidele libere în citoplasmă, care se vor alinia pe baza complementarității în catena nouă de ARN vor conÈ›ine riboza, iar în dreptul adeninei de pe catena matriță se va ataÈ™a uracilul în catena nou sintetizată. Polimerizarea ribonucleotidelor (elongarea) cu construirea noii catene se va desfășura în acelaÈ™i sens ca reacÈ›ia de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor în sinteza ADN-ului È™i anume de la 5’ la 3’. O secvență terminus specifică din molecula de ADN va dicta terminarea sintezei, când catena nouă de ARN va atinge numărul suficient de nucleotide polimerizate în lanÈ›. ARN-ul astfel transcris din ADN-ul matriță se numeÈ™te ARN mesager precursor (ARNmp).

Tipuri de ARN

Deoarece există diferenÈ›e între structura ADN È™i ARN, trecerea informaÈ›iei genetice de la ADN la proteine nu se poate face direct, ci este necesară interpunerea unor molecule adaptatoare de ARN care să decodifice această informaÈ›ie. Acestea sunt:

1. ARN mesager (ARNm)

Are 150-200 de nucleotide. Este cel care transportă informaÈ›ia de la ADN la ribozomi, care sunt sediul intracelular al sintezei proteinelor (translaÈ›iei). InformaÈ›ia transportată de acesta este codată sub formă de codoni. Codonul este o structură alcătuită din 3 nucleotide È™i fiecare codon corespunde unui aminoacid specific. În total sunt 64 de codoni dintre care 61 sunt implicaÈ›i direct în sinteza proteică. Precursorul ARNm sau ARN mesager matur este catena de ARNmp sintetizată matriÈ›a ADN, iar maturarea ARNmp presupune îndepărtarea intronilor (secvenÈ›e non-informaÈ›ionale) din catena primară ARNmp prin procesul de slicing, tot atunci având loc acoperirea catenei cu un strat proteic protector È™i poliadenilarea capătului 3’. Catena ARNm finală este compusă doar din secvenÈ›e informaÈ›ionale sau exoni.
Prin urmare, ARNm este o copie a ADN nuclear È™i poartă mesajul genetic înscris în secvenÈ›a sa de ribonucleotide. Este monocatenar È™i are o lungime variabilă în funcÈ›ie de lungimea catenei ADN din care a fost transcris È™i de cantitatea de mesaj genetic pe carel îl poartă. Este transportat de la nucleu la citoplasmă unde se asociază cu ribozomii. La acest nivel este translatat în proteina corespunzătoare pe baza codonilor din care rezultă aminoacizi specifici în funcÈ›ie de informaÈ›ia codificată biochimic. TranslaÈ›ia nu se poate face fără ajutorul ARNt. După ce molecula de ARNm È™i-a îndeplinit funcÈ›ia, este supusă hidrolizei enzimatice realizată de ribonucleaze (enzime litice ribozomale) È™i degradată la nucleotidele componente care vor rămâne libere în citoplasmă È™i disponibile pentru sinteza de noi acizi nucleici pe baza principiului complementarității bazelor azotate ale nucleotidelor libere cu bazele azotate ale catenei matriță.

2. ARN de transfer (ARNt)

este un lanÈ› scurt de 80 de nucleotide care aduce aminoacizii la locul sintezei proteice (translaÈ›iei) prin preluarea aminoacizilor liberi în citoplasmă, aminoacizi care rezultă din codonii ARNm. AceÈ™tia sunt transportaÈ›i la ribozomi, organite citoplasmatice care reprezintă sediul sintezei proteice.
Sinteza ARNt se face în nucleu, acesta având o structură bicatenară È™i aspectul spaÈ›ial al unei frunze de trifoi. Are 2 poli funcÈ›ionali: unul de care se ataÈ™ează aminoacidul liber în citoplasmă È™i altul care conÈ›ine anticodonul, o secvență de 3 baze azotate cu ajutorul căreia ARNt recunoaÈ™te la nivelul ribozomului codonul din ARNm corespunzător aminoacidului pe care îl transportă. În procesul de sinteză al catenei polipeptidice, ARNt transferă aminoacidul în locul specific pe care acesta trebuie să îl ocupe în catenă pe baza recunoaÈ™terii codon-anticodon ce are loc în ribozom în timpul sintezei proteice.

3. ARN ribozomal (ARNr)

Intră în constituÈ›ia ribozomilor alături de proteinele ribozomale. La celula eucariotă există 3 tipuri de ARNr: 5S, 18S, È™i 28S la om (această formă este variabilă în funcÈ›ie de specie între 25S È™i 30S). S reprezintă subunitatea ribozomală în care se află tipul respectiv de ARNr. Este sintetizat în nucleu, tot prin transcriere din ADN după care catena sa se pliază È™i formează porÈ›iuni bicatenare pe baza complementarității bazelor azotate. Se combină cu proteinele ribozomale citoplasmatice È™i formează o nucleoproteină numită ribozom, în care se realizează sinteza proteică. Este cel mai bine reprezentat cantitativ în celulă, constituind 80-85% din ARN-ul celular, având o masă moleculară mare (10 la puterea 5 daltoni).

