Replicarea si biosinteza ADN-ului. Implicatii si aplicatii medicale.

Replicarea si biosinteza ADN-ului. Implicatii si aplicatii medicale.

Relatia dintre structura si replicarea ADN-ului.

Transmiterea informatiei genetice de la ascendenti la descendenti se realizeaza prin dublarea cantitatii de ADN care este transmis celulelor fiice, care vor mosteni o structura a ADN-ului format din nucleotide identice cu cea a celui mama fapt pentru care procesul este numit replicare. Replicarea este posibila datorita structurii specifice a ADN-ului descifrata de Watson si Czick, structura care cuprinde in principal (vezi LP) doua lanturi de polinucleotide care prin intersectarea lor formeaza un dublu helix.

Lanturile de polinucleotide din punct de vedere polichimic sunt alcatuite prin polimerizarea dezribonucleotidelor, structuri care sunt legate intre ele prin legaturi si structuri specifice constituite de puntile fosfodiesterice.

ADN-ul prezinta o parte centrala reprezentate de lanturile polinucleotidice care constituie "coloana vertebrala" a structurii si o parte interna care leaga cele 2 lanturi formata din baze purinice si baze pirimidinice. Bazele purinice alcatuite din ADENINAsi GUANINA si cele pirimidinice constituite din PIRINA si CITOZINA.

Legaturile intre structurile de baze purinice si pirimidinice se realizeaza prin asa numita punti de hidrogen ce unesc bazele purinice cu cele pirimidinice.

Lanturile sunt complementare si au o anumita specificitate.

(intrebare din test: ce intelegeti prin polimeritatea unui polimer)

Notiunea de matrita structura consrevativa si semiconservativa. Watson si Czick au intuit ca structura ADN-ului si procesul de replicare si dde transmitere a informatiei genetice permite prin complementivitatea lantului transmiterea informatiei la descendenti deoarece fiecare lant poate servi ca matrita sau tipar pentru formarea unui lant complementar cu el insusi.

Notiunea de matrita in biocel - este inteleasa ca o macromolecula avind o suprafata specifica cu locuri de legare cu o anumita configuratie spatiala.

Elementele care se ataseaza se numesc monomeri. Pentru realizarea produsului de replicare prin matrice sau matrita sau tipar are loc asamblarea unui monomer sau a unei macromolecule in zonele de configuratie spatiala. Monomerul care se leaga prin--------    si forte de legare (Wan der valz sau electrostatica) dupa care intervine o enzima polimerizanta care creiaza legaturi colaterale intre monomerii matritei. O data cu aceste macromolecule atasate matritei se transmit noi molecule si informatia genetica prin procesul de replicare.

Replicare semiconservativa a ADN-ului . experienta lui Meselansthal (?).

Replicarea ADN-ului se poate realiza de tipul semiconservativ deoarece cele 2 lanturi polinucleotidice se desfac prin dezrasucire fiecare dintre lanturi isi pastreaza structura sa pe baza careia poate sa formeze un nou lant complementar.

Replicarea incepe intr-un punct de origine sub forma unui furculite de replicare care ajunge la capetele cromozomului iar cind se ajunge la un nou punct cromozomii se impart in 2. cromozomi vechi si cromozomi nou formati. Rolul replicarii fiind formarea a 2 noi cromozomi ce vechi si cel nou.

Enzimele si proteinele care intervin in sinteza ADN-ului

Exista mai multe proteine si enzime care colaboreaza in sinteza lanturilor noi de ADN. Dintre care:

1. ADN-topoizomeraza scindeaza reversibil duplexul de ADN permitind rotatia si indepartarea tensiunii acumulate intre lanturile polinucleotidice. Se subdivid in:
• ADN topoizomeraze I care scindeaza un singur lant din dublu helix
• ADN topoizomeraza II care dezrasucesc ambele lanturi ale duplexului
2. proteine de destablizarea a helixului: sunt cele care favorizeaza si spijina desfacerea duplexului ADN-ului, proces denumit destabilizare.
3. ADN helicaza: actioneaza la baza furculitei de replicare, prin dezrasucirea helixului cu ajutorul energiei furnizate de ATP
4. ARN polimeraza: are rolul de a cataliza sinteza unui fragment de ARN din ADN folosind structurile de ribo-nucleotid-trifosfati. Aceasta actiune se realizeaza asupra primei molecule denumit primer.
5. ADN polimerazele: realizeaza catalizarea dezribonucleotidelor prin trei polimeraze:

ADN polimeraza I- realizeaza procese respiratorii ale ADN-ului

ADN polimeraza II- joaca rol reparatoriu a ADN-ului in cazul pierderii unei nucleotide

ADN polimeraza III- este o proteina, enzima de replicare denumita si replicaza deoarece este o enzima cu rol esential in realizarea procesului de replicare.

