34
I. Rolul si structura acizilor nucleici 1. STRUCTURA CHIMICA Acizii nucleici sunt substante organice macromoleculare, care reprezinta cei mai lungi polimeri din lumea vie, constituite din 3 tipuri de substante chimice: baze azotate(purinice si pirimidinice) pentoze (glucide) radical acid fosforic -nucleotida=unitatea structurala a acizilor nucleici -pentru ca nucleotidele sunt monomeri, putem spune ca macromoleculele acizilor nucleici sunt polinucleotide a) Baza azotata -dintre cele 3 componente ale nucleotidelor, doar bazele azotate confera specificitate in cadrul fenomenului ereditar deoarece pentozele si radicalul fosforic sunt comune tuturor macromoleculelor de ADN din lumea vie -sunt de 2 tipuri: purinice si pirimidinice i) Bazele azotate purinice -au ca element central 2 cicluri condensate(inele) insumand 5 atomi de C 4 atomi de N -au dimensiuni mai mari -prezinta un atom de H la N9 -sunt: adenina (A) si guanina (G) –comune ADN-ului si ARN-ului ii) Bazele azotate pirimidinice -au un singur ciclu cu 4 atomi de C 2 atomi de N -au dimensiuni mai mici -prezinta un atom de H la N3 -sunt: timina (T), citozina (C) pentru ADN si uracilul (U), citozina (C) pentru ARN b) Pentoza=zahar pentozic -riboza in molecula de ARN -2’-dezoxiriboza in molecula de ADN (eliminarea unui atom de hidrogen la carbonul din pozitia 2’) -in molecula de pentoza, atomii de carbon se noteaza cu specificitatea prim, respectic C1’-C5’

Rolul Si Structura Acizilor Nucleici

  • Upload
    faiery

  • View
    463

  • Download
    16

Embed Size (px)

Citation preview

I. Rolul si structura acizilor nucleici

1. STRUCTURA CHIMICA

Acizii nucleici sunt substante organice macromoleculare, care reprezinta cei mai lungi polimeri din lumea vie, constituite din 3 tipuri de substante chimice:

□ baze azotate(purinice si pirimidinice)□ pentoze (glucide)□ radical acid fosforic

-nucleotida=unitatea structurala a acizilor nucleici -pentru ca nucleotidele sunt monomeri, putem spune ca macromoleculele acizilor nucleici sunt polinucleotide

a) Baza azotata-dintre cele 3 componente ale nucleotidelor, doar bazele azotate confera specificitate in cadrul fenomenului ereditar deoarece pentozele si radicalul fosforic sunt comune tuturor macromoleculelor de ADN din lumea vie-sunt de 2 tipuri: purinice si pirimidinice

i) Bazele azotate purinice-au ca element central 2 cicluri condensate(inele) insumand 5 atomi de C 4 atomi de N-au dimensiuni mai mari-prezinta un atom de H la N9-sunt: adenina (A) si guanina (G) –comune ADN-ului si ARN-ului

ii) Bazele azotate pirimidinice-au un singur ciclu cu 4 atomi de C 2 atomi de N-au dimensiuni mai mici-prezinta un atom de H la N3-sunt: timina (T), citozina (C) pentru ADN si uracilul (U), citozina (C) pentru ARN

b) Pentoza=zahar pentozic-riboza in molecula de ARN-2’-dezoxiriboza in molecula de ADN (eliminarea unui atom de hidrogen la carbonul din pozitia 2’) -in molecula de pentoza, atomii de carbon se noteaza cu specificitatea prim, respectic C1’-C5’

c) Structura unei nucleotide-prin legarea unei molecule de baza azotata cu o molecula de pentoza, in pozitiile N9-C1’ sau N3-C1’, cu eliminarea

unei molecule de apa, va rezulta o molecula de nuclezida

- intre nucleotidele macromoleculelor se stabilesc legaturi intracatenare si intercatenare

-prin atasarea unui radical acid fosforic la atomul C3’ sau C5’ al pentozei, cu eliminarea unei alte molecule de apa, se va forma o molecula de nucleotida –legaturi covalente intracatenare, fosfodiesterice

-atat in ADN cat si in ARN in cadrul structurii primare (monocatenare) nucleotidele alcatuiesc, prin radicalii lor glucidofosforici, un adevarat schelet sau coloana de care sunt legate bazele azotate;

-deoarece in fiecare tip de acid nucleic exista 4 tipuri de baze azotate, rezulta ca fiecare tip de acid nucleic contine 4 tipuri de nucleotide

-legaturile dintre nucleotide apartinand celor 2 catene polinucleotidice sunt intercatenare si se realizeaza intre bazele azotate purinice si pirimidinice

OBS: uneori, in nucleotide sunt intalnite tipuri particulare de baze azotat 5-metil- citozina: determina compactarea fibrelor de cromatina, avand rol in

reglajul genetic de la nivelul fibrei de cromatina 5-hidroxi-metilcitozina: prezenta la bacteriofagii din grupul T de la Escherichia coli

d) Rolul acizilor nucleici- acizii nucleici reprezinta substratul ereditatii; ei au inscrisa, sub forma de codificare biochimica infomatia ereditara in catena polinucleotidica;-acizii nucleici asigura totodata transmiterea informatiei genetice de la o generatie la alta; transmiterea informatiei ereditare, de la mama la celulele fiice, se realizeaza in cursul procesului de diviziune celulara;

2. STRUCTURA PRIMARA SI SECUNDARA a ADN-ului

-acizii nucleici sunt substante chimice macromoleculare cu masa moleculara de peste 10.000 daltoni, fiind polimeri de nucleotide

OBS: daltonul este o unitate de masa moleculara, fiind a douasprezecea parte din masa unui atom de Carbon (a,66 x 10−24

g), aproximativ egal cu masa unui atom de hidrogen

-macromolecula de ADN de la bacteriofagul ϕx174 are masa mleculara de 1,7x106 daltoni,-ADN bacterian are o masa moleculara cuprinsa intre 4x106 si 5x106 daltoni

a)Structura primara a acizilor nucleici- este o structura monocatenara si rezulta in urma polimerizarii nucleotidelor- polimerizarea lor este facilitata de structura chimica a elementelor componente si de legarea lor in moleula de

nucleotid-doua nucleotide alaturate se leaga prin intermediul unui radical acid fosforic care uneste pentozele a doua

nucleotide vecine in pozitiile C5’-C3’ sau C3’-C5’

-astfel, daca intr-un nucleotid radicalul acid fosforic este legat de atomul C5’ al pentozei, acesta se va lega de pentoza nucleotidului alaturat la atomul C3’, cu eliminarea unei molecule de apa, rezultand lanturi de polinucleotide

-caracteristica unei structuri primare monocatenare este data de secventa (ordinea) nucleotidelor din catena de acid nucleic, caracteristica pentru o anumita molecula de acid nucleic

-structura primara este caracteristica pentru acizii ribonucleici si pentru moleculele de ADN de la unele virusuri (virusul ϕx174, geminivirusuri)

-de mentionat ca in molecula de ARN pot exista regiuni bicatenare, prin rasucirea macromoleculei, pe mici portiuni, in jurul propriei axe si formarea de punti de hidrogen de tipul A=U, respectiv G=C

-avand in vedere ca individualitatea unei dezoxiribonucleotide este data de tipul de baza azotata ce intra in structura ei, putem reprezenta o nucleotida prin litera de la inceputul cuvantului ce denumeste baza azotata care o alcatuieste, respectiv A, T, C, G; astfel, o secventa de ADN care sa redea structura primara a ADN-ului ar putea fi reprezentata TACG etc

-alfabetul folosit de ,,mana evolutiei” pentru a scrie o atat de vasta informatie ereditara pe ADN, pare extrem de sarac la prima vedere A,T,C,G, dar in realitate posibilitatile de codificare biochimica si deci de realizare de seturi diferite de informatie ereditara sunt teoretic infinite; stiind ca in mod normal secventa de nucleotide a macromoleculelor de acizi nucleici biologic activi au ca limita

inferioara circa 3000 de nucleotide, ajungand la limite superioare de ordinul a sute de mii de milioane de nucleotide, ne putem explica enormul potential de codificare pe care il poseda acizii nucleici;

-la aceasta se adauga si faptul ca uniunuile de tipul A-T, C-G pot sa alterneze, pot sa se repete de 2-3 ori, pot sa alterneze inversat A-T urmat de T-A

-cu cat sistemul are mai multe componente si acestea sunt mai diferentiate, informatia este mai bogata si mai complexa;

b) Structura secundara a ADN-ului-structura secundara a macromoleculei de ADN a fost stabilita in 1953 de J.D. Watson, F.H.C Crick si M.H.F. Wilkins

(premiul Nobel pentru medicina si fiziologie in 1962)-ea corespunde tipului B de ADN, prezent in regiunile cu eucromatina, care contin gene active metabolic-conform acestui model, molecula de ADN este alcatuita din doua catene macromoleculare, antiparalele, cu directie

diferita de inaintare (antiparalele), rasucite in jurul unui ax comun, avand forma unei scari in spirala;-cele doua balustrade ale scarii sunt reprezentate printr-un schelet glucido-fosforic, iar treptele scarii sunt

reprezentate prin baze azotate intre care se stabilesc punti de hidrogen de natura electrostatica de tip A=T (duble) sau C=G(triple) si invers;

- legaturile de hidrogen se formeaza si se dezorganizeaza cu usurinta fara sa necesite surse energetice speciale. Acest fapt explica modul in care se desfasoara replicarea ADN, transcrierea informatiei din

ADN sau repararea ADN etc,-structura bicatenara a ADN prezinta de regula o mare stabilitatefizica, asigurata astfel:

a. pe verticala, de puntile fosfodiesterice intracatenare;b. pe orizontala, de puntile de hidrogen intercatenare.

