ADN-ul (acidul dezoxiribonucleic) este molecula în care fiecare ființă vie își păstrează instrucțiunile de construcție și de funcționare. Gândește-te la el ca la o bibliotecă de rețete: celula nu mănâncă rețetele, dar le citește ori de câte ori are nevoie să fabrice o proteină. Aceleași patru "litere" scriu toate cărțile, de la cea a unei bacterii până la cea a unui stejar.
Mai jos vezi cum arată ADN-ul, unde se află în celulă, cum se transformă o secvență de litere într-o trăsătură și cum reușește celula să facă o copie aproape perfectă înainte de a se împărți.
Ce este ADN-ul și din ce este alcătuit?
ADN-ul este un polimer, adică un lanț lung format din unități repetate numite nucleotide. Fiecare nucleotidă are trei părți: o grupare fosfat, un zahăr (dezoxiriboza) și una dintre cele patru baze azotate: adenina (A), timina (T), guanina (G) și citozina (C).
Molecula are forma unei scări răsucite, numită dublă elice. Barele laterale sunt formate din fosfați și zaharuri, iar treptele sunt perechi de baze legate între ele prin legături slabe de hidrogen. Perechile se potrivesc strict: adenina se leagă doar de timină, iar guanina doar de citozină.
| Element | Rol | Exemplu |
|---|---|---|
| Nucleotidă | unitatea de bază a lanțului | un fosfat, un zahăr și o bază |
| Bază azotată | poartă informația, ca o literă | A, T, G, C |
| Genă | secvență care codifică o proteină sau un ARN | gena pentru hemoglobină |
| Cromozom | ADN înfășurat strâns pe proteine | cei 46 din celula umană |
| Genom | totalitatea ADN-ului unui organism | genomul uman, de circa 3 miliarde de perechi de baze |
Regula perechilor A cu T și G cu C este motivul pentru care o catenă o poate "ghici" pe cealaltă. Observația aceasta a stat la baza modelului dublei elice, propus de James Watson și Francis Crick, cu ajutorul imaginilor de difracție obținute de Rosalind Franklin.
Unde se află ADN-ul în celulă?
La organismele eucariote, adică plante, animale și ciuperci, majoritatea ADN-ului se află în nucleu, înfășurat pe proteine numite histone. Un fir de ADN dintr-o singură celulă umană ar măsura, întins, aproximativ doi metri, așa că împachetarea este obligatorie. Rezultatul este cromatina, care la diviziune se condensează în cromozomii pe care îi vezi în desenele din manuale.
Bacteriile nu au nucleu. Ele au de obicei un cromozom circular, plutind în citoplasmă, și uneori mici inele suplimentare numite plasmide. Pe lângă nucleu, mitocondriile și cloroplastele au și ele câte un ADN propriu, motiv pentru care sunt considerate urmașii unor bacterii înghițite în trecutul îndepărtat. Despre aceste compartimente afli mai multe în articolul despre structura celulei.
Sfat: când vezi în filme imaginea cu cromozomii în formă de X, ține minte că aceasta e forma lor doar în timpul diviziunii. În restul vieții celulei, ADN-ul e un fir mult mai desfăcut.
Cum se transformă ADN-ul în trăsături?
Informația din ADN devine trăsătură în doi pași: transcripția, în care o genă este copiată într-o moleculă de ARN mesager, și traducerea, în care ribozomii citesc acel ARN și leagă aminoacizii într-o proteină. Proteinele fac apoi aproape toată munca: ard zaharuri, construiesc fibre, transportă oxigenul sau dau culoare ochilor.
Codul este citit în grupuri de trei litere, numite codoni. Fiecare codon corespunde unui aminoacid sau unui semnal de oprire. Cu patru litere în grupuri de trei rezultă 64 de combinații, suficiente pentru cei 20 de aminoacizi din proteine, așa că mai mulți codoni pot însemna același aminoacid.
ARN-ul diferă de ADN prin trei lucruri: are o singură catenă, conține riboză în loc de dezoxiriboză și înlocuiește timina cu uracilul (U). Este un mesager temporar, pe când ADN-ul e arhiva de lungă durată.
