Manual Biologie XII
-
Upload
alexii-georgiana -
Category
Documents
-
view
194 -
download
11
Transcript of Manual Biologie XII
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
1/134
m a n u a l p e n t r u c la sa a A a
XII
Stelica ENE
Gabriela BREBENEL
Elena Emilia IANCU
BIOLOGIEMinisterul
Educatiei, t 1Cercetarii
si
Tineretului
E d i t u r aG I M N A S I I M
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
2/134
C l J P R l N S
Capitolul I. GENETICA / 5
1.1 GENETiCff MOLECULfiRfl / 51. G e nc t i c a m o l e c u l a r a - s t i in t a v i i to r u l u i / 5i *
1.1. Genetica-trecut, prezent, perspective / 5
2. Acizii nucleici-struetura si functii / 8> ^2.1. Rolul si structura acizilor nucleici / 8
2.2. ADN-spirala vietii /13
LP. Modelarea structurii dublu catenare a ADN /18
2.3. Struetura si tipurile de ARN /19
2.4. Functia autocatalitica si heterocatalitica / 22
3. Organizarea inaterialului genetic / 29
3.1. Materialul genetic la virusuri si pro ear iote /29
3.2* Matcrialul genetic la eucariote / 32
L.P. Evidentierea cromozomilor uriasi la Drosophila melan ogaster/35
L.P. Evidentierea cromozomilor prin metoda rapida de colorare cu solutie
carmin-acetica/35
3.3. * Genomica / 36
4. Reglajul genetic/40
4.1. * Reglajul genetic la procariote/40
4.2. Reglajul genetic la eucariote / 44
Evaluare / 48
I..2. Gencti ca umana / 501. Genomul uman /' 50
^ 1 . 1 . Complementul cromozomial uman / 50
L.P. Analiza de cariotip / 54
L.P. * Evidentierea crom atinei sexuale la om / 56
2 . Caractere fenotipice umane / 57
^ 2 .1 . Determinismul genetic al caracterelor fenotipice umane / 51
L.P. Stabilirea spectrului genetic individual / 62
3. Diversitatea genetica umana / 63
3.1. Genetica raselor umane / 63
4. Mutagcncza si teratogcneza / 6 6
^4 . 1 . Mutagenezasi teratogcneza umana 66
4.2. Anomalii cromozomiale asociate cancerului uman / 73
3
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
3/134
5. Imunogenetica / 76
5.1, Antigens. Alergii. Anticorpi / 76
6 . Consideratii biocticc in genetica umana / 81
6 .1. Domenii de aplicabilitate in genctica umana / 8 1
Evaluare / 85
Capitolul II. ECOLOGIA UMANA / 89
1 . Pa r t i c u l a r i t a t i l e e c os i s t e m e l o r a n t r op i z a t e / 89
1.1. Particularitati ale biotopului si biogenezei in ecosistem ele antropizate / 89
L.P. * Investigarea sistem elora ntro piza te/94
L.P. Analiza factorilor abiotici / 96
L.P. Determ inates structurii trofice in ecosistemele antropizate / 99
1.2. * Particularitati ale fluxului de materie si energie in ecosistemele cantropizate / 1 0 1
2. * Structura si dinamica populatiilor umane /105
2.1. Stmctura si dinamica populatiilor umane /105
L.P. * Analize statistice ale structurii si dinamicii populatiilor / 110
3. ImpactuI antropic asupra eeosistemelor naturale /114
3.1. ImpactuI antropic asupra ecosistemelor naturale /114
L.P. Evidentierea impactului antropic asupra ecosistemelor / 119
4. Efectele deteriorarii ecosistem elor asupra sanatatii umane /120
4.1. Efectele deteriorarii ecosistem elor asupra sanatatii umane /12 05. Conservarea resurselor naturale si a biodiversitatii /12 6
5.1. Conservarea resurselor naturale si a biodiversitatii /126
6 . * Dezvoltarea durabila / 131
6.1. Dezvoltarea durabila/131
Evaluare/134
Bibliografie / 136
Sola: Temele evidentiate cu (*) sunt siudiuie la clasele cu 2-3 ore/ saptamdna.
4
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
4/134
1.1. GENETICA MOLECULAR#
i G E N E T I C A M O L E C U L A R A t n n r r A a v i i t o r u l u i
Gtntlieo - trccut, prtzcnl, perspective
Gregor Mendel - Teoria fac torilorereditari
Primul oin de stiinta care a inteles ca trasaturile
ereditare nu se transmit direct de la mama si de la tata, la
copii, ci indirect prin intermediul factorilor ereditari (denumiti
mai tarziu gene), a fost Gregor Mendel (fig. 1).
Mendel a experimentat in mod deosebit pe mazare
(Pisum sativum ) , p lanta care se reproduce pr in
autopolenizare (autogamie). Pentru aceste cercetari, el a ales
soiuri care aveau caractere distincte (contrastante) si
constante, efectuand numeroase hibridari, prin polenizare
artificiala si incrucisata ai *plantelor,
R e a m in t i t i - v a
experientele de mono-hibridare si dihibridare
efectuate de Mendel/
Meritul lui Mendel
a fost introducerea notiunii
de factor ere ditar - un
corpuscul de natura
m ater ia ls loc al izat in
nucleul celular. Mendel a
analizat statistic rezultateleincrucisarilor. determinand
cu precizie frecventa cu
Sfi ne reamintim !
Genetica este stiinta ereditatii% y si a va riab ili tati i- laturi
insepara ble ale proceselor vietii.
Ereditatea este proprietateafundamentals a vietuitoarelor care
asigura transmiterea cu fidelitate
a t rasa tu r i lo r morfo log ice ,
fiziologice, de comportament,
adica a caracterelor ereditare, de
la par int i la desccndenti .
Ereditatea are astfel un caracter
stabilizator, care asigura legatura
organica dintre generatii.Variabilitatea este forma de
manifestare a diversi tatii lumii vii.
Este proprietatea urmasilor de a
se deosebi de parinti cat si de frati,
astfel meat fiecare individ este un
unicat.
Trasaturile care se transmit
constant, cu mare fidelitate, de-a
lungul generatii lor dc la parinti iadescendenti se numesc caractere
ereditare.
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
5/134
care apar diferitele tipuri de caracteristici, nu numai in prim a generatie filiala ci si in a doua si a treia
generatie.
Organ ismele in care factorii ereditari pereche sunt de acelasi fel se numesc homozigote(bob
neted AA, bob zbarcit aa), iar cei in care factorii ereditari pereche sunt diferiti, se numesc heterozigote
(Aa).
La indivizii heterozigoti se manifesta doar unul din caractere si anume cel dominant (A)iar celrecesiv (a) ramanc in stare ascunsa. Conditia ca un caracter recesiv sa se manifeste este aceea ca
faetorul ereditar ce detennina acest caractcr sa fie in dublu exemplar (aa). Mendel a deseoperit deosebirea
dintre structura genetica a organismelor, numita ulterior genotipsi in fatisarea organ ismelor, numita
ulteriorfenotip (rezultatul interactiunii dintre genotip si mediul de viata).
Studiul modului cum se comporta in descendenta h ibrizii rezultati in urma monohibridarii si
dihibridarii 1-a condus pe Mendel la formularea teorieifactorilor ereditaridescoperind legile ereditatii.
1.Legea puritatii gametilor:gametii sunt totdeauna puri din punct de vedere genetic indiferent
ca provin din indivizi heterozigoti sau homozigoti deoarece contin numai unul din factorii ereditari
pereche.2.Legea segregarii independente aperechilor de caractere.Prin combinarea probab ilistic^ a
gametilor indivizilor din prima generatie F,, apare in generatia a doua F^ fenomenul segregarii
caractere lor. Conform acestei legi fiecare pereche de factori ereditari segrega independent de alte
perech i de factori ereditari. Rapoilul de segregare in F2 este de 3D : I r pentru fiecare pereche de
factori ereditari iar, in cazul a doua pcrechi de caractere raportul dc segregare este de 9:3:3:1
(dihibridare).
Mendel dev ine astfel fondatorul geneticii ca stiinta, iar anul 1865 - anul publicarii rezulta telor
experientelor sale reprezinta anul aparitiei uneia dintre cele mai tinere si fascinante stiinte.
Contemporanii nu 1-au inteles pe Mendel. Cand acesta a murit. a fost onorat pentru functiile
sale sociale, dar ignorat pentru opera sa. In anul 1900 trei mari cercetatori - botanisti europeni: Hugo
de Vries, Carl Correns si Erich Tschermak, in urma unor experience efectuate independent unul de
altul, uimiti de regularitatea matematica a aparitiei unor caractere la urmasi, s-au grabit sa-si publice
rezultatele. Impecabilele lor lucrari nu mai constituiau piioritati, ci doar confinnaiea cercetarilor efectuate
cu aproape 35 dc ani in urma de Gregor Mendel.
Th. Morgan - Teo ria croxnozonaiala a ereditatii
Mendel nu dispunea nici de cunostintc citologiee. nici de mijloaee tehnice care sa-i pernrita
detectarea factorilor ereditari.Odata cu dezvoltarea unor noi ramuri ale biologiei (citologia - stiinta care se ocupa cu studiul
celulei) se descopera cromozomii si ulterior rolul lor in transmiterea caracterelor ereditare.
La inceputul secolului al XX-lea, Thomas Hunt Morgan (fig.2) a demonstrat ca factorii ereditari,
numitigene. sunt localizati in cronuKomi.Th. H. Morgan - laureat al premiului Nobel, si echipa de
cercetatori de la Univcrsitatea Columbia au elaborat teoria cromozontiala a ereditatii.Ca urmare
apare o noua stiinta, citowenetica. care studiaza ereditatea la nivel celular. Tezele acestci teorii sunt
uiTnatoarele:
I. Pentru fiecare caracter exists cel putin o gemu iar fiecare gcna ocupa un anum it loe (locus -
loci) in cromozom. Gene lesuntd ispusein cadrul caimozomului intr-oanumitasuccesiunc: dispunerealineara a gene tor in cromozomi;
6
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
6/134
2. Genele localizate in acelasi cromozom au tendinta de a se* transmite impreunS la dcscendenti (linkage): trammiterea inlantuita
a genelor dispuse in acelasi cromozom;
3. Intre cromozomii perechi se pot realiza schimburi reciproce
de fragmente de ADN (crossing-over): schitnbul reciproc de gene
intre cromozomii omologi.
Rezultatele obtinute prin experience realizate peDrosophila
melanogaster, i-au dat o mare satisfac tie luiMorgan deoarece, pe
de o parte confirma teoria sa dupa care genele se transmit inlantuit si,
in acelasi timp, ofereau o excep tie fenomenul de crossing-over, ce
facea ca teoria lor ereditara sa poata explica si aparitia diversitatii in
natura.
Catre anul 1933 Morgansi colaboratorii sai au alcatuit deja
primele harticromozomiale*.
Acizii nucfeici in central atentiei
In anul 1928, medicul englez F Griffitha deseoperit un fenomen de o foarte mare importanta
- transformarea genetica- caruia nu a reusit sa-i dea o explicatie foarte clara la momentul respectiv,
dar care va deveni una din metodele ingineriei genetice, de transfer de gene de la o specie la alta.
