L'ADN (àcid desoxiribonucleic) és un dels components més importants de la matèria viva. A través d'ella es duu a terme la preservació i transmissió de la informació hereditària de generació en generació amb possibilitat de variabilitat dins d'uns límits determinats. La síntesi de totes les proteïnes necessàries per a un sistema viu seria impossible sense una matriu d'ADN. A continuació analitzarem l'estructura, la formació, el funcionament bàsic i el paper de l'ADN en la biosíntesi de proteïnes.
L'estructura de la molècula d'ADN
L'àcid desoxiribonucleic és una macromolècula formada per dues cadenes. La seva estructura té diversos nivells d'organització.
L'estructura primària de la cadena d'ADN és una seqüència de nucleòtids, cadascun conté una de les quatre bases nitrogenades: adenina, guanina, citosina o timina. Les cadenes sorgeixen quan el sucre desoxirribosa d'un nucleòtid s'uneix al residu de fosfat d'un altre. Aquest procés es porta a terme amb la participació d'un catalitzador proteic - ADN lligasa
- L'estructura secundària de l'ADN és l'anomenada doble hèlix (més precisament, un doble cargol). Els terrenys són capaçoses connecten entre si de la següent manera: l'adenina i la timina formen un doble enllaç d'hidrogen, i la guanina i la citosina formen un triple. Aquesta característica es basa en el principi de complementarietat de bases, segons el qual les cadenes estan connectades entre si. En aquest cas, es produeix una torsió helicoïdal (més sovint a la dreta) de la cadena doble.
- Una estructura terciària és una conformació complexa d'una molècula enorme que es produeix mitjançant enllaços d'hidrogen addicionals.
- L'estructura quaternària es forma en combinació amb proteïnes i ARN específiques i és la manera com l'ADN s'empaqueta al nucli cel·lular.
funcions d'ADN
Considerem el paper que juga l'ADN en els sistemes vius. Aquest biopolímer és una matriu que conté un registre de l'estructura de diverses proteïnes, l'ARN que necessita l'organisme, així com diversos tipus de llocs reguladors. En general, tots aquests components conformen el programa genètic del cos.
A través de la biosíntesi de l'ADN, el programa genètic es transmet a les properes generacions, assegurant l'herència de la informació fonamental per a la vida. L'ADN és capaç de mutar, de manera que sorgeix la variabilitat dels organismes vius d'una espècie biològica i, com a resultat, és possible el procés de selecció natural i l'evolució dels sistemes vius.
Durant la reproducció sexual, l'ADN d'un organisme descendent es forma combinant informació hereditària paterna i materna. Quan es combinen, hi ha diverses variacions, que també contribueixen a la variabilitat.
Com es reprodueix el programa genètic
A causa de l'estructura complementària, és possible l'autoreproducció de la matriu de la molècula d'ADN. En aquest cas, es copia la informació que hi conté. La duplicació d'una molècula per formar dues "dobles hèlixs" filles s'anomena replicació de l'ADN. Aquest és un procés complex que implica molts components. Però amb una certa simplificació, es pot representar com un diagrama.
La replicació s'inicia per un complex especial d'enzims en determinades àrees de l'ADN. Al mateix temps, la doble cadena es desenrotlla, formant una forquilla de replicació, on té lloc el procés de biosíntesi de l'ADN: l'acumulació de seqüències de nucleòtids complementàries a cadascuna de les cadenes.
Característiques del complex de rèplica
La replicació també procedeix amb la participació d'un conjunt complex d'enzims -replisomes, en els quals l'ADN polimerasa té el paper principal.
Una de les cadenes en el curs de la biosíntesi d'ADN és la líder i es forma contínuament. La formació d'una cadena retardada es produeix mitjançant l'adhesió de seqüències curtes: fragments d'Okazaki. Aquests fragments es lliguen mitjançant ADN lligasa. Aquest procés s'anomena semi-continu. A més, es caracteritza com a semiconservador, ja que en cadascuna de les molècules acabades de formar una de les cadenes és la mare, i la segona és la filla.
La replicació de l'ADN és un dels passos clau en la divisió cel·lular. Aquest procés es basa en la transferència d'informació hereditària a la nova generació, així com en el creixement de l'organisme.
Què són les proteïnes
La proteïna ésl'element funcional més important de les cèl·lules de tots els organismes vius. Realitzen funcions catalitzadores, estructurals, reguladores, de senyalització, de protecció i moltes altres.
Una molècula de proteïna és un biopolímer format per una seqüència de residus d'aminoàcids. Com les molècules d'àcid nucleic, es caracteritza per la presència de diversos nivells d'organització estructural, des del primari fins al quaternari.
Hi ha 20 aminoàcids diferents (canònics) utilitzats pels sistemes vius per construir una gran varietat de proteïnes. Per regla general, la proteïna no es sintetitza per si sola. El paper principal en la formació d'una molècula de proteïna complexa pertany als àcids nucleics: ADN i ARN.
L'essència del codi genètic
Per tant, l'ADN és una matriu d'informació que emmagatzema informació sobre les proteïnes necessàries perquè el cos creixi i visqui. Les proteïnes es construeixen a partir d'aminoàcids, ADN (i ARN) a partir de nucleòtids. Algunes seqüències de nucleòtids de la molècula d'ADN corresponen a determinades seqüències d'aminoàcids de determinades proteïnes.
