III.6.2. Funcțiile acizilor nucleici.
Acizii nucleici, acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN), conțin informații genetice care sunt citite în celule pentru a produce ARN-ul și proteinele prin care funcționează corpurile vii. Structura binecunoscuta a celebrului “dublu helix” ADN permite ca aceste informații să fie copiate și transmise generației următoare.
Fiecare tip de acid nucleic îndeplinește o funcție diferită în celulele tuturor corpurilor vii.
- ADN-ul este responsabil pentru stocarea și codificarea informațiilor genetice în organism.
Structura ADN-ului permite ca informațiile genetice să fie moștenite de copii de la părinții lor. Deoarece nucleotidele adenina, timina, guanina și citozina din ADN se vor împerechea doar într-o anumită secvență (adenina cu timina și guanina cu citozina), de fiecare dată când o celulă dublează lanțul ADN-ului poate specifica secvența în care nucleotidele trebuie copiate. Ca atare, copii exacte ale ADN-ului pot fi făcute și transmise din generație în generație. În interiorul ADN-ului sunt stocate instrucțiuni pentru toate proteinele pe care le va produce un organism.
Molecula de ADN este foarte lungă şi este formată din două fire răsucite unul în jurul celuilalt formând o dublă elice. Secvenţialitatea structurilor de pe lanţurile ADN-ului formează un cod special, codul genetic care stabileşte cum arată, creşte şi funcţionează corpul.
Pe unul dintre fire se află informaţiile ce coordonează sinteza proteinelor de către enzime. Proteinele sunt cele care controlează activitatea celulară. În timpul diviziunii celulare, enzimele separă cele două fire şi sintetizează alte două fire noi în faţa celor vechi. Astfel se formează două noi molecule de ADN, identice cu cea iniţială. Aceste două noi molecule de ADN sunt destinate fiecare în parte câte unei alte celule-fiice. Acest fenomen, denumit replicarea ADN-ului, asigură identitatea genetică în timpul multiplicării celulare.
- ARN-ul joacă un rol important în sinteza proteinelor și reglează expresia informațiilor stocate în ADN pentru a produce aceste proteine. Spre deosebire de ADN, ARN-ul este monocatenar. Totuși, diferite părți ale catenei sale pot interacționa între ele, ceea ce înseamnă că forma ARN-ului poate varia mai mult decât cea a ADN-ului. Drept urmare, există mai multe tipuri diferite de ARN cu diferite funcții, astfel:
- ARN-mesager (ARNm): are rol în transcripția informației genetice și copiază informația genetică de pe ADN, transmițând-o în citoplasma celulei la locul sintezei proteice (în ribozomi). El utilizează perechi de baze complementare pentru a copia și transmite informația genetică din ADN la ribozomi (proces numit transcripție), unde are loc sinteza proteinelor.
- ARN de transport/transfer (ARNt): decodifică informația genetică, transformând o secvență de aminoacizi în molecula proteinelor.
- ARN ribozomal (ARNr): intră în alcătuirea ribozomilor (structurile celulare responsabile pentru sinteza proteinelor), având rol în sinteza proteinelor. El joacă un rol esențial în procesul de translație, deoarece transferă aminoacizii la locul de sinteză a proteinelor. În natură există 20 de aminoacizi, fiecare având propriul său ARNt.
- ARN viral (ARNv): este material genetic la unele virusuri.
ADN-ul constituie cca. 1% din masa celulei, iar ARN-ul aproximativ 5-10%.
Genomul uman conține cca. trei bilioane de perechi de nucleotide, organizate în 23 de perechi de cromozomi.
ADN-ul și ARN-ul pot fi degradate de la nucleotide la nucleozide, apoi la baze azotate și în final la acid uric. Degradarea acizilor nucleici este importantă pentru sănătatea organismului. De exemplu, incapacitatea de a degrada purinele este asociată cu guta, o afecțiune dureroasă care afectează unele articulații din cauza cristalelor de acid uric depuse la nivelul acestora.
Rolul și importanța acizilor nucleici
- Păstrarea informației genetice (atât ADN-ul, cât și ARN-ul);
- Sinteza proteinelor (numai ARN-ul).
- Acizii nucleici reprezintă substratul eredității. Ei au înscrisă, sub formă de codificare biochimică informația ereditară în catena polinucleotidică.
🔦 Observație
Nu toți acizii nucleici sunt implicați în prelucrarea informațiilor stocate în celule. Adenozin trifosfatul (ATP) este implicat în generarea de energie pentru procesele celulare. Adenozintrifosfatul este o nucleozidă trifosforilată (fiind compus din trifosfat, adenină și riboză) și este un element constitutiv al macromoleculelor de ADN și ARN. Este acumulatorul de energie necesară celulei, deoarece este implicat în transformarea energiei reacțiilor biochimice celulare conform cu necesitățile metabolice.
👀 Experiment: Izolarea ADN-ului din ceapă
ADN-ul este responsabil pentru stocarea și codificarea informațiilor genetice în organism.
El se găsește în orice celulă vie, fiind alcătuit din nucleotide. Structura ADN-ului este unică nu numai pentru o specie anume, ci și pentru orice individ al oricărei specii animale sau vegetale.
Fiecare nucleotidă este formată dintr-o bază azotată, o pentoză și o grupare fosfat. Cele patru baze azotate prezente în ADN sunt: adenina (A), guanina (G), timina (T) și citozina (C).
Ordinea acestor baze azotate în molecula de ADN este cea care codifică diferite instrucțiuni, adică codul genetic. Așa cum literele din alfabet, în diferite asocieri, pot să formeze cuvinte care permit comunicarea, tot așa și ordinea bazelor azotate în ADN poate să codeze informații unice, care sub forma genelor reprezintă limbajul celulei. Numărul extrem de mare de combinații generează marea varietate a materiei vii și a indivizilor din cadrul unei specii.
99,9% din secvenţa noastră ADN este aceeaşi cu a celorlalţi oameni. Diferenţa de ADN de 0,1% diferențiază o persoană de alta.
Materiale necesare:
O ceapă, clorură de sodiu, detergent lichid, apă distilată, blender, alcool etilic concentrat, pipetă.
Descrierea experimentului:
- Se alege ceapă pentru că nu conține amidon, astfel se elimină interferențele la izolarea ADN.
- Prepară o soluția din 10 g de clorură de sodiu (NaCl), 10 mL detergent lichid și apă distilată până la un volum final de 100 mL.
- Taie dintr-o ceapă un cub cu latura de 4 cm, pune-l într-un blender și adaugă 100 mL din soluția preparată.
- Pornește blenderul timp de 1 minut, apoi filtrează amestecul.
- Prelevează o probă de 6 mL de filtrat peste care adaugă cu mare atenție 6 mL de alcool etilic concentrat cât mai rece.
- Ține preparatul obținut la rece până apare un precipitat.
- Ce observi?
Se formează două faze. Se observă în faza superioară, alcoolică, un precipitat care este ADN-ul celulelor de ceapă.
Concluzia experimentului:
Detergentul distruge membrana celulară făcând grăsimile și proteinele să precipite, eliberând astfel conținutul celular din nucleul celulei în soluția inițială. Sarea de bucătărie NaCl este necesară pentru ecranarea grupărilor fosfat negative ale ADN, permițând astfel izolarea acestuia în alcool. Deoarece ADN-ul eliberat nu este solubil în alcool etilic se poate preleva din acesta cu un bețișor sau cu o pipetă Pasteur.