Structura materialului genetic
Materialul genetic reprezintă suportul material al întregii informații genetice a unui organism. Organismele se împart în două mari clase: organisme acelulare (organisme fără organizare celulară) și organisme celulare (organisme alcătuite din celule).
Structura materialului genetic la organismele acelulare
Singurele organisme acelulare cunoscute sunt virusurile și prionii, dar doar despre virusuri se susține de către anumiți biologi că ar fi organisme vii (opinie cu care noi nu suntem de acord).
STRUCTURA VIRUSULUI
Virusurile sunt entități biologice descoperite de mai bine de 100 de ani, agenți patogeni extrem de mici care străbat majoritatea filtrelor microbiologice (virus - lat. otravă). Nu pot fi studiate decât cu microscoape extrem de puternice. Virusurile invadează celulele organismelor (inclusiv celulele bacteriilor) unde se replică pe baza materialelor gazdei și apoi distrug celula prin suprapopulare.
Un virus clasic este alcătuit dintr-o moleculă de acid nucleic învelită în câteva straturi de proteine și lipide. Acidul nucleic reprezintă genomul viral deoarece conține câteva gene și se poate autoreplica în citoplasma celulei gazdă. Genomul viral a primit denumirea de virion și reprezintă virusul nud, fără învelișurile sale de protecție. Stratul de proteine care protejează visusul poartă numele de capsidă și este alcătuit din unități proteice denumite capsomere. În funcție de structura virusului există, la unele virusuri, un înveliș extern alcătuit din lipide denumit peplos.
În funcție de tipul de acid nucleic care formează genomul viral virusurile se clasifică în:
ribovirusuri (genomul viral este format din ARN): influenza (provoacă gripa), polio (provoacă poliomielita), VMT (virusul mozaicului tutunului - provoacă pătarea frunzelor de tutun), HIV (provoacă SIDA), filoviride (provoacă febre hemoragice - Ebola, Marburg);
O clasă importantă de ribovirusuri este reprezentată de retrovirusuri, care conțin o enzimă numită reverstranscriptază care facilitează formarea moleculelor ADN pe matrițe ARN. Cel mai cunoscut retrovirus este virusul HIV (the Human Immunodeficiency Virus - virusul imunodeficienței umane).
dezoxoribovirusuri (genomul viral este format din ADN): herpetic (provoacă herpesul), poxviridele (provoacă variola), bacteriofagii (distrug bacterii).
MODUL DE ACȚIUNE AL VIRUSURILOR:
Virusul se atașează cu capsida de suprafața membranei celulei atacate. Apoi virusul injectează prin membrana celulei virionul în interiorul citoplasmei. Ajuns în interiorul celulei gazdă virionul se autoreplică de miliarde de ori și fiecare copie determină formarea propriei capside din materialele găsite în interiorul celulei. Când numărul de virusuri este prea mare pentru volumul celular celula se fisurează și virusurile se scurg afară infectând celulele învecinate.
Bolile provocate de virusuri se numesc viroze și se tratează cu medicamente numite antivirale.
Iată cum acționează virusul:
Structura materialului genetic la organismele celulare
STRUCTURA MATERIALULUI GENETIC LA PROCARIOTE
Procariotele sunt organisme unicelulare lipsite de anvelopă nucleară (adică nu au nucleu vizibil). În lumea vie procariote sunt bacteriile și algele albastre (cianobacteriile). Sunt organisme simple, cu cavitatea celulară necompartimentată și extrem de vechi (se consideră că au fost primele organisme celulare apărute pe planetă în urmă cu circa 2,5 mii de milioane de ani).
Materialul genetic al procariotelor este denumit nucleoid, genofor sau cromozom bacterian. Este o singură moleculă circulară de ADN răsucită și suprarăsucită pentru a încăpea în celula bacteriană. Este fixată de membrana celulară printr-o invaginație a acesteia numită mezozom. Molecula ADN conține 40-50 de inele mari, fiecare răsucire prezentând superrăsuciri. Cromozomul bacterian conține câteva mii de gene situate liniar pe cromozom și practic nu există porțiuni mari de ADN non-informațional, ca la eucariote.
