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?