-prin asezarea in interiorul moleculei a bazelor azotate si a puntilor de hidrogen, acestea sunt protejate de actiunea diferitilor factori de mediu, asigurandu-se stabilitatea moleculei si implicit a informatiei genetice, conferita de ordinea de nucleotide dintr-o catena;

-datorita faptului ca pot exista numai patru tipuri de legaturi (A=T, C=G, respectiv T=A, G=C), se asigura reproducerea cu mare fidelitate a informatiei genetice in urma procesului de replicare

-sensul de legare a nucleotidelo prin intermeiul radicalilor fosfat A difera intre cele 2 catene; astfel, daca intr-o catena sensul este C5’ -> C3’, in catena complementara va fi C3’ -> C5’

-intrucat cele doua catene ale moleculei de ADN sunt complementare, succesiunea

bazelor azotate dintr-o catena determina succesiunea bazelor din catena antiparalela;-pasul elicei (o rotatie completa a celor doua catene in jurul axului) este de 34; deoarece la un pas al elicei se afla 10

nucleotide, distanta dintre 2 perechi alaturate de nucleotide este de 3,4 A-diametrul elicei, la tipul B al ADN, este de 19 A (fata de valoarea de 20A stabilita initial)-dublul helix prezinta rasucire spre dreapta(dublu helix dextrogir) fiind usor asimetric si prezinta 2 scobituri:

scobitura mare si scobitura mica; acestea reprezinta locul unde actioneaza factorii mutageni; - caracteristicile structurale finale ale ADN

dublu catenar sunt dictate insa de moleculele de dezoxiriboza (D) care se aseaza, cu oxigenul inelului orientat in sus, in cadrul unei catene si orientat in jos, in cadrul catenei complementare; din cauza acestui aranjament opus al moleculelor de dezoxiriboza in cele doua catene, si deoarece dezoxiriboza se leaga la o pozitie excentrica a bazei azotate, intreaga molecula de ADN este obligata sa se rasuceasca, sa se spiralizeze, rezultand nu o structura dreapta bicatenara ci una spiralata – dublu helix, in care fiecare pereche succesiva de baze azotate se intoarce cu 36° in directia acelor de ceasomic (rasucire dextrogira), iar dublul helix face un tur complet de 360 la fiecare 1 0 percchi de baze.

3. TIPURI DE ADN

- forma clasica de ADN descrisa de Watson, Crick si Wilkins, caracteristica zonelor cu eucromatina, reprezinta tipul B de ADN; in alte conditii, duplexul de ADN se poate afla sub alte forme structuralea) Tipul A- este intalnit la concentratii saline mari si in cazul unei deshidratari partiale;

- este prezent in vivo, in regiunile dublu catenare din molecula de ARN unde prezenta grupei hidroxil-2’ impiedica adoptarea formei B, precum si in duplexurile hibride ADN-ARN (avand o catena de ADN si o catena complementara de ARN)- in structurile relativ compacte ale ARN, similare formei A, bazele azotate sunt inclinate fata de axul elicei si sunt mai multe perechi de baze pe pas al elicei;

b) Tipul B- reprezinta structura generala a macromoleculei de ADN in regiunile active metabolic- aceasta forma prezinta o scobitura principala mare si o scobitura mica;- diferentele dintre baze sunt de obicei usor de evidentiat in scobitura principala, care reprezinta locul principalde contact pentru proteine, care leaga specific secventele de ADN

c) Tipul Z- singurul tip de ADN cu rasucire spre stanga, fiind in contrast cu forma clasica, respectiv cu Tipul B-este o forma compacta, avand cele mai multe perechi de baze pe o rotatie a moleculei- numele provine de la forma in zigzag a catenei fosfo-glucidice-prezinta o singura scobitura- este intalnit la polimerii care au o secventa de baze purinice si pirimidinice alterate- a fost intalnit in conditii in vitr, in unele cazuri neobisnuite, folosind concentratii ridicate de saruri- se pare ca este posibila existenta unei tranzitii de la forma B la forma Z: iin anumite conditii, o portiune din molecula de ADN care prezinta dubletele G=C/C=G poate fi convertita in forma Z, pe cand alte regiuni raman in forma clasica B, caracteristica celulelor vii;- in vitro, tipul Z este caracterizat prin existenta unor secvente de baze purinice si pirimidinice alaturate, repetate;

Tipul de ADN Directia de rotatie a moleculei

Perechi baze pe pas elic elice

Rotatia pe perechibaze

Diametrul moleculei(A)

A Dreapta 11 +34.7 23B Dreapta 10 +34,0 19Z Stanga 12 -30 18

d) Fenomenul de denaturarei) Denaturarea- prin incalzirea unei solutii de ADN la o temperatura de 85-95 C sau prin mentinerea la o concentratie ridicata de saruri, legaturile de hidrogen dintre cele 2 catene complementare se pot rupe; procesul este denumit denaturare, rezultand ADN denaturat monocatenar;- temperatura de denaturare (punctul de topire al ADN) difera de la o specie la alta si este dependenta de procentul de legaturi triple de hidrogen (C=G) si proportionala cu procentul acestora in molecula de ADN;- daca solutia de AND monocatenar este racita brusc, cele 2 catene nu se mai reunesc (nu se mai refac puntile de hidrogen), rezultand ADN monocatenar;

ii)Renaturarea- renaturarea reprezinta capacitatea catenelor complementare de a reface dublul helix; - procesul are loc printr-o racire treptata, lenta, care permite refacerea puntilor de hidrogen si reasocierea catenelor, rezultandADN renaturat;-procesul de renaturare se produce in 2 etape:

In prima etapa, o catena de ADN din solutie se imperecheaza cu alta catena la intamplare, formandu-se scurte regiuni bicatenare;

Ulterior, in etapa urmatoare, regiunea de baze imperecheate se extinde de-a lungul moleculei, intreaga molecula devenind bicatenara;

iii) Hibridizarea- implica refacerea unui dublu helix, pornind de la catene de ADN de origine diferita sau de la o catena de ADN si o catena de ARN;-se poatea realiza pe 2 cai:

Hibridizarea lichida: cele 2 preparate de ADN monocatenar sunt amestecate in solutie Hibridizarea de filtru: prin imobilizarea pe un filtru de hibridizare

- pe baza unor experimente de hibridizare si stabilind procentul de realizare a secventelor dublu catenare, se poate observa inrudirea dintre specii (rol in stabilitrea relatiilor filogenetice dintre specii), fiind totodata o metoda de lucru utilizata in tehnologia ADN recombinat;

4. TIPURI DE ARN, STRUCTURA SI FUNCTII

- a fost descrisa existenta mai multor tipuri de ARN, care prezinta caracteristici structurale si functionale diferite; -acestea sunt substante macromolecularee, alcatuite dintr-o singura catena polinucleotidica, care in anumite regiuni poateprezenta o structura bicatenara, datorita rasucirii catenei in jurul propriei axe si formarii unor punti de H de tipul A=U sau C=G si invers;- ribonucleotidele sunt compuse din aceleasi elemente ca si dezoxiribonucleotidele: o baza azotata, o pentoza si un radical fosfat: spre deosebire de dezoxiribonucleotide, ribonucleotidele contin: pentoza RIBOZA baza pirimidinica URACIL in loc de TIMINA -si in catena ARN, nucleotida realizeaza legaturi prin radicalul fosfat (=legaturi fosfodiesterice) intre C5’ al ribozei unei nucleotide si C3’ al ribozei nucleotidei urmatoare fapt ce determina polaritatea catenei;-ARN are o mare eterogenitate structurala si functionala; o celula contine mai multe tipru ide ARN, trei dintre acestea, (ARNm, ARNt si ARNr) jucand un rol major in exprimarea caracterelor genetice; sinteza acestora se realizeaza pe baza informatiei din ADN;- moleculele de ARN nu pot avea dimensiuni foarte mari deoarece cu cat creste numarul de nucleotide (peste cateva mii) cu atat stabilitatea moleculei scade;

-sinteza de ARN (transcriptia) se realizeaza tot pe baza complementaritatii bazelor azotate ca si in vazul replicatiei ADN: cele 2 catene ale macromoleculei de ADN se despart, pe intervalul care urmeaza a fi transcris, numai ca de data aceasta va actiona ARN polimeraza; acum se va transcrie numai una dintre catenele moleculei de ADN; catena de ADN care functioneaza ca matrita pentru sinteza ARN se numeste catena sens; nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementaritatii vor contine riboza; in dreptul adeninei de pe catena matrita se va atasa uracilul in catena nou

sintetizata; polimerizarea de ribonucleotide in transcriptie se desfasoara in acelasi sens ca reactia de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din cadrul replicatiei ADN si anume de la 5’ la 3’ - au fost identificate si forme de ARN bicatenare (dsRNA) in genomul unor virusuri precum si mici molecule in nucleul unor eucariote;- ca si ADN, pentru a-si indeplini functiile, ARN formeaza punti de hidrogen intre bazele azotate din anumite regiuni, constituind astfel o structura secundara care imbraca forme ca bucle, cute interne caracteristice, dupa care pot fi identificate anumite tipuri de ARN;a) ARN viral (ARN-v)- constituie materialul genetic de la ribovirusuri, ca: bacteriofagi virusul mozaicul tutunului (VMT) virusul poliomielitei virusul gripal virusul turbarii virusul stomatitei veziculare

