Genele. Sinteza proteinelor. Codul genetic (5)
După cum am văzut, macromolecula de ADN conţine un număr extrem de mare de nucleotide. Pe această macromoleculă există un număr mare de segmente (între câteva mii şi câteva sute de mii) care codifică sinteza unor proteine sau a altor biomolecule. Aceste segmente se numesc gene structurale.
În afară de genele structurale mai există şi alte tipuri de gene (gene operatoare, gene reglatoare, promotor), care sunt tot secvenţe polinucleotidice cu rol de reglare a activităţii genelor structurale. Despre acestea vom vorbi mai pe larg în capitolul referitor la reglajul genetic.
Proteinele sunt componente esenţiale ale organismelor vii, care îndeplinesc diferite roluri: proteine structurale, enzime, hormoni etc. Din punct de vedere chimic, proteinele sunt nişte macromolecule, constând din unul sau mai multe lanţuri polipeptidice, obţinute prin polimerizarea unor molecule mai mici, numite aminoacizi. Secvenţa aminoacizilor determină structura şi funcţia proteinei. Proteinele sunt sintetizate de organismele vii pe baza informaţiei conţinute în genele structurale.
Procesul de sinteză a proteinelor decurge în felul următor. Mai întâi informaţia conţinută în genele structurale este preluată de o moleculă de ARN mesager (ARNm) sintetizată pe baza complementarităţii bazelor azotate. Acest proces se numeşte transcripţie. Tot prin transcripţie are loc şi sinteza moleculelor de ARN ribozomal (ARNr) şi ARN de transfer (ARNt). Apoi această moleculă este “citită” de către nişte organite celulare numite ribozomi (alcătuite din ARNr şi alte biomolecule) şi, pe baza informaţiei conţinute este sintetizată o catenă polipeptidică. Acest proces se numeşte translaţie.
În procesele de transcripţie şi translaţie intervin numeroase enzime precum şi ARNt, care are rolul de a transporta aminoacizii la ribozomi şi de a decodifica informaţia conţinută în ARNm. Sinteza proteinelor are loc cu consum de energie.
Aşadar, în cadrul procesului de translaţie, informaţia genetică, constând dintr-o secvenţă de baze azotate este tradusă într-o secvenţă de aminoacizi, pe baza unui cod, numit cod genetic. Acest cod face ca fiecărei secvenţe de 3 baze azotate (numită codon) să-i corespundă un aminoacid. Codul conţine deci 64 de codoni dintre care 61 de codoni codifică unul sau altul dintre cei 20 de aminoacizi, iar 3 codoni sunt codoni stop (deci codul este degenerat, în sensul că există aminoacizi care sunt codificaţi de mai mulţi codoni diferiţi).
Codul genetic este universal, adică la toate organismele vii, indiferent dacă sunt procariote sau eucariote, aceleaşi triplete de baze azotate codifică aceiaşi aminoacizi.
Cercetările recente au dus totuşi la descoperirea câtorva excepţii de la universalitatea codului genetic. De exemplu, codul genetic al ADN din mitocondrii (organite celulare din celulele eucariote) prezintă câteva diferenţe minore faţă de cel nuclear (universal).
La eucariote, procesul de sinteză a proteinelor prezintă o particularitate suplimentară: multe din genele eucariotelor conţin, pe lângă segmentele care codifică aminoacizi (numite exoni), şi unele segmente de ADN non-informaţional, numite introni. Genele eucariotelor au, deci, o structură de mozaic, fiind compuse din secvenţe de exoni şi introni. Pentru sinteza proteinelor sunt utili numai exonii şi, de aceea, între transcripţie şi translaţie există o etapă intermediară de eliminare a acestor introni.
Procesul de sinteză a proteinelor decurge, deci, astfel: prin transcripţie se sintetizează ARNm precursor, apoi sunt eliminaţi intronii şi se obţine ARNm matur iar acesta, după ce traversează membrana nucleară şi ajunge în citoplasmă, este decodificat prin procesul de translaţie şi pe baza lui se sintetizează o catenă polipeptidică. Din punct de vedere biochimic, intronii nu se deosebesc cu nimic de exoni iar mecanismul prin care celula reuşeşte totuşi să facă distincţie între ei încă nu a fost elucidat.