Cum se copiază ADN-ul înainte de diviziune?
ADN-ul se copiază prin replicare semiconservativă: dubla elice se desface, iar fiecare catenă veche devine șablon pentru o catenă nouă. Cele două molecule rezultate au câte o jumătate veche și o jumătate nouă.
Procesul merge așa:
- Enzima helicaza desface cele două catene, ca pe un fermoar.
- Enzima ADN-polimeraza adaugă nucleotide noi pe fiecare șablon, respectând regula A cu T și G cu C.
- Alte enzime lipesc fragmentele și verifică lanțul nou.
ADN-polimeraza face o greșeală la câteva sute de milioane de baze, iar mecanismele de corectare reduc și mai mult rata erorilor. Celula nu ajunge la perfecțiune, și bine că nu ajunge: erorile rare care scapă, numite mutații, sunt materia primă a variației dintre indivizi. Cum alege mediul dintre variantele apărute află în articolul despre evoluția speciilor și selecția naturală.
Ce înseamnă mutație și ce efect are?
O mutație este o schimbare în secvența ADN-ului, iar efectul ei depinde de locul unde apare. Multe sunt neutre, pentru că nu schimbă proteina sau o schimbă fără urmări. Unele sunt dăunătoare, iar câteva, foarte rare, aduc un avantaj într-un anumit mediu.
Cauzele sunt greșelile de copiere, radiația ultravioletă, unele substanțe chimice și virusurile care își inserează propriul material genetic. Mutațiile din celulele corpului (somatice) nu se transmit descendenților, spre deosebire de cele din celulele reproductive.
Atenție: o mutație nu înseamnă automat boală sau "mutant" ca în filme. Fiecare om poartă zeci de mutații noi față de părinții săi, iar marea majoritate nu produc niciun efect observabil.
De ce ne asemănăm atât de mult cu alte specii?
Pentru că toate ființele vii folosesc același cod genetic și moștenesc multe gene de la strămoși comuni. Oamenii împart un număr mare de gene cu alte mamifere, iar multe gene care coordonează dezvoltarea embrionului sunt recunoscute la muște și la șoareci. Asemănarea ADN-ului este una dintre dovezile cele mai solide ale înrudirii speciilor și stă la baza arborelui vieții din clasificarea viețuitoarelor.
Informația din gene este doar o parte din povestea mare a vieții, pe care o parcurgi în ghidul principal de biologie. Dincolo de biologie, același principiu al codării prin combinații simple apare și în fizică, de exemplu în felul în care atomii și particulele construiesc materia din puține piese de bază.
Cum se combină genele de la cei doi părinți și de ce unele trăsături sar o generație este explicat în articolul despre legile lui Mendel.
Întrebări frecvente
Este ADN-ul același în toate celulele corpului?
Da, aproape toate celulele unui om conțin același ADN, dar fiecare activează doar genele de care are nevoie. De aceea o celulă nervoasă arată și lucrează altfel decât una din mușchi.
Câte gene are omul?
Genomul uman conține circa 20.000 de gene care codifică proteine. Ele ocupă doar o mică parte din ADN, restul fiind secvențe de reglare și regiuni cu roluri încă studiate.
Cum se deosebește ADN-ul de ARN?
ADN-ul are două catene, zahărul dezoxiriboză și baza timină, pe când ARN-ul are o catenă, riboză și uracil. ADN-ul stochează informația, iar ARN-ul o transportă și o folosește la fabricarea proteinelor.
Poate fi ADN-ul extras acasă?
Da, dintr-un fruct moale, cum este căpșuna, cu detergent, sare și alcool rece, se poate vedea un ghem de fire albe de ADN. Experimentul arată doar masa de molecule, nu dubla elice, care e vizibilă numai la microscoape speciale.
De ce sunt gemenii identici foarte asemănători?
Gemenii identici provin din același ou fecundat care s-a împărțit în două și au practic același ADN. Diferențele mici dintre ei apar din mediu, din mutații ulterioare și din felul în care sunt activate genele.
