Download - Curs 2 (1)
ScurtScurta a incurincursiune isiune in n geneticgenetica a
SSaa facem prezent facem prezentaarilerile
GeneticaGenetica = = sstiintiintta eredita ereditatatii ii ssi variabiliti variabilitatatii organismelorii organismelor
EreditateaEreditatea = = proprietatea unui individ de a transmite la urmaşi caracterele sale personale precum şi cele ale speciei căreia ii aparţine.
Caractere pur ereditare:Caractere pur ereditare:
- strict genetice, bariera intre speciistrict genetice, bariera intre specii
- normale, patologicenormale, patologiceCaractere determinate de interactiunea Caractere determinate de interactiunea
ereditate-mediuereditate-mediu
- normale, patologice (boli cong, boli adult, cancere)- normale, patologice (boli cong, boli adult, cancere)
- genotipul individual: eficienta diferita a - genotipul individual: eficienta diferita a mecanismelor de apararemecanismelor de aparare
SSaa facem prezent facem prezentaarilerile
VariabilitateaVariabilitatea = = ansamblul fenomenelor care produc ansamblul fenomenelor care produc diferendiferenttele genetice dintre indivizii unei popele genetice dintre indivizii unei popuulalattii, ii, precum precum ssi i iintre populantre populattii diferiteii diferite
Variabilitatea geneticăVariabilitatea genetică
Mutații
Recombinări
Migrații
SSaa facem prezent facem prezentaarilerile
Genetica = stiinta care studiaza natura si Genetica = stiinta care studiaza natura si comportamentul genelor, gena fiind comportamentul genelor, gena fiind unitatea fundamentala a ereditatiiunitatea fundamentala a ereditatii
Genetica = stiinta care studiaza Genetica = stiinta care studiaza ereditatea in general si genele in ereditatea in general si genele in particularparticular
1.1.Era geneticii clasice Era geneticii clasice sau formalesau formale
1865 - Gregor Mendel1865 - Gregor Mendel Peste 10 de ani - Peste 10 de ani - Waler S. Suton Waler S. Suton 1880 - Walther Flemming 1880 - Walther Flemming 19101910 - - Thomas Hunt MorganThomas Hunt Morgan
2.2. Era ADNEra ADN
19441944 - - Theodore Theodore Avery: Avery: ADN versus ADN versus proteineproteine
19531953 - - James D. James D. Watson si Francis Watson si Francis CrickCrick (Premiul (Premiul NOBEL, 1962)NOBEL, 1962)
19611961 – – codul geneticcodul genetic
145 ani: mult, pu145 ani: mult, puttin?in?
3. 3. Era genomiciiEra genomicii 19801980 : : ΦΦX174X174 Procariote: Haemophilus Procariote: Haemophilus
influenzaeinfluenzae Eucariote: Eucariote:
Saccharomyces Saccharomyces cerevisiaecerevisiae
Pluricelular: Pluricelular: Caenorhabditis elegansCaenorhabditis elegans
145 ani: mult, pu145 ani: mult, puttin?in?
3. 3. Era genomiciiEra genomiciiHuman Genome Project: Human Genome Project:
25000 gene 25000 gene
Definitii
Gena: segment de ADN ce codifica pentru una sau mai multe proteine
Genom: ansamblul materialului genetic al unui individ
Genetic: care are de a face cu constitutia genetica
Definitii
Ereditar: transmitere din generatie in generatie
Congenital: prezent de la nastere Sporadic/ novo: pentru prima data Sindrom: ansamblu de semne
determinate de aceeasi cauza, cunoscuta sau doar suspectata
Domenii genetice
a) Genetica formala sau genetica clasica
b) Citogenetica
c) Genomica
- studiaza secventetele nucleotidice
- solutii practice
d) Genetica mutationala
Domenii genetice
e) Imunogeneticae) Imunogenetica
f)f) FarmacogeneticaFarmacogenetica
g) Genetica clinica: biochimica, dezvoltarii g) Genetica clinica: biochimica, dezvoltarii si dismorfologiei, neurogenetica etcsi dismorfologiei, neurogenetica etc
h)Genetica genealogicah)Genetica genealogicai) Genetica populatiilori) Genetica populatiilor
De ce genetica clinica?De ce genetica clinica?