In 1944 se publica rezultatele unei experien te cruciale in biologie. O. T. Avery, C. McLeodsi
M. McCarty, continuand experientele doctorului Griffithsdescopera ca ADN-ul extras din pneumococi
III S transform apneum ococii II R in pneumococi III S, deciADNeste misteriosulfactor transformator
al doctorului Griffith.
Ideea ca ADN este purtatoru! inform atiei ereditare a fost confirmata de multe alte experiente de
transformare genetica efectuatc pe bacterii, plante si animate../. Watson si F. Crickanunta in 1953 ca au reusit, cu ajutorul razelor Roentgen, sa descopcre
structura macromolecuiei ADN. M odetul lor este confirmat deM. Wilkinssi toti trei vor fi distinsi cu%prem iul Nobel pentru medic ina si bio logie (1962),
Modelul structurii bicatenare a AD N-ului este cea mai mare descoperire din secolul al XX-lea
in domeniul biologiei.
Daca in epoca aparitiei geneticii c a stiinta, la inceputul secolului al XX-lea, factorii ereditari
mendclieni erau inca nistc unitati ipote tice deduse pe baza unor calcule statistico matem atice, in
epoca noastra, cu ajutorul metodelor m oderne de in ves tigate s-a patruns tot mai adanc in intimitatea
mecanismului ereditar.S-au tacut progrese in studiul bazelor biochimice ale ereditatii, ale codului si reglajului genetic,
in cunoasterea procesului mutagen dar si in domeniul geneticii populatiilor. A luat astfel nastertgenetica
moleculara,care studiaza ereditatea la ni vel bio ch im ic/i ind cea mai tanara si mai moderna ramura a
geneticii.
Caracteristic pentru epoca actuala de dezvoltare a geneticii moleculare este imbinarea armonioasa
a cercetarii fundamentale cu cea aplicativa, fenomen care a facut posibila dezvoltarea medicinii,
agriculturii, zootehnici, industriei fermentative, etc. ce due la rezolvarea unor probiem c fundamentale
aleumanitatii.
Inzestrata cu o forta extraordinara de a putea sa schimbe natura biologica , genetica viitoruluipoate ti asemanata cu energia atomica. Dcpindc de intelepciunea omului dc a sti sa foloseasca aceasta
forta in interesul sau in dctrimcntul sau.
7
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
7/134
1 f tet inet i ! r
Anul 1865 - Johan Mendel, num it dupa calugarie Greg or Men del, publica luerarea
'Experiente asupra hibrizilor la plante , in care sunt redate experientele de hibridare la mazare si
formu late primele legi ale ereditatii. G rego r Mendel pune bazele celei mai fertile dintre stiintele
biologice a le secolului XX - genetica clasica.
Anul 1900 - a insemnat actul de nas tere al geneticii ca stiinta, cand cei trei cercetatori
europeni au readus la lumina legile lui Mendel.
Anul 1909 - Johansen propune term enul de gena notiunii de factor ereditar.
Anul 1910 - Th. H. Morgan elaboreaza teoria cromozomiala a ereditatii si pune bazele
citogeneticii.
Anul 1944 - O. T. Avery si colaboratorii au dovedit ca ADN este substratul ered itatii.
Anul 1953 - J. D. Watson si F. H. Crick au propus m odelul de structure b icatenara a ADN*
1. Precizati trei momente decis ive din istoria geneticii motivand alegerea voastra.
2. Imaginati m odele de transmitere a genelor folosind d oua seturi identice de carti de joc.
Puteti avea in vedere 1, 2 ,. .. X caractere.
3. Defmiti urmatoarele notiuni pe baza cunostintelor din clasa a IX-a: ereditate, variabilitate,
genotip, fenotip, homozigot, heterozigot, cromozomi, eariotip, recombinare genetica.
2HCIZII NUCLEICI - STRUCTURESI FUNCTII
f f lRolul si structure ocizilor nucleic!
Misterloaul factor traniformator al doctorului Griffith
Sfi ne reaminfim !
Acizii nucleici au un rol deosebit
de im portant in depozitarea informatiei
gene t ice , e i f i ind pur tS tor i i
caracterelor ereditare.
In 1928, bacteriologul englezJ. Griffithcom unica laCambridge o experienta extrem de ciudata. Lucra de la un
timp cu pneum ococi, tipul 11 si 11 1, care se deosebesc intre
ele prin caracteristici biochimice usor detectabile. De
asemenea, avea unele eprubete cu culturi virulente, care
provoaca moartea soareci lor folositi in experien te si alte
eprubete cu culturi de pneumococi blanzi'\ are nu omorau
soarecii. Pe medii decultura, pncumococii virulenti formau
colonii mici, netede, de forma S (SUde la smooth = neted). Cei nevirulenti formau colonii zbarcite
la suprafata, de form a Ri4(rough = aspru).Griffith a facut doua suspensii de m icrobi:
a) prima continea pneumococi II R neviru lenti;
b) a doua con tinea pneumococi III S, virulenti.
8
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
8/134
sPneumococinevirulenti
s 9!Pneumococi
virulent!
Pneumococivirulentiprin c;
Pneumococi nevirulenti si virulenti-
omorati prinira
aoaroceletraleste
soarecelomoar*
soareceletraieste
soerecetemoare
Fig. 3 E xpe rime ntele lui G riffith
El nu dorea sa ucida animalele, ci
sa prepare un vaccin. Pentru aceasta a
omorat prin caldura microbii din suspensia
b., apoi a inoculat am bele suspensii unui
lot de soa red albi de laborator si a asteptat.
Spre surprinderea lui Griffith ,
marea majoritate a soareeilor au murit, desi
prima suspensie le adusese microbi vii darnepericulosi, iar a doua numai resturile
microbilor virulenti. (fig. 3)
Contrariat la cuime, cercetatorul a
repetat experienta dc mai multe ori cu
acelasi rezultat. Pentru a vedea ce microb*a omorat so ared i, el a insamantat pe medii
de cultura sange din cordul soareeilor
morti. A cons tatat ca pe medii crescusera
si se inm ultisera pneum ococi de tip 111 S virulenti, pe care Griffith ii stia morti si verificase ca suntmorti,
Singura expl icate a fenomenului era ca de la cadavrele pneumococilor 111 S a trecu t "ceva"in
celulele pneumococilor II R pe care i-a transfo rma t in pneum ococi III S virulenti.
Acel ceva continea informatia ered itara care, odata ajunsa in noul organism, a functionat si
a fost transmisa urmasilor.
Structure chimica a acitilor nucleici
Acizii nucleici sunt substante chimice macromoleculare, care reprezinta cei mai lungi polimeri
din lumea vie.Pentru ca unitati le structurale ale acizilor nucleici - monomerii - se numesc nucleotide, atunci
putem spune ca macromoleculele ac iz ilor nucleici sunt po linucleotide .
O nucleotida este alcatuita din trei componente (fig.4)
a) o baza azotatd;
b) un zahar (o pentoza);
c) un acidfosforic. (P).
Exista doua categorii de acizi nucleici a caror denumire deriva de la tipul de zahar pentozie pe
eare il contin nuc leotide le lor si care poate fi dezoxiriboza- D si riboza-R (fig.5). Se deosebesc astfel:
- ADN - acidul dezoxiribonucleic, a carei macromolecula prezinta doua catene (lanturi)
polinucleotidice;
- ARN - acidul ribonucleic, a carei molecula prezinta de obicei o singura catena polinucleotidica.
Din cele trei com ponente ale nucleotidelor, doar bazele azotate confera specificitate in cadrul
fenomenului ereditar deoarece, pentozele si radicalul fosforic sunt comune tuturor macromoleculelor
HO-SCH
Fic. 5 Riboza si dezoxiriboza
9
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
9/134
Ia d e n i n A GUANINA
l ibt. 7 B aye pu rin icc : a) Ad en ina ; l) G ua ni naL
Pig. 6 Nuclei*I purinic
Fig.8 * Nucleul pirimidiuic
NH-
T I M I N A URACIL
i nFig. 9 Baze pi rim idi nice
5fosfat
L.e|5lujiIbsfodicstctice
o - - O - C H
0
.Vhidroxil
H H'
OH H
Fig. 10 Legaturi fosfodiesterice t
de ADN din lumea vie. Bazele azotate din
macromolecula acizilor nucleici sunt de doua
tipuri: purinicc si pirimidinice. Bazele azotate
purin ic e au ca ele m ent esential doua ciclu ri
condensate insumand 5 atomi de carbon (C) si 4
atomi de azot (N)(fig. 6 ). Hie sunt adenina- A si
guanina - G(fig.7). Bazele pirimidinice au un
singur ciclu cu 4 atomi de carbon (C) si doi atomi
de (N) (fig.8 ). Ele sunt: timina-T, citozina- C si
uracilul -U ( f ig .9 ) . In tre nuc leo t ide le
macromoleculelor de acizi nucleici sc stabilesc
legaturi intracatenaresi intercatenare.
a.Legaturile dintre nucleotide in cadrulmonocatenei sau lantului polinucleotidic
intracatenare - sunt legatur i covalente ,
fosfodiesterice pe care le realizeaza radicalul fosfat
(P) cu pentozele intre al treilea carbon (C,) al
pentozei unui nucleo tid si al cinci lea carbon (C s)
al pentozei nucleo tidului urm ator (fig. 10). Atat in
ADN cat si in ARN in cadrul structurii primate
(monocatenare) nucleotidele alcatuiesc, prin
radicalii lor glu cidofo sforici, un adevarat scheletsau coloana de care sunt legate bazele azotate
(fig. 11)
10
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
10/134
b. Legaturile dintre nucleotide apartinand celordoua catene
polinucleotidice intercatenare- se realizeaza intre bazele azotate
purinice si cele pirimidinice. Acestea sunt legaturi de hidrogen,
de slaba cncrgie. Ceea ce este cu adevarat uim itor in modelul
prezentat de Watson si Crick in 1953 privind structure ADN.
este faptul ca bazele purinice si cele pirimidinice sunt plasate in
molecula de ADN intr-un mod foarte precis. Totdeauna adenina
este legata de timina prin legaturi duble, iar citozin a este legata
de guanina prin legaturi triple (fig. 1 2 ):
A = T T = A C=G G=C
A fost stabilita astfel legea complementaritatii bazelor
azotate care evidentiaza ca intr-o m olecula de ADN bicatenar
(formata din doua catene) bazele azotate se imperecheaza
specific. Acelasi lucru se intampla si in cazul in care ARN-ul
este bicatenar cu o singura exceptie: timina este inlocuita cu
uracilul:
A = U U = A C=G G=C
Observam ca exista 4 tipuri de nucleotide corespunzatoare
celor 4 baze azotate caracteristice fiecarui tip de acid nueleic(fig.
13):
InADN: InARN:
P - D - A ; P - R - A ;
P - D - G ; P - R - G ;
P - D - C ; P - R - C ;
P - D - T . P - R - U .
