1. Dovezi experimentale privind rolul ADN ca suport al informatiei ereditare 2. Structura primara a ADN 3. Structura secundara a ADN 4. Polimorfismul structural al ADN-ului. Denaturarea si hibridizarea ADN 5. Genomul mitocondrialL structura, caracteristici 6. Structura moleculara a cromatinei 7. Cromozomii umani: alcatuire, caracteristicile grupelor de cromozomi la om 8. Conceptia clasica despre structura genei 9. Conceptia clasica despre functia genei 10. Concetia actuala despre structura genei: regiunea centrala( cadrul de lectura) al genei 11. Conceptia actuala despre structura genei: regiunile laterale (de raglare)ale genei 12. Relatiile intre genele alele 13. Transcriptia : formarea de ARN mesager precursor 14. Trascriptia : maturarea de ARN mesager precursor 15. Proprietatile codului genetic 16. Structura aparatului genetic 17. Etapele translatiei: caracteristici 18. Replicarea ADN: aparatul de replicare 19. Mecanismul molecular al replicarii de ADN 20. Particularitatile replicarii ADN la procariote 21. Replicarea telomerelor 22. Surselor de variabilitate genetica: generalitati 23. Mutatiile genetice: tipuri si mecanisme de producere 24. Efectul fenotipic al mutatiilor genetice 25. Cauzele si frecventa mutatiilor patogene 26. Mecanismele de producere a anomaliilor cromozomiale de structura 27. Consecintele fenotipice ale anomaliilor cromozomiale echilibrate si neechilibrate 28. Frecventa anomaliilor cromozomiale. Cauzele aneploidiilor si ale anomaliilor cromozomiale de structura 29. Recombinarea genica: fenomenul de crossing-over 30. Recombinare genica si cromozomiala 31. Frecventa genelor si genotipurilor intr-o populatie: legea Hardy-Wemberg 32. Bolile genetice: definitie, clasificare, caracteristici 33. Etapele elaborarii diagnosticului unui sindrom cromozomic determinat de anomalii ale autozomilor. Variante posibile cariotipului. 34. Etapele elaborarii diagnosticului unui sindrom cromozomic determinat de anomalii ale gonozomilor. Variante posibile cariotipului. 35. Sfatul genetic: definitie, etapele elaborarii sfatului genetic 36. Conditii de acordare a sfatului genetic 37. Bolile monogenice si bolile mitocondriale: definitie, caracteristici, exemple 38. Bolile cromozomiale si multifactoriale : caracteristici generale , exemple

1. DOVEZI EXPERIMENTALE PRIVIND ROLUL ADN N EREDITATE Demonstrarea rolului genetic al ADNului s-a realizat n decursul timpului prin mai multe experimente: n 1928, microbiologul englez Griffith a fcut o observaie remarcabil. El a studiat morfologia i patogenitatea diferitelor tulpini de pneumococus. Unele tulpini aveau o capsul polizaharidic i cultivate pe agar formau colonii "netede", fiind numite S (de la ''smooth'') iar altele erau necapsulate i formau colonii "rugoase", fiind numite R (de la "rough"). Griffith a observat c oarecii injectai cu pneumococi S au murit iar cei injectai cu tulpina R au supravieuit. Patogenitatea pneumococilor S, deteminat de prezena capsulei, se transmite ereditar. n mod surprinztor, un amestec de pneumococi R (nepatogeni) vii i pneumococi S (patogeni) inactivai prin cldur a avut un efect letaI. De la animalele moarte s-au izolat pneumococi S vii. Explicaia posibil a acestui fenomen era transformarea tulpinilor de pneumococi R vii n tulpini S vii, sub influena unor componente din structura pneumococilor S omori; natura chimic a substanei care a produs transformarea nu a putut fi ns stabilit. n 1944, Avery et al. au reluat experienele lui Griffith i au demonstrat experimental c ADN-ul este factorul transformant. Autorii au artat c transferul ADN-ului extras de la o tulpin de pneumococi S capsulai, patogeni, la pneumococi R necapsulai, nepatogeni, determin transformarea lor n pneumococi patogeni (R ~ S) iar odat produs, modificarea se transmite la generaiile urmtoare, fiind deci ereditar. Pe aceast baz s-a presupus c ADN-ul este materialul genetic. Aa cum se ntmpl adesea cu marile adevruri, rolul genetic al ADN demonstrat de Avery et al. a fost ns un timp negat. n 1952, Hershey i Chase (premiul Nobel, 1969) au demonstrat c transferul exclusiv al ADN de Ia bacteriofagi Ia Escherichia coii transform aceast bacterie n celule productoare de particule fagice, cu o structur complet, inclusiv capsula proteic. Autorii au marcat proteinele capsulare ale bacteriofagilor cu sulf radioactiv iar ADN cu fosfor radioactiv . Cnd bacteria E. coli a fost infectat cu bacteriofagi "marcai", se observ c numai 35p (deci ADN-ul) ptrunde n celul f2S - proteinele capsulare rmn Ia exterior. Formarea ulterioar a unor particule fagice noi, complete, demonstreaz clar c ADN era unicul purttor al informaiei ereditare. Demonstrarea faptului c transferul ADN de la un microorganism la altul produce transformri permanente i ereditare ale primitorului a constituit dovada decisiv c genele sunt alctuite din ADN. 2. STRUCTURA PRIMAR A ADN ADN-ul este un macropolimer de "dezoxiribonucleotide'. Lungimea i greutatea molecular foarte mari permit stocarea unei cantiti uriae de informaie. Cantitatea de ADN variaz de la specie la speciei, dar este constant la indivizii aceleiai specii, precum i n toate celulele somatice (diploide) de la acelai individ. Unitatea structural a ADN este dezoxiribonucleotidul, alctuit din trei elemente distincte: -un glucid cu cinci atomi de carbon (o pentoz) -o baz azotat -o grupare Iosfat -unite prin legturi covalente, puternice. Pentoza este reprezentat de D-2-dezoxiriboza. Baza azotat poate fi purinic - adenina (A), guanina (G) sau pirimidinic - timina (T), citozina (C). Se leag la CI' al deoxiribozei, alctuind mpreun un nucleozid. Gruparea fosfat, care provine din acidul ortofosforic se leag la C5' al dezoxiribozei, formnd cu aceasta i baza azotat un nucleotid, unitatea fundamental a structurii catenei de ADN. n ADN, exist 4 tipuri de dezoxiribonucleotide - acid dezoxiadenilic, dezoxiguanilic, dezoxicitidilic, dezoxitimidilic - care se vor deosebi numai prin baza azotat. Gruparea fosfat i deoxiriboza sunt elemente constante. Polimerizarea nucleotidelor in structura primara a ADN-ului se realizeaza prin legaturi covalente 3- 5 fosfodiester, realizate intre gruparea hidroxil de la atomul de C 3 al dezoxiribozei primului nucleotide si respectiv gruparea fosfat de la atomul de C 5 al dezoxiribozei nucleotidului urmator. Prin polimerizarea acestor nucleotide rezulta o structura liniara, neramificata, o singura catena, ce reprezinta structura primara a ADNului. In aceasta structura bazele azotate se aranjeaza lateral si