-prezinta de obicei o forma lineara; la virusul encefalomielitei soarecilor structura sa este circulara; poate fi fie sub forma monocatenara, fie sub forma bicatenara (mai rar)- marimea si masa sa moleculara sunt dependente de cantitatea de informatie genetica pe care o poseda- replicarea ARN viral este asigurata de celula gazda sub actiunea unei enzime (ARN polimeraza) numita ARN replicaza sau ARN sintetaza;- este purtator unic al informatiei ereditare si la viroizi (au o molecula mica de ARN, fara inveis proteic), dar si la retrovirusuri-in cazul retrovirusurilor, replicarea ARN se realizeaza cu ajutorul enzimei reverstranscriptaza care este o ADN polimeraza care utilizeaza o matrita de ARN pentru sinteza unei catene de ADN; in prima etapa rezulta un hibrid molecular ARN-ADN, dupa care este hidrolizat ARN si ADN complementar este trecut sub forma bicatenara;-descoperirea reverstranscriptazei a contribuit la intelegerea mecanismelor de transformare maligna (=carcinogeneza) si totodata a demonstrat ca informatia genetica nu circula intr-o directie unica ADN -> ARN ->proteine, ci si de la ARN-> ADN;

b) ARN nuclear mic (ARN-nm // ARN-sn)- a fost evidentiat in nucleii celulelor animalelor; - interactioneaza cu proteine specifice, formand mici particule nucleare ribonucleoproteice-sinteza sa se realizeaza cu ajutorul enzimei ARN-polimeraza III- are rol important in functionarea nucleului: initierea sintezei proteice maturarea ARN-m in catalizarea unor reactii in mentinerea stabilitatii segmentelor terminale cromosomale (telomerilor)-poate functiona ca un comutator chimic, stimuland sau inhiband activitatea unor gene

c) ARN mesager (ARN-m)- se afla in celulele tuturor organismelor procariote si eucariote- are rolul de a copia informatia genetica dintr-una dintre catenele moleculei de ADN (de obicei din catena 3’-5’) si de a o transporta la locul sintezei proteice, pe suprafata ribozomilor; - se asociaza cu ribozomiidin citoplasma celulara, la nivelul carora dicteaza secventa de aminoacizi din catena polipeptidica- are o secventa de nucleotide complementara cu secventa unei catene de ADN a carei informatie genetica a copiat-o;- este sintetizat in procesul de transcriptie a informatiei genetice, cu ajutorul enzimei ARN-polimeraza, proces care reprezinta prima etapa a sintezei proteice;- pe catena 3’-5’ a moleculei de ADN, codonul de initiere a procesului de transcriptie (respectiv a sintezei ARN-m) este TAC, iar codonul care marcheaza sfarsitul pocesului de transcriptie poate fi unul din urmatorii trei codoni: ACT, ATT sau ATC (codoni STOP)- marimea catenei de ARN-m este dependenta de cantitatea de informatie genetica pe care o poseda- existenta sa in timp este limitata, fiind distrus la sfarsitul sintezei proteice cand este supus hidrolizei enzimatice si depolimerizat;

- are o forma lineara, reprezentand 2-5% din cantitatea totala de ARN;- intre ARN-m de la procariote si eucariote exista diferente privind marimea, numarul de gene si componenta lor structurala;

molecula de ARN-m de la procariote contine de obicei informatia genetica pentru sinteza mai multor catene polipeptidice (contine mai multe gene); ARN-m prezinta de obicei numai secvente informationale (exoni), lipsind secventele non-informationale (introni), rezultand in urma procesului de transcriptie a informatiei ereditare;

la eucariote, ARN-m contine informatia genetica pentru sinteza unei singure catene polipeptidice, deci contine o singura gena; in urma procesului de transcriptie, se formeaza ARN precursor sau premesager care contine secvente informationale (exoni) si secvente non-informationale (introni)

inaintea procesului de translatie a informatiei genetice are loc procesul de maturare al ARN care consta in eliminarea intronilor si asamblarea exonilor, cu ajutorul unor enzime speciale: endonucleaze, ligaze

procesul reprezinta un mecanism in reglajul genetic al sintezei proteice la eucariote;

d) ARN de transport sau ARN solubil (ARN-t // ARN-s)- are rolul de a transporta aminoacizii la locul sintezei proteice de pe suprafata ribozomului, in procesul de translatie a informatiei genetice (cea de-a doua etapa a sintezei proteice) - are masa moleculara mica (cca. 25.000), fiind format din 75-90 de nucleotide (77-87)- in mitocondrii se pot afla peste 20 de tipuri de ARN-t, in timp ce in citoplasma celulelor eucariote numarul tipurilor de ARN-t poate sa varieze intre 40 si 60- reprezinta aproximativ 15% din totalul ARN din celula - are forma unei frunze de trifoi fiind alcatuit din: 4 brate (regiuni bicatenare), trei dintre ele fiind terminate cu bucle (regiuni monocatenare) si un „ciot” de marime variabila;- regiunile bicatenare sunt determinate de formarea unor punti de tip A=U si G=C- molecula de ARN-t prezinta un ax central alcatuit din bratul acceptor de aminoacid (bratul fara bucla, avand o secventa terminala asimetrica CCA) si bratul si bucla anticodon (are trei secvente mediane de nucleotide, complementare cu secventa codon din molecula de ARN-m);- in acest fel, in fiecare celula exista teoretic 64 de tipuri de ARN-t (vezi codul genetic); datorita acestei secvente complementare cu secventa codon din ARN-m, ARN-t va recunoaste un aumit codon din constitutia ARN-n;- in celula vie, celelalte 2 brate (T si D) sunt rasucite in jurul axului central; - fiecare molecula de ARN-t prezinta o regiune numita anticodon, plasata in bucla centrala, si o regiune de recunoastere si legare a unui anumit aminoacid, plasata la polul opus anticodonului;- cu ajutorul anticodonului, ARN-t recunoaste la nivelul ribozomului, codonul din ARN-m corespunzator aminoacidului pe care il poarta;- recunoasterea codon-anticodon are loc la nivelul ribozomului in procesul sintezei catenei polipeptidice;-sinteza ARN-t este determinata de genele din molecula ADN, aflate intr-un mare numar de exemplare, fenomen denumit amplificare genica; numarul genelor implicate in sinteza ARN-t este de :

130 la Drosophila melanogaster 450 la Xenopus laevis (amfibian) 5200 la Zea mays (porumb) 12700 la Triticum aestivum (grau) 32000 la Hyacinthus orientalis (zambila)

e) ARN ribozomal (ARN-r)- constituie circa 85% din cantitatea totala de ARN din celula, fiind localizat in ribozomi, unde este asociat cu proteinele;- are o masa moleculara de circa 5 x 105 - cea mai mare parte este sintetizata in nucleoli;OBS: RIBOZOMII

sunt particule ribonucleoproteice (alcatuite din ARN ribozomal si proteine), de forma relativ sferica, prezente atat la eucariote, cat si la procariote

intre ribozomii de la procariote si eucariote exista unele diferente privind: constanta de sedimentare masa moleculara

constitutia ribozomii din mitocondrii si cloroplaste prezinta caracteristici similare cu ribozomii de la procariote;

- se afla de asemenea, in constitutia mitocondriilor si a cloroplastelor, organite celulare de origine endosimbionta;- in celula eucariota, sunt formate din 2 subunitati: subunitatea mica(40S) si subunitatea mare(60S); fiecare dintre aceste subunitati este compusa din molecule de ARN-r si proteine ( fiecare fiind compusa din 1/3 proteine si 2/3 molecule de ARNr)

subunitatea mare contine ARN-r: 5S, 5.8 S si 28 S combinat cu aproximativ 50 de proteine subunitatea mica este compusa din ARN-r 18 S si aproximativ 30 de proteine;

- tipurile de ARN-r au functii specifice in sinteza proteinelor: ARN-r 28 S are rol catalitic, intrand in structura unei enzime implicata in sinteza proteica (peptidiltransferaza) ARN-r 18 S are rol in recunoastere intervenind in pozitionarea corecta a ARN-m si a enzimelor;

-totodata, ARN-r are si rol structural deoarece arhitectura sa tridimensionala se constituie intr-o adevarata schela de constructie pe care se asambleaza proteinele ribozomale;- pe suprafata ribozomilor se ataseaza molecula de ARN-m; unitatea ribozomala prezinta 3 locusuri: A, P si EXi) Locusul A (aminoacil)-locusul unde se ataseaza initial molecula de aminoacid, adusa de un ARN-t a carui secventa anticodon este complementara cu secventa codon a ARN-m prezenta in dreptul acestui locus

ii) Locusul P (polipeptid)- este locusul unde are loc formarea unei legaturi dipeptidice intre doi aminoacizi alaturati- ,,citirea” informatiei genetice continuta in secventa de nucleotide a ARN-m are loc in mod linear, de la codonul de initiere la ultimul codon prin adaugarea unui aminoacid de catre fiecare codon- atunci cand ultimul codon al moleculei de ARN-m (UAA, UGA, UAG) ajunge in dreptul Locusului Ex al ribozomului, catena polipeptidica sintetizata se desprinde de pe supafata ribozomului;

iii) Locusul Ex (exit)- atunci cand ultimul codon al moleculei de ARN-m (UAA, UGA, UAG) ajunge in dreptul Locusului Ex al ribozomului, catena polipeptidica sintetizata se desprinde de pe supafata ribozomului; - situsul de pe care se detaseaza ARNt care paraseste locul sintezei dupa ce a eliberat aminoacidul pe care l-a transportat

f) ARN nucleolar mic (sno-RNA)- biogeneza si maturarea ARNt si ARNr - se afla in nucleu

g) microARNs- regleaza exprimarea ARN-m: degradeaza ARN-m sau inhiba translatia lui- se afla in citoplasma

h) XIST ARN -inactiveaza unul dintre cei doi cromozomi X din celulele vertebratelor de sex feminin

i) ARN interferent (ARNsi)- se afla in citoplasma-reglarea activitatii genice-degradarea ARN

Dupa separarea catenelor, devin expuse bazele lor azotate, astfel incat noi nucleotide complementare sa poata forma cu ele punti de hidrogen. Pentru aceasta intervine enzima AND-polimeraza care ocupa pozitia la locul unde va incepe sinteza noii catene. Ca AND-polimeraza sa se situeze la locul unde incepe sinteza, intervine un scurt fragment de ARN numit ARN-primer, complementar fragmentului initial al catenei de AND matrita;

Imediat dupa ocuparea pozitiei de initiere a sintezei, AND-olimeraza determina adaugarea, nucleotide dupa nucleotide, in ordinea exacta complementara catenei ADN matrita

AND-polimeraza catalizeaza atat formarea puntilor de hydrogen intre nucleotida nou venita si nucleotidele complementare din ADN matrita, cat si reactia dintre radicalul fosfat legat de C5’ al nucleotidelro ce vin si gruparea libera –OH legata de C3’ din capatul catenei nucleotidice aflata in formare. Ca urmare, noua catena de AND creste numai in sensul 5’-3’

5. FUNCTIA AUTOCATALITICA a ADN-ului

- a materialului genetic consta in procesul de replicare a materialului genetic;- in cazul moleculei de ADN bicatenar de la eucariote, acest proces are loc in timpul fazei S a ciclului celular; in prima faza are loc sinteza nucleotidelor, urmata de polimerizarea acestora;