Aceste 4 tipuri dc nuc leotide sunt echiva lente cu 4 litereale unui alfabet. Alfabctul folosit de "mana evolutiei,pentru a
scrie o atat de vasta informatie ereditara pe ADN, pare extrem
de sarac la o prima vedere -A, T, G, C, dar in realitate posibilitatile
de codificare biochimica si deci de realizare de seturi diferite de
Fig. 11 I,an t po lim ielc otid ic
Fig. 12 Pu nti dc h idrog en f f
ARN
Adenina ^
Guanina ^
WH O M
Uracil
Grupare ^
Baza azotata
OH OHRiboza
Baza azotata
G rup are Hfosfat
OH HDezoxiriboza
Fig. 13 Nuc leotide cu h a/e pu rinice si pirimidinice
11
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
11/134
informatie ereditara sunt teoretic infinite. Stiind ca in mod normal secventa de nucleotide a
macromoleculelor de acizi nucleici biologic active au ca limita inferioara circa 3000 nucleotide, ajungand
la limite superioare de ordinul de sute de mii de milioane de nucleotide, ne putem expliea enormul
po tential de co difica re pe care il poseda acizii nucleici. La aceasta se adauga si faptul ca uniun ile de
tipul A - T si C - G:
a.pot sa altemeze;
b.po t sa se repete de 2, 3 ori;
c.pot sa altemeze inversat A - T, urm at de T A.Cu cat sistemul are mai multe com ponente si acestea sunt mai diferentiate, informatia este mai
bogata si mai complexa.
Rolul acizilor nucleici
1. Acizii nucleici reprezinta substratul ereditatii. Ei auinscrisa, sub forma de codificare biochimica
informatia ereditara in catena polinucleatidica.
2. Acizii nucleici asigura totodata transmiterea informatiei genetice de la o generatie la alta.
Transmiterea informatiei ereditare, de la celula mama la celulele fiice, se realizeaza in cursul procesului
de diviziune celulara.
I f t el inet i !r f Acizii nucleici reprezinta cei mai lungi polim eri din lum ea vie.
In organizarea si functionarea materialului ereditar, complementaritatea bazelor azotate este proprietatea
esentiala.
* Secv entionalizarea bazelor azotate de-a lungul catenelor m acrom oleculelor acizilor nucleici duce la cresterea
posibil itati lo r de in sc riere a in fo rm at ii lo r ered itare.
I APUCbTU
1. Asociati elementele din cele dou3 coloane:
/. Nucleotide II. Acizi nucleici
1. A-D-P A. ADN
2. A-R-P B. ARN
3. T-D-P
4. T-R-P
5. U-D-P
6 . U-R-P
I. Legaturi intre nucleotide II. Substante implicate intre aceste legaturi
A. Legaturi duble de hidrogen
B. Legaturi triple de hidrogen
C. Legaturi esterice
1. Adenina si timina'52. Citozina si guan ina
3. Adenina si uracil
4. Radical fosfat si pentoza
2. Urmatoarele afirmatii despre adenina sunt adevarate cu exceptia:
A. Este o baza azotata purinica.
B. Are doua cicluri condensate insum and 5 atomi de carbon si 4 de azot.
C. Este prezenta in ADN si in ARN.
D. Este complementary cu uracilul si timina.
E. Are un singur ciclu cu 4 atomi de carbon si 2 de azot.
12
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
12/134
3. Macromoleculele de ADN si ARN au urmatoarele asemanari cu o exceptie:
A. Se num esc polinucleotide deoarece contin mai multe unitati numite nucleotide;
B. In nucleotidele celor doi acizi nucleici se afla 3 tipuri de baze azotate: adenina, citozina,
guanina;
C. Nucleotidele de ADN si ARN contin pentoze (un zahar cu 5 atomi de carbon);
D. Nucleotide le sunt legate prin legaturi elec trostatice de hidrogen;
E. Nucleotide le sunt legate prin legaturi esterice.4. Explicate care sunt factorii care due la cresterea posibilitatilor deinscriere a informatiilor
ereditare si macromolecula acizilor nucleici.
ADN - s^lreSo vlcti!i i n mar t i i m h t m m mi ok t i a
----------------------------------------------------------------------------------------------------_--------------- -
Sfi ne reamintim !
Sintetizand datele acumulate in literature de specialitate cu cele obtinute in urma experientclorprop rii, in anul 1953 Watson si Crick au propus modelul de structura bica tenara a ADN.
Structura prlmara sisecundara a ADN
ADN se prezinta ca o substanta
macromoleculara bicatenara alcatuita din doua
catene polinucleotidice, rasucite helicoidal, in
ju ru l unui ax com un. D is tin g em in
macrom olecula de ADN 2 structuri (fig. 14):
a. Structura primara monocatenara
este data de secventa de nucleotide dintr-o
catena care exprima modalitatea de incifrare,
de inscriere sub forma codificata biochimic, a
informatiei ereditare.
b. Structura secundara este data de
structura bicatenara dubla helicata. D iametrul
dublului helix este de 2 nm ( 2 0 A) avand unpas (spira) de 3,4 nm (34 A). Fiecare spira adublului helix ADN cuprinde 10 nucleotide
(fig. 15).
Cele doua lanturi polinucleotidice sunt
antiparalele, adica la unul dintre ele, legaturile
fosfodiesterice se realizeaza intre C 3 al
dezoxir ibozei unei nucleot ide s i C. a l }nucleotidci urmatoare, pe cand la nivelul
celuilalt lant polinucleotidic, legaturilefosfodiesterice se realizeaza invers: C$+ Ci
Fig. 14 S tru ctu ra molcculci de ADN
F r a g m e n t d ec r o m o z o m
b a c te r ia n fo rm a t
d i n 2 c a t e n er a s u c i t e e l i c o ida l
F r a gm e n t d in m o l e c u l a AD N
cele 2 catene complementare
sun t rasuc ite elicoidal
detaliu
perechi de
baze pom-
seheletul zah^r - fosfat
detaikJ
Molecula ADN:
2 catene antiparalele
si complementare
A de ni na es te m ereu
legata de timing si
guanina de ci tozina
1 la n t = o ca t e n a
p o l i n u c l e o t i d i c a
1 l a n t = o c a t e n i
p o l i n u c l e o t i d i c e
13
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
13/134
Fig. 15 Structura
secundarS a ADN
Punte de hidrogen Baza azotata
Dezoxiriboza
h2c\
0 ^ \ ^o
N e
N
HjC\
ADN(bicatenar)
Fig. 16 * S tru ctu ra chimica a ADN
Im perec herea intre bazele azotate are la baza princ .r .
complementaritatii, cel mai de seama in organizarea si functionary
matcrialului genetic ereditar. Astfel adenina (A) este complementara
timinei (T), iar guanina (G) este complementara citozinei (C).
lmperecherile de baze se realizeaza prin intermediul unor punti de
hidrogen: doua intre adenina si timina (A = T) si trei intre guanina si
citozina (C =G ) Legaturile de hidrogen se formeaza si se dezorganizeaza
cu usurinta fara sa necesite surse energetice speciale. Acest fapt explicamodul in care se desfasoara replicarea ADN, transcrierea informatiei din
ADN sau repararea ADN etc,
Structura bicatenara a ADN prezinta de regula o m are stabilitate
fizica. Ea este asigurataastfe l:
a. pe verticala, de puntile fosfodiesterice intracatenare;
b. pe o rizonta la , de puntile de hidrogen intercatenare.
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 cateneicomplementare(fig. 16)
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 su ccesiva de baze azotate
se intoarce cu 36 in directia acelor de ceasomic (rasucire
dextrogira), iar dublul helix face un tur comple t de 360la fiecare 1 0 percchi de baze.
Datorita structurii bicatenare,macromolccula de
ADN poate suferi fenomene de denaturare-renaturare
si replicare(autoco piere).
Denaturarea -renaturarea ADN
Prin incalzirca unei solutii in care se afla ADN ,
cele doua catene com plementare se despart si ADN-ul
devine monocatenar. Daca solutia este racita brusc ,i j
ADN-ul ramane monocatenar ADN denaturat iar,
daca se raceste trcptat, cele doua catene se atrag datorita
complementaritatii bazelor azotate si ADN-ul isi reface
structura dublu-catenara -AD N renaturat (fig. 17).
Amestecand monocatcne ADN de la specii
diferite se formeaza prin renaturare partiala hibrizi
moleculari.
Procedeul este folosit de oamenii de stiinta in
studiul relatiilor filogenetice dintre specii.Speciile
inrudite au temperaturi apropiate de denaturare a ADN
si realizeaza o renaturare rapida si de mari proportii cand*
14
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
14/134
2
incalzire
------------------------------- *
f
1
1
ADN
bicatenar
ADNmonocatenar
1Fig. 17> D ena turarca - rcn aturare a ADN
bifurcatie dereplicare: separarealanturilor prin ruperea
legaturilor de hidrogen
li se amesteca monocatenele deoa rec e, secventele polinucleotidice sunt identice pe mari portiuni. De
exemplu, procentul de renaturare intre monocatenele ADN de la om si de la maimute este de 75%, pe
cand intre monocatene ADN de om si soarece este de numai 25%.
Replicarea (autocopierea) ADN
Este stiut faptul ca de miliarde de ani ADN-ul
se imparte si se tot imparte numarului imens a miliarde
de generatii de celule. Cum se face ca ADN-ul nu se
epuizeaza in procesul diviziunii celulare? Raspunsul
este replicatia (autocopierea) ADN. Deoarece ADN
contine informatia genetica a celulei, sinteza sa este
unul din cele mai importante evenimente din viata
acesteia. Sinteza ADN, care se realizeaza prin
interventia unui complex aparat enzimatic, este oreactie de tip replicativ si este unicul caz din lumea
biomoleculelor in care o substanta isi d irijeaza propria
sinteza.
Modelul de s tructura bicatenara a ADN
sugereaza modul in care poate avea loc sinteza de ADN
inaintea procesului de diviziune celulara:
In principiu, modelul admite re aliz area unei
denaturari fiziologice progresive a macromoleculei
bicatenare de ADN, prin desfacerea legatu ri lo r dehidrogen. In acest proces intervin mai multe enzime,
Ele actioneaza precum cursorul unui fermoar,
despartind cele doua catene. Separarea este treptata,
pon iita din punctul de initiere si se continua progresiv
spre un punct terminus, Astfel, in plin proces de
replicare, macromolecula de ADN capata forma literei
MY . Punctul de ram ificare a macromolecu lei de ADN
se num este bifurcatie de replicare (fig. 18). D esfacerea
legaturilor progreseaza pana la celalalt capat albiomoleculei helicoidale. Ar urma sa apara doua catene polinucleotidice izolate, ceea ce nu se intampla
deoarece, pe masura ce spirala se desface si procesul avanseaza, incepe refacerea ei.
Fig. 18 Schcina repiicatiei ADN
15
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
15/134
Prin ruperea puntilor de
hidrogen, macromolecula de
ADN se separa in cele doua
catene complementare
Nucleotidele l ibere din
citoplasm se ataseaza pe
baza de complementaritate
de catenele vechi.
Au rezultat doua macromolecule
de ADN bicatenar, fiecare avand o
catena veche (care a avut rolul de
model) si o qatenS nou sintetteatg.
Fig. 19 Rcplicarea ADN dup modelul semiconservativ
Prin desfacerea puntilor de hidrogen se separa cele doua catene complem entare ale dublului
helix si ca urmare nucleotidele lor raman expuse cu gruparile chim ice libere.