50% avorturi spontane de T 150% avorturi spontane de T 150% RM sever , surditate, cecitate50% RM sever , surditate, cecitate2% patologii congenitala2% patologii congenitala10% cancer10% cancerBoli varsta adulta (diabet, HTA, Boli varsta adulta (diabet, HTA,
tromboze)tromboze)
Patologia geneticPatologia geneticaa 10.000 de boli10.000 de boli
FrecvenFrecventa ta crescutcrescutaa: : afecteaza cel putin 5-8% din nou-nascuti afecteaza cel putin 5-8% din nou-nascuti (1 din 20) si probabil 30– 40 % de indivizi in tot cursul (1 din 20) si probabil 30– 40 % de indivizi in tot cursul vieviettiiii
CContributie majora la mortalitatea infantila si rata de ontributie majora la mortalitatea infantila si rata de morbiditate generalamorbiditate generala
Cronicizare Handicap ImplicaCronicizare Handicap Implicattii socio-economice ii socio-economice majoremajore
Consult genetic
Diagnostic genetic- Simptomatic
-- Presimptomatic
Sfat genetic- Medicina
personalizată- Medicina predictivă
Terapii- Terapii paleative
- Farmacologia genomică
- Terapia genică
IIn loc de concluziin loc de concluzii
ADN: cum arata si de ce?ADN: cum arata si de ce?
Genomul umanGenomul uman
ADN– pe scurtADN– pe scurt
ADN : acid dezoxiribonucleic Depozit al informatiei genetice
Dubla functie:
* Asigura propria replicare → principiul de baza al ereditatii
* Asigura sinteza proteinelor celulare → caracterele individualeacterele individuale
ADN– pe scurtADN– pe scurt
Unitatea structurală a ADN: Dezoxiribonucleotidul
glucid cu cinci atomi de carbon (pentoză = D-2 dezoxiriboza)
bază azotată
- purinică - adenina (A), guanina (G)
- pirimidinică - timina (T), citozina (C);
grup fosfat - unite prin legături covalente (puternice)
Nucleotide
Fosfat
Pentoza
Baza azotata
Nucleotide
A
Adenina
T
Timina
G
Guanina
C
Citozina
Nucleotide
Adenina (A)Timina (T)
Citozina (C)Guanina (G)
Pereche de baze
Pereche de baze
PENTOZA + BAZA AZOTATĂ = NUCLEOZID
NUCLEOZID + GRUPUL FOSFAT = NUCLEOTID
SStructura primară a ADNtructura primară a ADN
SStructura primară a ADNtructura primară a ADN
Orice secvenţă de nucleotide se "citeşte" în direcţia 5' -3' şi se scrie cu capătul 5' la stânga
5'-ATGCCTAGATCA-3'
Fiecare catenă a ADN este deci o secvenţă orientată, definită prin înlănţuirea nucleotidelor
Alfabetul nucleicAlfabetul nucleic
“Spargerea” codului ADN
Citirea bazelor in triplet Unicitatea genelor: secventa unica de baze
A G G - C T C - A A G - T C C - T A G
T C C - G A G - T T C - A G G - A T C
Proteina
ADN
Gena
Trasatura
G
G
A
T
T
A
A
C
T
G
C
A
T
C
A/T = G/CA/T = G/C- Imperechere Imperechere
preferentiala a preferentiala a bazelor (pereche de bazelor (pereche de baze baze = pb= pb) prin punti ) prin punti de Hde H
- Catene ADN Catene ADN complementare,strict complementare,strict codeterminate si codeterminate si antiparaleleantiparalele
5'-ATGCCAG-3'3'-TACGGTC-5'
ADN: Structura secundara determinata decomplementaritatea bazelor purinice si pirimidinice
libertate şi necesitate
Cele două catene ale ADN se înfăşoară (se împletesc) (una în jurul alteia, ca "o frânghie", şi amândouă în jurul unui ax central (imaginar) al moleculei, formând o dublă spirală elicoidală coaxială (o elice dublă), comparată cu o "scară în spirală" în care axele fosfoglucidice formează marginile scării iar perechile de baze, treptele ei. Această structură, asociată funcţiilor majore pe care le îndeplineşte ADN, a fost plastic numită "elicea vieţii", fiind un veritabil simbol al lumii vii.