perpendicular pe axul fosfoglucidic ce reprezinta coloana vertebrala a structurii primare-in catena de AND, pozitia unui nucleotide nu impune cu necesitate prezenta unui anumit alt nucleotide in vecinatate asa cum se intampla in structura secundara. Exista o libertate deplina de aranjare a nucleotidelor in structura primara a ADN-ului. Sensul de citire al informatiei genetice este dat de polaritatea in directia 5 - 3 a catenei de AND. Aceasta polaritate apare datorita faptului ca pozitiile 5 fosfat ale primului nucleotide si respective 3 hidroxil ale ultimului nucleotide sunt libere si neangajate in nici o legatura chimica. 3. STRUCTURA SECUNDAR A ADN n elaborarea modelului structurii ADN-ului, WATSON i CRICK s-au bazat pe studiile difraciei cu raze X a moleculelor de ADN precum i pe analizele chimice ale ADN. Imaginile obtinute prin difractie cu raze X a diferitelor molecule de AND deorigini diferite demonstrau un aspect asemanator relevand astfel un model unic al ADN-ului cu organizare bine definite. Modelul sugera prezenta unor catene polinucleotidice si a unei structuri helicoidale ordonate. Analizele chimice ale ADN-ului au evidentiat ca suma bazelor purinice A+G este intotdeauna egala cu suma bazelor pirimidinice T+C. Raportul A/T precum si G/C este 1. Raportul A+T/G+C este diferit de 1 si este o constanta de specie la om fiind 1,7. Prin prelucrarea acestor date, Watson si Crick au propus un model al molecule de AND alcatuit din 2 catene polinucleotidice legate intre ele complementar prin baze azotate si infasurate plectonemic pentru a forma o spirala dubla helicoidala orientata spre dreapta. Pornind de la faptul ca cele 2 rapoarte A/T si G/C sunt egale cu 1, Watson siCrick au considerat ca in structura secundara a ADN-ului se produce o imperechere preferentiala a bazelor azotate ce leaga cele 2 catene. Bazele azotate se leaga complementar, o baza purinica se leaga cu una pirimidinica sau invers, formand o pereche de baze notate prescurtat pb. Legaturile dintre bazele azotate complementare sunt legaturi de H, legaturi duble intre A si Tsi triple intre C si G. Legea complementaritatii bazelor azotate sta la baza mecanismelor prin care se realizeaza functiile genetice ale ADNului, mai exact transcriptia, replicarea, recombinarea si repararea leziunilor ADN-ului. Datorita legaturilor chimice dintre bazele azotate, polaritatea celor 2 catene din molecula de ADN este diferita, cele 2 catene fiind considerate antiparalele. Aceasta presupunere are consecinte importante, in citirea informatiilor ereditare. Cele 2 catene ale ADN-ului sunt infasurate plectonemic, adica una in jurul celeilalte si amandoua in jurul unui ax central, imaginar al molecule, rezultand o dubla spirala helicoidala, orientata spre dreapta sau dextrogira. Structura ADN-ului este in ansamblul ei perfect regulata si ordonata, diametru molecular este de 2 nm, o tura complete de rasucire este de 360 de grade, pasul elicei este de 3,4 nm si permite dispunerea in interior a 10 perechi de baze azotate. In configuratie spatiala, molecula de ADN prezinta 2 santuri laterale sau 2 incizuri: o incizura mica, la nivelul careia se fixeaza proteinele histone si o incizura mare unde se fixeaza molecule proteice reglatoare. Stabilitatea metabolica este o conditie esentiala a substratului material al ereditatii. Totusi, in anumite conditii, sub actiunea unor enzime, cele doua catene de ADN se pot desface temporar pentru a servi ca matrita sau tipar in vederea sintezei unei catene noi de AND, in timpul procesului de replicare sau pentrua servi la sinteza unei catene de ARNm in procesul transcriptiei. 4. DENATURAREA I HIBRIDIZAREA ADN n condiii experimentale se pot desface legturile de hidrogen dintre cele dou catene, prin denaturare termic ('mclzire la 63-100C) sau chimic (tratament cu alcali etc.). Acest proces de conversie a ADN de la forma bicatenar la starea monocatenar se numete denaturare. Prin rcirea lent a soluiei, monocatenele de ADN se pot reasocia pe baza complementaritii i refac structura original. Procesul se numete renaturare sau hibridizare. Prin rcire brusc monocatenele ADN rmn separate i pot fi folosite pentru realizarea unor hibrizi moleculari (pe baza complementaritii dintre catene ) de tip ADNADN, fie ntre dou molecule de ADN de la specii diferite, fie ntre fragmente de ADN obinute artifIcial ("sonde", ce corespund unei gene) i regiunea corespunztoare, complementar din ADN nativ. Se pot obine de asemeni hibrizi ntre o caten ADN i o molecul de

ARN complementar (de tip ARNm) rezultnd un heteroduplex. Fenomenele de denaturare i hibridare sunt amplu utilizate n biologia molecular, n tehnicile ADN recombinant, pentru identifIcarea sau localizarea unor gene i, mai recent, n terapia cu oligonucleotide antisens (n cancere, SIDA) care se fixez pe secvene de ADN sau pe ARNm i blocheaz expresia genelor. POLIMORFISMUL STRUCTURAL AL MOLECULEI DE ADN Forma clasic a structurii ADN, descris de Watson i Crick, corespunde conformaiei de tip B, care se realizeaz frecvent "in vivo" (n condiii de umiditate crescut i concentraie ionic joas). S-au descris ns i alte conformaii sau isoforme: A i C, mai frecvente, D i E, mai rare. Ele au acelai plan general de structur: elice dubl orientat spre dreapta dar se deosebesc de tipul B printr-o serie de particulariti fizice (nclinarea bazelor fa de ax, modifIcarea pasului elicei i numrul de baze per tur elice): forma A este mai scurt i mai ~oas, iar celelalte mai lungi i mai subiri. In organism, n anumite regiuni ale moleculei de ADN (cu o anumit secven nucleotidic) se produc frecvent modifIcri (tranziii) conformaionale A ~ B ~C. Aceste modifIcri permit recunoaterea segmentelor respective de ctre anumite molecule exogene, care regleaz expresia genelor. n 1979, Rich i Dickerson descoper un tip particular de ADN-Z sau ADN-senestra. EI are o elice dubl, orientat spre stnga, care i pierde simetria caracteristic formei B, deoarece axul fosfo glucidic ia o form neregulat n zig-zag, producnd deformarea i alungirea moleculei de ADN (fIgura). Conformaia ADN-Z este o conformaie normal, exist "in vivo" i apare, n anumite condiii fizico-chimice, n regiunile bogate n perechi de baze G-C, prin conversia formei B3; tranziia B B Z este reversibil. ADN-Z intervine foarte probabil n inactivarea unor gene i, deci, n controlul expresiei informaiei genetice. Conversia local B ~ Z (mai ales n situsurile de reglare a transcripiei) poate fi realizat prin fixarea mai intens a histonelor sau a altor molecule ce produc represia genelor sau prin metilarea citozinei din situsurile Gc. Astfel, un "viraj la stnga" la nceputul unei gene determin stoparea activitii ei. Tranziia B B Z ar determina ns i evidenierea unor situsuri din ADN n care se fixeaz mai facil ageni mutageni sau cancerigeni. n finalul acestei prezentri este important de subliniat faptul c tranziia ADN BBZ ca i modificrile conformaionale A B B B C care apar n anumite regiuni ale ADN, demonstreaz faptul c molecula de ADN nu are o structur fix, rigid. n funcie de condiiile de mediu, molecule le ADN sntjlexibile, ntr-o permanent stare dinamic. 5. GENOMUL MITOCONDRIAL Genomul mitocondrial este definit printr-un singur tip de ADN circular, bicatenar. Secvena sa nucleotidic a fost complet descifrat i se caracterizeaz printr-o densitate de secvene codante. Cele dou catene ale ADN mitocondrial au o compozitie bazic diferit: o caten "grea" (H) este mai bogat n guanin iar cealalt caten "uoar" (L) n citozin. ntr-o mic regiune, bucla D, ADN este alctuit din trei catene, prin sinteza unei piese scurte adiionale la catena R, cunoscut ca ADN 7S. Fiecare celul uman conine cteva mii de copii ale ADN mitocondrial (ADNmt) i de aceea cantitatea lui total, raportat la ADN unei celule somatice, poate reprezenta pn la O.5%. n cursul diviziunilor celulare mitotice, moleculele de ADN mitocondrial ale celulei iniiale segreg la ntmplare n celulele fiice. Genomul mitocondrial al zigotului provine exclusiv de la ovul, deci de la mam, fapt ce determin un tip particular de transmitere maternal a genelor mitocondriale: de la mam la toi copiii si. Genomul mitocondrial nu este asociat cu proteine histonice sau nehistonice i nu conine ADN repetitiv. Genomul mitocondrial este extrem de compact: circa 93% din ADN esre format din secvene codante (absente doar n bucla D), ce formeaz 37 de gene (28 pe catena H i 9 pe catena L). 13 gene codific polipeptide (constituieni ai sistemului de fosforilare oxidativ), 22 gene codific ARNt i 2 gene ARNr . Restul proteinelor mitocondriale sunt codificate de gene nucleare, sintetizate n citoplasm i importate n mitocondrii. Genele mitocondriale sunt aproape totdeauna contigue iar unele chiar suprapuse; ele nu conin introm.