Dezoxiribonucleotidele libere din citoplasma celulara se pot asocia succesiv, pe baza decomplem entaritate, cu cele incadrate deja in monocatenele ADN, ce joaca, in acest fel, rol de matrita.
In acelasi timp intre doua nucleotide aliniate suecesiv se realizeaza legatura ehimica covalenta,
fosfodiesterica ce uneste grupul 3' OH al primei nucleotide cu 5' fosfatul celei dc-a 2-a nucleotide.
rezultand cate o catena polinucleotidica noua. Catenele replica raman
atasate prin punti de hidrogen de catenele matrita.
Rezu lta 2 molecule fiice de ADN, identice cu cea initiala,
care vor fi repartizate in cele doua celule fiice in timpul diviziunii.
Fiecare molecula de ADN confine o catena veche - matrita si una
nou sintetizata. Se poate spune astfel ca replicarea m acromoleculeide AD N are loc dupa m odelul sem iconse rva tiv44, adica fiecare
molecula fiica de ADN mosteneste doar una din cele 2 catene ale
moleculei parentale initiate, de ADN (fig. 19).
Tipuri de ADN
Modelul clasic de ADN, propus de Watson si Crick este
caracteristic zonelor cu eucrom atina si reprezinta tipul Bde ADN
(fig. 2 0 ).
Informa B , dublul helix ADN are rasucire dex trala si 10
perechi de baze per tur: un tu r complet al helixului are 34 A, iarinclinatia fata de orizontala planului pe rechilor de baze este zero.In alte conditii, m acromolecula dublu-catenara de ADN se
poa te afla si sub alte forme structurale: tipul Asi tipul Z.
16
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
16/134
Forma A a duplexului ADN arc ,de asemenea, rasucire dextrala si 11perechi de baze/ tu r dc
helix : pasul helixului are 28 A iar perechea de baze azotate are o inclinatie de 2 0 fata de orizontala.
Forma Z prezinta seheletnl glucido-fosforic sub forma de zig -za g; are rasucire spre stanga,cu
1 2 perechi de nucleotide/turde helix.
Tipuri de ADN Rotatia moleculei Perechi baze/pas elice Diametrul molecutei(A)
A Dreapta 11 23
B Dreapta 1 0 2 0Z Stanga 1 2 18
| Retineti !
Replicarca ADN este unica reactie in U nivers, in care o molecula preex istenta serveste drept
model pentru sinteza a doua molecule fiice identice. Ea este posibila datorita structurii bicatenare
a macromoleculei de ADN.
| / (P LI Ch JI I
1. Cele doua catene ale moleculei de ADN sunt complementare deoarece:
A. Sunt opuse
B. O baza purinica dintr-o catena se leaga cu o baz5 pirimidin ica din cealalta catena
C. Cele doua catene sunt antiparalele
D. Exista legaturi esterice putem ice intre cele doua catene
E. Legaturile electrostatice se desfac usor
2. Rcplicatia - autocopierea:A. Are loc cand celula se pregateste de diviziune
B. In acest proces intervine ADN polimeraza
C. Cantitatea de ADN se dubleaza
D. Vor rezulta doua molecu le bicatenare de ADN
E. Are loc in timpul diviziunii celu lare
3. Asociati notiunile din cele doua coloane:---------------- ,------------------------------------- ------------------
/. Caracteristici ale macro-
moleculei de ADN
II. A rgumente care sustin aceste caracteristici
1. Dublu helix
2. Catene an tiparalele
3. Catene complementare
4. Denaturare
5. Replica este semiconservativa
6 . Renaturare
7. ADN denaturat
A. Se stabilesc legaturi inte rcatenare intre o baza purinicasi una pirimidinica
B. ADN-ul sintetizat are numai o catena noua
C. Are doua catene infasurate inju rul unui ax
D. Cele doua catene sunt legate prin legaturi duble si triple
de hidrogen
E. La incalzire spre 100C puntile de H se rup
F. Prin racire treptata cele doua catene se atrag datorita
complementaritatii intre bazele azotate
G. Prin racire brusca ADN ramane m onocatenarH. Legaturile intre doua nucleotide succesive sunt
de tip 5' - 3' intr-o catena si de tip 3'- 5' in cealalta catena.
17
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
17/134
4. Ade vara t sau fals?
a) in plin proces de replicare macromolecula de ADN capata forma literei Y deoarece separarea
celor doua catene este treptata pornita din punctul de initiere pana la punctul terminus.
b) Rep lica tia ADN se real izeaza cu inal ta fidelitate deoarece dator ita complementarita tii,
nucleotidele libere se vor organiza formand o catena noua pe langa fiecare din cele doua catene
vechi (care functioneaza ca o matrita).
Medtlarto slruclurii dublu cattnors q ADN-ului
Materialenecesare : carton sau placa j, trusa traforaj, echer, compas, culori diferite, sarma de
cupru sau aluminiu de grosimi diferite, ace cu gamalie.Mod de lucru ,
1. Desenati pe carton sau pe placaj
modelele bazelor azotate purinice ( 1 0 cm)
si pirimidinice (5 cm).
2. Decupati modelele si colorati-le: A-
portocaliu; G- galben; T- rosu ; C- rosu
deschis; Realizati circa 30 40 de copii
pentru fiecare baza azotata.
3. Desenati modelul dezoxiribozei ca cel din figura si stabiliti pozitiile carbonului 3si 5' .Realizati 3 0 - 4 0 copii de culoare verde.
4. Desenati un patrat cu latura de 3 cm, reprezentand radicalul fosfat; relizati 30 - 40 copii de
culoare albastra.
5. Stabiliti o succesiune de baze azota te pentru una din catenele dublei elice.
6 . Pe principiul complem entaritatii, stabiliti cu ajutorul decupajelor bazelor azotate, succesiunca
de pe catena complementara.
7. Legati bazele azotate de la cele
doua catene prin punti de hidrogen (doua
intre A - T sau T A si trei intre G - C sau
C - G), folosind sarme cu diamctru mai
mare.
8 . Leg ati ba zele azo tate de
dezoxiriboze prin sarme mai subtiri.
9 . Stabi l i t i legatur i le in tre
dezoxiriboza si radicalul fosforic, urmarind
regula ca la o catena aceasta legatura sa fie
de la Cs -> C3, iar la com plem enta ra de la
C *> C3 5.. A10. Incercati sa imperecheati purine
cu purine si pirimidine cu pirimidine si
observati grosimea machetei rezultate.
18
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
18/134
Structure si tlpurile de ARN
Sfi ne reaminlim !
Daca ADN reprezinta substanta macrom oleculara cu functia primara ereditara. ARN este
implicat indeosebi in realizarea decodificarii informatiei ereditare.
Structura ARN
Acidul ribonucleic-ARN este o substanta macromoleculara avand
o structura primara monocatenara, cu molecula constituita,de regula, dintr-
un singur lant polinucleotid ic, in care in locul timinei se afla uraciluh iar in
locul dezoxiribozei se afla riboza (fig. 2 1 ).
Reamintiti-va componentclc unci nucleotide!
Legaturile dintre nucleotidele succesive sunt.ca si in AD NSlegaturi
diesterice realizate intre radicalul fosfat si pentoza (riboza).
La unii acizi ribonucleici cu catena polinucleotidica mai lunga, ARN
se pliaza iar partile plia te pot fi legate prin punti de hidrogen tot pe baza de
complementaritate.
Moleculele de ARN, nu pot avea dimensiuni foarte mari, deoarece
cu cat creste numarul nucleotidelor (peste cateva mii) cu atat stabilitatea
moleculei scade.
Sinteza ARN (transcr ipt ia) se real izeaza tot pe baza
complementaritatii bazelor azotate ca si in cazul replicatiei ADN. Cele doua
catene ale macrom oleculei de ADN se despart, pe intervalul care urmeaza
a fi transcris, numai ca de data accasta va actiona ARN polimeraza. Acum
va transcrie numai una din catenele moleculei de ADN. Catena de ADN
care functioneaza ca matrita pentru sinteza ARN, se numeste catena sens.
Uracil
O ij^O NH2
9
NH2
Guanina
Fig. 2\ S c he m a
macrom olcculei de ARN
ADN
Pm
AD N
g :
D
*P
REPLICARE
pDB 0 O'p# #p
TRANSCRIERE
ADN ADN
p
p#
p#
p*
p#o G
v: /P
p
SG
SG
p
#p
B Dt
D
g;p
p 0
ADN ARN ADN
p. * v n 0
P# P SM V sa
p# mam * #P 11
VG
G O-
p# d h * d #p 0
0
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
19/134
Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementaritatii vor contine riboza. In dreptul adeninei
de pe catena m atrita se va atasa uracilul in catena nou sintetizata. Polim erizarea de ribonuc leotide in
transcriptie se desfasoara in acelasi sens ca reactia de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din
cadrul replicatiei ADN si anume de la 5' la 3' (flg.22).
Tipurile de ARN si Sunctiile lor
Sunt doua clase de ARN si anume: una care controleaza ereditatea la unii virus\-ARN viralsi
alta care este implicata in sinteza prote inelor spec\f\ce-ARN celular.
1, AR N viral estematerialul genetic al ribov irusurilor: unii bacteriofagi, unele virusuri vegetale
(virusul moza icul tutunulu i) si unele virusuri anim ate (virusul turbarii, poliom ielitei, gripal (fig.23),
stomatitei vezicu lare etc). El se poate afla tie sub forma m onocatenara, fie sub forma bicatenara (mai
rar). Replicarea ARN viral este asigurata de celula ga/d a sub actiunea unei enzime (ARN polimeraza)
numita ARN replicaza sau ARN sintetaza. ARN viral este purtator unic al informatiei ereditare si la
viroizi (au doar o molecula mica de ARN, fara invelis proteic) dar si la retrovirusuri. In cazul
retrovirusurilor, replicarea ARN sc realizeaza cu ajutorul enzimei rcverstranscriptaza. Aeeasta este o
ADN polimeraza care utilizcaza o matrita de ARN pentru sinteza unei catene de ADN. In primaetapa rezulta un hibrid molecular ARN - ADN. dupa care este hidrolizat ARN si ADN complementar
este trecut sub forma bicatenara.
Descoperirea reverstranscriptiei a contribuit la intelegerea mecanismelor de transformare maligna
(carcinogeheza) si totodata a demonstrat ca informatia genetica nu circula intr-o directie unica
ADN ARN prote ine, ci si de la ARN ADN.
2.ARNcelulareste implicat in decodificarea informatiei ereditare si traducerea ei in secvente
de aminoacizi in procesul de biosinteza a proteinelor.
Trecerea informatiei ereditare de la ADN spre proteine nu se poate realiza direct, datorita
deoscb irilor in structura celor doua tipuri de macromolecule. Este necesara, asadar, interpunerea unormolecu le adaptoare. Acestea sunt reprezen tate de diferitele tipuri de ARN:
a. ARN m - acidul ribonucleic mesager;
b. ARNt - acidul ribonucleic solubil sau de transport;
c. A R Nr acidul ribonucleic ribozomal.
a. ARN mesager (ARNm) - poarta mesajul genetic inscris in secventa sa de ribonucleotide.