Structura ADN este, în ansamblul ei, perfect regulată, ordonată: diametrul moleculei 2 nm; pasul elicei 3,4 nm permite dispunerea a 10 perechi de baze
În configuraţia ei spaţială, molecula de ADN prezintă două şanţuri laterale: unul mai mic şi altul mai mare.
Ele sunt importante în recunoaşterea şi fixarea pe ADN a histonelor (la nivelul şanţului mic) sau a unor molecule proteice reglatoare (la nivelul şanţului mare), singurul loc în care bazele sunt accesibile acestor proteine care vor influenţa (regla) realizarea funcţiilor ADN.
Forme de ADNForme de ADN
ADN-A ADN-B ADN-Z
Forma structurala majoritara este cea de tip B
RELAŢIILE DINTRE STRUCTURA ŞI FUNCŢIILE ADN
să stocheze o cantitate mare de informaţie, într-o formă stabilă, dar uşor de exprimat;
să reproducă informaţia, deci să o transmită cu mare fidelitate de la o generaţie la alta,
eventual să o "repare" corect, dacă se produce o leziune
să exprime informaţia genetică prin sinteza unor proteine specifice;
să fie capabil de variaţie.
Relatiile dintre structura si proprietatile fizice ale ADN
DenaturareaDenaturarea- Desfacerea legaturilor de H, ceea ce duce la separarea Desfacerea legaturilor de H, ceea ce duce la separarea
celor doua catene de ADN, care capata o structura celor doua catene de ADN, care capata o structura monocatenara. Rezistenta moleculelor de ADN e direct monocatenara. Rezistenta moleculelor de ADN e direct prop. cu perechile G-C.prop. cu perechile G-C.
- Conditii: temp > 80-90 C; variatii de pH, tratemente chimice Conditii: temp > 80-90 C; variatii de pH, tratemente chimice cu compusi alcalinicu compusi alcalini
RenaturareaRenaturarea- Capacitatea de refacere a structurii dublu catenare la o - Capacitatea de refacere a structurii dublu catenare la o
scadere lenta a temp. La racire brusca renaturarea e scadere lenta a temp. La racire brusca renaturarea e blocata.blocata.
GENOMUL NUCLEAR Nucleul celulelor umane conţine peste 99 % din ADN celular. Fragmentată în 24 de tipuri distincte de molecule lineare de
ADN care, prin asociere cu proteine histonice şi nehistonice, formează cromozomii:In genomul uman există mai multe "clase" de ADN, diferite prin repetiţia secvenţelor nucleotidice: ADN nerepetitiv, ADN moderat repetitiv şi ADN înalt repetitiv.
Organizarea secventiala a ADNOrganizarea secventiala a ADN
Organizarea secventiala a ADN Organizarea secventiala a ADN extragenicextragenic
I. ADN nerepetitivI. ADN nerepetitiv ADN nerepetitiv (60%) este alcătuit din ADN nerepetitiv (60%) este alcătuit din secvenţe unice per secvenţe unice per
genom genom sau în număr foarte mic de exemplaresau în număr foarte mic de exemplare
II. II. ADN moderat repetitivADN moderat repetitiv ADN moderat repetitiv (30 %) este alcătuit din ADN moderat repetitiv (30 %) este alcătuit din secvenţe secvenţe
scurtescurte, de 300-1000 pb (rar mai mari),, de 300-1000 pb (rar mai mari),repetate de zeci şi repetate de zeci şi sute de mii sute de mii de ori şi de ori şi dispersate dispersate în genomîn genom
ADN repetat şi dispersat ADN repetat şi dispersat în numeroase situsuri în spaţiul în numeroase situsuri în spaţiul dintre gene; este reprezentat de sdintre gene; este reprezentat de seecvenţelecvenţele SINEs şi SINEs şi LINEs.LINEs.
