Cyan Yellow Magenta Black pag 3

GENETICAMOLECULARA

GENETICAMOLECULARAI.I. ˆ̂

ˆ̂

NNUUCCLLEEUU

ADN

ARNmtranscrip]ie

ARNrtranscrip]ie

ARNttranscrip]ie

PASUL 1

por nuclear

membran\nuclear\

aminoacizi `n citoplasm\

PASUL 4

ADP

ATP

transla]ie

PASUL 5Lan] polipeptidic `n cre[tere

PASUL 6

ribozom

direc]ia transla]ieiARNm

PASUL 7

CCIITTOOPPLLAASSMM||

Met Lan] proteic eliberat

PASUL 8

Protein\ metabolizat\ (forma final\)

codon stop

codon start

ARNm

Complex de ini]iere

Met

PASUL 2

PASUL 3subunit\]i

ribozomale

pag.001-050.qxd 8/1/2008 3:24 PM Page 3

4

Cyan Yellow Magenta Black pag 4

11CCaappiittoolluull

GGeenneettiiccãã mmoolleeccuullaarrããSSccuurrtt iissttoorriicc

GGeenneettiiccaa mmoolleeccuullaarrãã este o ramurã a ge-neticii care studiazã natura chimicã a geneiºi modul în care funcþia genelor afecteazãcaracterele organismelor vii, chimia acizilornucleici ºi a altor molecule care participã lareplicaþie, funcþie, mutaþie ºi repararea mo-leculei de ADN (Hartl & Jones).

Se considerã cã începutul geneticii mole-culare dateazã imediat dupã descoperireaLegilor ereditãþii de cãtre Mendel (1865). Înanul 1869, Friedrich Miescher a izolat dinnucleii lapþilor de somon ºi din alte celule, osubstanþã pe care a denumit-o nucleinã. Ul-terior, R. Altman a constatat caracterul acidal acestei substanþe, denumind-o acid nucle-ic (1889). În anul 1884, O. Hertwig a avutintuiþia sã afirme cã „nucleina este substanþaresponsabilã nu numai pentru fertilizare, ci,de asemenea, pentru transmiterea caracte-risticilor ereditare…“. Cercetãri ulterioareau stabilit compoziþia chimicã a acizilornucleici, fiind evidenþiatã existenþa a douãtipuri de acizi nucleici, dependent de pen-toza pe care o conþin: aacciizziiii rriibboonnuucclleeiiccii((AARRNN)), cu ribozã, ºi aacciizziiii ddeezzooxxiirriibboonnuuccllee--iiccii ((AADDNN), cu dezoxiribozã. A fost pãstrattermenul generic de aacciizzii nnuucclleeiiccii, deºi s-astabilit cã acizii dezoxiribonucleici se aflãlocalizaþi cu preponderenþã în nucleu, iaracizii ribonucleici în citoplasmã.

Astfel, încã din ultima parte a secolului alXIX-lea erau cunoscute douã elemente ale

ereditãþii (legile mendeliene ale ereditãþii ºiacizii nucleici), însã rolul acizilor nucleici înereditate a fost demonstrat abia la mijloculsecolului al XX-lea, când au început efectivcercetãrile de geneticã molecularã.

Rolul ADN în ereditate a fost stabilit decãtre O.T. Avery ºi colaboratorii (1944),care au reluat un experiment efectuat de E. Griffith (1928) la Streptococcus pneumo-niae. Griffith a experimentat cu douã tulpinide pneumococi: tulpina tip SS virulentã, careprezintã capsulã ºi formeazã colonii netede(suºa SSIIIIII) ºi tulpina RR, avirulentã, care nuprezintã capsula ºi formeazã colonii rugoase(suºa RRIIII). Prin mutaþie, tulpina SSIIIIII poatepierde capsula ºi se transformã în tulpinãacapsulatã de tip RRIIIIII avirulentã. Experi-mentele au fost efectuate la ºoareci, la cares-au injectat intraperitoneal pneumococi viisau omorâþi prin ºoc termic, singuri sau înamestec din ambele tulpini. S-a constatat cãºoarecii au murit în urma injecþiei cu pneu-mococi virulenþi vii, de tipul SSIIIIII (situaþie nor-malã), însã ºi în cazul injectãrii unui amestecconstituit din pneumococi tip RRIIII vii ºi SSIIIIII

omorâþi prin ºoc termic. Griffith nu a pututexplica fenomenul de ttrraannssffoorrmmaarree ggeenneettiiccããdescoperit în acest experiment, respectivtransformarea pneumococilor avirulenþi RIIII

