|
|
|
SUPORTUL MATERIAL AL EREDITATII
Totalitatea caracterelor unei bacterii sunt determinate genetic, informatiile fiind codificate de ADN. Exprimarea manifesta a acestor caractere constituie fenotipul unei tulpini iar informatiile care le codifica genotipul.
Genetica moleculara, in general, a avut ca punct de pornire studiul bacteriilor si bacteriofagilor.
In anul 1892 August Weisman sustinea, deja, ca esenta ereditatii consta in transmiterea la descendenti a unei substante nucleare cu structura moleculara specifica. Cunoasterea precisa a substantei care pastreaza si transmite caracterele ereditare a parcurs un drum lung, care a inceput in anul 1928 prin experientele bacteriologului englez Fred Griffith.
Griffith a pornit de la observatia ca pneumococul de tip S, virulent, capsulat, injectat la soarecele alb produce la acesta septicemie mortala, in timp ce injectarea pneumococului de tip R, nevirulent, necapsulat, sau a pneumococului de tip S capsulat omorat prin caldura ramane fara efect. Injectand insa un amestec dintr-o tulpina de pneumococ de tip R necapsulat, nevirulent, viu si o tulpina de pneumococ de tip S, capsulat, omorat prin caldura, la soarece, acesta a dezvoltat o septicemie mortala. Prin hemocultura s-a izolat pneumococ viu, de tip S, capsulat. Griffith a tras concluzia ca pneumococul viu de tip R necapsulat a preluat un "principiu transformant" de la pneumococul de tip S omorat, principiu ce ii permite sinteza factorului de virulenta - capsula.
Precizarea naturii acestui principiu transformant este meritul unui colectiv format din Avery, Mc Leod si Mc Carty, care in anul 1944 au extras diferite substante din pneumococul virulent (polizaharid capsular, lipide, proteine, acizi nucleici) si au aratat ca transformarea pneumococului de tip R se face numai in prezenta acidului dezoxiribonucleic provenit de la pneumococul de tip S.
Dovada hotaratoare ca ADN este depozitarul informatiei genetice a fost adusa dupa descoperirea bacteriofagului de catre Twort si d'Herelle, independent in 1915 si 1917. Atunci s-a demonstrat ca bacteriofagul isi injecteaza numai ADN in celula gazda si ca acesta singur este capabil sa determine in celula gazda sinteza de bacteriofagi completi, identici cu cei de la care provenea acidul nucleic.
1.1. Structura ADN
ADN este format din 2 catene spiralate complementare si de polaritate inversa (modelul Watson si Crick), fiecare fiind rezultatul polimerizarii intr-o anumita ordine a untatilor structurale de baza a acizilor nucleici, nucleotidele. Acestea sunt formate la randul lor dintr-o molecula de dezoxiriboza, o molecula de acid ortofosforic si dintr-una din bazele azotate purinice - adenina (A) si guanina (G) - sau pirimidinice - citozina (C) si timina (T).
Scheletul spiralei este format din acidul ortofosforic si dezoxiriboza de care se leaga bazele azotate. Complementaritatea celor doua lanturi de nucleotide se realizeaza prin relatiile sterice ce se stabilesc intre bazele complementare, iar legaturile prin punti de hidrogen.
Proportia de baze complementare este constanta in cadrul unei specii, raportul adenina-timina/guanina-citozina (AT/GC) servind drept criteriu taxonomic de baza in clasificarea moderna a bacteriilor.
1.2. Replicarea ADN
Structura dublu spiralata a ADN permite replicarea lui identica, semiconservativa. Spirala se deschide ca un fermuar la locul initial al replicarii sub actiunea unei ADN-giraze. Pe fiecare spirala se va sintetiza o spirala noua, complementara, cu participarea ADN - polimerazei (I, II, III) din directia capatului 5' terminal spre capatul 3' terminal.
1.3. Transcriptia si translatia
S-a stabilit ca specificitatea biologica a functionalitatii ADN consta in secventa de nucleotide. Cele 4 baze se succed in lantul de ADN intr-o ordine specifica ce se aseamana cu un text, secventa lor reprezentand continutul textului. Fiecare aminoacid dintr-un polipeptid este codificat de trei nucleotide consecutive (triplet) ce alcatuiesc un codon. Codul genetic este corespondenta dintre secventa codonilor si cea a aminoacizilor in cadrul unui polipeptid.
O gena (sau un cistron) reprezinta o anumita secventa de nucleotide ce codifica structura primara a unui polipeptid care functioneaza direct sau impreuna cu alte polipeptide ca enzima sau proteina structurala.
Pe linga genele care codifica polipeptide, exista, de asemenea, gene ce codifica ARN-ul ribozomal si ARN-ul de transfer.
Transcriptia reprezinta transcrierea codului genetic de pe ADN pe ARNm, proces la care participa o ARN - polimeraza ADN dependenta. Aceasta enzima gaseste prin intermediul unui factor promotorul, locul de legare si recunoastere situat deasupra genei, sau a genelor din ADN care codifica ARNm. La bacterii, promotorul este reprezentat de regula de 40 de baze. ARN-polimeraza determina separarea catenelor de ADN si initierea transcriptiei ARNm. Punctul de start corespunde primului nucleotid de m - ARN. Terminatorul este reprezentat de o succesiune de baze care incheie sinteza de ARNm. Cei mai multi ARN-m bacterieni sunt policistronici, deci contin informatii codificate de mai multe gene.