Transcripia ncepe n promotorii (pH i PL) aflai n bucla D, este continu (deci multigenic) i se desfoar n direcii diferite pe cele dou catene, genernd un transcript multigenic mare (ce va fi ulterior secionat n mai multe molecule de ARN). Codul genetic mitocondrial difer puin de cel nuclear. El are patru codoni stop (nonsens) din care doi sunt codoni sens n ADN nuclear; codonul stop UGA din ADN nuclear este codon sens n ADN mitocondrial. Replicarea este unidirecional i ncepe n puncte diferite de origine (O) pentru cele dou catene. ADN mitocondrial poate suferi mutaii producnd o serie de boli degenerative, care sunt transmise ntr-un mod specific, de la mam la toi descendenii; brbaii bolnavi nu transmit boala. Atunci cnd se produce o mutaie n ADN mitocondrial rezult n mitocondrie un amestec de molecule mutante i normale, numit heteroplasmie. Cnd o celul se divide ADN mitocondrial mutant va fi mprit la ntmplare ntre celulele fiice i astfel, n timp, procentajul de ADN mitocondrial mutaut ntre diferite linii celulare i esuturi va fi diferit, fenomen numit segregare replicativ. Studiul familiilor n care exist heteroplasmie cu ADN mitocondrial mutaut, relev c procentajul ADNmt mutaut crete i producia de energie scade treptat, pn sub un prag minimum necesar funcionrii normale a esutului, moment n care manifestrile clinice devin evidente. De aceea bolile mitocondriale au un debut tardiv i o evoluie progresiv. S-a demonstrat c ADN mitocondrial poate suferi mutaii somatice, n celulele corpului dup natere, care se acumuleaz rapid datorit absenei unor mecanisme de reparare. Astfel, aceste mutaii somatice au probabil un rol important att n debutul i progresia bolilor mitocondriale, a unor boli degenerative precum i n procesul de senescen. 6. STRUCTURA SUPRAMOLECULARA A CROMATINEI n urma analizei la ME a cromatinei, s-a evideniat un sistem ierarhizat de fibre de cromatin de dimensiuni diferite, alctuite din ADN, histone i proteine nehistonice. Primul nivel de organizare supramolecular a cromatinei este filamentul cu nucleozomi, care are diametru! de 10 nm. Nucleozomul este alctuit dintr-un complex de ADN i histone, adic un segment de ADN cu lungime de 146 de perechi de baze se n:f'aoar n jurul unui miez histonic, format din 8 molecule de histone, cte 2 molecule din H2A, H2B, H3 i H4. Nucleozomii sunt legai ntre ei printr-un segment de ADN liber, format din 60 de perechi de baze. Astfel se formeaz filamentul cu nucleozomi asemntor unui irag de mrgele. Stabilitatea acestei structuri este meninut de ctre Hl, iar rata de mpachetare a ADN-ului din dublu helix este de 10:1. Al doilea nivel de organizare supramolecular a cromatinei este fibra de cromatin cu diametru! de 30 nm. Ea rezult din spiralizarea n solenoid a filamentului cu 6 nucleozomi. Histona Istabilizeaz fibra de cromatin, rata de compactare este de 5:1. Fibra de cromatin de 30 nm este unitatea fundamental de organizare a cromatinei n nucleul interfazic. Al treilea nivel de organizare rezult prin plierea fibrei de cromatina de 30 DIn n bucle laterale, rezultnd astfel o fibr pliat n bucle laterale cu diametrul de 300 nm. Buclele laterale sunt ataate la un schelet sau matrice proteic nonhistonic. Se consider c fiecare bucl, care se mai numete i domeniu i care conine cteva gene, ar fi o unitate funcional de transcripie i de replicare a ADN-ului. Fibra pliat n bucle laterale formeaz la nceputul diviziunii, printr-o puternic spiralizare i condensare cromatida unui cromozom, care are o grosime de 700 nm i reprecZntcel mai nalt grad de compactare a fibrei de cromatina de 30 nm. Fiecare cromatid a unui cromozom conine astfel o singur molecul de ADN, organizat n mai multe structuri succesive, ierarhizate n funcie de gradul de mpachetare. La nceputul diviziunii, cromatina se organizeaz n cromozomi, care ndeplinesc 2 funcii importante: a transportul materialului genetic de la prini la descendeni, precum i de la o celul mam la celulele fiice, asigurnd stabilitatea proceselor ereditare; b. cromozomii realizeaz amestecul materialului ereditar ntre generaii succesive prin procesele de recombinare care au loc n meioz i care reprezint principala surs de variabilitate

genetic. 7. CROMOZOMII UMANI: ALCATUIRE, CARACTERISTICILE GRUPELOR DE CROMOZOMI LA OM La inceputul diviziunii, cromatina se organizeaza in cromozomi, care indeplinesc 2 functii importante: -transportul materialului genetic de la parinti la descendenti, precum si de la o celula mama la celulele fiice, asigurand stabilitatea proceselor ereditar -cromozomii realizeaza amestecul materialului ereditar intre generatii successive prin procesele de recombinare care au loc in meioza si care reprezinta principala sursa de variabilitate genetica Morfologia cromozomilor umani prezinta 3 componente: centromerul cromatidele si telomerii. Cromatidele unui cromozom sunt subunitati longitudinale identice cantitativ si calitativ, ele se numesc cromatide surori. Fiecare cromatida prezinta o singura molecula de ADN asociata cu proteine,sau o singura fibra de cromatina puternic condensata. Aceasta fibra de cromatina puternic spiralizata si infasurata intr-un strat dehistone, poarta numele de cromonema. Prin asocierea cu proteine a cromonemei rezulta cromatida sau bratul cromozomului. In prometafaza mitozei, la om, se formeaza 46 de cromozomi bicromatidieni. Cele doua cromatide sunt unite intre ele printr-o formatiune numita centromer. Acesta are un rol cheie in diviziunea celulara si anume aceea de a asigura distributia riguros egala a materialului genetic intre viitoarele celule fiice care se formeaza. In diviziune, cromozomii se fixeaza la nivelul centromerului, de filamentele fusului de diviziune, cromatidele ramanand libere. Orice cromozom care din diverse motive isi pierde centromerul, va fi pierdut pentru urmatoarea celula fiica. In centromer exista 2 formatiuni sferice numite kinetocori, acestia prinzonele lor externe se fixeaza de filamentele fusului de diviziune, chiar la nivelul zonelor interne sunt solidarizati intre ei prin fibre de heterocromatina care realizeaza adevarate punti de heterocromatina. Aceste fibre se rup in anafaza, determinand scindarea si separarea fostelor cromatide surori si trecerea de la stratul de bicromatidian la cel demonocromatidian. Extremitatile cromatidelor se numesc telomere. Bratele scurte ale cromozomilor se noteaza cu p iar cele lungi se noteazacu q. In functie de pozitia centromerului la om exista 3 tipuri de cromozomi: metacentrici, submetacentrici, acrocentricia. Metacentrici-au centromerul situat la egala distant de telomeri in asa fel incat bratele scurte p sunt egale cu cele lungi q- se noteaza Mb. Submetacentrici-centromerul este deplasat mai aproape de unul dintre capetele cromozomului, rezultand brate mai scurte p si mai lungi q - se noteaza SMc. Acrocentrici-au centromerul plasat foarte aproape de una dintre extremitati in asa fel incat bratele p sunt extreme de scurte(invizibile in cariotip) si aproape intreaga lungime a cromozomului este data de bratele lungi q - se noteaza cu A. 8. CONCEPTIA CLASICA DESPRE STRUCTURA GENEI Conform concepiei clasice, gena este unitatea de structur a materialului genetic i reprezint un segment de cromozom precis delimitat, continuu, care determin un anumit caracter fenotipic. Gena ocup n cromozom o poziie fix, ntotdeauna aceeai, numit locus (plural = loci). Acesta poate fi situat pe autozomi sau pe cromozomii sexuali, mai frecvent pe cromozomul X. n general, cromozomii X i Y au gene implicate n procesul de sexualizare. Cromozomul X are ns i numeroase gene care determin caractere "nesexuale", de exemplu: vederea colorat, sinteza factorilor VIII i IX ai coagulrii, et.. Cromosomul Y are ns foarte puine gene "autozomale". Fiecare gen se gsete n natur, la indivizii unei specii, ntr-o form "standard', normal sau de tip "slbatic". Ea poate suferi o mutaie, rezultnd o form alternativ a genei, care ocup acelai locus i influeneaz acelai caracter i se numete gen alel. Dac genele alele sunt identice, organismul este homozigot pentru caracterul respectiv, iar n gametogenez se formeaz gamei identici, deci organismul homozigot este i homogametic. Dac genele alele sunt diferite, organismul este heterozigot pentru acel caracter i heterogametic, pentru c se formeaz dou tipuri de gamei n proporii egale. La brbaii XY, o gen "autozomal" de pe X nu are de obicei echivalent pe cromozomul Y; pentru aceast situaie, diferit att de homozigot ct i de heterozigot, se folosete termenul de hemizigot.