în pneumococi virulenþi de tip SIIIIII, care aucauzat moartea ºoarecilor, pe baza cunoº-tinþelor din timpul sãu (ffiigg.. 11).

pag.001-050.qxd 8/1/2008 3:24 PM Page 4

5

Cyan Yellow Magenta Black pag 5

CCaappiittoolluull 11

O.T. Avery ºi colaboratorii au reluatexperimentul, fãcând infecþii separate cudiferite componente ale bacteriei. Astfel,atunci când pe mediul de culturã al bac-teriilor de tip RIIII au introdus ADN extras dela bacterii de tip SIIIIII, dupã 24 de ore au con-statat prezenþa coloniilor de tip SIIIIII. Deci,ADN bacterian posedã capacitate infec-þioasã, el fiind purtãtorul informaþiei gene-tice (ffiigg.. 22).

Rolul ARN în ereditate a fost demon-strat independent de douã colective (H.Fraenckel-Conrat ºi R. Williams în anul1955, în S.U.A., ºi A. Gierer ºi G. Schrammîn 1956, în Germania), care au efectuatexperimente cu virusul mozaicului tutu-nului (VMT). VMT este constituit dintr-omoleculã linearã de ARN viral, protejatã deo capsidã viralã, de naturã proteicã (ffiigg.. 33).Ei au separat virusul în cele douã compo-nente ºi au fãcut infecþii separate cu aces-tea. S-a constatat prezenþa unei infecþiivirale numai în regiunea unde a fost injectatARN viral, din regiunea respectivã fiind izo-lat virusul întreg. Deci AARRNN vviirraall ppooaarrttããiinnffoorrmmaaþþiiaa ggeenneettiiccãã pentru sinteza întregu-lui virus.

FFiigg.. 11.. Experienþa de transformare geneticã alui Griffith [i a colaboratorilor s\i

(a) Tulpin\ virulent\de pneumococ(S)

(b) Tulpin\ nevirulent\de pneumococ (R)

(c) Tulpin\ virulent\omorât\ prin [oc termic

(d) Tulpin\ nevirulent\ `mpreun\cu tulpin\ virulent\ omorât\ prin [oc termic

{oarecele moare

{oarecele moare

Celule vii de tulpin\ virulent\,izolate din [oarecele mort

{oarecele s\n\tos

{oarecele s\n\tos

FFiigg.. 33.. Structura VMT

capsid\

molecul\ de ARN viral

FFiigg.. 22.. Experien]a de transformare genetic\ a lui O.T.Avery [i a colaboratorilor s\i

Colonii de tip R

Colonii de tip S

Colonii de tip R[i de tip S

Celule de tip R

Celule de tip S

Celule de tip R +ADN de tip S

Dezvoltarea ulterioarã a geneticii mole-culare a fost punctatã de urmãtoarele eveni-mente:

1945 — Erwin Schrödinger (PremiulNobel pentru fizicã în anul 1933), a emisipoteza conform cãreia informaþia geneticãpentru sinteza proteinelor se aflã localizatãîn acizii nucleici;

1951 — a avut loc secven]area primeiproteine;

1953 — a fost stabilitã structura spaþialãa moleculei de ADN (J.D. Watson, F.H.C.Crick ºi M.H.F. Wilkins, Premiul Nobelpentru medicinã ºi fiziologie, 1962); (ffiigg.. 44);

pag.001-050.qxd 8/1/2008 3:24 PM Page 5

1958 — a fost stabilitã replicarea semi-conservativã a ADN;

1961 — a fost demonstrat caracterultriplet al codului genetic;

1977 — s-a descoperit cã la eucariotegenele sunt constituite din introni ºi exoni;

1995 — a fost secvenþat genomul bac-terian;

2001 — a fost secvenþat genomul uman. Cercetãrile din genetica molecularã au

condus la clonarea primei gene ºi implicitla dezvoltarea unei noi ramuri a geneticiimoleculare, denumitã ingineria geneticã(tehnologia ADN recombinant) din care s-a dezvoltat industria biotehnologiilor.