III. ADN inalt repetitivIII. ADN inalt repetitiv
ADN înalt repetitivADN înalt repetitiva)a) secvenţe foarte scurtesecvenţe foarte scurte
(2-200 p.b.), (2-200 p.b.), repetaterepetate în în tandemtandem, de , de milioane milioane de de
ori; ele ori; ele nu sunt transcrisenu sunt transcrise
b) b) ADN satelitADN satelit (alcătuiesc (alcătuiesc blocuri blocuri mari de mari de
heterocromatină heterocromatină constitutivă constitutivă în anumiteîn anumite regiuni cromoregiuni cromozzomice: omice: centromer, telomere, centromer, telomere, constricţii secundare, constricţii secundare,
benzile Gbenzile G))
c) c) secvenţe secvenţe foarte scurte foarte scurte (14-65 p.b.) şi (14-65 p.b.) şi repetate repetate în tandemîn tandem
Minisateliti (VNTR)Minisateliti (VNTR)- Secv moderat repetitive Secv moderat repetitive
(15pb)(15pb)- Localizare: reg eucromaticeLocalizare: reg eucromatice Microsateliti (STR)Microsateliti (STR)- Secv moderat repetitive (2-6 Secv moderat repetitive (2-6
pb)pb)- Localizare:reg eucromaticeLocalizare:reg eucromatice- Nr:30000/genom umanNr:30000/genom uman
GENOMUL MITOCONDRIAL
De la ADN la cromozomiDe la ADN la cromozomi
Prima etapă de condensare aPrima etapă de condensare a ADNADN
Fibra nucleohistonica = Fibra nucleohistonica = fibra primara de 10 nmfibra primara de 10 nm AlcătuitAlcătuita a din:din:
– – nucleozomi sinucleozomi si
– – porporttiunile internucleozomaleiunile internucleozomale
NucleozomulNucleozomul
Unitate structurală Unitate structurală constantaconstanta
Alcătuit din: Alcătuit din: octamerul de histone =octamerul de histone =2X(H2A + H2B + H3 +H4)2X(H2A + H2B + H3 +H4)
In jurul lui se infăsoară ADN de In jurul lui se infăsoară ADN de
1,75X1,75X =146 pb=146 pb
PorPorttiunile internucleozomaleiunile internucleozomale
Constiuite din ADN liber = ADN spacer sau linker (60 pb), Se asociază cu histona H1, Se formează o structură ce seamnă cu un sirag de mărgele.
Prima etapă de condensare aPrima etapă de condensare a ADNADN
Asamblarea nucleozomilor este mediată de Asamblarea nucleozomilor este mediată de o o proteină anionică: NUCLEOPLASMINA.proteină anionică: NUCLEOPLASMINA.
Nucleozomii nu sunt structuri rigide.Nucleozomii nu sunt structuri rigide. Sunt fixaSunt fixatti la o singură catenă de ADN.i la o singură catenă de ADN. Intervine in controlul expresiei genice:Intervine in controlul expresiei genice:- factori regalori factori regalori - conformaconformattia Z internuclozomalia Z internuclozomalaa
A doua etapă de condensare a A doua etapă de condensare a ADNADN
Formarea fibrelor groase de Formarea fibrelor groase de cromatină (de 30 nm)cromatină (de 30 nm) – – cromonemă.cromonemă.
Spiralizare in solenoide cu 6 Spiralizare in solenoide cu 6 nucleozomi/spiră.nucleozomi/spiră.
Unitatea fundamentală de Unitatea fundamentală de organizare a cromatineiorganizare a cromatinei in in interfază.interfază.
Favorizează interacFavorizează interactitiunile unile genice.genice.
