Utilizare
Cursuri: 0
Publicare RED: 0
Publicare articole în reviste: 540
Servicii AI: 0
Scânteia iluminării (IV)
Celula este structura de bază a unui organism viu, în particular, a organismului uman, fiind formată din trei componente principale: o membrană ce o separă de spaţiul interstiţial, citoplasma (un mediu lichid, citosolul, în care se găsesc diferite substanţe, precum proteine şi organite celulare - având diverse funcții) şi nucleul.
Miracolul dezvoltării vieții pe Terra are la bază diviziunea celulară prin care un organism apare dintr-o singură celulă și ajunge la maturitate la structuri mai mult sau mai puțin complexe, care pot fi formate din trilioane de celule în cazul ființei umane.
Diviziunea este o parte esențială din ciclul celular (include și interfaza), care la procariote (bacterii) este de tip fisiune binară, iar la eucariote sunt cunoscute două variante, și anume: mitoza, pentru celulele somatice, respectiv meioza, pentru celulele gametice.
Diviziunea mitotică debutează prin diviziunea nucleului (cariokineză), incluzând patru etape, denumite profază (pro=înainte), metafază (meta=între), anafază (ana=în sus) și
telofază (telo=sfârşit), cu mențiunea că replicarea(duplicarea) ADN-ului cromozomial are loc în stadiul S al interfazei (perioada dintre două diviziuni celulare succesive). Finalizarea mitozei se realizează prin diviziunea citoplasmei, proces cunoscut sub numele de citokineză.
ADN-ul este o moleculă foarte complexă, fiind formată din două lanțuri de nucleotide unite prin legături de hidrogen și având un rol esențial în sinteza proteinelor și în transmiterea informației genetice. Macromoleculele de ADN se află în interiorul nucleului în două forme, în funcţie de perioada din timpul ciclului celular: de cromatină (în interfază), adică răsfirat, necondensat, respectiv de cromozomi (în timpul diviziunii celulare), când este condensat, mai gros și vizibil la microscopul optic.
În evoluția vieții, mitoza a permis eucariotelor să se dezvolte dintr-un singur zigot unicelular, produs la rândul său în urma diviziunii celulare meiotice prin unirea întâmplătoare a unor gameți masculini și feminini, asigurând astfel , nu numai reproducerea ci și variabilitatea organismelor. Spre deosebire de mitoză, în care celulele fiice sunt replici ale celulei părinte, în meioză, celula inițială se divide în două celule care au fiecare numai jumătate din numărul de cromozomi, fapt care asigură prin procreație diversitatea genetică a organismelor și menținerea constantă a numărului de cromozomi de la părinți la urmași.
Întreg ciclul celular este controlat prin instrucțiunile genetice din ADN, genele fiind coduri biochimice pentru ordinea în care aminoacizii sunt uniți în proteine particulare. Pe de altă parte, pentru reglarea diviziunii, celulele comunică între ele prin semnalele chimice provenite de la proteine speciale numite cicline.
În prezent sunt cunoscute trei puncte esențiale pentru controlul ciclului celular, și anume:
● G1 /S – spre sfârșitul fazei G1, se decide dacă celula se divide sau intră în faza de repaus prelungit G0;
● G2 /M – spre sfârșitul fazei G2 , se decide dacă ADN-ul a fost duplicat corect. Dacă da, celula trece în faza M, dacă nu, celula se autodistruge;
● M – se verifică dacă cromozomii au fost separați corespunzător. Dacă da, celula intră în G1, dacă nu, se autodistruge.
La om, celulele creierului au o rată de replicare redusă, spre deosebire de alte celule, cum ar fi cele ale pielii, care se divid constant pentru a înlocui moartea zilnică a unui număr considerabil de celule - de ordinul zecilor de mii.
Celulele canceroase pot să apară atunci când sistemele organismului care controlează echilibrul dintre diviziunea celulelor și moartea celulară programată sunt afectate de factori fizico-chimici și acumularea unor mutații genetice perturbatoare. În acest caz, proliferarea celulelor scapă de sub control şi, pe lângă faptul că se înmulțesc peste măsură, fără să se mai diferențieze, pot disemina (produc metastaze) în diverse locuri din organism.
În termeni de genetică, fiecare organism din regnul animal, inclusiv omul, este o asociere unică, pasageră şi perisabilă a unor gene, dar care trec bariera generaţiilor prin intermediul gameţilor. După apariţia geneticii moleculare, gena a fost identificată cu un segment dintr-o macromoleculă de ADN sau ARN (în cazul ribovirusurilor şi a viroizilor), având o secvenţă de codoni care conţin informaţia genetică necesară pentru sinteza proteică.
După modelul elaborat de J. Watson, F.Crick şi M. Wilkins, acizii nucleici reprezintă secvenţe de nucleotide, formate la rândul lor dintr-o bază azotată, o glucidă (zahăr) şi un radical fosforic. Se cunosc cinci tipuri de baze azotate care intră în structura nucleotidelor, şi anume: două baze purinice, adenina (A) şi guanina (G), respectiv trei baze pirimidice, citozina (C), timina (T) şi uracilul (U). Primele patru baze azotate (A,G,C,T) sunt prezente la ADN, iar la ARN în locul timinei se află uracilul. Zaharurile din componenţa acizilor nucleici sunt riboza la ARN şi dezoxiriboza la ADN, ambele fiind pentoze.
Din combinarea unei baze azotate purinice sau pirimidice cu o glucidă rezultă o nucleosidă, moleculă din care se obţine o nucleotidă prin ataşarea unui grup fosfat la pentoză.