ARNm este monocatenar si are o Iungime variabila. in functie de lungimea genei (ADN) pe care a
transcris-o. de marimea mesajului genetic purtat (fig.24 a). El se asociaza cu ribozomii din citoplasma
celulara, la nivelul carora dicteaza secven ta de aminoacizi din catena polipeptidica. Dupa ce molecula
de ARNm isi indeplineste rolul sau de mesager, el este
supus hidrolizei enzimatice si depolimerizat.
b. ARN de transfer (ARNt) este specializat
pentru aducerea aminoaeizilor la locul sintezei proteice.
Molecula este formata din 70 - 90 nucleotide. Are
portiuni bicatenare, care ii dau aspectul unei frunze de
trifoi(fig.24b). Are doi poli functional!: unul la care se
ataseaza un aminoacid, altul care contine o secventa de
3 baze azotate numita anticodon, cu ajutorul careia
ARNt rccunoaste la nivelul ribozomului, codonul din
ARNm coresp unza tor aminoacidu lui pe care il poarta.
Recunoas terea codon anticodon are loc la nivelul
ribozomului in procesul sintezei catenei poiipeptidice.
Neuramin idaza
Hemag lu t in ina
Bistrat l ip id ic
Proteina matrixului
AR N po lim era za
Nuc leopro te ina
ARN
Fig. 23 Virusu l gripal
20
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
20/134
ARNr
ARN ribozomai intra instructura ribozomului
c. ARN ribozomal (ARNr) intra in structura ribozomilor. alaturi de proteinele ribozomale,
atat la procariote cat si la eucariote . El este sintetizat tot prin transcriere din ADN, dupa care catena de
ARNr, se pliaza formand portiuni bicatenare datorita com plementaritatii bazelor azotate (fig.24,c).
Un ribozom este format din 2 subunitati care vor recunoaste (tot pe baza complementaritatii) si voratasa intre ele nucleotidele de recunoas tere de la inceputul moleculei de ARNm.
>ARNr
C)
RIBOZOMUL
Locul sintezei proteice
Fig. 24 T ipu ri dc ARN
ftetineti !Transcriptia (transcrierea) genica este procesul complex de copicre a informatiei genetice
purtata in secventa de d ezoxiribonucleotide a genei (A DN) intr-o secventa complemen tara dc
ribonucleotide cu sinteza diferitelor tipuri de ARN celular.
ARNm - purtator de mesaj genetic
ARNt - tran spo rted ! de aminoacizi la ribozomiAR Nr component al ribozomilo r sediul sintezei proteice.
| /4PLICNTII
1. Asociati notiunile din cele doua coloane:
/. Tipuri de ARN II. Functi i deARN
1. ARNm
2. ARNt
3. ARN r
4. ARN viral
A. Este material genetic pentru viroizi
B. Transfera aminoacizii la ribozomi
C. Copiaza informatia genetica a unci catene din macromolecula de ADN
D. Se autocopiaza
E. Intra in alcatuirea ribozomilor asociat cu proteinele
21
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
21/134
2. ARN mesager:
A. Constituie materialul genetic al eucariotelor
B. Are succesiunea nuc leotidelor complem entara cu a ADN-ului copiat
C. Are portiuni bicatenare
D. Este intotdeauna monocatenar
E. Are o g reutate mo leculara variabila
3. ARN de transfer ARNt:
A. La un pol se ataseaza un anumit aminoacid
B. Molecula este monocatenarS si are lungimi diferite
C. Are molecula form ata din 70 - 90 de nucleotide
D. Transporta aminoacizii la nivelul ribozomilor
E. La un pol contine o secventa de trei nucleotide care recunoaste o anumita secven ta a ARN
ribozomal unde se aseaza pe baza com plementaritatii
4. ARN ribozomal:
A. Este sintetizat prin transcriere din ADN
B. Intra in alcatuirea ribozomilor asoc iat cir proteineC. Prin pliere formeaza portiuni bicatenare datorita complem entaritatii bazelor azotate
D. Este purta tor al informatiei genetice la virusuri
E. Transporta aminoacizii la ribozom i - locul sintezei proteice
5. Adevarat sau fals?
A. ARN mesager (AR Nm) are rolul de a copia informatia genetica dintr-un fragment de ADN
deoarece molecula de ARN m are portiuni b icatena re care li dau forma unei frunze de trifoi.
B. ARN de transfer (ARNt) este specializat pentru aducerea aminoacizilor la locul sintezei
prote ice deo arece m acromolecula de ARNt are doi poli functional.
C. ARN este purtatorul unic al informatiei genetice deoarece ribovirusurile si viroizii nu continADN.
funetio eutocotolitic& si h*t*rocotalitic69 9
Sfi ne reamintim !
Informatia ereditara este inscrisa in ADN sub forma de codificare biochimica, adica sub
forma unei secvehte date de baze azotate. Ea se poa te autoreproduce si poate fl transferata prin
transcriere genetica, pe baza principiului complementaritatii. diferitelor molecule de ARN. Dintre
acestea. ARN mesager este singurul purtator de mesaj genetic si supus traducerii la nivelul
ribozomilor- sediul sintezei proteice.
Materialul genetic indeplineste doua funtii importante:
- autocatalitica - reprezentata de rcplicatia ADN-ului;- heterocatalitica -reprezentata de b iosinteza proteica.
Conform dogmei centrale a geneticii(fig.25) inform atia genetica se reproduce prin
22
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
22/134
ADN
t r a n s c r i p t i e !
IARN -m
TRANSLATIE
Proteine
Fig. 25 Dogma
ccn trala a geneticii
replicatie si este decodificata(transformata intr-o proteina spccifica) prin
transcriptie si translatie.
1. Functia autocataliticaconsta in capacitatea moleculelor de ADN
de a se autoreproduce cu inare fidelitate dupa modelul semiconservativ.
Reamintiti-va modul cum se realizeaza replicatia A D N !
Studiul ciclului celular (fig. 26) a releva t existenta unei anumite
constante a dinamicii cantitatii de ADN in celule. Astfel,in interfaza - prima
faza a ciclului celu lar - exista mai multe perioade:-perioada6 7 - primul gol sintetic, cand cantitatea de ADN din celula
ramane constanta; cromozomii sunt monocromatidici, fiecare este format
dintr-o macrom olecula de ADN formata din doua cromoneme (2 C);
-perioada S de sinteza, in care arc loc replicarea ADN care se incheie
cu dublarea cantitatii de ADN; cromozom ii devin bicromatidici, format! din doua macromolecule de
ADN ce contin patru cromoneme (4 C);
-perioada G2- al doilea gol sintetic, in care se prezerva cantitatea dubla de ADN (4C).
In timpul diviziunii cclulare - a doua etapa a ciclului celula r cantitatea de ADN este variabila
in diferitelc faze ale procesului. Astfel in profaza si metafaza mitozei cromozomii sunt bicromatidici.iar cantitatea de ADN din celula este aceeasi cu cantitatea de ADN a celulei ce a intrat in diviziune. In
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 crom ozomi si aceeasi cantitate dc ADN ca si celula mama.? TDiviziunea meiotica, care se desfasoara in organele reproduca toare ale organismelor pomind
de la celule diploide (2 n), determina form area celulelor haploide (n) si reduce la jum atate numarul de
cromozomi si respectiv, cantitatea de A D Nf Astfel, in timp ce celulele somatice au o cantitate dubla
de ADN celulele gametice vor avea doar jumatate. Cantitatea de ADN sed ub leaz ain urma singamiei
gametilor si formarii zigotului diploid.
2. Functia heterocatalit ica
consta in faptul ca materialul genetic are
capacitatea de a determina sinteze
spccifice de proteine, cu o anumita
secventa de aminoacizi.
Cal i ta t i le f i in te lor vi i se
intemeiaza in ultima analiza pe doua
entitati: pe aceea pe care bioch imistii o
numesc proteina si pe aceea pe care
geneticienii o numesc genii (ADN).
Prima este unitatea de executie chimica,
care confera structura corpurilor vii. Cea
de-a doua este unitatea ereditara care
dirijeaza, in egala masura, reproducerea
unei functii si variatia ei. Una comanda,
cealalta realizeaza (Fr. Jacob, 1972).
Proteinele sunt macromolecule
formate din aminoacizi; sunt polimcri de
aminoacizi. Polimerizarea aminoacizilor,real izata la nivelul r ibozomilor ,
presupune tbrmarea de legauiri sau punti
Filamentulnuclear
despiralizat
Inceputulduplicari j^j^...
Filamentnuclear
duplicat
Individualizareacromozomilor
bicromatidici
INTERFAZA
\ C3sOwQ.
Decoridensareaft-Q * cromozomului
% ^
MITOZA
r ^ ySepararea # celor 2
cromatide&
AnafazaX
Cromozomi
foartecondensati
Fig. 26 t Evoiutia unu i cromo zom in cursui ciclului celula*
23
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
23/134
peptidice mire gruparea carboxil (-COOH) a unui aminoacid si gruparea amino (N R,) a altui aminoacid,
cu eliminarea unei molecule de H,0 . Formarea de punti peptidice succesive determina polimerizarea
aminoacizilor liberi. adica includerea lor intr-o catena polip6ptidica. Aeeasta reprezinta structura primara
a proteinei. Uncle 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
temp eratura, de pH) prin intermediul uno r punti de hidrogen sau a unor punti bisulfidice ( - S - S)
macromolecula proteica poate capata o structu ra secundara cu configuratii bi sau tridimensiona le.
Cu toate ca la alcatuirea proteinelor participa numai 20 de aminoacizi numarul si varietatea
acestora sunt imense. Specificitatea proteinelor este data de:
- numaru l dc aminoacizi si succesiunea acestora in cadrul catenei polipeptidice;
- numarul de catene polipep tidice si structura acesteia;
- rolul fiziologic indeplinit etc.
Unele proteine au rol structural in viata celulei. iar altele au rol functional. Cele mai multe
pro te ine fu nctioneaza ca enzime. Fiecare enzima ca ta lizeaza o anumita reactie biochimica. Aceste
reactii se succcd intr-o ordine stricta si formeaza lanturi metabolice. Prin transformari succesive celula* ? poate produce substan te asa numitul produs final - care satisfac nevoile celulei sau organ ismului si
care confers organism elor anumite caractere fenotipice.
Codul genetic
Informatia necesara sintezei proteinelor, care detin un limbaj de 20 de semne (aminoacizi) este
depozitata in mo leculele de ADN care detin un limbaj de 4 semne (baze azotate). Pentru traducerea
limbajului de 4 sem ne al nuc leotidelor in limbajul de 20 dc semne al aminoacizilor este nevoie de un
"di.eti.onar pc care natura l-a inventat la inceputurile vietii si care se numeste "codulgeneticu(fig.
_______ _______ 27, fig. 28). El reprezinta un sistem
biochimic prin care se stabiles te relatia
dintre acizii nucleici si proteine si constain corcspondenta d in t re f iecare
aminoacid s i o succesiune de 3
nucleotide, numita codon.
nuclo-ottd.i
nuelodNd.i 2nucto-otid.n
1y C A G
U
ForsilaUnina S
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
24/134
Matematic, prin aranjamente d e 4 nucleotide luate cate 3, rez ulta 4* = 64 combinatii.