9. CONCEPTIA CLASICA DESPRE FUNCTIA GENEI + 12. RELATII INTRE GENELE ALELE Determinismul genetic al caracterelor ereditare poate fi: -monogenic cu variantele polialelic , pleiotropic i poligenic. DETERMINISMUL MONOGENIC Relaia "o gen - un caracter" este axioma fundamental a geneticii clasice. Deoarece n celulele somatice (diploide) cromozomii sunt n perechi de omologi, un caracter monogenic va fi determinat de o pereche de gene alelel ce ocup loci omologi. Genele alele pot fi identice sau diferite. ntre genele alele diferite se stabilesc dou tipuri de relaii: *relaia de dominan - recesivitate: Gena i caracterul, care se manifest la heterozigoi, sunt numite dominante i se noteaz de obicei cu majuscule. Gena care nu se manifest fenotipic la heterozigoi i se exprim numai n stare homozigot se numete recesiv i se noteaz de obicei cu liter mic. Genele recesive se exprim ns la homozigoii aa sau nn. Dac ambele gene alele se manifest fenotipic la heterozigoi, atunci sunt codominante. De exemplu, genele A i B din sistemul polialelic sanguin ABO sunt dominante fa de gena o i codominante una fa de alta; genotipurile Ao, Bo i AB determin fenotipurile sau grupele sanguine A, B i respectiv AB. Uneori, gena poate suferi mai multe mutaii, cu efecte fenotipice diferite, dar limitate la acelai caracter2 rezultnd alele multiple iar fenomenul se numete polialelie. Conceptul de polialelie trebuie neles la nivel populaional deoarece o anumit persoan posed numai una din genele alele care exist n populaie. Un exemplu clasic este sistemul de grup sanguin ABO. Prin pleiotropie se nelege fenomenul n care o singur gen (dominant) sau o pereche de gene (recesive) produc efecte fenotipice diverse. Un exemplu clasic l reprezint sindromul Marfan, care se caracterizeaz prin: modificri scheletice: membre lungi, degete lungi i fine (arahnodactilie), hiperlaxitate articular (ce produce frecvent luxaii), deformaii ale coloanei vertebrale (cifoz, scolioz) sau ale stemului (pectus carinatus sau excavatum) modificri oculare: subluxaie/ectopie de cristalin, miopie sau hipennetropie forte, megalocomee modificri cardiovasculare: anevrisme (dilataii) ale aortei, prolaps de valv mitral Toate modificrile fenotipice din sindromul Marfan sunt rezultatul unei singure mutaii genice, ce se transmite autozomal dominant. Aparent, n acest caz exist o abatere de la regula "o gen - un caracter", dar explicaia efectelor multiple produse de o singur gen este simpl: mutaia genei determina un defect n structura primar a fibrilinei, component major a esutului conjunctiv. Manifestrile multiple, produse prin alterarea esutului conjunctiv n diferite teritorii, au o legtur patogenic. n acest caz pleiotropia este relaional. Pentru numeroase afeciuni pleiotrope conexiunea dintre diferite manifestri nu este nici evident i nici bine neleas. n aceste cazuri se vorbete de o pleiotropie nerelaional. DETERMINISM POLIGENIC Anumite caractere fenotipice, normale sau anormale, sunt produse prin aciunea mai multor gene nealele (situate n loci diferii) care au efecte cantitative, mici i aditive (cumulative). Acest fenomen se numete poligenie. In acest caz "abaterea" de la regula "o gen -+ un caracter" este aparent, deoarece fiecare gen determin "o parte" din caracter. Numrul de gene care particip la realizarea caracterului este necunoscut. El variaz la persoane diferite i de aceea distribuia caracterului respectiv n populaie va corespunde unei curbe normale, de tip Gaussian (distribuie continu). De exemplu: culoarea pielii este determinat de mai multe (26) perechi de gene nealele; fiecare gen condiioneaz sinteza unei uniti de pigment melanic. Prin urmare, diferitele culori ale pielii sunt explicate prin diferitele exprimri ale genelor, dominante sau recesive.