Dezvoltarea geneticii moleculare a fostinfluenþatã de (1) utilizarea unor instru-mente ºi tehnici adecvate de investigaþie;(2) utilizarea substanþelor fluorescente ºiradioactive, ºi (3) tehnici de enzimologie înanaliza acizilor nucleici. Utilizarea tehno-logiilor oferite de computer pentru a proce-sa informaþia biologicã disponibilã, adicãsecvenþa de nucleotide din acizii nucleici,respectiv de aminoacizi în molecula prote-icã a condus la noi descoperiri în geneticamolecularã ºi biotehnologie. Astfel, recentau apãrut noi domenii ale geneticii mole-culare: bioinformatica, genomica ºi proteo-mica. Aceste domenii noi folosesc com-puterul ºi softurile pentru a stoca, procesaºi analiza informaþia biologicã, respectivsecvenþele de ADN ºi proteine.

Instrumentele ºi tehnologiile care aucontribuit la dezvoltarea geneticii molecu-lare au fost variate: ultracentrifuga analiticã,microscopul electronic, electroforeza, difrac-þia cu raze X ºi diferite tipuri de cromato-grafe. Principalele tehnici utilizate au constatîn separarea, reunirea, sinteza sau rupereamoleculelor de acizi nucleici. Separarea mo-leculei de ADN s-a realizat prin procesul dedenaturare. Tãierea moleculei de ADN înfragmente de mãrime variabilã s-a realizatatât mecanic, cât ºi prin utilizarea enzimelorde restricþie, care taie molecula de ADN lanivelul unor anumite locusuri specifice.

6

PPaarrtteeaa II

Cyan Yellow Magenta Black pag 6

FFiigg.. 44.. J.D. Watson [i F.H.C. Crick `n fa]a modeluluimoleculei de ADN, propus `n anul 1953

ªªtt iiaaþþ ii ccãã??GGeeoorrggee EEmmiill PPaallaaddee a primit în anul

1974, împreunã cu AAllbbeerrtt CCllaauuddee ºi CChhrriiss--ttiiaann ddee DDuuvvee, Premiul Nobel pentru Medi-cinã ºi Fiziologie, pentru „descoperirile lorprivind organizarea structuralã ºi funcþio-nalã a celulei”.

VViiccttoorr BBaabbeeºº, în anul 1901, a fost privatde obþinerea Premiului Nobel pentruMedicinã ºi Fiziologie, deºi a avut priori-tate faþã de lucrãrile lui EEmmiill AAddoollff vvoonnBBeehhrriinngg,, în cercetãrile efectuate în dome-niul seroterapiei ºi aplicãrii ei în medicinã.

NNiiccoollaaee PPaauulleessccuu a obþinut primul extrasde pancreas endocrin, stabilind rolul hipo-glicemiant al pancreoziminei (insulina).

Premiul Nobel pentru Medicinã ºi Fizio-logie în anul 1923 a fost acordat canadienilorFF..GG.. BBaannttiinngg ºi JJ..JJ..RR.. MMaaccLLeeoodd pentru des-coperirea efectuat\ câteva luni mai târziu.

GGhheeoorrgghhee BBeennggaa [i colaboratorii(UMF-Cluj), au descoperit prima protein\canal pentru ap\ (aaqquuaappoorriinnaa) în eritro-citele umane, în 1985. Totuºi, PremiulNobel pentru Chimie (2003) a fost acordatlui PPaauull AAggrreeee,, care a publicat cercetãrilesale trei ani mai târziu (1988).

pag.001-050.qxd 8/1/2008 3:24 PM Page 6