Ceea ce deosebeste transcriptia la celulele procariote de cele eucariote este faptul ca translatia incepe imediat dupa initierea transcriptiei informatiei in ARNm, inainte chiar ca sinteza acestuia sa fie incheiata. Procesul de cuplare transcriptie-translatie este regula la bacterii.
Translatia reprezinta transpunerea, respectiv concretizarea, informatiei m-ARN la nivelul ribozomilor in secventa de aminoacizi din cadrul unui polipeptid.
ARN-m transpune informatia de pe gena corespunzatoare la ribozomi nespecifici, carora le confera o specificitate temporara sintezei unui anumit polipeptid. Ribozomul se "insira" pe ARNm, acesta fixandu-se de unitatea 30S a ribozomului.
Aminoacizii sunt adusi la ribozomi de ARNt sub forma de aminoacyl - tARN, pentru fiecare dintre aminoacizi existand cel putin un ARN de transfer. Acesta poarta un anticodon complementar codonului de pe m-ARN. De exemplu, ARNt pentru metionina are un anticodon UAC, ce se va lega de codonul AUG de pe ARNm.
Initierea si terminarea translatiei secventei de nucleotide ale m-ARN intr-o secventa de aminoacizi intr-un peptid sunt determinate de codoni speciali, codon start si stop. Regiunea ARN-m dintre cele 2 semnale se numeste regiune de codare, iar intervalul dintre 2 asemenea segmente, regiune intercistronica.
Sintezei oricarui polipeptid incepe prin fixarea anticodonului de pe ARNt pentru formilmetionina pe codonul de initiere (start) de pe ARNm situat in pozitia A a ribozomului (locul de fixare a aminoacidului). Mentionam ca formilmetionina transportata aici de ARNt nu participa la structura polipeptidului, ci are numai rol de initiere a sintezei. In cazul cand intra in structura polipeptidului, ea trebuie sa fie neformilata. (Formil-metionina este o substanta chemoatractanta puternica pentru leucocite, influentand deci apararea antinfectioasa.)
Dupa fixarea anticodonului de codonul metioninei, ribozomul se deplaseaza de-a lungul ARNm in asa fel incat pe pozitia A a ribozomului trece codonul urmator al ARNm, iar ARNt legat de ARNm trece in pozitia P a ribozomului(locul de elongare propriu-zisa a peptidului). In pozitia A vine urmatorul aminoacyl-ARNt. Intre metionina si al doilea aminoacid se realizeaza legatura peptidica (NH-CO-) si ARNt al celui de al doilea aminoacid este eliberat. Ribozomul sufera din nou o translocatie. Pozitia A este din nou libera pentru al urmatorul ARNt, iar in pozitia P se afla primul ARNt de care este legat un dipeptidul rezultat. La acesta se va adauga un al treilea aminoacid adus la ribozom si asa mai departe pana se incheie sinteza polipeptidului care este semnalata de un codon nonsens (stop) de pe ARNm. In aceasta etapa lantul peptidic este eliberat din legatura cu ARNt si ARNm si ribozom.
1.4. Reglarea activitatii genelor
Jacob si Monod au imaginat un model de functionare al genelor bacteriene care a fost demonstrat ulterior experimental. Scopul mecanismelor de control genetic la bacterii este ajustarea metabolismului la conditiile mediului inconjurator in asa fel incat cresterea si multiplicarea sa se produca in conditii optime. Aceste mecanisme ale reglarii negative, prezente numai la procariote, pot fi prezentate sintetic dupa cum urmeaza:
genele structurale codifica sinteza unor enzime care apartin unei anumite linii metabolice sunt situate una dupa alta si formeaza o unitate care se numeste operon. Acesta este delimitat de secventele de control care sunt:
operatorul, care reprezinta portiunea de ADN din structura operonului care receptioneaza semnalele asigurand functionarea coordonata a operonului, promotor si terminator;
promotorul, care este situat langa operator si initiaza transcrierea genei structurale. La unii operoni operatorul si promotorul sunt identici. La altii ei sunt invecinati, sau chiar se intrepatrund;
terminatorul, care incheie transcriptia;
. gena reglatoare conduce activitatea unui operon si codifica sinteza unui represor. Acesta, prin configuratia sa sterica este capabil sa se fixeze pe operator, blocind activitatea m-ARN polimerazei.
. activitatea proteinei represoare este indusa sau oprita printr-un efect alosteric determinat de molecule semnal. Astfel, unele substante, ca de exemplu lactoza, inactiveaza represorul, rezultatul fiind declansarea activitatii genelor care codifica enzimele catabolizante ale lactozei. Substantele care inactiveaza represiunea se numesc inductori. Produsii finali de degradare a unui substrat, activeaza represorul. Astfel operonul anabolizant, ce codifica enzimele sintetice va fi inhibat. Produsii operonilor anabolici, ce activeaza represorul se numesc corepresori.