Determinismul poligenic are dou caracteristici importante: genele care produc caracterul acioneaz independent unele de altele; ntre ele nu exist relaii de dominan-recesivitate sau epistazie; expresia fenotipic a genelor poate fi frecvent influenat de factori de mediu; de aceea caracterele produse prin aciunea combinat a mai multor factori genetici i factori negenetici se numesc curent caractere multifactoriale. Acest termen este mai larg i nu trebuie echivalat cu cel de poligenie, care este mai restrictiv i nu implic o component de mediu. Exist numeroase interaciuni alelice, nonalelice i cu mediul- care influeneaz efectul genei, momentul sau tipul celular n care se exprim o gen. Mutaii ale unor gene diferite se pot manifesta fenotipic identic sau asemntor; acest fenomen se numete heterogenitate genetic. 10. CONCEPIA ACTUAL DESPRE STRUCTURA GENEI: REGIUNEA CENTRAL (CADRUL DE LECTUR) A GENEI Regiunea central a genei este transcris integral n ARN mesager precursor prin aciunea ARN polimerazei. Aceast regiune este alctuit din alternana regulat a dou tipuri distincte de secvene: exoni i introni. Regiunea central a genei ncepe cu situsul de iniiere (start) al transcripiei, prescurtat, SIT. Dup S.I.T. urmeaz o regiune necodant (transcris dar netranslat) de cteva sute de nucleotide numit 5'UTR (de la untranslated region-rol important dar nc nedefinit n reglarea translaiei. Cert este ca aceast secven conine i codonul initiator ATG, care semnaleaz locul de debut al translaiei si corespunde primului aminoacid n polipeptid. Urmeaz exonul 1. Exonii sunt secvene transcrise n ARN mesager precursor i pstrate n ARNm matur (denumirea lor se bazeaz pe faptul c sunt secvene ce se gprim i prsesc - exit - nucleul). De obicei, codific anumite pri structurale i/sau funcionale distincte ale proteinei, numite domenii. Numrul exonilor variaz de la o gen la alta, ntre 2-50. Intronii, sau secvenele intercalante, sunt secvene necodante, transcrise iniial n ARNm precursor (transcript primar) dar decupate precis i ndeprtate ulterior din ARNm matur, ce va fi alctuit prin asamblarea exonilor. Numrul intronilor este cu unul mai mic dect cel al exonilor iar lungimea lor este variabil, neconcordant cu a exonilor, de obicei mult mai mare. Rolul intronilor nu este nc bine cunoscut. Cert este c numrul i mrimea lor variaz la diferite gene, fiind cel mai adesea mult mai mari n dimensiuni dect exonii pe care ii separ. Rolul lor cel mai important este acela de a asigura posibilitatea matisrii alternative, care este o sursa major de diversitate proteinelor (o gena poate astfel conduce la sinteza mai multor proteine). Uneori, surprinztor si inexplicabil, ei pot lipsi n unele gene iar alteori unii introni pot conine gene transcrise (n direcie opus) fr nici-o legtur cu gena n care se gsesc. De asemenea, la nivelul intronilor se pot gsi secvene cu rol reglator n funcia genei. Dup ultimul exon din zona central transcris a genei exist o secven 3'UTR necodant (transcris dar netranslat). Ea ncepe cu unul din codonii stop (TAA, TAG, TGA) ce reprezint semnalul de oprire a translaiei sau sintezei proteinei. Secvena 3'UTR are spre captul 3' un hexanucleotid (AATAAA) ce reprezint situsul de terminare al transcripiei. La 15-30 nucleotide n aval de acest situs se produce clivarea (desprinderea) moleculei de ARN sintetizate de pe catena matri a ADN. Acest punct se mai numete situsul de poliadenilare, pentru c n acest loc, la produsul de transcripie (ARNm) se adaug un segment de circa 200 nucleotide cu adenozin (poliadenilare), ce au rol n stabilitatea moleculei de ARNm i transportul ei din nucleu n citoplasm. 11. REGIUNILE LATERALE SAU SECVENELE DE REGLARE A GENEI. *Regiunea lateral 5' Aceast regiune, situat n amonte de cadrul de lectur al genei, reprezint locul unde se fixeaz ARN polimeraza i servete la iniierea transcripiei. Ea este numit generic promotor i conine mai multe elemente sau module cu o secven nucleotidic scurt i precis definit. Pe aceste secvene se fixeaz nite proteine reglatoare numite factori de transcripie (TF II) care au rolul

s fixeze i poziioneze ARN polimeraza II - astfel ca transcripia s nceap exact la SIT, cu primul nucleotid precum i de a activa enzima. Trebuie precizat c ARN polimeraza nu poate recunoate direct promotorul i nu poate iniia singur transcripia. Este nevoie de o interaciune complex ntre enzim, elementele cis-activatoare ale promotorului genei i proteinele trans-reglatoare (TF II), care se vor fixa la promotor. Promotorul eucariotelor superioare este divizat n trei regiuni, cu structur i funcii diferite (1). Miezul promotorului conine elemente care iniiaz transcripia, care mpreun cu ARN polimeraza i factorii de transcripie formeaz complexul transcripional bazal. (2). Regiunea promotor proximal conine elemente care moduleaz transcripia bazal. (3). Regiunea promotor distal conine o serie de secvene ADN care, dup fixarea anumitor factori de transcripie, produc activarea masiv a transcripiei sau blocarea ei. Ele determin astfel specificitatea tisular i specificitatea stadiului de dezvoltare n care are loc expresia unor gene, n anumite esuturi. *Regiunea lateral 3' Orice gen se termin n regiunea 3' cu o secven netranscris, care flancheaz "cadrul de lectur a genei" sau zona ei central. In aceast regiune se gsesc secvene semnal care afecteaz procesarea, stabilitatea i durata de via a ARNm. 13. TRANSCRIPIA: FORMAREA ARNm PRECURSOR Transcipia este procesul de copiere a informaiei genetice a unei gene, sub form codificat, complementar i antiparalel, ntr-o molecula de ARN. Acest proces are loc n nucleu. FORMAREA ARNm PRECURSOR Formarea pre-ARNm ncepe prin decondensarea zonei de ADN care conine gena sau genele ce vor fi transcrise. Acest proces, care implic intervenia unor factori de transcripie, modificarea chimic a histonelor, va reduce gradul de compactare a filamentelor cu nucleosomi. Formarea pre-ARNm se realizeaz n trei etape. 1. Initierea transcriptiei Prin convenie primul nucleotid din ADN cu care se ncepe transcripia reprezint "situsul de iniiere al transcripiei" i este numit +1 iar nucleotidul care l precede -1. Primul "pas" al transcripiei este fixarea ARN polimerazei n regiunea promotor, situat spre captul 5' al genei, n amonte de SIT. ARN polimeraza nu poate recunoate direct promotorul i nici nu poate iniia singur transcripia. Pentru aceasta sunt necesari o serie de factori de transcripie care se fixeaz pe secvenele promotorului pentru a ghida i activa ARN polimeraza pentru a ncepe transcripia la SIT, cu nucleotidul +1. 2. Transcriptia propriuzis (elongatia) Dup fixarea ARN polimerazei, cele dou catene ale ADN sunt separate i catena transcris servete drept matri pentru aezarea secvenial i complementar a ribonucleotidelor activate, care vor fi apoi polimerizate de ctre ARN polimeraz formndu-se pre-ARNm. Transcripia se face numai in sensul 5'~3', deci pre-ARNm este antiparalel fa de catena transcris. Pre-ARNm se desprinde treptat de pe catena transcris i rmne fixat temporar numai la captul 3'. Cele dou catene ale ADN se reunesc treptat, sub aciunea unei topoizomeraze i refac dublul helix. n molecula de ARNm precursor sau transcriptul primar - sunt copiai att exonii ct i intronii. 3. Terminarea transcriptiei Cnd ARN polimeraza ntlnete situsul de terminare a transcripiei, are loc clivarea 3' a transcriptului primar. 14. TRANSCRIPTIA: MATURAREA ARNm PRECURSOR Cuprinde 2 etape distincte n care transcriptul primar devine disponibil n procesul translaiei: 1. Modificarea extremitilor ARNm precursor Determin creterea stabilitii sale, faciliteaz transportul n citoplasm, recunoaterea i fixarea la subunitatea mic, ribozomal.

La extremitatea 5' se adaug la primul nucleotid al transcriptului primar o molecula de 7-metilguanozina care formeaz o structura special numita "bonet". La extremitatea 3' se adaug un rest de 50-200 nucleotide cu A, rezultnd o coada poliadeniiic. 2. Procesarea sau prelucrarea ARNm precursor Transcriptul primar conine ntreaga regiune central a genei iniiale, adic secvene codante, exoni i secvene necodante, introni. Dup sintez, transcriptul primar sufer o procesare complex ce const n decuparea precis i eliminarea intronilor, urmate de reunirea exonilor care vor forma ARNm matur. Fenomenul de eliminare prin decupare al intronilor si de reunire al exonilor se numete matisare. Ordinea exonilor n ADN i transcriptul primar este pstrat n ARNm matur. Dar exist o anumit flexibilitate n utilizarea exonilor, n sensul c n celule diferite, vor fi "reinui" n ARNm matur numai o parte din exoni, alii putnd fi ndeprtai o dat cu intronii. Acest proces denumit matisarea alternativ a exonilor explic producerea n esuturi diferite a unor mesageri i deci a unor proteine diferite (asemntoare dar nu identice) pe baza informaiei unei singure gene. Erorile mecanismelor moleculare ale exprimrii informaiei genetice vor genera, firesc, o serie de boli; descifrarea acestor mecanisme va crete posibilitile de diagnostic i tratament. 15. PROPRIETATILE CODULUI GENETIC: -este triplet, 3 fiind prima putere a lui 4, cele 4 tipuri de nucleotide formeaz 64 de combinaii sau de codoni, suficieni pentru cei 20 de aminoacizi din structura proteinelor. -codul genetic are un codon iniiator pentru translaie, codonul AUG i 3 codoni stop care semnalizeaz sfritul translaiei UAA UAG i UGA. Cei 3 codoni stop se mai numesc i non-sens deoarece nu semnific nici un aminoacid. Ceilali 61 de codoni se numesc codoni sens i semnific cei 20 de aminoacizi. -codul genetic este degenerat, adic mai muli codoni pot codifica acelai aminoacid i se numesc codoni sinonimi. Caracterul degenerat (redundant) al codului genetic reprezint un avantaj, fiind un adevrat sistem de protecie mpotriva efectelor mutaiilor genice, n urma crora rezult codoni sinonimi, care nu vor modifica structura proteinei codificat de gen. -codul genetic este nesuperpozabil, codonii vecini nu au nici un nucleotid comun i de asemenea este fr virgule, codonii adiaceni nu sunt separai de un nucleotid cu rol de virgul sau care s nu fie inclus n nici un codon; Dac printr-o mutaie ntr-unul dintre codoni se pierd sau se adaug una sau 2 nucleotide se produce o decalare a cadrului de lectura a genei, rezultnd ali codoni, iar ulterior n proteina sintetizat se vor modifica toi aminoacizii, rezultnd o protein mutant, anormal sau un caracter anormal n fenotip. -codul genetic este lipsit de ambiguitate, in sensul c un codon semnific intotdeauna un anumit aminoacid. -codul genetic este universal, pentru c este acelai la toate organismele ncepnd cu bacterii, plante, animale i sfrind cu cel uman. Exist mici diferene ale codului genetic mitocondrial fa de cel nuclear. Caracterul universal este important n practic, mai ales n tehnicile de inginerie genetic, deoarece bacteriile recombinate n care s-a introdus o gena uman, sintetizeaz proteina uman folosind codul genetic bacterian, care este acelai ca si cel uman. 16. STRUCTURA APARATULUI DE TRANSLATIE Aparatul de translaie este alctuit din urmtoarele componente: ARNm, ribozomi, ARNt, aminoacizi, factori de iniiere, factori de elongaie i enzime. l.ribozomii -organite citoplasmatice considerate adevrate platforme de asamblare a aminoacizi lor n proteine pe baza instruciunilor din ARNm. La eucariote prezint 2 subuniti inegale, diferite prin constanta de sedimentare, subuniti de 40 S - 60 S i care n mod normal sunt disociate i libere n citoplasm. Ele se reunesc la nceputul translaiei i formeaz ribozomul activ. Fiecare subunitate conine ARNr si

proteine care faciliteaz fixarea moleculelor de ARNm si ARNt la ribozomi precum si deplasarea ribozomului n timpul translaiei. ARNr este codificat de gene aflate pe braele scurte ale cromozomilor acrocentrici, formnd regiunile organizatoare nucleolare (NOR). Ribozomii prezint patru situsuri funcionale: pe subunitatea mic se afl situsul de fixare al extremitii 5' a ARNm, iar pe subunitatea mare, situsul P sau peptidil, A sau aminoacil, ambele necesare pentru fixarea ARNt si un situs de fixare a enzimei peptidil transferaza care polimerizeaz aminoacizii ntr-un polipeptid. Dup fixarea extremitii 5' a ARNm, ribozomii se deplaseaz de a lungul moleculei de ARNm in direcia 5'-3'. n acelai timp, ali ribozomi pot ncepe translaia aceleiai molecule de ARNm, formnd un poliribozom. 2. ARNt ARN de transfer transport aminoacizii din citoplasm la ribozomi, unde recunoate codonul din ARNm corespunztor aminoacidului legat pe care l poziioneaz n dreptul acestuia. De aceea se consider c are rol de translator. ARNt este un micropolimer de ribonucleotide monocatenar cu o structur n form de trifoi sau de trefl i care prezint dou situsuri funcionale: extremitatea 3'OH unde se fixeaz aminoacidul transportat cu ajutorul unei enzime, numit aminoacil-ARNtsintetaza si al doilea situs este reprezentat de anticodon, un grup de 3 nucleotide situat n bucla opus extremitii 3' -OH. Anticodonul recunoate prin complementaritate codonul din ARNm corespunztor aminoacidului legat. 3.enzime si cofactori proteici Sunt 2 grupuri de enzime: -aminoacil-ARNt-sintetazele: 20 de enzime recunosc specific fiecare un anumit aminoacid si de asemenea recunosc specific ARNt corespunztor -peptidil-transferazele care particip la formarea legturii peptidice dintre 2 aminoacizi Cofactorii proteici intervin n diferite etape i astfel sunt clasificai n: -factori de iniiere - IF 1-6 -factori de elongaie EFI si EF2 17. ETAPELE PROCESULUI DE TRANSLATIE l. Iniierea translaiei Este o etap complex care va plasa primul aminoacid al proteinei AA 1 n dreptul codonului iniiator AUG din ARNm, care corespunde metioninei. Totodat se asambleaz cele 2 subuniti ribozomale, formnd ribozomul activ. ARNm rezultat din transcripie se fixeaz pe subunitatea mic cu extremitatea 5', formndu-se un complex de iniiere al translaiei alctuit din ARNm, ARNtl ncrcat cu aminoacidul 1(metionina) i factorii de iniiere. Molecula de ARNtl ce poart AAI se plaseaz n situsul P al subunitii mari ribozomale, astfel nct anticodonul vine n contact cu codonul iniiator AUG din ARNul mesager. Cel de-al doilea situs este liber. 2.Elongaia Este o etap relativ simpl i repetat succesiv, care conduce la formarea de legturi peptidice ntre aminoacizii aranjai secvenial pe baza ordinii codonilor din ARNm. n situsul P, ribozomal, se afl ARNtl- AAI, iar n situsul A liber vine i se plaseaz ARNt-2 ncrcae cu AA-2, codificat de al doilea codon din ARNm. ntre cei doi aminoacizi se formeaz o legtur peptidic prin intermediul peptidil transferazei, rezultnd un dipeptid care va rmne ataat de molecula de ARNt2. Dup formarea dipeptidului n prezena unor factori de elongaie, GTP i a unei translocaze, ribozomul se deplaseaz cu 3 nucleotide in direcia 5' -3'. Astfel, situsul P va fi ocupat de ARNt2 cu dipeptidul format, iar n situsul A devenit liber se va fixa ARNt3 ncrcat cu AA3, ce corespunde celui de-al treilea codon din ARNm. ntre dipeptid i AA3 se formeaz o nou legtur peptidic, rezultnd un tripeptid, apoi ribozomul se deplaseaz dinnou cu 3 nucleotide. Dup elongaie rezult n final un polipeptid. 3.Terminarea translaiei

