denumire prescurtată a acidului dezoxiribonucleic (V. ACIZI NUCLEICI). Reprezintă materialul genetic din care sunt alcătuite genele majorității organismelor; este localizat exclusiv în cromozom; fiecare cromozom (inclusiv din organitele celulare și episomi) conține câte o moleculă de ADN. Rezultă din polimerizarea unor monomeri denumiți dezoxiribonucleotizi. Prezența în cromozomi a ADN a fost relevată de chimistul german R. Feulgen, în 1924, prin utilizarea unui colorant vital – fuxina bazică – care colorează roșu-violaceu cromozomii (citoplasma rămâne aproape incoloră); substanța din cromozomi, care reacționează specific cu colorantul, era ADN. Dar atunci și după aceea, nici genetiștii și nici biochimiștii nu înclinau să acorde atenție acestui acid nucleic, care, în concepția lor, nu putea avea o specificitate atât de ridicată ca proteinele. De aceea, în centrul atenției erau proteinele, despre care se credea că – prin marea lor varietate și specificitate, și, în același timp, componente ale cromozomilor (în special proteinele histonice cu reacție bazică), pot reprezenta adevăratul material genetic. O deschidere spre evidențierea substanței ereditare a făcut-o microbiologul englez F. Griffith. Acesta, în 1928, a comunicat rezultatele cercetărilor sale asupra agentului pneumoniei, bacteria Diplococcus pneumoniae. În experiențe au fost folosite două sușe de pneumococi: una de tip sălbatic, ale cărei celule sunt virulente (produc pneumonie), a doua era o sușă mutantă ale cărei celule sunt nevirulente, celule din sușa patogenă au fost omorâte prin căldură, apoi împreună cu celule vii din sușa nepatogenă au fost inoculate la animale de experiență. Rezultatul a fost surprinzător: animalele s-au îmbolnăvit de pneumonie (in vitro substratul alcătuit din celule patogene omorâte prin căldură a transformat unele celule vii nepatogene în celule patogene). Griffith nu a putut explica aceste rezultate. „Substanța” sau „factorul transformator” care a trecut din bacteriile virulente omorâte prin căldură, în bacteriile vii avirulente, care au îmbolnăvit de pneumonie animalele de experiență, iar in vitro a transformat bacteriile avirulente în virulente, a fost detectată în 1944, de echipa de cercetători O. Avery, M. Mecarty și C. Macleod, de la Institutul Rockefciler din New York. Aceștia au reluat experiențele lui Griffith cu D. Pneumoniae. Apoi, prin tehnici speciale, au realizat extragerea separată a substanțelor din celulele sușei virulente omorâte prin căldură. Aceste extracte diferite au fost inoculate animalelor de experiență, ori au fost folosite ca substrat pentru cultura in vitro a unor celule vii din sușa avirulentă. Cercetările au evidențiat faptul că doar ADN extras din celulele patogene omorâte prin căldură induc boala și transformă celulele avirulente din cultura in vitro care se reproduc ca bacterii virulente. S-a demonstrat astfel că ADN este o substanță cu un rol dublu: are capacitatea de a provoca apariția caracteristicilor ereditare, precum și capacitatea de a induce reproducerea agentului inductor prin bacteriile transformate. Ori, acestea sunt cele două proprietăți sau funcții, atribuite genelor: funcția primară sau heterocatalitică a genei, care constă în controlul sintezei unei polipeptide specifice, iar a doua, funcția autocatalitică, care constă în propria autoreproducere a genei. La început, aceste descoperiri au fost privite cu rezerve, treptat, însă, ele au fost confirmate strălucit, în special prin cercetările efectuate de A.D. Hershey și M. Chase, de la Cold Spring Harbor, din New York, în anul 1952. Aceștia au utilizat virusul T2 care atacă bacteria Escherichia coli: au marcat cu sulf radioactiv – 35s proteina virală de înveliș (capsida proteinele conțin sulf) și cu 32p miezul sau inima particulei virale reprezentat de o macromoleculă de ADN (care conține fosfor). Analizele au relevat că în celula bacteriană pătrunde numai ADN viral, iar învelișul proteic al particulei virale rămâne afară, la suprafața bacteriei. În bacterie, ADN-ul viral produce particule normale din fagul T2. De aici concluzia că molecula de ADN ce intră în celulă constituie singura bază materială a eredității, ea asigurând continuitatea între particula infectantă și particulele descendente care lizează bacteria parazitată (v. CICLU LITIC, ARN VIRAL ). Descoperirile comunicate de Avdry au incitat pe Chargaff și colaboratorii săi de la Universitatea Columbia (după 1947) să întreprindă analiza atentă a preparatelor de ADN nedegradate și cu greutăți moleculare mari (au utilizat metoda separării cromatografice). Obiectivul: determinarea cantităților de baze purinice și pirimidinice din acizii nucleici. Aceasta a permis descoperirea faimoasei egalități A = T și G = C („regula lui Chargaff”), cât și a faptului că între aceste perechi pot exista diferențe, între anii 1950—1952, M.H.F. Wilkins și colaboratorii săi de la King’s College, din Londra, au efectuat cercetări spectroscopice (difracția cu raze X). Pe această bază ei au putut evidenția legăturile chimice între nucleotizi, precum și unele dintre proprietățile structurii tridimensionale ale moleculei de ADN. În primăvara anului 1953, americanul James Watson și englezul Francis Crick, ca urmare a cercetărilor efectuate în laboratorul Cavendish, al Universității Cambridge, Anglia, au făcut cunoscut un model al moleculei de ADN, pentru care au primit Premiul Nobel (în 1962). Modelul se bazează pe combinarea a patru nucleotizi. Fiecare nucleotid constă dintr-un radical fosforic monoacid, o pentoză (dezoxiriboza) și o bază azotată (una din următoarele patru): adenina (A), guanina (G)— A și G sunt baze purinice-timina (T), citozina (C) – T și C sunt baze pirimidinice. Combinația dintre o bază și pentoză se numește dezoxiribonucleosid, iar combinația celor trei componente dezoxiribonucleotid. Legătura dintre pentoză și una din bazele azotate este N-glucidică. La dezoxiribonucleosidele purinice legătura N-glucidică se formează între poziția N9 a heterociclului dublu purinic și poziția C1 a pentozei, iar la nucleosidele pirimidinice legătura se realizează între poziția N8 a nucleului pirimidinic și poziția a pentozei. Adiționarea radicalului fosforic se realizează, obișnuit, prin intermediul poziției 5’ a nucleosidului (respectiv a dezoxiribozei). Astfel, rezultă nucleotizii, care sunt esteri ai acidului fosforic cu nucleosidele. Atât conectarea bazei cu pentoză, cât și a nucleosidului cu acidul fosforic se realizează prin pierderea unei molecule de apă. Fiecare radical fosforic al unui nucleotid poate, prin grupările acid libere, să se lege fie cu un radical fosforic, fie cu un alt nucleotid prin poziția 3’ a dezoxinucleosidului. În primul caz, dezoxinucleotizii pot apărea sub formă de monofosfat, difosfat sau trifosfat. În funcție de numărul grupelor fosfat și de baza din constituția nucleotidului, dezoxinucleotizii, monofosfat se numesc: adenozin 5’ – fosfat (AMP), guanozin 5’ — fosfat (GMP), citidin 5’ — fosfat (CMP) și timidin 5’ – fosfat (TMP); dezoxinucleotizii difosfați: ADP, GDP, CDP și TDP, dezoxinucleotizii trifosfați: ATP, GTP, CTP și TTP. În al doilea caz, dezoxinucleotizii se leagă unul de altul prin legături fosfodiesterice în felul următor: primul nucleotid, prin grupul fosfat la nivelul unei grupări acid libere, se leagă de nucleotidul adiacent inferior prin poziția 3’, iar de nucleotidul adiacent superior prin poziția 5’ etc. În acest fel, între nucleotizi se stabilește o legătură în zigzag. Se formează astfel un lanț polidezoxiribonucleotidic cu o lungime variabilă. Aceasta este structura primară a ADN sau monocatenară. Obișnuit, molecula de ADN este constituită din două lanțuri polinucleotidice sau două catene: aceasta este structura secundară. Tocmai acest tip de structură a fost sugerat de Watson și Crick, care au presupus că molecula de ADN este constituită din două catene formând un helix (spiral) dublu, răsucite una în jurul celeilalte. Analiza chimică a arătat că există o relație de 1:1 