ARNm este ARN codant deoarece conține mesajul genetic codificat sub formă de codoni. ARNt și ARNr sunt necodante. Un alt tip de ARN necodant este ARN reglator, care controlează expresivitatea genică și catalizează anumite reacții chimice. Există mai multe feluri de ARN reglator dintre care: micro ARN și small interfering ARN care pot amplifica sau diminua transcripția și ARN lung necodant situat la femei pe cromozomul X.

Funcțiile acizilor nucleici

ADN-ul codifică biochimic informația genetică sub forma unei secvențe specifice de baze azotate care se poate autoreproduce și poate fi transferată prin transcriere moleculelor ARN, pe baza principiului complementarității bazelor azotate. Mesajul genetic purtat de ARNm este tradus (translatat) la nivelul ribozomilor, sediul sintezei proteice.
Cele 2 funcÈ›ii îndeplinite de acizii nucleici sunt:

1. Autocatalitică sau replicarea ADN-ului prin mecanism semiconservativ cu dublarea informației genetice.
2. Heterocatalitică sau biosinteza proteică decodificarea informaÈ›iei genetice È™i transformarea ei într-o proteină specifică prin transcripÈ›ie È™i translaÈ›ie.

Funcția autocatalitică

Cantitatea de ADN este dependentă de fazele ciclului celular. Interfaza, prima fază a ciclului de diviziune este împărÈ›ită în:
- perioada G1 sau primul gol sintetic. În celulă găsim 2n cromozomi È™i o cantitate 2n constantă de ADN. Cromozomii sunt monocromatidici deoarece au fost despicaÈ›i prin clivaj longitudinal È™i împărÈ›iÈ›i în două jumătăți (cromatide). Fiecare cromozom este format dintr-o maleculă de ADN dispusă pe 2 cromoneme (filamente cromozomiale).
- perioada S, de sinteză. Are loc replicarea ADN și cantitatea acestuia se dublează- 4n, cromozomii devin bicromatidici și sunt formați din 4 molecule de ADN dispuse pe 4 cromoneme.
- perioada G2 sau al doilea gol sintetic în care cantitatea de ADN rămâne constantă- 4n

La sfârÈ™itul ciclului mitotic È™i începutul următorului ciclu celular vom găsi 2n cromozomi, 2n ADN È™i 1 cromatidă pentru fiecare cromozom.
Am constatat astfel că în timpul diviziunii celulare cantitatea de ADN este variabilă între diferitele faze ale procesului. Prin urmare în primele 2 perioade ale mitozei (profaza È™i metafaza), cromozomii sunt bicromatidici iar cantitatea de ADN din celulă este aceeaÈ™i cu cantitatea de ADN a celulei care a intrat în diviziune. În anafază cromozomii redevin monocromatidici prin clivarea longitudinală a celor bicromatidici iar în faza finală a diviziunii celulare (telofaza) rezultă două celule fiice cu acelaÈ™i număr de cromozomi È™i aceeaÈ™i cantitate de ADN ca celula parentală.
Diviziunea mitotică se desfășoară în toate celulele organismului cu excepÈ›ia celor reproducătoare în care are loc diviziunea meiotică. În meioză se porneÈ™te de la celule diploide (2n) cu cromozomi omologi È™i un număr de 46 de cromozomi È™i se ajunge la celule haploide (n) prin reducerea la jumătate a numărului de cromozomi È™i a cantității de ADN. Astfel, celulele somatice au cantitate duplă de ADN față de celulele gametice. ADN-ul celulelor gametice se dublează în momentul concepÈ›iei, când gameÈ›ii se unesc È™i formează zigotul diploid.

Funcția heterocatalitică

Reprezentată de capacitatea materialului genetic de a sintetiza proteine. Proteinele sunt macromolecule constituite dintr-un număr specific de aminoacizi care se sintetizează la nivelul ribozomilor unde are loc polimerizarea aminoacizilor cu formarea de punÈ›i peptidice între gruparea carboxil (-COOH) a uui aminoacid È™i gruparea amino (NH2) a altui aminoacid. Prin formarea de punÈ›i peptidice succesive între aminoacizii dispuÈ™i înlănÈ›uit rezultă o catenă polipeptidică. Această catenă reprezintă structura primară a proteinei. Proteinele sunt foarte diferite datorită faptului că aminoacizii se dispun diferit în structura lor. Unele poti fi alcătuite dintr-o singură catenă polipeptidică, altele din mai multe catene identice iar altele din mai multe catene polipeptidice diferite.
Structura secundară a proteinei este dată de punțile de sulf sau de hidrogen dintre aminoacizii catenelor care o compun, iar structura terțiară de dispunerea spațial-tridimensională a catenelor.
Doar 20 de aminoacizi participă la sinteza proteinelor dar structurile proteice rezultate sunt de o imensă varietate pentru că aminoacizii se dispun diferit de-a lungul catenei, proteinele pot avea 1 sau mai multe catene în structură iar rolurile fiziologice pe care le îndeplinesc sunt extrem de diferite.
Unele proteine au rol morfologic sau structural iar altele au rol funcÈ›ional. Altele sunt enzime care catalizează procesele biochimice în reacÈ›ii care se succed ordonat formând lanÈ›uri metabolice. Variabilitatea proteinelor constituente È™i transformările succesive suferite de acestea în cursul reacÈ›iilor chimice conferă caracterele fenotipice specifice fiecărui organism.