Rolul Acizilor Nucleici în Realizarea Diferitelor Caractere

1.Acizii nucleici şi rolul lor genetic

Primele experienţe care urmăreau să descopere determinismul genetic al unor caractere la bacterii au fost efectuate de GRIFFITH (1928). Acesta a injectat la şoareci pneumococi vii nevirulenţi, împreună cu pneumococi virulenţi, dar care în prealabil au fost omorâţi prin căldură. S-a constatat că şoarecii din experienţă au murit de pneumonie. Din animalele moarte au fost izolaţi pneumococi virulenţi vii. De aici s-a desprins concluzia că pneumococii nevirulenţi în contact cu “resturile” pneumococilor virulenţi, devin şi ei virulenţi. Deci, are loc un proces de transformare a pneumococilor nevirulenţi în pneumococi virulenţi. Procesul de transformare în acest caz, a fost descifrat, în 1944, de către AVERY şi colab. care au descoperit experimental că acidul dezoxiribonucleic (ADN) este capabil să transforme caracterele ereditare de la un tip de pneumococi la altul. Unii pneumococi, notaţi cu litera “S”, formează colonii netede, au o capsulă şi sunt virulenţi; alţii notaţi cu litera “R” alcătuiesc colonii rugoase, nu au capsulă şi sunt nevirulenţi. Din cauză că la tipul “S” capsula poate fi formată din diferite polizaharide, există mai multe tipuri de pneumococi SI, SII,SIII etc. În mod spontan, prin mutaţie, aceşti pneumococi îşi pot pierde capsula şi devin nevirulenţi de tipul RI, RII, RIII etc. AVERY şi colab. au extras ADN din celulele pneumococilor de tipul SIII, pe care l-au introdus în mediul de cultură al pneumococilor nevirulenţi de tipul RII. După 24 h s-a constatat că printre pneumococi de tip RII apare şi un anumit număr de pneumococi SIII. S-a dovedit că pneumococi RII s-au transformat în pneumococi SIII sub influenţa ADN de tipul donor. Pneumococii transformaţi transmit caracterele respective în descendenţi.

Fig. 1. Schema experienţei lui O.T. AVERY:

a – mediu de cultură

La eucariote, primele tentative de transformare genetică s-au făcut la raţe de către BENOIT şi colab., în 1959. Raţele de rasă Peking injectate cu ADN extras din testicolele şi eritrocitele sângelui rasei Khaki Campell au suferit modificări importante în ce priveşte culoarea ciocului, a penajului, talia, forma şi poziţia capului, comportamentul ş.a. creâindu-se o nouă rasă de raţe, Blanche neige. Fenomenul de transformare a fost pus, ulterior, în evidenţă la numeroase specii de plante şi animale fapt ce a demonstrat că ADN reprezintă substratul biochimic al eredităţii, de la virusuri până la sistemele biologice celulare. ADN-ul constituie, în mod indiscutabil materialul genetic celular, având capacitate transformatoare atât la microorganisme, cât şi la organismele superioare. Cantitatea de ADN în celule este constantă, spre deosebire de cantitatea de acid ribonucleic (ARN) sau proteine, care suferă variaţii substanţiale. De asemenea, ADN are o mare stabilitate, ceea ce atestă, odată în plus, semnificaţia sa majoră de substrat genetic, transmis ca atare de la o generaţie la alta. ADN reprezintă substratul ereditar universal al eredităţii. Structurile ADN joacă rol de stocare sau memorizare a informaţiei genetice, secvenţele succesive de baze azotate constituindu-se în ceea ce se cunoaşte sub numele de gene.

Unele virusuri nu posedă ADN, ci ARN, fiind denumite ribovirusuri.Evidenţierea rolului genetic al ARN viral s-a realizat la virusul mozaicului tutunului (VMT). Rolul genetic al ARN la VMT s-a pus în evidenţă prin separarea pe cale chimică a ARN de proteina virală, după care s-au făcut infecţii artificiale cu ambele componente ale virusului. S-a constatat că numai ARN viral are capacitate infecţioasă. La plantele infectate cu ARN a avut loc sinteza de ARN viral, dar şi a proteinei virale. Aceasta dovedeşte că materialul genetic în cazul ribovirusurilor este acidul ribonucleic (ARN). La ribovirusuri, genele sunt constituite din ARN. La viroizi, organisme mai simple ca virusurile, capabile de a provoca boli la plante, materialul genetic este reprezentat de o moleculă de ARN.

În concluzie, la unele virusuri şi la viroizi, ARN-ul este materialul genetic cu rol în transmiterea ereditară a caracterelor.

2. Structura moleculară a acidului dezoxiribonucleic (ADN)

Structura moleculară a acidului dezoxiribonucleic (ADN) a fost descoperită în anul 1953 de cercetătorii J.D. Watson şi F.H.C. Crick care au studiat structura ADN prin difracţie în raze X, reuşind să precizeze poziţia atomilor. Cei doi cercetători au studiat ADN "in vitro", neştiindu-se dacă structura lui corespunde cu cea existentă în materia vie. Tot în anul 1953, M. Wilkins şi colab. au efectuat cercetări asupra ADN "in vivo" confirmând structura stabilită de Watson şi Crick. În anul 1962, cei trei cercetători Watson, Crick şi Wilkins au fost distinşi cu premiul Nobel pentru medicină şi biologie, pentru contribuţiile aduse la elucidarea structurii moleculare a materialului purtător al informaţiei genetice.

Structura chimică a moleculei de ADN

Molecula de ADN este formată din unităţi simple denumite nucleotide. În componenţa unei nucleotide intră următoarele tipuri de molecule: o bază azotată, un zahar şi un radical fosforic.Bazele azotate ce intră în alcătuirea de ADN sunt de două tipuri: baze purinice şi pirimidinice.Purina este o bază azotată alcătuită dintr-un heterociclu ce cuprinde cinci atomi de C şi patru atomi de N iar pirimidina este o bază ce derivă din inelul benzenic, cuprinzând patru atomi de C şi doi atomi de N. Bazele azotate purinice care intră în constituţia moleculei de ADN sunt adenina (A) şi guanina (G), iar bazele pirimidinice sunt citozina (C) şi timina (T). Zaharul se numeşte dezoxiriboză (β - D - 2 dezoxiribofuranoză), fiind o pentoză. Radicalul fosforic ce intră în alcătuirea acizilor nucleici are trei hidroxili liberi care pot fi esterificaţi. În cazul acizilor nucleici se esterifică doi hidroxizi, deci acizii nucleici sunt fosfodiesteri: