În 1859 Charles Darwin publica "Evoluţia speciilor", carte care va revoluţiona modul de înţelegere a evoluţiei vieţii pe Pământ. Ulterior, această teorie va fi confirmată de cercetători, dar această confirmare se va face în mai multe etape, de-a lungul a 150 de ani. Acest articol trece în revistă istoria descifrării misterelor vieţii.
Introducere
Anii '40 şi fascinaţia proteinelor
1944 - experimentul Avery-MacLeod-McCarty
Descoperirea structurii de spirală dublă a moleculei de ADN
ARN-ul - vărul ADN-ului
Deceniul 7 al secolului trecut sau "De la ADN la proteină"
Bibliografie
O scurtă istorie a descifrării mecanismelor de funcţionare a vieţii la nivel atomic.
INTRODUCERE
La începutul secolului trecut mecanismele chimice de funcţionare a vieţii la nivel atomic reprezentau un mister. Teoriile despre evoluţia vieţii pe Terra, care fuseseră publicate de Charles Darwin în anul 1859, plecau de la 2 noţiuni fundamentale:
a. caracteristicile organismelor vii sunt transmise urmaşilor;
b. uneori - în mod aleator - au loc schimbări ale caracteristicilor ereditare ale organismelor, iar acele modificări care se dovedesc un succes, crescând şansele de supravieţuire a respectivului organism în mediul său natural de viaţă, sunt transmise generaţiilor următoare.
Ideile lui Darwin au generat întrebări cu privire la ceea ce este transmis urmaşilor şi în ce mod are loc acest proces. Articolul de faţă îşi propune să prezinte o scurtă istorie a descoperirilor ştiinţifice care au oferit răspunsuri pentru aceste întrebări.
James D. Watson
Credit: wikimedia.org
În fine, în 2009, Premiul Nobel pentru Chimie a fost acordat lui Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz şi Venkatraman Ramakrishan pentru descifrarea structurii la nivel atomic a ribozomului, partea componentă a celulei la nivelul căreia sunt produse proteinele.
ANII '40 ŞI FASCINAŢIA PROTEINELOR
La începutul anilor '40 studiile privind structura celulei ajunseseră în punctul în care se considera că trăsăturile ereditare rezidă undeva la nivelul cromozomilor. Se ştia că aceştia sunt formaţi din proteine şi acizi nucleici. Datorită complexităţii lor superioare ADN-ului, se credea că proteinele sunt purtătoarele informaţiei genetice. La acea vreme se cunoştea că proteinele funcţionează ca blocuri structurale ale celulelor ori drept enzime, fiind din punct de vedere structural şiruri foarte lungi de aminoacizi, care sunt doar în număr de 20 în organismul uman.
Dacă proteinele fascinau oamenii de ştiinţă în deceniul 4 al secolului trecut, molecula de ADN nu prezenta un interes foarte mare. Fusese izolată în premieră în 1871 de către elveţianul Friedrich Miescher, cel care i-a dat iniţial numele de nucleină. Prin comparaţie cu proteinele, despre ADN se ştia că are în componenţă 4 molecule mai mici, nucleotidele, A, C, T şi G - adenină, citozină, timină şi guanină. Această diferenţă de complexitate structurală era justificarea pentru ideea că rolul de transmiţător al informaţiei ereditare ar fi trebuit să revină proteinelor, în timp ce despre ADN se credea că joacă doar rolul de schelet pe care sunt dispuse proteinele în cadrul cromozomilor.
1944 - EXPERIMENTUL AVERY-MacLEOD-McCARTY
DESCOPERIREA STRUCTURII DE SPIRALĂ DUBLĂ A MOLECULEI DE ADN
Rosalind Franklin
Credit: wikimedia.org
ARN-ul - VĂRUL ADN-ului
În paralel cu descoperirile privind structura ADN-ului, creştea şi interesul comunităţii ştiinţifice pentru un alt acid nucleic: ARN - acidul ribonucleic. Similar ADN-ului, ARN-ul are şi acesta în componenţă secvenţe formate din doar 4 nucleotide, cu diferenţa că aici uracilul (U) ia locul timinei (T).
La începutul anilor '50 se descoperise că majoritatea moleculelor de ARN se găsesc în citoplasmă. Tot atunci s-a înţeles faptul că citoplasma este locul unde iau naştere proteinele. În 1958, componenta celulară la nivelul căreia sunt sintetizate proteinele primea numele de ribozom (anterior purtase denumirea de corpuscul al lui Palade). În structura sa există proteine şi molecule de ARN ribozomal (rARN).
DECENIUL 7 AL SECOLULUI XX - DE LA ADN LA PROTEINĂ
La 100 de ani după ce Darwin elabora teoria evoluţiei, molecula de ADN fusese identificată ca fiind sediul informaţiei genetice. La începutul anilor '60 avea să fie descifrat şi mecanismul prin care secvenţele de nucleotide din molecula de ADN determină structura proteinelor. Mecanismul, descris în detaliu în figura de mai jos, presupunea copierea mesajului genetic într-o moleculă de ARN, botezată ARN mesager, care ulterior părăseşte nucleul şi este folosită pe post de matriţă pentru aminoacizi la nivelul ribozomului.
La acel moment modul de transfer al informaţiei genetice de la ADN spre ARN şi mecanismele de sinteză a proteinelor erau lămurite, cel puţin la nivel schematic. Însă, aşa cum afirma şi James Watson în 1964, pentru a putea descrie foarte riguros modul de funcţionare la nivel chimic al unei molecule, trebuie să i se cunoască structura. Pentru o descriere riguroasă a proceselor chimice care au loc la nivelul ribozomului, omenirea trebuia să mai aştepte până în anul 2000, când s-a reuşit obţinerea unei structuri la nivel atomic a fabricii de proteine a celulei.
Bibliografie:
nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2009/info_publ_che_09_en.pdf