Procariotele mai conțin și fragmente citoplasmatice de ADN ce posedă câteva gene. Astfel de fragmente sunt denumite plasmide și joacă un rol important în reproducerea bacteriilor.
STRUCTURA MATERIALULUI GENETIC LA EUCARIOTE
Materialul genetic al celulelor eucariote este în cea mai mare parte învelit de o membrană nucleară dublă și alcătuiește nucleul celulei. Pe lângă acest material nuclear mai există segmente ADN în mitocondrii și în plastide.
Nucleul este un organit citoplasmatic vizibil la microscopul optic. Este alcătuit dintr-o membrană dublă perforată (cariolema) și substanța fundamentală (carioplasma). Componentul fundamental al carioplasmei este cromatina nucleară, o rețea complicată de firișoare extrem de subțiri încâlcite și condensate între ele. Firișoarele sunt molecule de ADN. Numărul de molecule ADN este o caracteristică de specie, adică fiecare specie are un număr definit de molecule ADN (morcov - 18, melc - 24, porumb - 20, fag - 24, raton - 38, hienă - 40, mazăre - 14, [pentru o listă extinsă a organismelor în funcție de numărul de cromozomi consultați aici]).
Cromatina nucleară conține două tipuri de zone:
eucromatina - zone în care moleculele de ADN sunt mai relaxate și în care are loc mereu transcripția;
heterocromatina - zone în care moleculele de ADN sunt puternic condensate și care sunt inactive.
Moleculele ADN din cromatină sunt alcătuite din nucleosomi, ansambluri formate din 8 proteine histonice (octameri histonici) în jurul cărora molecula ADN este înfășurată de două ori. Proteinele histonice sunt denumite H1, H2A, H2B, H3 și H4. Octamerii sunt formați din câte două molecule tip H2A, H2B, H3 și H4, iar moleculele H1 sunt folosite de ADN linker.
CROMOZOMII:
Cromozomii sunt bastonașe care se formează înainte de diviziunea celulei. Fiecare cromozom reprezintă câte o moleculă ADN răsucită, împachetată și supraspiralizată împreună cu proteine, ARN și ioni de Ca și Mg. Înainte de diviziune cromozomii se prezintă ca niște bastonașe pereche unite printr-un punct. Bastonașele poartă numele de cromatide iar punctul ce le unește se numește centromer. În funcție de poziția centromerului cromozomii pot fi metacentrici, telocentrici, acrocentrici sau chiar acentrici (pentru mai multe vezi Celula - Diviziunea celulară).
Structura cromozomului:
Cromozomii care conțin informațiile legate de structura corpului se numesc cromozomi somatici sau autozomi iar cromozomii care conțin informații legate de structura morfo-funcțională a sexelor se numesc cromozomi sexuali sau heterozomi.
Cromozomii se găsesc în celulele pregătite de diviziune în perechi, iar membrii unei perechi poartă numele de cromozomi omologi. Heterozomii pot fi identici sau diferiți. În funcție de heterozomi deosebim două tipuri de determinare cromozomială a sexului:
tipul ZW: caracteristic păsărilor, anumitor reptile și unor insecte. Cei doi heterozomi sunt notați Z și W. Femelele sunt heterogametice (ZW) iar masculii sunt homogametici (ZZ);
tipul XY: caracteristic mamiferelor și anumitor insecte. Cei doi heterozomi sunt notați X și Y. Femelele sunt homogametice (XX) iar masculii heterogametici (XY).
Numărul de cromozomi al unui organism formează cariotipul. Genomul cuprinde seturi de cromozomi, uzual câte două seturi de cromozomi notate 2n. Organismele care posedă două seturi de cromozomi se numesc organisme diploide, cele care posedă un singur set de cromozomi organisme haploide, cele care posedă trei seturi de cromozomi organisme triploide ș.a.m.d.