Din cei 64 codoni ai codului genetic :
- 61 codoni codifica diferitii aminoaciz i (codoni se n s);
- 3 sunt codoni nonsens, care nu spec ifica vreun aminoacid, dar joaca un rol impo rtant in
citirea mesajului genetic purtat de ARNm, intrucat ci marcheaza sfarsitul acestui mesaj genetic. De
aceea se mai numesc codoni STOP: UAA; UGA; UAG.
Din cei 61 codoni sens, 2 co doni: AUG si GUG care codifica metionina respec tiv valina sunt
si codoni cu sem nificatia de inceput de sinteza".Codul genetic are urmatoarele caracteristici esentiale:
- este nesuprapus - doi codoni succesivi (vecini) nu-si imprumuta nucleotide, adica nu au
nucleotide comune;
- Qsic fard virgule - intre doi codoni succesivi nu exista semne de punctuatie biochimica
reprezentate de nucleotide fara sens, citirea informatiei genetice realizandu-se continuu;
- este degenerat (redundant) - fiind mai multi codoni decat aminoacizi, acelasi am inoacid
poate fi codificat de mai multi codoni; exemplu: serina poate fi codificata de 6 codoni (numiti sinonimi):
- este universal - in toata lumea vie aceiasi codoni codifica acelasi aminoacid; exe m plu: codonul
UUU codifica fenilalanina ata t la procariote cat si la eucariote.
Geneticienii au deseoperit unele mici exceptii de la universalitatea codului genetic, datorate
:robabil unor mutatii. Astfel, codonul UG A are rolul de in genomul nuclear, dar in mitocondrii
codifica aminoacidul triptofan. Codonul AU A care codifica aminoacidul izoleucina in genomul nuclear,
a mitocondrii codifica aminoacidul metionina.
Etapele sintezei proteicePe baza codului genetic are loc sinteza proteine lor in 2 faze:
transcriptia -copierea mesajului genetic din moleculele de ADN in m oleculele dc ARNm;
- translatia- utilizarea mesajului gene tic pentru sinteza pro teinelor pe baza codului genetic.
Transcriptia (transcrierea)
O celula poate produce mii de proteine diferite. Sinteza fieeareia dintre ele incepe, la momentul
^portun, prin activarea genei corespunzatoare. In aeeasta prima faza, sub actiunea enzimei ARN
E n z i * * 1** r i m l o n i i t i i r i l e
de h
ARNm copiaz^ informatiagenetica unei srngurecatene din tnacromoleculade ADN
CITOPLASV5A
CELULEI
%
ARNm se deplaseaz^In citoplasma c^treribozomi
TRANSCRIERE
Fig. 29 Transcrierea informatiei genet ice t
25
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
25/134
polimeraza se tran scric mesajul genetic din fragmentul ADN respectiv sub form a unei molecule de
ARN mesager-ARNm (fig. 29).
Procesul de transcriere cuprinde trei faze:
a. faza de initiere: enzima ARN -polimeraza, activata de un factor specific, se asociaza cu o
secventa din ADN numita promotor;
b.fa za de alungire: se realizeaza cresterea catenei de ARMm prin formarea puntilor
fosfodiester ice succesive in directia 5' -> 3', proces realizat prin aditia unui ribonucleotid 5' fosfat la
capatul 3 OH al ribonucleotidului precedent;c. 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.
Laprocariotese copiaza informatia genetica a mai multor gene succesive, iar ARN m codifica
mai multe prote ine de care cclula are nevoie in mom entul respectiv.
La eucariotese copiaza dc regula informatia geneticS a unei singure gene rezultand ARNm
precursor. Apoi anumite en zime sectioneaza molecula ARNm precursor, separand secven tele
informationa le (exoni) de secven tele noninformationale (ititroni). Alte enzime leaga exonii intre ci si
rezulta ARN m m atur care va ajunge la ribozom i prin difuziune (fig.30).
Translatia (traducerea)
Are loc la nivelul ribozomilor. Este meritul lui George Emit Paladede a fi deseoperit ribozomii
ca organite celulare, la nivelul carora se face asamblarea aminoacizilor. Pentru aeeasta el a primit
prem iul Nobel in 1974.
Daca ADN-ul celulei poate fi comparat cu un institut de arhitectura care poseda planurile
alcatuirii corpului victuitoarelor, ribozomii
sunt adevaratii zidari.
Pentru ca translatia sa aiba loc trebuicmai intai ca toti factorii implicati sa ajunga
la locul sintezei proteice.
INCEPUTULI GENEI
SFARSITULGENEI J
ADN
ARNmPRECURSOR
ARNmMATUR
^ f R C ^ T e XON ' I N TR Of
2 L .
TRANSCRIERE
gflNTRMi EXON -INTRON
2 : 3 3!------ 1:--- 2--------
EL F M I NAREA
I N T R O N I L O R
i EXON
! 3
*TRANSLATIE
CATENA
POLIPEPTIDICA
NUCLEUL
CITOPLASMA
Fig. 30 * T ran scrip tie la eucariote
1) ARNm recunoaste locul sintezei
datorita primelor nucleotide ale sale care
formeaza o secventa de initiere. Ea atrage
cele doua subunitati ale ribozomului care
acum se cupleaza prinzand intre ele capatul
moleculei ARNm. La eucariote, ARNm
incepe cu codonul AUG care corespunde
metioninei. Deei primul aminoacid al
moleculei proteice va fi metionina care
ulterior poate fi inlaturata.
2 ) Intre t imp, in c i toplasma
aminoacizii sunt pregatiti pentru sinteza in
2 faze:
a) In prima faza am inoacizii sunt
activati p rin rcactia cu ATP care le va dona
energie
26
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
26/134
A A+A TP am ' n - - L AA ~ A | 4P + P - Psmtetaze
AA = un aminoacid oareeare; ATP - acid adcROzintrifosforic; AMP - acid adenozinmo nofosforic: P ~ P -
pi ro fosfat ; ~ - legatura eh im ic a pu rtatoa re de en erg ie
b) Apoi am inoacidul activat se ataseaza unei molecu le de ARN de tran sfer (A RNt):
aminoaci 1 ,AA~AMP+ARNt 777 AA - ARNt + AMP.
S l i i l c l c i Z t
AMP va fi reincdrcat cu energ ie prin fosforilare (AM P + P ~ p ------ ATP ) la nivelul
mitocondriilor, deci este reciclahil'\
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; exemplu: ARNt
care ataseaza lizina contine anticodonul UUC.
3) Acum poate incepe etapa translatiei (traducerii), adica sinteza propriu -zisa a proteinei. Ea
presupune trecerea ARNm printre subunitatile ribozom ului ca o b anda mag netica prin d ispozitivul de
citire al unui casetofon. In spatiul dintre cele dQua subunitati este loc pentru numai doi codoni aiARNm.
***Pentru intelegerea modului in care se ordoneazd aminoacizii in succesiuneaprogramatd
genetic, urmariti schema din fig. 31.
Ea prezinta un moment din etapa translatiei, cand deja prin ribozomi au treeut primii 5 codoni.
Amintiti-va ca informatia din ARNm este codificata in sensul 5 3', deci ordinea nucleotidelor din? y
>chem$se citeste de la dreapta la stanga: pe schema, molecula ARNm se deplaseaza spre dreapta, iar
nbozomul spre stanga. Primii trei codoni nu mai apar in desen. Asa cum stiti primul codon al lantului
AR GIN INA A A 7
ARN de tr an sp or t
cliberat
AM INO ACID ATA SAT
ARNtTranslatia continua
formand lantul polipeptidic> ARN DE TRANSPORT
Incepe
Translatia
ANTICODONARNt,Serina
SerinaA A K
ARNm
Citirea informatiei se face in sens 5*-3'
Rilxwom
In procesul de translatie este necesarS participarea urmStoarelor proteine:
1. Factori de initiere - pentru inceperea translatiei
2. Factori de elongatie - pentru continuarea traducerii3. Factori de terminalizare - pentru incetarea traducerii si eliberarea lantului peptidic
Fig. 3 1 Translat ia
27
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
27/134
ARN m a fost AUG, iar primul aminoacid al lantului in curs de formare (A A ) este metionina. Acum
in cele doua spatii dispon ibile din ribozom se afla codonii UCG si AGG, In dreptul lor au fost atrase
moleculele de ARN t care poseda anticodonii complementari AGC si UCC, iar la polul opus prezinta
aminoacizii serina (AA6) si arginina (AA?). Cei doi aminoacizi sunt acum foarte aproape unul de
altul. In acest mom ent sub actiunea enzimei peptid polimeraza, intre ei se formeaza o legatura
peptidica. Ca urmare, lantul polipep tidic s-a marit de la sase la sapte aminoacizi.
In momentul urmator, ribozomul se va deplasa cu un codon spre capatul 3' al ARNm (sprestanga). Codonul AGG se va deplasa in ribozom in spatiul din dreapta imprcuna cu ARNt care poarta
aminoacidu l arginina (AA7) legati de toti ceilalti sase aminoacizi ai catenei in curs de formare, Acum,
in spatiul din stanga va ajunge un codon AGG care va atrage ARN t cu anticodonul UCC. Acesta are
atasat aminoacidul AA8, care asa cum rezulta din tabclul cu codul genetic, este tot arginina. La fel ca
in momentul anterior, peptid polimeraza va determina formarea legaturii peptidice intre cele doua
molecule de arginina, aminoacizii din pozitiile 7 si 8 . in acelasi timp, ARN t care adusese aminoacidul
serina la locul sinteza a iesit din ribozom fara aminoacidul respectiv. Molecula de ARNt va putea
acum sa ataseze alta molecula de serina, deci ARNt este reciclabil. Ce aminoacizi sunt in pozitiile 4,
5 si 9?Pe masura ce ARNm este deplasat codon dupa codon, informatia este tradusa din limbajul
po linuc leotidic in lim bajul polipeptidic si lantul de am inoacizi se lungeste. Deplasarea moleculei
ARN m continua pana la codonul cu semn ificatia stop care indica sfarsitul sintezei.
Aceeasi molecula de ARNm trece succesiv prin mai multi ribozomi (se formeaza poliribozomi)
si pe baza ei se formeaza mai multe exemplare din molecula proteica respec tive Producerea unui
numar exagerat de exem plare este prevenita prin distrugerea ARNm utilizat. Dupa ce m olecula de
ARN m a iesit dintr-un ribozom , cele doua unitati ale ribozomului se despart si se vor reuni in juru l
secventei de initiere al altei molecule de ARNm.
IRetineti IOrganismele nu transmit urm asilor caracterc ci informatia necesara pentru constituirea lor Celula ou contine
"planuldefabricatie"al viitorului organism constand in programe care determina diviziunile eelulare (mitoze,
limite, difercntieri de celule, tesuturi si organe), biosinteza miilor de substante speeiftce, bioritmuri,
com portam ente, etc. Din zigoti dcstul de asem anato ri ca infatisarc pot rezulta: un greier. un salcani, o vaca sau
un om, in flinctie de programul genetic pe care ll contin. El este codificat sub forma unor lungi siruri de
nucleotide din moleculele de ADN. Unul din procesele prin care programul genetic este materializat in
structuri biologice este sinteza proteinelor.
dPLICfcTIIt
1. Asociati notiunile din cele doua coloane:
/. Codul genetic. Caracteristici / / .Arguntetite
1. Degenerat
2. Nesuprapus
3. Fara virgule
4. Universal
A. In toata lumea vie aceeasi codoni codifica acelasi
aminoacid.