OBS: Studiul ciclului celular: - studiul ciclului celular a relevat existenta unei naumite constante a dinamicii cantitatii de ADN in celule- in interfaza, exista mai multe perioade:

perioda G1o primul gol sintetic, cand cantitatea de ADN din celula ramane constantao cromozomii sunt monocromatidici, fiecare este format dintr-o macromolecula de ADN formata din 2

cromoneme (2C) perioada S

o de sinteza, in care are loc replicarea ADN care se incheie cu dublarea cantitatii de ADNo cromozomii devin bicromatidici, formati din doua macromolecule de ADN ce contin 4 cromoneme (4C)

perioada G2o al doilea gol sintetic, in care se prezerva cantitatea dubla de ADN (4C)

- in timpul diviziunii celulare ( doua etapa a ciclului celular) cantitatea de ADN este variabila in diferite faze ale procesului: profaza si metafaza: cromozomii sunt bicromatidici, iar cantitatea de ADN din celula este aceeasi cu

cantitatea de ADN a celulei care a intrat in diviziune anafaza: cromozomii redevin monocromatidici (prin clivarea longitudinala a celor bicromatidici), migreaza

spre polii celulei si in final (la sfarsitul telofazei) rezulta doua celule fiice cu acelasi numar de cromozomi si aceeasi cantitate de ADN ca si celula mama;

- diviziunea meiotica, care se desfasoara in organele reprducatoare ale organismului pornind de la celule diploide (2n), determina formarea celulelor haploide (n) si reduce la jumatate numarul de cromozomi si respectiv, cantitate de ADN; astfel, in timp ce celulele somatice au o cantitate dubla de ADN, celulele gametice vor avea doar jumatate; cantitatea de ADN se dubleaza in urma singamiei gametilor si formarii zigotului diploid;

- Watson si Crick au emis ipoteza replicarii ADN dupa model semiconservativ: conform acestui model, initial are loc ruperea puntilor de H, rezultand aDN monocatenar; ulterior, fiecare catena originala serveste drept matrita (templat) pentru sinteza unei catene noi; vor rezulta 2 molecule noi, fiecare avand o catena veche si o catena nou-sintetizata;- deoarece puntile de H complementare intre bazele azotate (nucleotide) din cele 2 catene pot fi numai A=T C=G si invers, secventa nucleotidelor in cele doua molecule rezultate este identica ca in secventa de nucleotide din molecula originala; astfel, cele 2 molecule, respectiv cele 2 fiice rezultate, vor avea aceeasi constitutie genetica cu molecula, respectiv celula initiala; - deci, daca se separa catenele perechi ale unei molecule de ADN, fiecare catena poate fi utilizata ca model (matrita) pentru producerea catenei complementare; fiecare catena matrita si cu cea noua, complementara, vor forma impreuna o noua moelcula de ADN dublu helix, copie identica a moleculei originare; - in procesul de replicare intervin mai multe tipuri de enzime:

1. EXONUCLEAZA –intervine in indepartarea unui nucleoid, a unei secvente a unui nucleoid sau a unor enzime;

Ultima etapa in replicatia ADN consta in indepartarea ARN-primer si completarea golului cu ADN. Acest process este asigurat de un alt tip de ADN-polimeraza care catalizeaza descompunerea ARN primerului si inlocuirea lui cu dezoxiribonucleotide.

- la eucariote, replicarea ADN incepe simultan in mai multe regiuni situate de-a lungul moleculei de ADN numite repliconi sau ochiuri de replicare care functioneaza simultan in timpul perioadei S; repliconul este un fragment de ADN alcatuit din 30.000-70.000 perechi de nucleotide, la nivelul caruia are loc replicarea moleculei de ADN, in doua directii diferite; genomul viral sau genomul bacterian contine un singur replicon, pe cand genomul celulei eucariote contine mai multi repliconi;-replicarea ADN incepe de la furca de replicare, constituita dintr-o secventa de nucleotide (circa 300 de perechi, dupa unii autori); aceasta constituie o regiune unde are loc o trecere de la duplexul parenta la noile duplexuri fiice replicate;

2. ADN-TOPOIZOMERAZA taie si apoi leaga catene de ADN, reducand tensiunea din acestea, facand posibila desfacerea celor doua catene ale moleculei;

- la furca de replicare, actioneaza complexul PRIMOZOM, constituit din doua enzime diferite ADN-PRIMAZA si ADN-HELICAZA

3. ADN-HELICAZA desface puntile de hidrogen dintre cele 2 catene; regiunea monocatenara rezultata este complexata cu o proteina tip SSB (single-strand binding-protein), care stabilizeaza regiunea cu ADN monocatenar, impiedicand refacerea puntilor de hidrogen; astfel, in urma actiunii ADN-helicazei, pe un anumit segment cele doua catene de ADN sunt separate si pot fi identificate ca bucle ce constituie unitati replicative (la procariote) sau repliconi (la eucariote);

- sinteza a doua catene noi are loc diferit pe cele doua catene matrita, originale deoarece enzima ADN-polimeraza, implicata in polimerizarea nucleotidelor, poate atasa un nou nucleotid numai la capatul 3’ liber al moleculei de pentoza;- modelul acceptat in prezent este modelul replicarii discontinue, propus de Okazaki

1. Catena veche 3’-5’ serveste ca matrita pentru sinteza unei catene complementare noi, catena 5’-3’, denumita catena leading (catena directoare sau catena principala); Deoarece noua catena prezinta liber capatul 3’-OH, la care pot fi adaugate noi nucleotide, sinteza sa are loc in mod continuu, sub actiunea enzimei ADN-POLIMERAZA III, pe baza ordinii dictate de catena matrita a legaturilor de specificitate tip A=T sau C=G;Dupa sinteza are loc rasucirea catenei nou-formate fata de cea originala, formandu-se structura bicatenara;

2. Catena initiala 5’-3’ serveste ca matrita pentru sinteza unei catene complementare noi, catena 3’-5', denumita catena lagging (catena discontinua, segmentara, intarziata)Deoarece catena noua nu are liber capatul 3’-OH, sinteza este discontinua, avand loc dupa un alt mecanism, de la furca de replicare spre capatul liber al catenei, ducand la formarea de fragmente Okazaki;Enzima de initiere a sintezei este ADN-PRIMAZA sub actiunea careia este sintetizat un PRIMER ADN alcatuit din cateva nucleotidePornind de la primerul ADN, sub actiunea enzimei ADN-POLIMERAZA III, are loc atasarea de nucleotide noi, de la furca de replicare catre capatul liber al catenei lagging, formandu-se un fragment Okazaki Cel de-al doilea fragment Okazaki va ajunge in dreptul primerului fragmentului Okazaki sintetizat anterior;Fragmentul Okazaki este un fragment de ADN, alcatuit din cateva mii de nucleotide(1000-2000) la procariote si 100-200 de nucleotide la eucarioteDupa sinteza unui fragment Okazaki, ADN-POLIMERAZA III este inlaturata; al doilea fragment Okazaki sintetizat va ajunge in dreptul primerului primului fragment Okazaki sintetizat anterior;Imediat actioneaza enzima ADN-POLIMERAZA I, avand loc atasarea ultimului nucleotid, care ajunge langa primerul fragmentului Okazaki sintetizat anteriorDupa aceasta, sub actiunea unei exonucleaza sintetizate anterior are loc indepartarea primerului ADN de la fragmentul Okazaki sintetizat anterior, proces urmat de indepartarea ADN-POLIMERAZEI ICele doua fragmente Okazaki alaturate sunt unite sub actiunea enzimei ADN-LIGAZA, dupa care are loc rasucirea catenei nou-sintetizate in jurul catenei matrita;

ENZIMELE CARE INTERVIN IN REPLICARE:- Incepand din anul 1954, biochimistul american Arthur Kornberg a abordat problema sintezei acizilor nucleici in

eprubeta (,,in vitro”), in sisteme acelulare (lizate de celule bacteriene) si a constatat ca se poate realiza o asemenea sinteza numai daca la lizatul respectiv se adauga o amorsa de ADN (adica o molecula de ADN care sa functioneze ca matrita), cele 4 deoxiribonucleotide sub forma de trifosfat si ioni bivalenti de calciu si magneziu; Kornberg a reusit sa izoleze din lizatul celular bacterian si sa purifice 1 gram de enzima polimerizatoare care, fiind prima izolata si caracterizata biochimic s-a numit ADN-polimeraza I = enzime lui Kornberg; ulterior, s-a dovedit ca enzima care asigura sinteza propriu-zisa a catenelor replica este ADN-polimeraza III.