Hi ha 20 tipus d'unitats estructurals de proteïnes (aminoàcids canònics) en una cèl·lula i 4 tipus de nucleòtids a l'ADN. Així, cada aminoàcid s'escriu a la matriu d'ADN com una combinació de tres nucleòtids: un triplet, els components clau del qual són bases nitrogenades. Aquest principi de correspondència s'anomena codi genètic, i els triplets de bases s'anomenen codons. El gen ésuna seqüència de codons que conté un registre d'una proteïna i algunes combinacions de serveis de bases: un codó d'inici, un codó de parada i altres.
Algunes propietats del codi genètic
El codi genètic és gairebé universal, amb molt poques excepcions, és el mateix en tots els organismes, des dels bacteris fins als humans. Això testimonia, en primer lloc, la relació de totes les formes de vida a la Terra i, en segon lloc, l'antiguitat del propi codi. Probablement, en les primeres etapes de l'existència de la vida primitiva, diferents versions del codi es van formar amb força rapidesa, però només una va rebre un avantatge evolutiu.
A més, és específic (no ambigu): els diferents aminoàcids no estan codificats pel mateix triplet. A més, el codi genètic es caracteritza per la degeneració o redundància: diversos codons poden correspondre al mateix aminoàcid.
El registre genètic es llegeix contínuament; les funcions dels signes de puntuació també les realitzen els triplets de bases. Per regla general, no hi ha registres superposats al "text" genètic, però aquí també hi ha excepcions.
Unitats funcionals d'ADN
La totalitat de tot el material genètic d'un organisme s'anomena genoma. Així, l'ADN és el portador del genoma. La composició del genoma inclou no només gens estructurals que codifiquen determinades proteïnes. Una part important de l'ADN conté regions amb diferents propòsits funcionals.
Per tant, l'ADN conté:
- normativaseqüències que codifiquen ARN específics, com ara interruptors genètics i reguladors de l'expressió gènica estructural;
- elements que regulen el procés de transcripció: la fase inicial de la biosíntesi de proteïnes;
- pseudogens són una mena de "gens fòssils" que han perdut la capacitat de codificar una proteïna o de ser transcrits a causa de mutacions;
- elements genètics mòbils: regions que es poden moure dins del genoma, com ara transposons ("gens s altadors");
- telòmers són regions especials als extrems dels cromosomes, gràcies a les quals l'ADN dels cromosomes està protegit de l'escurçament amb cada esdeveniment de replicació.
Els
Els
Implicació de l'ADN en la biosíntesi de proteïnes
L'ADN és capaç de formar una estructura estable, l'element clau de la qual és el compost complementari de bases nitrogenades. La doble cadena d'ADN proporciona, en primer lloc, la reproducció completa de la molècula i, en segon lloc, la lectura de seccions individuals d'ADN durant la síntesi de proteïnes. Aquest procés s'anomena transcripció.
Durant la transcripció, es desenrotlla una secció d'ADN que conté un determinat gen, i en una de les cadenes -la plantilla- es sintetitza una molècula d'ARN com a còpia de la segona cadena, anomenada codificant. Aquesta síntesi també es basa en la propietat de les bases de formar parells complementaris. Les regions de servei no codificants de l'ADN i l'enzim ARN polimerasa participen en la síntesi. L'ARN ja serveix com a plantilla per a la síntesi de proteïnes i l'ADN no participa en el procés posterior.
Transcripció inversa
Durant molt de temps es va creure que la matriula còpia de la informació genètica només pot anar en una direcció: ADN → ARN → proteïna. Aquest esquema s'ha anomenat el dogma central de la biologia molecular. Tanmateix, en el curs de la investigació, es va trobar que en alguns casos és possible copiar de l'ARN a l'ADN, l'anomenada transcripció inversa.
La capacitat de transferir material genètic de l'ARN a l'ADN és característica dels retrovirus. Un representant típic d'aquests virus que contenen ARN és el virus de la immunodeficiència humana. La integració del genoma viral en l'ADN d'una cèl·lula infectada es produeix amb la participació d'un enzim especial: la transcriptasa inversa (revertasa), que actua com a catalitzador per a la biosíntesi d'ADN en una plantilla d'ARN. La revertasa també forma part de la partícula viral. La molècula acabada de formar s'integra a l'ADN cel·lular, on serveix per produir noves partícules virals.
Què és l'ADN humà
L'ADN humà, contingut al nucli cel·lular, està empaquetat en 23 parells de cromosomes i conté uns 3.100 milions de nucleòtids aparellats. A més de l'ADN nuclear, les cèl·lules humanes, com altres organismes eucariotes, contenen ADN mitocondrial, un factor en l'herència dels orgànuls de les cèl·lules mitocondrials.
Els gens codificants de l'ADN nuclear (n'hi ha de 20 a 25 mil) només constitueixen una petita part del genoma humà, aproximadament l'1,5%. La resta de l'ADN s'anomenava anteriorment "brossa", però nombrosos estudis revelen el paper important de les regions no codificants del genoma, que s'han comentat anteriorment. També és molt important estudiar els processostranscripció inversa a l'ADN humà.
La ciència ja ha format una comprensió bastant clara del que és l'ADN humà en termes estructurals i funcionals, però el treball posterior dels científics en aquesta àrea aportarà nous descobriments i noves tecnologies biomèdiques.