B. Nu exista nucleotide in plus intre codoni
C. Doi codoni vecini nu pot avea nucleotide comuneD. Acelasi am inoacid poate fi codifica t de mai multi
codoni sinonimi"
28
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
28/134
/. Transcriptia II. Tipuri de organisme
1. Se copiaza informatia genetica a unei singure gene
2. Se copiaza informatia genetica a mai multor gene succesive
3. ARNm codifica mai m ulte proteine de care celula are nevoie
in mom entul respectiv
4. ARN m precursor contine secvente in formationale (exoni) si
secvente noninformationale (introni)
A. Procariote
B. Eucariote
2. In fazele sintezei proteice actioneaza enzimele:
1. Peptidpolimeraze
2. ARN - polimeraze
3. Aminoacilsintetaze
4. Ligazele
3. Care este secventa de ARNm complementara urmatoarei succesiuni de baze azotate
AGGCTATTC dintr-o catena de ADN:
1. TCGGU TAAG 2. UGC CUTA AG 3. TCCGATAAG 4. UCCG AUA AG
4. Codonul UGA:
1. Este codon stop in genomul nuclear2. Codifica triptofanul in mitocondrii
3. Are semn ificatia inceput de sin teza 11
4. Codifica metionina
r
3 ORGANIZAREA MATERIALULUS GENETIC
Motcriolul gciiflic ia virusuri si precarfoic
Mat e r i a l u l gene t i c v ira l
Virusurile sunt entitati infectioase de nivel
subcelular ale caror dimensiuni variaza intre 80 - 2500
A. Ele sunt alcatuite dintr-un invelis proteic numitcapsida viraldsi un m iez - genomul viral, reprezentat
de un acid nucleic. Un astfel de virus matur (complet)
se numeste virion. In afara acestei stari de existenta, > *virusurile se mai pot afla si sub alte forme:
- virus vegetativ - acidul nucleic aflat liber in
citoplasma celulei ga zd a;
-provirus- acidul nucleic integrat Tn cromozomul
unei celule gazda.
Virusurile se deosebesc esential de toate celelalte
sisteme biologice, prin aceea ca miezul lor de acid nucleic
este alcatuit fie din ADN, tie din ARN. Niciodata, inacelasi virus, nu se intalnesc ambele tipuri de acizi nucleici asa cum se intalnesc in oricc sistcm
biologic cu organizare cc lulara oricat de simplu ar fi el. Continand in virionul lor fie ADN , fic ARN,
. irusurile se clasifica in dezoxirihovirusurisi ribovirusuri.
Si ne reaminiim !
Materia lul genet ic prezinta o
anum ita orga nizare Tn func tie dc
gradul de complexitate al sistemeior
b io lo g ice . S is tem ele ae tu a ie
nucleoproteinice se grupeaza in doua
categorii distincte: sisteme acelulare si
celulare. Din catcgoria sistemelor
acelulare fac parte: virusurile. virotii,
plasmid ele si p rio n ii. Sistemele
celulare cuprind la randul lor doua
tipuri de organizare: procarioia si
eucariota.
29
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
29/134
Este important de retinut faptul ca, la ambele tipuri de virusi, informatia genetica se afla codificata
in miezul dc acid nucleic viral care se mai numeste cromozom viral sau genom viral. Molecula de
acid nucleic viral poate fi circ ula r! sau lineara, monocatenara sau bicatenara:
-ADN viral monocatenar (bacteriofagu! phi X 174);
-ADN viral bicatenar (virusul herpetic, majoritatea bacterio fagilo r-fig.32 a)
-ARN viral monocatenar (virusul gripal-fig.32 b, H IV -fig.32c , virusul mozaicul tutunului -
VMT)
-ARN viral bicatenar (reovirusuri).
Pe unicul cromozom viral pot exis ta 4 gene (fagul M S J sau 135 gene (bacteriofagul T4).
Mo lecula de acid nucleic viral are o lungim e variabila de la 3000 - 10000 nucleotide.
Multiplicarea virusurilor. Desi virusurile detin in acizii lor nucleici codifiCate planurile
arhitecturale ale formarii de noi particule virale, adica ale multipliearii lor, virusurile nu se multiplica,
nu se tnmultesc. Virusurile sunt multiplicate (sunt inmultite) de celula gazda, deoarece toate virusurile
sunt paraziti absoluti de nivel genetic, dependenti total de o celula gazda fie bacteriana, fie vegetala,
fie animala. Niciodata o particula virala nu prov ine prin diviziunea unei particule virale preexistente.
Virusurile sunt reproduse in celula gazda, oferind doar instructiuni (informatia ereditara) pentru a fi
reproduse, iar celula gazda asigura substantele, echipam entul enz imatic si energia necesare.
Genomul viral patruns in celula gazda, determina devierea proceselor de biosinteza caracteristiceacesteia, astfel incat celula gazda va efectua sinteze noi dupa modelul furnizat de virionul decaps idat
(numit virus vegetativ). Se sintetizeaza acid nucleic viral, proteine virale si apoi are loc asam blarea
noilor componentc intr-un numarmare de virioni, dupa care, prin lizarea celulei gazda are loc eliberarea
noilor virioni.
Replicarea materialuluigenetic viralse realizeaza tot pe baza de complementaritate a bazelor
azotate.,dar cu unele particularitati.
La dezoxiribovirusuri catena ADN poate servi ca matrita pentru sinteza alteia. La ribovirusuri
catena dc ARN poate servi ca matrita pentru sinteza alteia complementare, care la randul ei, devine
matrita pentru s inteza ARN initial.In cazul retrov irusu rilor (virusul HIV 1, agentul etiolog ic al SIDA), replica rea ARN se
realizeaza cu ajutorul enzimei reverstranscriptaza. Aeeasta enzima utilizeaza ca matrita ARN viral
pentru sinteza unei catene de ADN. Rezulta, in pr im a etapa un hibrid molecu lar ARN - ADN dupa
care ARN este hidrolizat, iar ADN com plem entar este trecut sub forma bicatenara si, sub aeeasta
forma, se integreaza intr-unul din cromozomii celulelor implicate in rcalizarea raspunsului imun la
om, para lizand u-i activitatea: in acest fel organism ul infectat cu HIV 1 nu mai poate da raspunsuri
imune la actiunea celor mai comuni agcnti patogeni.
glicoproteine anvelopS
miez de ADN
capsidaproteica
a) b)
filament ----------
miez de ADN capsidS
| Fig. 32 a) B actc riofa^ ul T4; b) V irusu l gr ipa l; c) N'iriisul F ll\' B "
bistralipidic
miezviral
ARN
reverstranscriptaza
p9. p7
30
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
30/134
Chiar daca sunt sisteme sup ramoleculare, virusurile prezinta variabilitate genetica. In cazul
dezoxiribovirusurilor se poate realiza recombinarea genetica prin crossing - over, iar in cazul
ribovirusurilor variabilitatea se realizeaza, in special prin mutatie.
Ca urmare apare o variab ilitate genetic a in cadrul populatiilor virale si respectiv o adaptare a
lorm arita la conditiile variabilea le mediului. De exemplu virusul gripal cu genom ARN manifesta o
atat de mare variabilitate incat fiecare epidemic se datoreaza unei alte tulpini virale.
Materialul genetic la Procariote
Organizarea Procariota caracterizeaza bacteriile si algele albastre verzi (numite si cianobacterii),
Toate aceste forme prezinta structura cclu lara cu dimensiuni cuprinse intre 1$i 1Onm.
O celula bacteriana este alcatuita din citoplasma, delimitate de membrana plasmatica, protejata
la exterior de un perete celular. In celula se distinge o regiune centrala care reprezinta nucleoidul.
Nuc leoidul nu este separat fata de ci toplasm a pr intr-o structura mem branara. astfel ca el nu poate fi
socotit un nucleu adevarat.
Corespondentul nucleoidului este cromozomul bacterian de forma circulara. El reprezinta
suportul fizic al unicului grup de inlantuire a genelor (aproximativ 2000 - 3000 gene). Ca urmare
toate genele de la bacteria mam a se transmit in bloc la bacteriile fiice. Cromozom ul are o lungime de
1000 de ori mai mare decat diametrul celulei. contine o macromolecula de ADN circulara cu
aproximativ 40-50 buclc si superrasuciri (circa 400 pcrechi nucleotide / bucla) care sunt mcntinutc
prin in term ediul uno r molecu le de ARN (fig. 33), Cromozom ul bacterian este atasat de mem brana
plasmatica a celulei bacteriene prin interm ediul unei structur i de rivate din aeeasta, carc es te numit
mezozom.
In afara cromozomului circular bactcrian (suportul grupului principal de gene), se pot afla in
citoplasma celulei bacteriene, una sau mai multe structuri ereditare aditionale. Aceste structuri
extracromozomiale, separate fizic de cromozom ul principal, au fost denum iteplasmMe.Plasmida
este o molecula circulara de ADN b icatenar care reprezinta 1% din cromozomul bacterian principal.
Ea reprezinta un minicrom ozom ce poarta 6 - 8 genesi care se replica independent de cromozomul
principal. Ca exem ple de plasm ide pot fi considerate
' dc to nil de sex (factoml F)saufactond de rezistenta
la antibiotice (factond R).Plasmidele pot fi transferate
de la o celula la alta, pot suferi mutatii, pot fi pierdute
>au pot fi redobandite de catre celula bacteriana,
Datorita acestor procese, o populatie bacteriana
prezinta o mare he terogenitate, ceea ce reprezinta un
avantaj selectiv pentru adaptarea la mediu a bactcriilor.Studiul plasm idelor a trezit interes deosebit din partea
cercetatori lor mai ales cand s-a cons tatat ca ele detin
genele de rezistenta la antibiotice - markeri genetici
foarte importanti si foarte usor de decelat prin
antibiograme,
In ultimul timp studiul plasm idelor bacteriene
suscitat un interes mai mare, cand s-a constatat ca
ele pot fi folosite in experien te de inginerie genetica
vehiculi cu ajutorul carora pot fi introdusi in celulabacteriana, gene dc la eucario te . P lasm idele
reprezinta un element esential in tehnoJogia ADN Fig. 33 Cromozom ul bac te r ian
recombinat.
31
ADN
P6te
calulArNfembranapfcramaOca
2.5 M
dtxaoml ^cromozomulbacterian 1----- 1M
S e o b s e r v a c r o m o z o m u l
circular atasat damembrana plasmatica
30, Intr-o Invaginaro =mezozom
>
1. Cromozomul circularbacterian
2. Bude3. Superrfisudrl
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
31/134
1 ftetinefci !r t
La virusuri, genomul este rep rezentat de un singur cromozom de forma circulara sau lineara
pe care sunt dispuse genele intr-o anumita ordine. Cromozom ul viral este reprezentat de o
macrom olecula dc ADN sau o macromolecu la dc ARN.
* La bacterii cromozomul are forma circu lara si este reprezenta t de o macromolecula de ADN
bicaten ar care-si pastreaza s tructura cu ajutorul uno r molecule de ARN.