Elongaia se oprete n momentul n care ribozomul ajunge n dreptul unuia dintre cei 3 codoni stop din ARNm. Acetia nu semnific nici un AA si translaia se oprete. Polipeptidul format este eliberat, iar cele dou subuniti ribozomale se disociaz pentru o nou translaie. 18. REPLICAREA ADN-ului: APARATUL DE REPLICARE Este reprezentat de o serie de enzime si proteine care formeaz un complex multiproteic numit sintesom. Componentele aparatului de replicare sunt: ADN polimerazele. La om au fost identificate cinci tipuri de ADN polimeraze, denumite a, o i s. n replicarea ADN nuclear intervin ADN polimeraza O, enzima replicativ major, i ADN polimeraza a. ADN polimeraza 1realizeaz replicarea ADN mitocondrial iar ADN polimerazele i s particip la repararea ADN. ADN polimerazele folosesc catena matri i orientarea legturilor de hidrogen ale bazelor purinice i pirimidinice pentru a "stabili" care deoxiribonucleotid va fi adugat n catena nou. ADN polimerazele catalizeaz formarea legturilor fosfodiesterice ntre deoxiribonucleotidele adiacente care vor forma catena de ADN. n legtur cu activitatea ADN polimerazelor sunt important de subliniat dou caracteristici generale: toate ADN polimerazele sintetizeaz ADN numai n direcia 5'-3' ADN polimeraza "nu tie" s nceap sinteza unei catene ci numai s o alungeasc. De aceea sinteza unei catene noi de ADN ncepe de fapt cu sinteza unei amorse de ARN 1. ADN helicazele desfac dublu helixul de ADN prin ruperea legturilor de hidrogen dintre bazele azotate complementar. Ele acioneaz n puncte specifice, numite origini ale replicrii, i apoi asigur naintarea furcii de replicare, debobinarea i deschiderea moleculei de ADN, care devine accesibil proteinelor care iniiaz replicarea. ADN topoizomerazele 1 i II despiralizeaz helixul ADN i elibereaz tensiunea din molecula de ADN, acumulat prin debobinarea sa de ctre helicaze. Topoizomerazele secioneaz una sau ambele catene ale ADN, la nivelul axului fosfodiesteric, le deruleaz i apoi resudeaz brea din fiecare caten. Proteinele de replicare A (RPA) menin separate cele dou catene desfacute de helicaze, prin fixare la monocatene i "mascarea" perechilor de baze, care au tendina natural de a se reuni, prin refacerea punilor de hidrogen. RPA mpiedic remperecherea bazelor. Complexul ADN primaz - ADNpolimeraz Il este implicat n sinteza amorselor i replicarea catenei "ntrziate" a ADN. Sub aciunea ADN primazei se sintetizeaz amorse scurte (3-10 nucleotide) de ARN la care ADN polimeraza a adaug, la captul 3' terminal, circa 30 de deoxiribonucleotide. Apoi complexul ADN primaz-ADN polimeraza Il este ndeprtat i ADN polimeraza o "preia tafeta" continund sinteza lanului de deoxiribonucleotide nceput. Amorsele ARN vor fi distruse prin hidroliz enzimatic i nlocuite cu ADN. Proteinele de replicare C (RPC) recunosc specific catena matri i se leag la jonciunea dintre primer si matri, fiind responsabile de medierea interaciunii ADN polimerazei cu matria ADN. PCNA3 (Antigen Nuclear de Proliferare Celular) se leag n imediata vecintate a proteinelor RPC i, mpreun, reprezint principalele proteine asociate ADN polimerazei. PCNA se organizeaz sub forma unor dimeri care au configuraia spaial a unui inel ce alunec de-a lungul matriei ADN i permit ncorporarea nentrerupt a mii de nucleotide n catena ADN nou sintetizat. Blocarea PCNA (de exemplu, prin proteina p21) oprete replicarea ADN. Ribonucleaza Dt (RNaza Hl) ndeprteaz amorsele ARN4 folosite pentru iniierea replicrii; lacuna rezultat este completat de ADN polimeraz o, iar refacerea continuitii catenei este realizat prin sudarea capetelor, de ctre o ADN ligaz. 19. MECANISMUL MOLECULAR AL REPLICRll ADN Procesul de replicare ncepe n "puncte" definite ale genomului numite origini de replicare i de aici progreseaz n ambele direcii, pn ce ADN este complet duplicat. Dubla elice este despiralizat sub aciunea topoizomerazelor iar catenele sunt separate temporar de ctre ADN helicaze, ntr-o regiune localizat, formnd o structur n form de Y - furca de replicare. Pentru a menine catenele desmcute, pe fiecare caten matri se fixeaz proteinele de replicare A sau SSB care mpiedic remperecherea bazelor azotate si refacerea spontan a dublului helix. Pe cele dou catene matri, sub aciunea enzimei ADNpolimeraza delta are loc aranjarea secveniala. si complementara a dezoxiribonucleotidelor activate.

Polimerizarea nucleotidelor se face diferit pe cele dou catene matri, datorit a dou elemente caracteristice: cele dou catene ale ADN sunt antiparalele i ADN polimeraza nu poate iniia sinteza unei catene noi de ADN ci doar s o alungeasc. De aceea, declanarea replicrii ADN necesit utilizarea unor amorse ARN sintetizate de ADN primaza. Sinteza se face numai n direcia 5'-3'. Aceste dou caracteristici determin o asimetrie a replicrii. Pe catena matri 5'-3' sau catena sens sinteza catenei noi de ADN este continu si rapid; aceasta se numete catena avansat. Pe cealalt caten matri, catena nonsens, sinteza catenei noi se face mult mai lent si discontinuu, sub forma unor segmente scurte de ADN care au 100-1000 de nucleotide, numite piese Okazaki. Aceasta se numete catena ntrziat. Fiecare pies Okazaki necesit cte o amors de ARN, n timp ce pe catena avansat este necesar doar o singur amorsa ARN, Ia nceputul sintezei. La sfritul repIicrii, amorseIe sunt ndeprtate prin hidroIiz i nlocuite cu secvene de ADN sub aciunea ADNpoIimerazei , iar fragmentele sunt reunite n final cu ajutorul unei ADNligaze. 20. PARTICULARITATILE REPLICRII ADN LA EUCARIOTE Mecanismele de repiicare a ADN la eucariote sunt n general asemntoare celor de la procariote. Apar totui anumite particulariti determina te de: mrimea enorm a genomului, asocierea ADN cu proteinele n nucleosomi i fibre de cromatin i momentul replicrii n ciclul celular (faza S). 1. Datorit lungimii mari a genomului, asocierii cu proteine n nucleosomi i organizrii n fibre de cromatin, viteza de replicare a ADN la eucariote este redus, circa 50 nucleotide pe secund comparativ cu 500 nucleotide pe secund Ia procariote. 2. ADN trebuie s fie replicat integral n circa 8 ore i de aceea, replicarea ADN la eucariote debutez n mai multe puncte de origine, ce corespund unor mici uniti de replicare numite repliconi. Replicarea progreseaz bidirecional pentru fiecare replicon i repliconii fuzioneaz treptat pn ce ntreagul cromozom este duplicat. Fiecare cromozom uman are puncte de origine multiple, reprezentate de secvene specifice de ADN de circa 3000 nucleotide, iar ntregul genom are circa 30.000 de puncte de origine. 3. ADN-ul eucariotelor este asociat cu proteine histonice formnd nucleozomii. Cnd furca de replicare ajunge n dreptul nucleozomului, ADN se deruleaz i miezul histonic se desface n dou jumti care rmn ataate la una din cele dou molecule de ADN formate prin replicare. Ele vor reface ulterior nucleosomul original. Pe cealalt molecul de ADN se vor constitui ns noi nucleosomi. 4. replicarea ADN-ului are loc n faza S, care dureaz circa 8 ore (pentru un, ciclucelular de 24 de ore). Este un timp scurt pentru replicarea ntregului genom uman diplod de peste 6 miliarde de pb. La aceast constrngere temporal se adaug obligaia ca replicarea ADN s fie foarte precis deoarece orice eroare de plasare a nucleotidelor n catena nou sintetizat produce mutaii. Celula are mijloacele necesare pentru a se asigura c ntregul genom este integral i corect replicat n cursul fazei S. La aceasta se adaug mecanisme multiple de identificarea i corecie a erorilor. Unitile de replicare (ce includ 20-80 repliconi) nu sunt activa te concomitent i la ntmplare ci asincron i ntr-o anumit ordine, n funcie de structura cromatinei n care ele se gsesc. Heterocromatina (benzile G bogate n A-T) este replicat tardiv, la sfritul fazei S, n timp ce eucromatina (benzile R bogate n GC) se replic precoce, la nceputul fazei S. In mod normal, n faza S ntregul genom este replicat o singur dat. Deoarece replicarea ADN este asincron exist riscul teoretic ca unele regiuni s fie replicate repetat. Acest lucru nu se ntmpl deoarece o serie de factori inhibitori se fixeaz pe cromatina replicat i nu permit replicarea ei repetat, pn ce celula nu trece prin mitoz. Aceti factori sunt ndeprtai prin diviziune i celulele rezultate pot ncepe un nou ciclu, cu faza S, n care se produce o nou replicare. 21. REPLICAREA TELOMERELOR Telomerele sunt structuri specializate, situate la capetele cromozomilor eucariotelor, care asi-gur stabilitatea cromozomilor si moiedic unirea lor orin extremitti. Telomerele cromozomilor umani, alctuite din ADN i proteine, au o structur identic la specii diferite i puternic conservat n cursul evoluiei (acest fapt atesta importana lor funcionala

