Mecanismul sintezei ADN

De Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Revizuit de Hannah Simmons, M.Sc.

Copierea rețetei vieții

ADN-ul, sau acidul dezoxiribonucleic, este molecula biologică care conține informația necesară pentru a crea un organism viu. Pe măsură ce celula se divide pentru a deveni două, ADN-ul trebuie copiat astfel încât ambele celule să conțină informațiile genetice necesare. Sinteza sau realizarea de noi șiruri de ADN în celulele vii se numește „replicare a ADN-ului”.

Replicarea ADN-ului. Image Credit: Designua /

Facerea unui nou șir de ADN

ADN-ul se găsește sub forma unui dublu helix, în care două șiruri de ADN sunt legate împreună în două elice. Procesul de replicare a ADN-ului începe atunci când cele două șiruri de ADN se separă. O enzimă numită elicază derulează și separă legăturile dintre cele două șuvițe de ADN, iar aceste două șuvițe separate acționează ca șabloane din care se fabrică ADN nou.

ADN polimerazele sunt un grup de enzime care fabrică ADN nou. Dar, pentru ca această enzimă să funcționeze, are nevoie de un primer – o scurtă secvență de nucleotide care este atașată la unul dintre șirurile simple de ADN. În timpul replicării ADN, amorsa este, de obicei, o secvență scurtă de acid ribonucleic (ARN), care este ulterior degradată și înlocuită cu ADN.

Amorsa oferă o grupare hidroxil 3′ pe care ADN polimeraza adaugă precursorii ADN-ului, nucleotidele. Atunci când nucleotidele sunt adăugate la capătul 3′ al amorsă sau la noul lanț de ADN, se formează o legătură între grupa hidroxil 3′ a amorsă/nouă ADN și grupa fosfat 5′ a nucleotidei.

Există patru tipuri de nucleotide ADN, care au fiecare baze azotate diferite; adenină (A), citozină (C), guanină (G) și timină (T). Acestea se găsesc întotdeauna în perechi, A-T și C-G. Acest lucru se numește „împerechere de baze Watson-Crick” și, prin urmare, dacă șablonul are o nucleotidă „A”, atunci o nucleotidă „T” va fi adăugată la firul de ADN în creștere. Dacă este o nucleotidă „G”, atunci o nucleotidă „C” va fi adăugată la șirul în creștere.

Direcționalitatea ADN-ului și modul în care afectează sinteza ADN-ului

ADN-ul are direcționalitate, cu un șir mergând de la 5′ la 3′ și celălalt de la 3′ la 5′. În șirul 5′-3′, capătul 3′ este expus în timpul sintezei de ADN nou. Acest lucru înseamnă că ADN polimeraza este capabilă să producă ADN nou în direcția ADN-ului șablon.

Cu toate acestea, când vine vorba de șirul 3′-5′, acest lucru ar lăsa capătul 5′ expus; cum se descurcă ADN polimeraza cu acest lucru? În șirul 3′-5′, noul ADN este creat de către ADN-polimeraza care face fragmente scurte de 5′-3′, numite fragmente Okazaki. Apoi, o altă enzimă, ADN ligază, conectează fragmentele Okazaki împreună pentru a forma noua catenă de ADN 3′-5′.

Lectura de probă

Câteodată, se fac erori atunci când se adaugă nucleotide pe catena de ADN șablon. Unele ADN polimeraze au ceea ce se numește „activitate de exonuclează 3′-5′”. Activitatea 3′-5′ exonucleazei, acționând împotriva activității de polimerizare sau de sinteză, taie nucleotidele care nu se potrivesc cu șablonul. Acest lucru asigură o citire de probă, astfel încât noul lanț de ADN să fie cât mai precis posibil.

Cum este exploatat în biologia moleculară?

Proprietățile sintezei ADN au fost utilizate în diferite tehnici de biologie moleculară; reacția în lanț a polimerazei (PCR) și secvențierea ADN.

Reacția în lanț a polimerazei

PCR este o tehnică dezvoltată în anii 1980 pentru a amplifica o anumită parte a ADN-ului. Amorsele de ADN sunt concepute pentru a acoperi regiunea de interes. Se folosește căldura pentru a separa cele două șiruri de ADN, iar temperatura este apoi scăzută pentru a permite primilor să se atașeze la ADN. O ADN-polimerază stabilă la căldură produce apoi noi șiruri de ADN care corespund regiunii de interes prin adăugarea de nucleotide la capătul 3′ al amorselor.

Secvențierea ADN-ului

Secvențierea ADN-ului constă în elaborarea ordinii bazelor (A, C, G, T) care se găsesc în ADN. Secvențierea Sanger este una dintre primele tehnici de secvențiere a ADN-ului, în care sinteza ADN-ului este oprită. Acest lucru este posibil prin îndepărtarea grupării hidroxil de la capătul 3′ al nucleotidelor, prin urmare, atunci când aceste „dideoxi nucleotide” sunt încorporate în șirul de ADN, ADN polimeraza nu poate adăuga următoarea nucleotidă. Aceste „dideoxi nucleotide” sunt amestecate cu nucleotide, prin urmare se creează fragmente de diferite lungimi. Având dideoxi-A, dideoxi-C, dideoxi-G și dideoxi-T în reacții separate, se poate determina ultima nucleotidă a fragmentului. Odată separate după mărime, secvența de ADN poate fi determinată uitându-se la care este ultima nucleotidă a fragmentelor în funcție de mărime.

Deși metodele moderne de secvențiere a ADN-ului sunt automatizate și mai puțin laborioase decât secvențierea Sanger, există unele care se bazează pe secvențierea Sanger; de exemplu, se pot adăuga diferiți coloranți fluorescenți la fiecare dideoxi-nucleotidă, iar diferențele sunt detectate prin diferite culori de fluorescență.

Lecturi suplimentare

• Tot conținutul ADN
• Ce este ADN-ul?
• Proprietățile ADN-ului
• Modificări chimice ale ADN-ului
• Funcțiile biologice ale ADN-ului

Scris de

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama este cercetător și scriitor științific. A obținut doctoratul la Universitatea din Bath, Marea Britanie, în urma unei teze în domeniul microbiologiei, în care a aplicat genomica funcțională la Staphylococcus aureus . În timpul studiilor de doctorat, Maho a colaborat cu alți profesori universitari la mai multe lucrări și chiar a publicat unele dintre lucrările sale proprii în reviste științifice evaluate de colegi. De asemenea, ea și-a prezentat lucrările la conferințe academice din întreaga lume.

Citate

.