6. ADN ligaza- este o enzima care realizeaza legaturi intre 2 lanturi de ADN

Mecanismele moleculare ale replicarii ADN-ului

Replicarea incepe cu dezrasucirea celor doua lanturi polinucleotidice din ---- dezrasucirea si reprezentarea lantului polinucleare sunt realizate cu 3 tipuri de enzime:

ADN-

ADN- helicaza

proteina de destabilizare a helixului, numite si proteine de dezrasucire.

Procesul desfasurindu-se pe cele 2 lanturi ale furculitei de replicare ce devin matrite si ca urmare a interventiei enzimelor se formeaza noi straturi structuri ale ADN-ului prin:

ADN helicoza- actioneaza la baza furculitei desfasurind cele 2 legaturi polinucleotidice- matrita superioara sau directoare sintetizeaza o catena mama cu ajutorul ADN-polimeraa pe el sintetizeaza o catena mama

Lantul inferior denumit si matrita catenei intirziate in urma actiunii primazei si a unor proteine destabilizatoare ale helixului cu ajutorul ARN-primar adaugator pe matrita intirziata. fragmente denumite okazaky.

Iar prin intermediul ADN-ului polimerazei formeaza okazay, ce determina aparitia unui nou lant a ADN-ului.

Aplicatii si implicatii medicale ale replicarii si biosintezei ADN.

Conservarea informatie genetice si transmiterea ei fidela la urmasi sta la baza eredetitatii si presupune o replicare precisa a ADN-ului. Adica reproducerea identica a secventei din molecula paternala in cele 2 molecule fiice aleADN-ului.

Orice greseala de replicare determina aparitia unor denaturari denumite mutatii care peste o anumita limita fac imposibila desfasurarea normala a vietii celulei si o ploriferare necontrolata a dezvoltarii celulare prin aparitia cancerului.

Mutatiile pot fii:

• Punctiforme- cind se actioneaza si este afectata un singur nucleotid, sau poate fii complexe care se manifesta prin deletii (lipsa unui segment de ADN) sau insertii- adaugarea de segmente in plus. Mutatii punctiforme pot sa apara spontan in ADN cum este deaminarea- care duce la transformarea citozinei in uracil. Sau depurinarea- cind are loc ruperea adenienei sau guaninei din ADN.
• Mutatii pot fii produse si de agneti fizici sau chimici. Agenti mutageni care sunt cancerigeni- substante chimice modifica direct bazele din ADN, fiind denumiti agenti alchlanti deoarece fixeaza bazele de metil in structura ADN-ului lucru ce se poate realiza prin radiatile UV.
• Exista substante care pot produce punti intre structura chimica ale ADN-ului sa refaca puntile care se desfac. Aceste substante sunt folosite in chinetoterapie. mitonicina

Prosalenul (?)- extrasa din lemn, utilizat pt tratarea psoriasisului, deoarece aceasta substanta administrata per os ajunge in celulele bolnave din piele si intercaleaza in ADN iar la iradierea cu UV reface puntile dintre ele.

Exista o serie de boli in care sunt deficitare mecanismele de refacere cum este :

• Anemia FANCONI (retardare in crestere, leucemii) in genereal aceste boli se produc datorita inversari tininei
• Xeroderma- (pigmento---) este o boala a deremei cind din copilarie apare pe piele zone atrofiate si uscate care dupa un timp se malignizeaza iar    bolnavii mor de tineri prin metastaze
• Ataxia telangietasia- se manifesta prin lipsa de coordonare a miscarilor , dilatatoarea ale vaselor , cancere, leucemii in general boala determinata tot de deteriorarea structurii ADN-ului. ADN-ul are si anumiti inhibitori care care nu permit restructurarea nucleotidelor compuse din lanturile polinucleotidice.

Aceasta substanta are o importanta in practica medicala fiind folositi ca-------- antibiotice, citostatice. antibioticele pot fii definite ca substante care impiedica multiplicarea bacteriilor avind o actiune selectiva la nivel molecular fiind activi in doze mici , cum este acidul malidixic si edelinele utilizate ca citostatice in ultimul timp in combaterea cancerului.

Acidul fosfanoacetic considerate ca substante ce inhibi biosinteza ADN-ului si a polimerazelor.

Din substantele antitumorale ce inhiba sinteza ADN-ului sunt:

• arabinozil citozina
• arabinozil guanina cu structura specifica pt inhibarea sintezei ADN-ului
• Neocarcinostatina.