Rezumat de genetică moleculară

Vasile TudorLiceul Tehnologic Duiliu Zamfirescu, Dragalina (Călărași)22 nov. 2020

Pentru a explica reținerea unor personalități în domeniul medicinei față de vaccinurile bazate pe ARN modificat (de exemplu BNT162 dezvoltat de BioNTech / Pfizer), sunt necesare cunoștințe minime de genetică moleculară referitoare la codificarea informatiei genetice, sinteza proteică şi reglajul activităţii celulare.
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 (zahar) 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 (virusul mozaicului tutunului, virusul poliomielitei, virusul gripal, SARS-CoV-2 etc.);
-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 celulară a 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 care le provoacă – naturale şi artificiale.
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.
Virusurile sunt agenți patogeni aflați la granița dintre viu și inert, fiind alcătuiți dintr-o parte centrală (genom viral), care poate fi de tip ARN(ribovirusuri) sau AND(deoxiribovirusuri), acoperit cu un înveliș protector (capsidă) de natură proteică. Capsida și genomul viral formează nucleocapsida, cu mențiunea că la virusurile mai complexe apare un un înveliș exterior de natură proteică numit pericapsidă sau anvelopă virală.
   Virusurile fiind forme de viață acelulare, nu consumă hrană și nu produc energie, iar reproducerea acestora se realizează prin intermediul celulelor infectate. Virusurile produc diverse boli infecțioase, de la simple viroze la pandemii, pentru tratarea acestora fiind utilizate antivirale.
Bolile provocate de virusuri pot să apară la plante (mozaicului tutunului, porumbului sau castraveților, răsucirea frunzelor de cartof, bășicarea frunzelor de piersic), animale (febra aftoasă, turbarea, pesta porcină, aviară, ovină) și om (turbarea, gripa, oreionul, varicela, variola, poliomielita, COVID-19).
   Majoritatea virusurilor care infectează animalele dau imunitate, dar infecția poate fi determinată și de acizii nucleici extrași din virusuri, situație în care nu se obține imunizare, din cauza lipsei proteinei.
Virusul SARS-CoV-2 este compus dintr-o moleculă de ARN, înconjurată de o serie de proteine structurale și funcționale. Sunt cunoscute patru proteine structurale, și anume: proteina S (spike), proteina M (membranară), proteina E (de la eng. envelope = anvelopă virală), proteina N (nucleocapsidă). Dintre acestea, proteina S are rolul de a realiza fuziunea conținutului viral cu celula umană prin legare de receptorul ACE2(enzima de conversie a angiotensinei II), care se găsește în cantități mari în tractul respirator și parenchimul pulmonar.
   Atașarea proteinei S de ACE2 este favorizată de existența sitului de clivare - un fragment proteic clivat de enzima furină, care se găsește frecvent în organismul uman.
    Pe lângă fuzionarea anvelopei virale cu membrana celulară, virusul mai poate pătrunde în celula umană și prin endocitoză, mai precis, porțiunea din membrana celulară legată de virus formează o veziculă spre interiorul celulei, care se desprinde și introduce virusul în celulă. După intrarea în celula umană, virusul își pierde anvelopa, iar ARN-ul viral se multiplică prin procesele de replicare și transcriere, rezultând noi virioni care propagă infecția.
   Ca reacție internă de apărare împotriva invaziei, organismul activează sistemul imunitar, prin mobilizarea celulelor prezentatoare de antigen (APC), care încorporează virusul, îl digeră, iar proteinele acestuia le fragmentează pentru a obține doar porțiunile specifice SARS-CoV-2.
    Aceste fragmente cu rol de antigene sunt prezentate de către APC limfocitelor T citotoxice pentru recunoașterea profilului virusului, răspunsul imunitar ulterior al organismului fiind de două feluri: umoral și celular.
Imunitatea umorală constă în producția a două tipuri de anticorpi specifici împotriva acestor antigene, și anume: anticorpi care apar rapid pe parcursul infecției și dispar rapid (IgM) și anticorpi care apar mai lent și persistă în organism chiar și după vindecarea infecției (IgG).
   Imunitatea celulară se referă în general la antrenarea anumitor celule imunitare pentru a recunoaște și distruge virusul, constatându-se la infecția cu SARS-CoV-2 că numărul de limfocite T CD4+ și CD8+ este mai scăzut în sângele periferic (fiind distruse în procesul de eliminare a virusului), însă prezintă concentrații ridicate de markeri de activare.
Vă las pe dumneavoastră, stimați cititori, să reflectați la depășirea rapidă a pandemiei Covid-19, prin administrarea de vaccinuri specifice, de la cele clasice (conțin viruși inactivați sau atenuați prin mijloace fizice și chimice), la cele bazate pe ARN modificat.
Dumnezeu să binecuvânteze și să ocrotească omenirea!

Bibliografie
1. Bodnariuc N., Biologie generală, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1979
2. Raicu P., Genetica, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1974
3. Tudor V., Alma Lux, Editura Agora, Călăraşi, 2001

1 comentariu13 accesări