- sinteza replicilor se realizeaza in 3 etape succesive: initierea, elongarea (alungirea) si terminarea acestui proces; fiecare dintre aceste etape presupune interventia unor proteine/enzime cu activitate inalt specializata;

- un dublu helix ADN liniar, dar mai ales de forma circulara se prezinta fie in virioni, fie in celule intr-o stare super-rasucita; o asemenea stare superspiralizata nu este propice realizarii replicarii; de aceea, un asemenea dublu helix ADN superspiralizat trebuie sa fie adus intr-o stare relaxata, destinsa; aceasta modificare a conformatiei unui dublu helix ADN, de la starea de superrasucire la o stare destinsa este realizata prin interventia unei enzime speciale care se numeste topoizomeraza;

- dupa ce topoizomeraza a realizat relaxarea dublului helix ADN, poate avea loc replicarea acestuia; replicarea este initiata la nivelul unui anumit sector al macromoleculei ADN, cu o secventa speciala de baze azotate care s-a numit originea replicarii;

la bacterii, originea replicarii poarta denumirea de oriC = originea cromozomului;

- dupa relaxarea dublului helix ADN, este realizata desfacerea dublului helix ADN la nivelul originii replicarii, in cele 2 catene complementare, prin destramarea puntilor de hidrogen; in acest proces de destabilizare locala (denaturare fiziologica) a dublului helix ADN intervine enzima helicaza III = proteina

rep;- cele doua catene separate ale dublului helix s-ar reasocia instantaneu, datorita perfectei lor complementaritati, ceea ce ar

impiedica desfasurarea procesului de replicare; ele sunt insa impiedicate sa se reasocieze deoarece, de indata ce se realizeaza initierea separarii la nivelul unui sector bogat in perechi A=T, cu fiecare catena se asociaza o poteina numita proteina ssb – proteina de legare la monocatena; astfel, monocatenele sunt mentinute separat, avand loc initierea propriu-zisa a replicarii

- toate ADN polimerazele cunoscute nu pot initia sinteza, adican u pot realiza sinteza ,,de novo” a unei catene polinucleotidice; singurul lucru pe care acestea il pot realiza este acela de a utiliza un capat 3’-OH (numit si capat primer 3’-OH) al unei catene polinucleotidice preexistente si de a cataliza asa-numitul atac nucleofilix al acestei grupari OH asupra primei legaturi fosforice dintre primul si cel de al soilea fosfat de la capatul 5’ al nucleotidului aliniat pe matrita ADN, nucleotid unit prin punti de hidrogen cu cel complementar acestuia;

- multa vreme nu s-a stiut cine ofera ADN-polimerazei capatul 3’-OH spre a se realiza initierea replicarii; s-a constata insa ca ARN polimerazele, enzimele care catalizeaza sinteza de catene poliribonucleotidice (ARN) pe matrita ADN, spre deosebire de orice ADN polimeraza, au capacitatea de a initia sinteza de novo a unui mic segment ARN (oligoribonucleotid) numit aRN primer, la capatul 3’ al matritei; acest ARN primer este complementarmatritei si are orientarea de la 5’ la 3’, adica este antiparalel matritei; ultimul sau ribonucleotid ofera ADN polimerazei III capatul primer 3’-OH si aceasta ataac cu el fosfatul de la C5’ al primului deoxiribonucleotid trifosfat aliniat pe matrita in virtutea complementaritatii de baze azotate;

- acest prim deoxiribonucleotid va fi legat covalent la ARN primer, printr-o legatura fosfo-diesterica cu eliminarea unei molecule de apa si a doua grupari fosfat, adica a pirofosfatului (P~P); acest deoxiribonucleotid atasat covalent la primer are, la randul sau, un capat liber 3’-OH care va fi de acum capat primer, utilizat de ADN polimeraza III in catalizarea reactiei de formare a celei de a doua legaturi fosfodiesterice samd pana cand are loc sinteza replicei, pe o anumita lungime (circa 1000-2000 nucleotide)

- un asemenea segment al replicei, legat la ARN primer, poarta numele de fragment Okazaki; acelasi algoritm este realizat in sinteza celui de al doilea fragment Okazaki, in sinteza celui de al treilea samd pana cand va fi copiata complementar intreaga matrita ADN;

dATP – deoxiadenozintrifosfatdGTP – deoxiguanozintrifosfat

dTTP – deoxitimidintrifosfatdCTP - deoxicitidintrifosfat

- segmentele Okazaki trebuie unite intr-o catena unica, dar numai dupa ce are loc excizia primerilor ARN din fragmentele Okazaki; aceasta excizie este realizata de catre ADN polimeraza I si o asemenea activitate se numestye activitate exonucleazica; excizia se face prin hidroliza puntilor fosfodiesterice de la nivelul nucleotidelro unite in ARN primer;

- tot ADN polimeraza I excizeaza si nucleotidele gresit imperecheate din catena replica, care trebuie umplute vu deoxiribonucleotide corect imperecheate din catena replica; excizia primerilor ARN, ca si a bazelor gresit imperecheate,lasa goluri in catena replica, care trebuie umplute cu deoxiribonucleotide corect imperecheate cu nucleotidele matritei; umplerea lor se realizeaza printr-o reactie de polimerizare de deoxiribonucleotide care este catalizata de aceeasi enzima ADN polimeraza I, care a creat aceste goluri prin activitatile sale exonucleazice;

- in urma acestor prelucrari, replica este alcatuita din fragmente Okazaki formate doar din deoxiribonucleotide, dar aceste fragmente sunt insa separate; replica nu poate ramane astfel ,adica fragmentata, fragmentele Okazaki trebuie unite intr-o catena replica unitara si continua, prin formarea a cate unei singure legaturi fosfodiesterice intre ele, lucrul acesta neputand sa fie realizat de ADN polimeraza I

- in procesul de unire a celor 2 fragmente Okazaki intervine o alta enzima, care are capacitatea de a cataliza formarea unei singure legaturi fosfodiesterice intre doua fragmente Okazaki si aceasta enzima se numeste ADN-ligaza, sau simplu, ligaza; ligaza asigura unirea fragmentelor Okazaki intr-o catena replica continua care ramane atasata la matrita sa prin puntile de hidrogen, rezultand astfel cate un dublu helix nou, pe fiecare dintre catenele matrita ale dublului helix initial;

- cercetarile ulterioare au condus la o mai buna intelegere a procesului de replicare, de la nivelul bifurcatiei de replicare; s-a constat ca ADN polimerazele au specificitate de directie, in sensul ca ele se deplaseaza pe ambele matrite ADN de la 3’ la 5’, iar polimerizarea de nucleotide o realizeaza de la 5’ la 3’; bifurcatia de replicare este initiata la capatul moleculei bicatenare liniare de ADN si continua progresiv, cu desfacerea treptata a legaturilor de hidrogen, spre celalalt capat;

- ADN polimeraza III asigura sinteza unei catene replici, in mod continuu (catena replica leading = conducatoare sau inaintata), cu un singur eveniment de primare (de sinteza a ARN primer) pe catena matrita de orientare de la 3’ la 5’ pe cand, pe carena matrita de orientare 5’-3’ ea se deplaseaza invers de la nivelul bifurcatiei de replicare, astfel ca sensul deplasarii va fi tot 3’ spre 5’ si polimerizarea va fi tpt de la 5’ la 3’ dar cu sinteza de fragmente Okazaki succesive; acestea vor fi apoi supuse prelucrarilor mentionate anterior si unite intr-o catena replica unica; din aceasta cauza, sinteza lor este mai inceata (catena lagging = succesoare sau intarziata) fata de a celeilalte catene replica, sintetizata continuu;

- pentru terminarea replicarii moleculelor liniare de ADN exista o enzima speciala – telomeraza alcatuita dintr-o catena polipeptidica si un mic fragment de ARN care adauga la capatul 5’ (acolo unde se afla golul ramas neumplut) numeroase deoxiribonucleotide complementare ribonucleotidelor matritei sale interne ARN; astfel, se asigura umplerea acestui gol singularsi la fiecare runda de replicare sunt sintetizata molecule de ADN de lungime normala; daca acest proces de terminalizare a replicarii moleculelor lineare e ADN nu este normal, celula intra in proces de imbatranire (senescenta) sau moare datorita instabilitatii capetelor cromozomilorr si a pierderii de gene;

- cromozomul viral, cromozomul bacterian si plasmidele bacteriene sunt unitati de replicare care isi autoregleaza procesul de sinteza, avand ca elemente de control al procesului, originea replicarii si un punct de terminare; o asemenea unitate de replicare se numeste replicon;

- cromozomul eucariot este mult mai mare si are mai multe origini ale replicarii, adica mai multi repliconi, din care cauza se numeste structura multirepliconica; de regula, intrarea in functiune a acestor repliconi este asincornica, nu numai la nivelul diferitilor cromozomi ai celulei eucariote, dar chiar la nivelul unuia si aceluiasi cromozom; replicare ADN la eucariote nu are loc pe parcursul intregului ciclu celular, ca la bacterii, ci este restransa la o anumita etapa a acestuia care s-a numit etapa de sinteza S;

- ADN nu e poate replica pe sine, dar el se poate replica prin sine; desi el detine informatiile ereditare pentru sinteza tuturor proteinelor celulare, inclusiv a tuturor enzimelor si deci a celor ce intervin in propria sa replicare, el este dependent in realizare functiilor sale tocmai de proteinele pe care le dirijeaza in sinteza lor; de aici se poate concluziona ca, in procesele vietii interactiunile sunt multiple si complexe si ca ADN nu ar putea realiza nimic fara a interactiona cu proteinele a caror sinteza este dirijata de informatia genetica pe care insa tot el o detine

- viteza de transcriptie a noilor nucleotide in timpul replicarii moleculei de ADN este mare (circa 1000 de nucleotide pe secunda pe genom); la aceasta viteza au loc erori de imperechere,respectiv de atasare a unor nucleotide noi, intr-un procent de 1 eroare/100.000 perechi nucleotide; astfel:

in cromozomul bacterian alcatuit din 3 x 106 perechi de baze azotate, se pot produce 300 de erori pe celula; ADN din celula umana contine circa 3 x 109 perechi de baze, numarul de imperecheri gresite fiind de 30.000

nucleotide pe celula- majoritatea erorilor sunt inlaturate prin procese specifice:

ADN-TOPOIZOMERAZELE induc incizii in una din catenele moleculei de ADN, proces urmat de eliminarea nucleotidelor incluse gresit, inlocuirea acestora cu nucleotide corespunzatoare structurii initiale si repararea greselilor de replicare;

- in celula eucariota, prezenta nucleozomilor determina anumite particularitati ale replicarii ADN: fragmentele Okazaki sunt de circa 10 ori mai scurte (100-200 de nucleotide) fata de cele de la procariote primerul ADN este mai scurt (10-20 nucleotide) viteza de replicare este mai mica (50 de nucleotide pe secunda fata de 500 de nucleotide pe secunda la

procariote) nucleozomii fibrei de cromatina raman atasati pe portiunile catenei matrita conducatoare, pe cealalta catena

fiind structurati nucleozomi noi, pe baza proteinelor histonice componente, sintetizate concomitent cu replicatia ADN;

prezenta unor repliconi multipli reduce tmpul total de replicare a intregii molecule de ADN