1. Asociati notiuniie:J J - ----
/ . Sisteme de organizare II.MaterialulgeneticA. Ribovirusuri
B. Dezoxiribovirusuri
C. Bacterii
1.Crom ozom circular ce contine ADN si ARN> >2. Cromozom ce contine ADN
3. Cromo zom ce contine ARN------------------------------- -------------------- X- - ----- --
II. Material genetic II Caracteristici
A. Cromozom viral
B. Cromozom bacterian
C. Plasmid
1. Mezozom
2. Factorul F
3. 1%
4. 2000 - 3000 gene
5.3 - 200 gene
6 . Bucle si superrasucuri
2. Explicati replicarea materialului genetic la retrovirusuri.
3. Explicati procesul de variabilitate la virusuri si bacterii.
4. Motivati de ce virusurile nu au un metabolism propriu.
Materialul genetic la eucariote
Materialul genetic la eucariote se afla in nuclcul celular
dar si in citoplasma mai precis in mitocondrii, cloroplaste,etc.
1. La nivelul nucleului materialul ereditar este
organizat intr-o substanta numita cromatina .
Cromatina este forma interfazica a cromozomilor.
adica a structurilor caracteristice ce apar evident la eucariote
doar in timpul diviziunii nucleare.
La eucariotecromozom ii au o arhite ctura foarte com plexa, fiind alcatuiti din 13- 15% ADN.
12-13% ARN cromozomial; 68-72% p roteine histonice si nonhistonice, mici cantitati de lipide. ioni
de M g2" i Ca2". Com ponenta cea mai im portan ta a crom ozom ului eucariotic este ADN. El poate fi
impartit in doua categorii: secvente unice de nucleotide in care sunt incluse genele si secvente repetitive,
reprezentate de una sau mai multe fractii de ADN, in care anumite secvente de nucleotide se repeta de
un num ar variabil de ori (de la 102- 106ori). Acest ADN repetitiv este de obicei noninformational,
adica nu contine gene stru ctura l, ci indeplineste alte roluri, mai ales in reglajul genetic, diferentierea
cclulara si evolutia materialului genetic. In cromozomii eucariotelor, secventele de nucleotide repetitive
sunt intercalate cu secvente unice, nonrepetitive.
Cromatina prezinta doua stari functional alternative si reversibile: eucromar;>;j si
heterocromatina.
S f i n e r e a m i n t i m !
Eucariotelesunt organisme a
caror celule poseda nueleu tipic
Tnvelit in membrana nucleara.
32
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
32/134
Cromozom metafazic
Nucleosomu!
Format dintr-unoctamer histonicTnconjurat la exteriorde un segment din
ADN alcatuit din 140perechi de nucleotidedispuse sub forma a dou3
inele la varful si la bazaoctamerului
Proteine histonice
HjA. HjB.
Cromatide
Cromatina
LegStura dintredoi nucleosomise realizeazaprintr-o cesventade ADN de catevazeci de nucleotideunite prin intermediul unei proteinehistonice Ht
ADN
Eucromatina p rez in ta
proprietati de colo rare norm ale cu
coloranti bazici si un ciclu de
condensare standard (condensare in
d iv iz iune s i decondensare in
interfaza). La nivelul eucromatinei se
af la secvente unice de ADN.*Eucromatina reprezinta partea activa
genetic in transcrierea cromatinei
interfazice, la nivelul ei aflandu-se cea
mai mare par te din prote inele
nonhis tonice care condit ioneaza
functionarea materialului ereditar in
replicare sau in transcriere.
Heterocromatina are un ciclu
atipic de condensare. Ea reprezinta
cromatina care este condensata si in
interfaza cand apare sub forma de
cromocentri. La nivelul ei replicarea
ADN este intarziata si este inactiva in 5t ranscr ie re . Daca eucromat ina
cupr inde gene le majore ,
heterocromatina prezinta mai ales
functii reglatoare.
Crom atina eucariotelor este un
lant flexibil alcatuit din unitati care se
repeta si care se numesc nucleosomi(fig.34). Fiecare nucleosom are forma unui cilindru turtit format dintr-un octamer de proteine histonice
(H 2A, H2B, I\v H4 luate cate doua) inconju rat la exterio r de un segment de ADN alcatuit din 140
perechi de nucleotide* Acestea fo rm eaza o pereche de inele la varful si la baza cilindrului. Legatura
dintre doi nucleosomi se realizeaza cu ajutorul unei secvente de cateva zeci de nucleotide care se
gasesc unite cu un alt tip de histone H.r
Din complexarea ADN cu h istonele rezulta complexul nucleohistonic, care alcatuieste fibra de
cromatina. Nucleii si cromozomii eucariotelor contin asemenea fibre de cromatina al caror diametru
este de 100 300 A. Fiecarui cromozom eucariot ii corespu nde o singura fibra de crom atina
nucleohistonica si deci, asemanator cromozom ului procariot, o singura mo lecula dublu catenara deADN. Crom atina nuclcului in terf ace ca si cromatina cromozom ului in diviziune contine si variate
proteine nonhistonice . Nonhistonele sunt foarte heterogene. Ele prezinta specificitate de specie si dc
tesut. Nonhistonele apar ca activatori specifici ai genelor eucariote. Prin fosforilarea nonhistonelor
crestc rata de transcriere.
Descoperirea ca atat cromatina interfazica cat si cromozomii in timpul diviziunii, prezinta aceeasi
structura nucleosomala fundamentala, demonstreaza continuitatea organizatorica a materialului genetic
de-a lungul intregului ciclu celular. De fapt cromozomii nu d ispar in interfaza. Individualizarea lor in
profaza diviziuni i este un aspect de fenotip crom ozomal realizat in vederea desfasurar ii cu mare
exactitate a evenimentelor distributive ale ciclului celular, adica repartizarea aceleiasi informatii ereditarein celulele fiice prin distributia unui num ar egal de cromozomi in aceste celule.
Pregatirea celulei pentru diviziune presupune atat dublarea cantitatii de ADN cat si a substantelor
asociate, adica a Tntregii cantitati de cromatina.Fiecare cromozom este deja dublu la inceputul mitozei
Fig. 34 4 Materialul gcnetic la eucariote
33
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
33/134
a - q r o m p z o m m e t a c e n t r ic
b - cromozom submetacentricc - cromozom subtelocentricd - cromozom acrocentric
34
Fig.35 Tip uri de cromozomi
sau meiozei, asa ca acum o celula diploida din punctul
de vedere al numarului de cromozomi, este tetraploida
din punct de vedere al cantitatii de cromatina.Acum
fiecare cromozom este format din doua cromatide. Ele
sunt identice din punct de vedere al informatiei subtiri,
para le le si unite prin tr -o zona num ita centroraer,
Cromatidele reprezinta de fapt cromozom ii-fii care inca
nu s-au despartit.La inceputul profazei cromozomii devin vizibili
la mieroscopul opt ic deoarece se spira l izeaza,
mgrosandu-se si scurtandu-se. Ei ajung in metafaza la o
condensare maxima. Acum ei au numarul, forma si
marimea caracteristiee fiecarei specii si aeeasta proprietate
constituie un important caracter taxonomic. Prin distrugerca fusului de diviziune, cromozomii se vor
dispersa din planul ecuatorial al celulei putand fi fotografiati la microscop. Decupand imaginile si
ordonandu-le in perechi numerotate in ordinea descrescatoare a marimii se obtine cariotipul speciei
respective. Pozitia centromerului este un caracter morfologic constant, un criteriu de elasificare acromozom ilor (fig.35).
2. In citoplasma celulelor eucariote s-a evidential existenta unui material genetic propriu
reprezentat de ADN din organitele celulare (ADN mitocondrial, ADN cloroplastic) numit ADN
extranuclear.
Acest ADN poseda unele insusiri particulare, ADN extranuclear se replica dupa modelul
semiconservativ, da r nu in perioada S (de sinteza) a ciclului celular, ci independent de ADN nuclear.
El se deosebeste de ADN nuc lear al speciei respective prin greutatea moleculara si raportul A -r T / G
4 *C ceea ce face ca si viteza cu care se realizeaza denaturarea-renaturarea sa fie diferita, Datorita
aces tor deosebiri nu sc pot obtine hibrizi molecu lar! intre ADN nuc lear si cel extranuclear.
Comparativ cu ereditatea controlata de genele nucleare (ereditatc mendeliana) care se
caracterizeaza prin aceea ca genele de la cei doi parinti, tata si mama, contribuie in mod egal la
formarea constitutiei genetice a urmasilor (eredilate biparentala), ereditatea citoplasmatica sau
nemendeliana se caracterizeaza mai ales prin transmiterea la descendenti a trasaturilor genetice mateme
(ereditatc uniparentala - materna). Acest lucru se datoreaza faptului ca in marca m ajoritate a cazurilor
numai gametul femel poseda atat nucleu cat si citoplasma, in timp ce gametul mascul poseda in
general numai nucleu.
I Ret inel i ! r
Totalitatea genelor nucleare, numite cromogene, fonneaza genomul.
* Totalitatea genelor citoplasmatice, numite plasmagene fonn eaza plasmonul.
Crom ogenele impreuna cu plasm agenele alcatuiesc genotipul.
Organismele eucariote prezinta diviziune mitotica si meiotica, care asigura reproducerea
echilibrata a materialului genetic, precum si posibilitati imense de diversificare aprogram elor
genetice si deci de asigurare a variabilitatii genotipice.
n^PLICNTII
1. Evidentiati principalele caracterist ici de superioritate ale cromozomului eucar iot prin
comparatie cu cel procariot.
2. Care sunt principalele comp onente ale cromozo mului metafazic ?
34
-
5/26/2018 Manual Biologie XII
34/134
3. Aft'gctTraspunsurile corectc:
a. nucleosomul este unitatea structurala a nucleoidului;
b. nuc leosomul es te uni tatea st ructura la a moleculei de ADN ;
c. nucleosomul este unitatea structurala a cromatinei;d. nucleosomul este unitatea structurala a plas m idu lui.
4. Asociati notiunile din cele doua coloane :
1.cromozomi pu temic condensati; a. uneste cele doua cromatide;a *
2 .centromer; b, format din proteine histon ice;3.nucleosom; c. metafaza;
4 cromozomi monocromatidici. d. o singura m acrom olecula de ADN
Cvidentiereo cromozomilor uriosi low wDrosophila melanogaster
V
* ^
Materiale necesare: lame si lamele microscopiee, ac
spatulat, solutie carmin-acetica, lampa de spirt, hartie filtru,
larve de drosofila in stadiul III (inainte de impupare).
Mod de lucru. Se folosesc larve de stadiul III, de
Drosophila, femele, care sunt mai mari decat cele mascule.
Glandele salivare sunt plasate in partea anterioara a corpului
larvei legate de armatura bucala, care apare ca un punct negru.
Printr-o miscare de smulgere se detaseaza aeeasta parte
anterioara a corpului care se pune intr-o picatura de carmin-
acetic in care sta circa 3 min. Se aplica lamela. Se aplica hartia de filtru. Se preseaza putemic cu
degetul mare pentru etalare. Se inlatura excesu l de carmin, Se exam ineaza la microscop.
Descried si desenati ce observati!