Macromolecula de ADN este bicatenară, fiind formată din două lanţuri polinucleotide unite prin punţi de hidrogen (duble între adenină şi timină şi triple între guanină şi citozină), de natură electrostatică. Cele două catene sunt complementare, în sensul că legăturile de hidrogen se stabilesc între baze azotate purinice şi pirimidice (A-T, T-A, G-C, C-G) şi formează o spirală dublă (dublu helix) prin înfăşurare elicoidală în jurul unui ax comun.
Replicarea (duplicarea) macromoleculei de ADN se realizează cu ajutorul unor enzime (ADN-polimerazele, ligazele etc.), după modelul semiconservativ, în intervalul dintre două diviziuni celulare (interfază), când are loc dublarea cantităţii de material genetic.
Prin ruperea legăturilor de hidrogen, se separă mai întâi cele două catene model, după care, prin ataşare (pe bază de complementaritate) a nucleotidelor libere din citoplasmă se formează două molecule fiice de ADN bicatenar, identice cu molecula mamă iniţială. Duplicarea ADN-ului precede fiecare diviziune celulară şi are loc în aşa-numita interfază (perioada dintre două diviziuni celulare succesive). ADN-ul este alcătuit din două lanţuri de nucleotide unite prin legături de hidrogen; el se poate găsi în interiorul nucleului în două forme, în funcţie de perioada din timpul ciclului celular: sub formă de cromatină, adică răsfirat, necondensat (în interfază) sau sub formă de cromozomi, fiind condensat, mai gros, vizibil la microscopul optic (în timpul diviziunii celulare).
Acizii ribonucleici au în general o structură monocatenară, fiind clasificaţi după funcţiile îndeplinite, astfel:
-ARN-viral, constituie materialul genetic al unor ribovirusuri (de exemplu, virusul mozaicului tutunului, virusul poliomielitei, virusul gripal, SARS-CoV-2);
-ARN-mesager (ARM-m), joacă un rol important în procesul de sinteză proteică, realizează prin transcripţie copierea informaţiei genetice a unei catene din macromolecula de ADN;
-ARN-de transfer (ARN-t), are rolul de a transporta aminoacizii la locul sintezei proteice;
-ARN-ribozomal(ARN-r), intră în componenţa ribozomilor, unde participă la sinteza proteinelor.
Sinteza proteinelor “in vitro” se realizează pe baza informaţiei genetice codificate biochimic în ADN. Codul genetic exprimă corespondenţa dintre succesiunea nucleotidelor din acizii nucleici şi succesiunea aminoacizilor din lanţul polipeptidic, având la bază o secvenţă de trei nucleotide, numită codon.
Referitor la codul genetic se pot face unele observaţii:
-din totalul de 64 codoni, 61 codifică cei 20 de aminoacizi, iar restul (UAA,UAG,UGA), marchează sfârşitul unui mesaj genetic (STOP);
-este universal valabil, redundant (mai mulţi codoni pot codifica acelaşi aminoacid) şi fără virgule (citirea informaţiei genetice se face continuu).
În linii mari, în procesul sintezei proteice, informaţia din moleculele de ADN este mai intâi transferată într-o macromoleculă de ARN-mesager, prin fenomenul de transcripţie , după care este codificată şi transformată într-o secvenţă de aminoacizi prin procesul de translaţie. Fluxul de informaţie între acizii nucleici se poate considera bidirecţional, având în vedere că geneticianul H.Temin a demonstrat experimental că unele ribovirusuri, la care materialul genetic este o macromoleculă de ARN, sunt capabile să determine în celula respectivă sinteza unei macromolecule de ADN, cu ajutorul căreia se replică.
Variabilitatea materialului genetic reprezintă sursa principală a evoluţiei speciilor. Se disting două categorii de modificări ereditare, şi anume: recombinările genetice şi mutaţiile.
Spre deosebire de modificările zestrei ereditare prin recombinări genetice, în cazul mutaţiilor se produce o restructurare calitativă şi cantitativă profundă a materialului genetic.
Procesul prin care se produc mutaţiile poartă numele de mutageneză. Mutaţiile pot fi genomice, cromozomiale sau genice, după cum se produc la nivel de genom, de cromozomi sau de gene. Există diverse alte criterii de clasificare a mutaţiilor genetice:
• după modul de manifestare – dominante, codominante, recesive, letale, semiletale;
• după localizare – autozomale (când sunt plasate pe autozomi) şi heterozomale (când sunt plasate pe cromozomii sexului, denumiţi şi heterozomi);
• după natura factorilor pe care îi provoacă – naturali şi artificiali.
Mutaţiile naturale apar spontan, fără intervenţia omului, iar frecvenţa acestora depinde de condiţiile mediului în care trăiesc organismele. Prin mutageneză naturală a apărut salcâmul monofil, bovine fără coarne, oaia cu picioare scurte din care a rezultat rasa Ancona.
Mutaţiile artificiale sunt cele provocate de om cu ajutorul unor agenţi mutageni de natură fizică, chimică sau biologică. Prin folosirea unei game variate de agenţi mutageni, omul are posibilitatea de a selecta mutante folositoare în acţiunea sa de ameliorare şi de diversificare a soiurilor de plante şi a raselor de animale.
De menţionat că, spre deosebire de mutaţiile somatice, cele care afectează celulele gametice sunt ereditare şi pot fi observate la descendenţi în diferite generaţii. La speciile care se înmulţesc sexuat, numai mutaţiile gametice sunt transmise la descendenţi, iar la organismele care se pot înmulţi vegetativ, mutaţiile somatice pot fi izolate şi reproduse ca linii sau clase mutante.
Ministerul Educaţiei