OBS: necesitate existentei mai multor repliconi rezulta din urmatorul exemplu: Cel mai lung cromozom de la Drosophila Melanogaster contine 7 x 107 nucleotide; la o rata de replicare de 50 de nucleotide pe secunda, la temperatura optima de 25 C, replicarea intregii cantitati de ADN din cromozom ar avea loc in circa 8 zile. In celulele de Drosophila Melanogaster, exista insta circa 8500 de repliconi, situatie care reduce timpul de replicare la cateva minute. Existenta mai multor repliconi asigura replicarea fiecarui cromozom in 15-30 de minute. Deoarece nu toti cromozomii se replica simultan, timpul total de replicare al cromozomilor la eucariote este de 5-10 ore.

de regula eucromatina se replica la inceputul fazei S a ciclului ccelular, pe cand heterocromatina se replica spre sfarsitul acestei faze S a ciclului celular;

Replicatia semiconservativa (Matthew Meselson & Frank Stahl)

- replicatia semiconservativa a fost anticipata chiar de catre descoperitorii structurii ADN, James Watson si Francis Crick inca din 1953; abia n 1958 insa, a putut fi demonstrata experimental de Matthew Meselson si Frank Stahl prin tehnica ultracentrifugarii analitice;

- ultracentrifugarea analitica este o tehnica de separare a moleculelor dintr-un amestec prin ultracentrifugare, adica centrifugare la cateva sute de rotatii pe minut (RPM); la aceasta vitezaforta centrifuga devine suficient de mare pentru a induce un gradient de densitate; datorita gradientului de densitate se produce ordonarea componentelor unei solutii in functie de masa lor: cele mai grele spre exteriorul miscarii de rotatie, cele mai usoare spre interior (intr-o ultracentrifugare se introduc eprubete care contin solutia de analizat, iar pe timpul centrifugarii eprubetele sunt dispuse orizontal, astfel ca dupa centrifugare componentele din solutie care au masa mare se dispun spre baza eprubetei, iar cele cu masa mai mica spre gura eprubetei)

- gradientul de densitate paote duce la separarea moleculelor dintr-o solutie in functie si de compozitia lor in izotopi; astfel, daca este ultracentrifugata o solutie cu un amestec de molecule de ADN dintre care uneel au incoroporat numai 14N (usor) si altele numai 15N (greu), cele 2 tipuri de molecule ADN se vor separa in benzi distincte in eprubetele de centrifugare (cele cu 14N in banda superioara, iar cele cu 15N intr-o banda inferioara)

- in experimentul lor, Meselson si Stahl au cultivat initial bacterii Escherichia coli intr-un mediu cu 15N si datorita acestui fapt moleculele de ADN au incorporat in radicalii fosfat numai 15N

- dupa cateva generatii, Meselson si Stahl au schimbat mediul de cultura cu unul care continea numai 14N; au luat apoi la diferite intervale de timp probe de cultura, au extras ADN si l-au centrifugat

- in probele luate de la prima generatie e bacterii cultivate in 14N au identificat formarea unei benzi de ADN intermediare intre benzile normale caracteristice ADN cu 15N si cea caracteristica cu aDN 14N, fapt ce a demonstrat ca moleculele de ADN ale descendetilor contineau un amestec de ADN originar si ADN nou sintetizat;

- in ADN extras de la a doua generatie au identificat 2 benzi, una in pozitia intermediara ca si cea identificata in prima proba analizata si alta corespunzatoare pozitiei benzii caracteristice ADN cu 14N; aceste rezultate au demonstrat ca, pe masua ce sunt copiate, catenele de ADN raman intacte;

- Meselson si Stahl au interpretat rezultatele experimentului in modul urmator: dupa o runda de replicatie, fiecare molecula fiica de ADN era hibrida, posedand o catena ,,grea” parentala si o catena ,,usoara” nou sintetizata; cand aceste molecule hibride de ADN se replica, fiecare dintre ele contribuie cu o catena ,,grea” pentru a forma o molecula hibrida si cu o catena ,,usoara” pentru a forma o molecula de ADN cu ambele catene ,,usoare”; astfel acest experiment a confirmat clar predictia emisa de Watson si Crick privind replicatia ADN dupa model semiconservativ;

- procesul replicatiei ADN este uimitor in toate organismele, dar probabil cel mai greu de imaginat in celulele umane; suma tuturor genelor in celulele umane este estimata la aproximativ 3 miliarde de perechi de baze, iar si mai uimitor este ca o singura catena dintr-o molecula de ADN contine peste 250 de milioane de perechi de baze azotate; cu toate acestea, numarul de erori in replicatie este extrem de mic, raportat la dimensiunile imense ale ADN nuclear; o eroare are loc in medie o data la 10-100 de miliarde de baze azotate incorporate in catenele nou formate ale ADN;

6. FUNCTIA HETEROCATALITICA a ADN-ului

- consta in faptul ca materialul genetic are capacitatea de a determina sinteze specifice de proteine, cu o anumita secventa de aminoacizi; - calitatile fiintelor vii se intemeiaza in ultima analiza pe 2 entitati: pe aceea pe care biochimistii o numesc proteina si pe aceea pe care geneticienii o numesc gena (ADN); prima este unitatea de executie chimica, care confera structura corpurilor vii, cea de-a doua este unitatea ereditara care dirijeaza, in egaal masura, reproducerea unei functii si variatia ei;

,,Una comanda, celalta realizeaza.” (Fr. Jacob, 1972)

OBS: Proteinele- sunt macromolecule formate din aminoacizi; sunt polimeri de aminoacizi;- polimerizarea aminoacizilor, realizata la nivelul ribozomilor, presupune foramrea de legaturi sau punti peptidice intre gruparea

carboxil (-COOH) a unui aminoacid si gruparea amino (-NH2) a altui aminoacid, cu eliminarea unei molecule de H2O; formarea de punti peptidice succesive determina polimerizarea aminoacizilor liberi, adica includerea lor intr-o catena polipeptidica; aceasta reprezinta structura primara a proteinei; unele proteine sunt alcatuite dintr-o singura catena polipeptidica, altele din mai multe catene polipeptidice identice, iar altele din mai multe catene polipeptidice diferite;

- dupa sinteza catenei polipeptidice, prin interactiunea aminoacizilor sai (in anumite conditii de temperatura si pH) prin intermediul unor punti de hidrogen sau a unor punti bisulfidice (S-S) macromolecula proteica poate capata o structura secundara cu configuratii bi sau tridimensionale

- cu toate ca la alcatuirea proteinelor participa numai 20 de aminoacizi, numarul si varietatea acestora sunt imense;- specificitatea proteinelor este data de:

numarul de aminoacizi si succesiunea acestora in cadrul catenei polipeptidice numarul de catene polipeptidice si structura acesteia rolul fiziologic indeplinit

- unele proteine au rol structural in viata celulei, iar altele au rol functional; cele mai multe proteine functioneaza ca enzime; fiecare enzima catalizeaza o anumita reactie biochimica; aceste reactii se succed intr-o ordine stricta si formeaza lanturi metabolice; prin transformari succesive celula poate produce substante – asa numitul produs final – care satisfac nevoile celulei sau organismului si care confera organismelor anumite caractere fenotipice;

- la capatul procesului de decodificare nu se afla intotdeauna o proteina, ci o parte din aceasta, adica o catena polipeptidica(ex): hemoglobina din hematii contine 2 tipuri de catene polipeptidice, doua alfa si 2 beta, fiecare codificata de o anumita gena, deci la capatul procesului de decodificare a unei gene va fi o catena polipeptidica si nu proteina completa, hemoglobina- celula isi protejeaza ADN, interpunand intre acesta si proteine produsi intermediari (ARN), protejand in felul acesta ADN, care ramane departe de efectul caustic al citoplasmei, putand fi totodata copiat intr-o multitudine de copii in ARN; totdata, reglarea expresiei genelor (fragmente de ADN) poate si mai eficienta prin controlul specific al fiecarei componente care se interpune in fluxul informatiei de la ADN la proteine; cu cat sunt mai multe elemente pe acceasta cale, cu atat sunt mai multe opotunitati de control in diferite circumstante;

1. Dogma centrala - este principiul fundamental al geneticii moleculare, care sintetizeaza modul in care informatia genetica din molecula de ADN este transcrisa in secventa de aminoacizi din catena polipeptidicam in timpul procesului de sinteza proteica;

- retrovirusurile fac o exceptie de la ,,Dogma centrala”; ele sunt virusuri cu ARN, pe care il convertesc in ADN cu ajutorul unei enzime specifice (REVERS-TRANSCRIPTAZA) care transcrie informatia genetica in sens invers, de la ARN-viral la ADN; acest ADN se poate integra in ADN-ul celulei gazda;

- cel mai cunoscut retrovirus este virusul HIV (virusul imunodeficientei umane), care provoaca la om boala SIDA

- functia heterocatalitica a materialului genetic, explicata prin dogma centrala a geneticii, arata circuitul informatiei genetice in celula; el are loc in 2 etape:

In prima etapa, secventa de nucleotide din molecula de ADN este transcrisa intr-o secventa complementara de nucleotide la nivelul acizilor ribonucleici; in cazul sintezei de ARN-mesager, acesta este procesul de transcriptie, respectiv transcrierea informatiei genetice din secventa de nucleotide de ADN, intr-o secventa complementara de nucleotide (ARN-mesager)

In cea de-a doua etapa, procesul de translatie (traducere), secventa de nucleotide din molecula de ARN-m este transcrisa in secventa de aminoacizi a unei catene polipeptidice, cu ajutorul codului genetic, avand loc sinteza proteica

- codul genetic reprezinta corespondenta dintre secventa de nucleotide din molecula de acizi nucleici, in secventa de aminoacizi din catena polipeptidica; stabileste corespondenta dintre fiecare aminoacid si o succesiune de 3 nucleotide

2. Caracteristicile codului genetic - in anul 1944, O.T. Avery si colaboratorii au demonstrat rolul ADN in transformarea genetica la bacterii; imediat, s-a emis ipoteza existentei unei relatii intre acizii nucleici si proteine, realizata prin functionarea unui cod genetic, unitatile de codificare fiind reprezentate de cele patru baze azotate (respectiv patru nucleotide) din constitutia ADN;- deoarece in molecula de ADN se afla patru tipuri de baze azotate (respectiv patru tipuri de nucleotide), iar molecula proteica este constituita din 20 de tipuri de aminoacizi proteici, rezulta ca un grup de trei baze azotate alaturate (trei nucleotide), constituie unitatea de codificare a unui aminoacid in molecula proteica