Al treilea nivel de organizare al Al treilea nivel de organizare al cromatineicromatinei Plierea cromonemelor in Plierea cromonemelor in
bucle laterale bucle laterale (domenii) (domenii) Lungimi diferite (20-100 kb).Lungimi diferite (20-100 kb). Diametrul de 300 nm.Diametrul de 300 nm. Buclele au situsuri de Buclele au situsuri de
legare la o armăturălegare la o armătură
centrală proteică, non centrală proteică, non histonicăhistonică (topoizomeraza(topoizomeraza II)II)
Al treilea nivel de organizare al Al treilea nivel de organizare al cromatineicromatinei
Fiecare buclă = unitate functională, de Fiecare buclă = unitate functională, de transcriptranscripttie si ie si replicare = domeniureplicare = domeniu
Un domeniu este alcătuit din gene inlănUn domeniu este alcătuit din gene inlănttuiteuite fizic,fizic, Activarea coordonată a genelor inlăntuite se face Activarea coordonată a genelor inlăntuite se face prin prin
deplicaturarea buclei (de către deplicaturarea buclei (de către diversi diversi factorifactori)) Buclele se fixează neregulat la armătura proteicăBuclele se fixează neregulat la armătura proteică Se formează in anumite regiuni aglomerări de Se formează in anumite regiuni aglomerări de
bucle – CROMOMEREbucle – CROMOMERE
CromozomiiCromozomii
Compactarea suplimentară Compactarea suplimentară (20X) dă(20X) dă nasterenastere cromatideicromatidei unui unui cromozom.cromozom.
In metafază atinge cel mai In metafază atinge cel mai inalt grad de compactare.inalt grad de compactare.
Grosime 700 nmGrosime 700 nm..
- Cel mai mic cromozom are 4,6 X107 pb, in interfază are 1,4 cm, in metafază are 2micrometri.
- Compactare de 10.000 X a moleculei de ADN.
- Necesar distributiei corecte a materialului genetic in diviziune.
BENZILE CROMOZOMIBENZILE CROMOZOMIAALAELAE
Benzile: reflectă Benzile: reflectă structura internă structura internă heterogenăheterogenă
Regiuni din Regiuni din genom cu genom cu proprietăti si proprietăti si functii diferite.functii diferite.
QuizzQuizz
1.1. Din cite catene este constituita Din cite catene este constituita molecula de ADNmolecula de ADN??
2.2. Cine tine legate cele doua catene de Cine tine legate cele doua catene de AND?AND?
3.3. Care dintre bazele din structura ADN Care dintre bazele din structura ADN sunt purine si care pirimidine?sunt purine si care pirimidine?
4.4. Cum se numeste forma condensta sub Cum se numeste forma condensta sub care poate fi vizulaizat ADN in nucleu?care poate fi vizulaizat ADN in nucleu?
QuizzQuizz6. 6. O catena de ADN are secventaO catena de ADN are secventa
A-C-A-G-C-C-G-T-A. A-C-A-G-C-C-G-T-A. Care este catena complementara?Care este catena complementara?a)a) T-G-T-C-G-G-C-A-T T-G-T-C-G-G-C-A-Tb)b) A-C-A-G-C-C-G-T-A A-C-A-G-C-C-G-T-A c)c) U-G-U-C-G-G-C-A-U U-G-U-C-G-G-C-A-U d)d) G-T-G-A-T-T-A-C-G G-T-G-A-T-T-A-C-G
7. Molecula de ADN este un polimer. Monomerii sai sunt:7. Molecula de ADN este un polimer. Monomerii sai sunt: a)a) nucleotidenucleotideb) acizi nucleicib) acizi nucleicic) c) aciacizi aminatizi aminati d) d) nuclnucleozideeozide
8. Care tip de helix ADN este mai dificil de separat in doua catene?8. Care tip de helix ADN este mai dificil de separat in doua catene? - un ADN constitu- un ADN constituitit majorit majoritarar din perechi de bazedin perechi de baze AT ? AT ?- un ADN constitu- un ADN constituit majoritarit majoritar din perechi de bazedin perechi de baze GC ? GC ?- - De ceDe ce? ?
9. Care sunt tipurile de ADN, in functie de localizare la nivel celular?9. Care sunt tipurile de ADN, in functie de localizare la nivel celular?10. Enumerati doua functii ale ADN?10. Enumerati doua functii ale ADN?
QuizzQuizz
11. Care sunt histonele care intra in 11. Care sunt histonele care intra in componenta miezului nucleozomal?componenta miezului nucleozomal?
12. De ce e necesara compactarea ADN?12. De ce e necesara compactarea ADN?