între adenină (o purină) și timină (o pi- rimidină) și între citozina (o pirimidină) și guanină (o purină). O asemenea relație nu există între cele două purine sau între cele două pirimidine. Legătura dintre cele două catene se realizează prin punți de hidrogen între perechi de baze situate la același nivel în cele două catene: două punți de hidrogen între adenină și timină – A = T și T = A și trei punți între guanină și citozină – G ≡ C și C ≡ G. Faptul că la același nivel adiționarea radicalului fosforic la dezoxiriboză este diferită (într-o catenă la poziția 3’, iar în catena complementară la poziția 5’) a dus la concluzia că cele două catene sunt îndreptate în direcții opuse. Prin urmare cele două catene complementare au o orientare spațială inversă sau antiparalelă. Studiul structurii moleculei de ADN a relevat faptul că bazele azotate sunt așezate spre interior, perpendicular pe axa principală lungă, la o distanță una de alta de 3,4 A. Deci la fiecare 3,4 A de-a lungul axului principal al catenei, revine câte un nucleotid. Deoarece unghiul între doi nucleotizi apropiați ai aceleiași catene este de 36°, structura se repetă la fiecare 10 nucleotizi (360°), adică la 34 A. Dubla spirală helicoidală coaxială are un diametru de 20 A. În structura bicatenară la fiecare 3,4 A se găsesc, la același nivel, două baze – una purinică și baza complementară pirimidinică, iar la o rotire a helixului (34 A), macromolecula conține 10 perechi de baze azotate. Super-răsucirea moleculei de ADN este controlată de enzime specifice (topoizomeraze și giraze). Molecula de ADN are dimensiuni foarte mari (fiind cea mai mare macromoleculă biologică), cu o greutate moleculară care poate ajunge la 12 și 16 X 10^8. În unele organisme, în locul principalelor baze azotate A, T, G și C se pot găsi în unele cazuri rare, alte baze și anume: 6-metil adenina (la bacterii), 5- metil citozina (la plante și animale), 5-hidroximetil citozina (la bacteriofagul T2). Cercetări riguroase au relevat (în 1970) faptul că majoritatea moleculelor de ADN au o răsucire a helixului spre dreapta („forma B de ADN”); apare ca o ironie faptul că primul helix dublu de ADN sintetizat chimic, după 1970, a avut o răsucire spre stânga: Z-ADN. Interesantă este și descoperirea de către R.L. Sinsheimer (1962), a unei molecule constituită doar dintr-o singură catenă (o moleculă de ADN monocatenară) la specia de bacteriofag ϕ X 174, cu greutatea molceulară de aproximativ 2 000 000 (3x 10^6). Modelul molecular al ADN-ului formulat de Watson și Crick a permis să se tragă concluzia că ADN-ul reprezintă materialul genetic care conține informația ereditară. Informația genetică conținută într-o moleculă de ADN este determinată de înșiruirea perechilor de baze de-a lungul moleculei. Cum numărul secvențelor posibile de baze este egal cu 4^n, unde n este egal cu numărul de nucleotizi per catenă, se ajunge la un număr astronomic de variante posibile de informație genetică, în timpul replicării cele două catene ale moleculei de ADN se separă enzimatic, fapt ce permite sinteza unor catene complementare noi pe matricele reprezentate de cele două monocatene vechi. Rezultă astfel două bicatene de ADN identice. Bicatenele de ADN se pot separa – denatura – prin expunere la temperaturi apropiate de punctul de fierbere și la pH extrem (pH < 3 și pH > 10) și se pot combina – renatura – formând helice duble native prin expunerea monocatenelor complementare la temperatura de aproximativ 65°C. Analizele au relevat că molecula de ADN din cromozomul bacteriei Escherichia coli conține mai mult de 4 milioane de perechi de baze (pb) azotate, repartizate în circa 3 000 gene, molecula de ADN din fagul T7 conține 39 936 pb repartizate în 50 gene, fagul λ (lambda): 48 513 pb (61 gene), virusul SV 40: 5226 pb (5 gene), iar monocatena de ADN a virusului ϕ x 174: 5386 baze (10 gene; molecula de ADN a plasmidei artificiale recombinante pBR322 are 4362pb). V ADN CU RĂSUCIRE SPRE STÂNGA, ADN REPETITIV, REPLICAREA ADN.