Nr. de baze azotate implicate in stabilirea pozitiei unui aminoacid

Nr. de combinatii posibile determinate de existenta a 4 tipuri de baze azotate

Nr. de aminoacizi proteici

1 4 202 16 203 64 20

- codonul reprezinta un grup de trei nucleotide alaturate din molecula de ARN-m, care determina pozitia unui aminoacid in molecula de proteina sau sfarsitul sintezei proteice; in prezentarea caracteristicilor codului genetic, se obisnuieste sa fie utilizati codonii din molecula de ARN-m;- codonul este unitatea functionala a codului genetic care este alcatut din 64 de codoni; acestia reprezinta totalitatea combinatiilor, in grupe de cate 3, a celor 4 tipuri de nucleotide;- fenomenul de colinearitate reprezinta corespondenta dintre secventa nucleotidelor din molecula de ADN sau ARN-m si secventa aminoacizilor din molecula proteica; - din cei 64 de codoni ai codului genetic:

61 de codoni codifica diferiti aminoacizi (codoni sens)

3 sunt codoni nonsens, care nu specifica vreun aminoacid, dar joaca un rol important in citirea mesajului genetic purtat de ARNm, intrucat ei marcheaza sfarsitul acestui mesaj genetic; de aceea se numesc si codoni stop: UAA, UGA, UAG

2 codoni AUG si GUG care codifica metionina, respectiv valina sunt si codoni cu semnificatia de inceput de sinteza

Codul genetic este nesuprapus si fara virgula (neacoperit) - doi codoni alaturati nu prezinta nucleoizi comuni (nucleotide comune)- intre doi codoni alaturati nu se afla nucleotizi fara sens, adica ,,semne de punctuatie biochimica”; citirea

informatiei genetice se realizeaza continuu; Codul genetic este degenerat(redundant)

- fiind mai multi codoni decat aminoacizi, acelasi aminoacid poate fi codificat de mai multi codoni- acesti codoni sunt numiti sinonimi- adica un aminoacid poate fi codificat de 2 sau mai multi codoni: Fenilalanina: UUU UUC Serina (6 codoni)

Codoni stop - exista 3 codoni stop: UAA, UGA, UAG, care, la eucariote determina sfarsitul mesajului genetic si nu pozitia

unui aminoacid in catena polipeptidica- AGA si AGG sunt codoni STOP in mitocondrii- AUA si GUA sunt codoni START

Codoni ambigui - exista 2 codoni ambigui (AUG si GUG probabil) care dependent de pozitia lor in molecula de ARN-m

determina pozitia unor aminoacizi diferitil ambii codoni se pot gasi la inceputul moleculei de ARN-m sau in interiorul acesteia (dar nu terminal, unde se afla unul din cei trei codoni stop)

- AUG: la inceput: metionina-formiata la mijloc: metionina (AUA, AUG, AUU- in mitocondrii)

- GUG: la inceput: metionina formiata la sfarsit: valina

- In general, dupa terminarea sintezei proteice, primul aminoacid din catena polipeptidica sintetizata este inlaturat

Codul genetic este universal si are origine foarte veche - aceiasi codoni determina pozitia aceluiasi aminoacid la organisme diferite, cu vechime filogenetica diferita;

Codul genetic a evoluat in timp - dovada sunt unele exceptii de la codul genetic, exceptii intalnite la organisme foarte vechi filogenetic,

precum si in codul genetic de la mitocondriil aceste exceptii se refera in special la codonii de tip stop care initial au avut un rol in determinismul unui anumit aminoacid;

- la procariotul Mycoplasma capricolum: UGA -> triptofan- la unele ciliate Tetrahymena sp, Paramoecium sp, Euplotes octocarinatus: UAA+UAG -> glutamina- codonul AUA care codifica izoleucina in genomul nuclear, la mitocondtrii codifica aminoacidul metionina;

3. Biosinteza proteica - biosinteza proteinelor are loc in 2 etape principale, transcriptia si translatia, la nivelul carora pot actiona diferite mecanisme de control;- dupa ce a fost sintetizata, catena polipeptidica (care prezinta structura primara), pargcurge o serie de modificari post-translationale, in urma carora va deveni activa metabolic;

Transcriptia = transcrierea - consta in transferul informatiei genetice din secventa de nucleotide a uneia din catenele de ADN (de obicei, din catena 3’-5’) sau din catena de ARN-viral in catena de ARN-m;

- procesul implica participarea unui variat echipament enzimatic format din holoenzime ARN-polimeraze; aceste complexe derasucesc si desfac puntile de hidrogen din ADN, recruteaza ribonucleotidele si le potrivesc pe baza de complementaritate cu bazele azotate perechi din secventa de ADN- informatia genetica se transcrie dintr-o secventa de nucleotide in alta secventa de nucleotide- procesul de transciptie se realizeaza cu ajutorul enzimei ARN-POLIMERAZA;- codonul de initiere a sintezei unei unitati de transcriptie (a unei molecule de ARN-m) se afla in general pe catena 3’-5’, fiind de obicei TAC (mai rar CAC);- codonul care indica sfarsitul procesului de transcriptie este un codon complementar codonilor stop din codonul genetic al ARN-m, respectiv ACT, ATT, ATC;

- unitatea de transcriptie este o portiune din molecula de acid nucleic care contine informatia genetica pentru sinteza unei molecule de ARN-m; intre doua unitati de transcriptie alaturate, se afla secvente de ADN non-informational; marimea unei unitati de transcriptie difera la procariote de eucariote;

la procariote, o unitate de transcriptie contine informatia genetica a mai multor gene, fiind deci implicata in sinteza mai multor catene polipeptidice; in acelasi timp, unitatea de transcriptie de la procariote contine numai secvente informationale; deci, ARNm codifica mai multe proteine de care celula are nevoie la momentul respectiv

la eucariote , o unitate de transcriptie contine informatia genetica a unei singure gene, fiind deci implicata in sinteza unei singure catene polipeptidice; la nivelul moleculei de ADN, intr-o unitate de transcriptie se afla atat secvente informationale (exoni), cat si secvente non-informationale (introni); astfel, in urma procesului, la eucariote, rezulta un ARN-precursor care contine atat exoni cat si introni; inaintea inceperii celei de-a doua etape a sintezei proteice (procesul de translatie) este necesara maturarea ARN-m; procesul de maturare a ARN-m are loc prin eliminarea intronilor si asamblarea exonilor, cu ajutorul unor enzime, dintre care fac parte ENDONUCLEAZELE si LIGAZELE; procesul prezinta importanta in reglajul genetic al sintezei proteice la eucariote; eucariotele contin 3 tipuri de ARN-polimeraze (I, II, III) in loc de una singura cum au celulele procariote; fiecare tip de ARN-polimeraza din celula eucariota este responsabil de sinteza unei anumite clase de ARNt;

- procesul de transcriere cuprinde 3 faze: faza de initiere :

- enzima ARN-polimeraza, activata de un factor specific, se asociaza cu o secventa din ADN denumita promotor

- incepe cand ARN-polimeraza recunoaste inceputul unei gene astfel incat sa poata identifica unde incepe sinteza unui ARNm; ARN-polimeraza este directionata spre locul de start al transcriptiei de una din subunitatile sale care are afinitate pentru o secventa specifica de ADN situata la inceputul unei gene; aceasta secventa se numeste promotor = un anumit fragment unidirectional din catena de ADN care interactioneaza cu ARN-polimeraza, determinand atat unde sa inceapa, cat si in ce directie sa se realizeze sinteza ARNm; astfel, transcriptia nu poate incepe in orice segment al ADN, ci numai din regiunile care constituie promotori;

- in plus, o mica proteina numita factorul sigma se ataseaza de ARN-polimeraza si o stabilizeaza, legand-o de catena de ADN ce este transcrisa; apoi, ARN-polimeraza rupe puntile de hidrogen din ADN, separa catenele acestuia, determinand formarea buclei, permitand astfel imperecherea primei ribonucleotide cu o dezoxiribonucleotida complementara dintr-o singura catena polinucleotidica a ADN, catena numita antisens, iar cealalta catena a buclei de ADN care nu se copiaza se numeste catena sens;

faza de alungire : - se realizeaza cresterea catenei de ARNm prin formarea puntilor fosfodiesterice succesive in directa 5’-3’

proces realizat prin aditia unui ribonucleoitd 5’- fosfat la caaptul 3’-OH al ribonucleotidului precedent- alungirea catenei de ARNm este catalizata de miezul enzimei ARN-polimeraza si se realizeaza cu o viteza de

60 nucleotide/s- deoarece este sintetizata o singura catena si numai intr-un sens, nu se formeaza fragmente Okazaki

faza de incheiere : - se poate realiza direct prin intalnirea unui codon ,,stop” in cadrul secventei transcrise din ADN sau indirect

prin interventia unui factor proteic de terminare;- difera la eucariote fata de procariote:la procariote: transcriptia se deruleaza pana la

intalnirea unei secvente de incheire din ADN, moment in care se detaseaza ARN-pollimearaza de catena de ADN transcrisa si ARNm sintetizat este eliberat, fiind astfel disponibil pentru utilizarea imediata de catre celula; se desfasoara in citoplasma; ARNm sintetizat contine informatia genetica pentru mai multe proteine, fiind transcris odata 80-100% din tot genomul bacterian;

la eucariote, ARN-polimeraza continua sa functioneze in timp ce ARNm se desprinde prin interventia unor substante cu rol de semnal; proaspatul ARNm nu poate fi utilizat imediat, fiind inactiv; el va suferi procese de maturare prin care se asigura cresterea stabilitatii sale si transformarea intr-o molecula activa din punct de vedere biologic; are loc in nucleu; asigura copierea unei singure gene, intr-un format cu dimensiuni mult mai mari decat produsii finali, adica ARNm matur care sa functioneze la nivelul ribozomilor, locul sintezei proteinelor;

Translatia - consta in transferul informatiei genetice din secventa de nucleotide a ARN-m in secventa de aminoacizi din catena polipeptidica; are loc, deci, traducerea mesajului genetic, dintr-o secventa de nucleotide intr-o secventa de aminoacizi;- implica participare ARNt si ARNr; procesul incepe atunci cand moleculele de ARNr din ribozomi se leaga de capatul unui ARNm transcris; mai multi ribozomi se pot deplasa de-a lungul aceluiasi ARNm, formand impreuna complexul numit polizom; odata ce ARNm s-a legat, ribozomul se deplaseaza de-a lungul moleculei de ARNm cu pasi ce acopera un codon (3 nucleotide) si cu fiecare pas facut de ribozom se adauga cate un aminoacid in lantul catenei polipetidice; aceasta inaintare inceteaza la intalniera unui codon STOP cand ribozomii se desprind si elibereaza catena polipetidica sintetizata- daca ADN-ul poate fi comparat cu un institut de arhitectura care poseda planurile alcatuirii corpului vietuitoarelor, ribozomii sunt adevaratii zidari;- pentru ca translatia sa aiba loc trebuie mai intai ca toti factorii implicati sa ajunga la locul sintezei proteice:

ARNm recunoaste locul sintezei datorita primelor nucleotide ale sale care formeaza o secventa de initiere; ea atrage cele 2 subunitati ale ribozomului care acum se cupleaza prinzand itnre ele capatul moleculei ARNm; la eucariote, ARNm incepe cu codonul AUG care corespunde metioninei; deci primul aminoacid al moleculei proteice va fi metionina care ulterior poate fi inlaturata

Intre timp, in citoplasma aminoacizii sunt pregatiti pentru sinteza in 2 faze:

In prima faza aminoacizii sunt activati prin reactia cu aTP care le va dona energie (a) Apoi, aminoacidul activat se ataseaza unei molecule de ARNt (b) AMP va fi ,,reincarcat” cu energie

prin fosforilare la nivelul mitocondriilor, deci este reciclabil; un anumit aminoacid se ataseaza numai la acea molecula de ARNt care la polul opus are anticodonul corespunzator, adica un grup de 3 nucleotide complementare codonului (ARNt care ataseaza lizina contine anticodonul UUC)

Acum poate incepe etapa translatiei (traducerii), adica sinteza propriu-zisa a proteinei; ea presupun trecerea ARNm printre subunitatile ribozomului ca o banda magnetica prin dispozitivul de citire al unui casetofon; in spatiul dintre cele 2 subunitati este loc numai pentru 2 codoni ai ARNm;

- in acest proces au loc 3 reactii principale sub actiunea a 2 enzime:(a).

(b).

(c).

- sinteza proteica se realizeaza stadial, din ARNm se citeste cate un codon la fiecare stadiu, incepand din capatul 5’ spre capatul 3’; fiecare codon este recunoscu de catre anticodonul corespunzator din ARNt care poarta un aminoacid corespunzator codonului din ARNm;

- descris pe larg, procesul de translatie a informatiei genetice poate fi impartit in 3 stadii:(a). initierea sintezei proteice

- in citoplasma se afla molecule de ATP (adenozintrifosfat, substanta macronergica) cele 64 de tipuri de ARN-t cele 20 de tipuri de aminoacizi proteici ARN-m ribozomi- ARN-m se ataseaza pe suprafata ribozomului, primul codon, respectiv codonul de initiere (AUG sau GUG) fiind pozitionat in dreptul locusului A de pe ribozom;- in citoplasma se produc relativ concomitent primele 2 reactii, sub actiunea enzimei E1= AMINOACIL-SINTETAZA, rezultand complexul aminoacil-ARN-t; exista 20 de aminoacilsintetaze, cate una pentru fiecare dintre cei 20 de aminoacizi;- fiecare tip de aminoacilsintetaza este capabila sa catalizeze reactia de legare ARNt-aminoacid ce se formeaza intre toate tipurile de ARNt care codifica un anumit aminoacid;-aminoacilsintetazele catalizeaza formarea unei legaturi covalente intre aminoacid si ARNt sau cu consum de energie furnizata prin hidroliza ATP

- dupa legarea aminoacidului de ARNt, initierea continua la nivelul ribozomilor; subunitatea mica a ribozomilor se leaga de ARNm si de un ARNt specific, initiator, care poarta aminoacidul metionina (sau formil-metionina la procariote); apoi, subunitatea mica inainteaza de-a lungul ARNm pana intalneste un codon ce semnifica START (AUG); cu acest codon, ARNTt initiator, existent deja, formeaza legaturi de hidrogen intre bazee complementare ale nucleotidelor anticodonului sau; unirea dintre ARNt initiator, ARNm si subunitatea mica a ribozomului este urmata de atasarea subunitatii mari a ribozomului sub actiunea proteinei numita factor de initiere, activata prin consum de energie furnizata de GTP (guanozin trifosfat – asemanator ATP-ului utilizat in sinteza proteica)- in dreptul codonului de initiere AUG din molecula de ARN-m, situat in dreptul locusului A, va veni complexul ARN-t1-AA1 cu secventa anticodon UAC care poarta aminoacidul metionina-formiata- imediat, are loc deplasarea relativa a ARN-m fata de ribozom cu o distanta de un codon- in acest fel, primul complex aminoacil-ARN-t1 (care a transportat metionina-formiata), ajunge la locusul P de pe suprafata ribozomului, locusul A devenind liber;

(b). formarea si elongarea catenei polipeptidice- formarea primului dipeptid este precedata de deplasarea complexului aminoacil-ARN-t1 in dreptul locusului P de pe suprafata ribozomului, locusul A devenind liber;- aici va veni acel complex ARN-t2-AA2, al carui anticodon este complementar codonului ARN-m din locusul A;- dupa aducerea unui nou aminoacid in locusul A, se formeaza o legatura dipeptidica intre primii 2 aminoacizi, sub actiunea celei de a doua enzime, E2=PEPTID-POLIMERAZA-dupa formarea legaturii dipeptidice, ribozomul se misca relativ fata de ARN-m cu o distanta de un codon si locusul A devine liber pentru a primi un nou aminoacid- procesul are loc in acest fel, cu decodificarea informatiei genetice din molecula de ARN-m pana ce se ajunge la ultimul codon, unul din codonii STOP; in acest caz, nu mai este aduc nici un aminoacid la catena polipeptidica sintetizata;- fiecare aditie de aminoacid este catalizata de factori de elnogatie si se desfasoara in 3 etape, cu consum de energie in prima si ultima dintre acestea:

recunoasterea codonului- un complex ARNt-aminoacid nou venit se leaga prin anticodonul ARNt cu un codon complementar de ARNm in pozitia A

formarea legaturii peptidice – molecula de ARNr a subunitatii mari catalizeaza formarea legaturii peptidice intre gruparea amino a noului aminoacid din pozitia A si gruparea carboxil terminala a catenei polipeptidice

aflata in sinteza si situata in pozitia P; in acest mod, catena polipeptidica in curs de sinteza se ataseaza de ARNt din pozitia A

translocarea – ribozomul inainteaza cu un pas de lungimea unui codon, trecand astfel la urmatoarea pozitie A; astfel, ARNt cu catena polipeptidica din pozitia A anterioara este translocat in pozitia P, iar ARNt rama sfara aminoacizi trece in pozitia E de unde este eliberat;

(c). sistarea sintezei proteice- atunci cand codonul STOP ajunge in dreptul locusului A, pe suprafata ribozomului se va atasa un facto RF (factor de eliberare) care se leaga de ARNm in pozitia A a ribozomului; la capatul catenei polipeptidice sintetizate, in loc sa se lege un aminoacid, se leaa o molecula de apa; - astfel, polipeptidul format se desprinde de ARNt din pozitia P si toate componentele implicate in sinteza se dezasambleaza;- ajunsa apoi in dreptul locusului Ex, catena polipeptidica sintetizata si factorul RF se desprind de la suprafata ribozomului;- ulterior are loc desprinderea primului aminoacid (metionina-formiata) si formarea structurii secundare a moleculei de proteina;- pe suprafata moleculei de proteina se ataseaza de obicei mai multi ribozomi, care formeaza asa-numitii poliribozomi sau polizomi, avand loc astfel sinteza mai multor catene polipeptidice pe baza aceleiasi informatii genetice; - producerea unui numar exagerat de exemplare este prevenita prin distrugerea ARNm utilizat; dupa ce molecula de ARNm a iesit dintr-un ribozom, cele 2 unitati ale ribozomului se despart si se vor reuni in jurul secventei de initiere al altei molecule de ARNm;

Modificari post-translationale - in urma sintezei proteice, rezulta o catena polipeptidica, in care aminoacizii se afla intr-o succesiune caracteristica; aceasta reprezinta structura primara a catenei polipeptidice, forma in care proteina este de obicei inactiva; - catenele polipeptidice se pot rasuci in spirala sau se pot plia, formand strctura secundara- forma tridimensionala a polipeptidelor rasucite sau pliate constituie structura tertiara- structura cuaternara este determinata de relatiile structurale dintre catenele polipeptidice componente ale unei proteine- pentru a deveni activa, catena polipeptidica poate fi modificata prin parcurgerea uneia sau a mai multor cai specific, aceasta fiind fosforilata sauflicozilata enzimatic, ori digerata partial sub actiunea enzimelor peptidaze

fosforilarea implica aditia uneia sau a mai multor grupari carbohidrat; - in alte cazuri, proteina sintetizata va fi digerata partial sub actiunea peptidazelor, pentru a deveni activa;

(ex): in celulele beta ale pancreasului endocrin, in urma sintezei proteice rezulta pre-proinsulina; conversia acesteia la insulina activa are loc in 2 etape:

- in prima etapa are loc eliminarea secventei semnal (situata la capatul catenei B), rezultand proinsulina, alcatuita din 3 catene polipeptidice (A, B si C)

- in a doua etapa are loc eliminarea catenei polipeptidice C si formarea a 2 legaturi disulfurice intercatenare (A7-B7 si A20-B19) si una intracatenara (A6-A11) si va rezulta insulina activa, alcatuita din 51 de aminoacizi;