deosebita). Telomerele sunt formate din elemente repetitive hexanucleotidice dispuse n tandem, care se extind pe o lungime variabil de 5-20 kb, n funcie de esut i de vrsta individului. Datorita particularitilor de replicare, ce implic folosirea unor amorse degradabile pentru iniierea replicrii ADN, la fiecare capt 5' al catenelor nou sintetizate de ADN rmne o mic regiune (corespunztoare ultimei amorse) care nu este replicat. Extremitatea moleculelor de ADN rmne cu o prelungire monocatenar 3', protuberant i instabil. Aceasta se pliaz (spre napoi) i formeaz o structura "n ac de par", care stabilizeaz ADN. Efectul stabilizant este favorizat i prin asocierea, la acest nivel, a unor proteine speciale (TRFI i TRF2). Un fenomen caracteristic telomerelor este pierderea a unor secvene de ADN la fiecare replicare (diviziune celulara). Deoarece, la capatul 5' al catenelor de ADN nou sintetizate replicarea este incompleta i la fiecare ciclu celular se pierd 25-200 pb. Aceasta duce la scurtarea progresiva a telomerelor i, dupa un numar de replicri, la oprirea replicarii i diviziunii. Celulele umane au numar limitat de diviziuni att in vivo8 ct i in vitro. Se poate spune ca lungimea telomerelor este un indicator al istoriei replicative a celulelor i poate fi considerat un fel de "ceas molecular" care arat potenialul replicativ restant al celulelor normale; cnd telomerele ating o lungime minima critica celula nceteaz sa se divid i "ceasul" se oprete. Pierderea secvenelor telomerice poate fi compensata prin adiia de novo a secvenelor TTAGGG la captul 3' al unei catene de ADN, de ctre enzima telomeraza, care stabilizeaz telomerele i previne scurtarea lor. Telomeraza este exprimat n celulele germinale i cele mai multe esuturi embriofetale n saptmnile 16-20 ale dezvoltrii; Activitatea telomerazei scade progresiv n viaa fetala i dispare postnatal, n aproape toate celulele somatice normale; excepie fac celulele stern din maduva oaselor. Dispariia activitii telomerazice n celulele somatice dupa natere determin scurtarea progresiva a telomerelor), odata cu vrsta. Cnd se atinge o lungime critica minima diviziunea celulara se oprete i ncepe senescena. Pierderea telomerelor genereaz de asemenea instabilitatea genomica i creterea frecvenei rearanjamentelor cromozomice. Telomeraza poate fi nsa reactivata n procesele irrflamatorii dar mai ales n celulele canceroase. Acest lucru oprete scurtarea telomerelor, crete stabilitatea lor (prin adaugarea secvenelor repetitive hexanucleotidice la capetele cromozomilor) i astfel stimuleaza proliferarea celular. n ultimii ani se acorda un interes doesebit studiului corelaiei dintre scurtarea telomerelor, senescena celulara, expresia telomerazei i cancerelor umane. A aprut ceea ce se cheama "ipoteza telomer - telomeraza a mbatrnirii i cancerului". 22. SURSELE DE VARIABILITATE GENETICA GENERALITATI Variabilitatea genetic reprezint ansamblul de fenomene care produc diferenele genetice dintre indivizii unei populaii precum i diferenele genetice ntre populaii diferite, i se creeaz diversitatea ce reprezint o condiie esenial pentru evoluie. Exist 3 surse de variabilitate genetic: mutaiile, recombinrile i migraiile. Cele trei surse sunt interconectate, n sensul c, mutaiile determin modificri n structura materialului genetic i creeaz fondul genetic caracteristic unei populaii. Migraiile ntre populaii diferite determin un potenial genic nou, iar recombinrile din gametogenez i fecundare produc o asociere a zestrei parentale ntr-o combinaie nou i specific descendentului. Mutaiile reprezint orice modificare a secvenei sau a aranjrii nucleotidelor din ADN. Aceste modificri sunt accidentale, permanente i ereditare. Procesul de producere a mutaiilor se numete mutagenez, iar factorii care determin mutaii se numesc ageni mutageni. Organismul ce prezint o astfel de modificare se numete mutant. Recombinrile genetice reprezint producerea unor combinaii genetice noi, prin rearanjarea materialului genetic cuprins n dou uniti genetice diferite. n funcie de mrimea unitilor genetice implicate, genom, cromozom sau gena, exist 3 tipuri de recombinri: recombinare genomic, recombinare cromozomial i recombinare intragenic. +

30. RECOMBINAREA GENOMICA SI CROMOZOMIALA a) recombinarea genomic Are loc n timpul fecundrii prin asortarea genomurilor din gameii parentali care se unesc pentru a forma zigotul. Cnd se unesc doi gamei provenind de la 2 indivizi nenrudii i diferii genetic, descendenii acestora vor prezenta o vitalitate sporit, caliti noi fa de prini, o adaptabilitate mai bun i o fertilitate crescut. Acest fenomen se numete heterozis i este consecina heterozigotismului care se creeaz la descendeni. n momentul n care se unesc gamei de la doi indivizi nrudii, gradul de heterogenitate scade i crete fenomenul de omogenizare genetic. Recombinarea genomic este o important surs de variabilitate cu condiia ca genomurile care se combin s fie ct mai diferite genetic. b) recombinarea cromozomial Se produce n cursul gametogenezei ntre cromozomii omologi pnn fenomenele specifice meiozei 1. Poate avea loc ntre cromozomi ntregi (recombinarea intercromozomial) sau poate avea loc ntre pri ale cromozomilor omologi (recombinarea intracromozomiaI). Recombinarea intercromozomial se produce n anafaza meiozei 1 ntre perechile de cromozomi omologi care se vor recombina ntre ei i vor migra la ntmplare ctre polii fusului de diviziune (dansul cromozomilor). Recombinarea intracromozomial sau procesul de crossing-over din profaza 1 sau recombinare genica (se va descrie fenomenul de crossing-over de la LP). c) recombinarea intragenic Se produce printr-un crossing-over inegal ntre dou gene alele rezultnd o gena hibrid sau o fuziune genic ce conine un fragment terminal dintr-o alel i restul de secven nucleotidic din cea de-a doua alel. Migraiile reprezint transferul de gene prin deplasarea unui grup de indivizi dintr-o populaie n alt populaie genetic diferit, sub form de emigrri i imigrri. 23. MUTATIILE GENICE: TIPURI SI MECANISME DE PRODUCERE Mutaiile genice reprezint modificri permanente i transmisibile n succesiunea generaiilor ale secvenelor nucleotidice sau ale aranjrii ADN- ului. Tipuri i mecanisme de producere a mutaiilor genice Mutaiile care afecteaz regiuni mici din genom se impart in dou mari categorii: 1. mutaii simple - localizate la o secven unic de ADN, acestea sunt de obicei microleziuni ADN care intereseaz una sau cteva nucleotide 2. recombinrile genice aberante - modificri ce implic schimburi ntre dou secvene alelice sau nealelice de ADN, considerate macroleziuni ale ADN-ului care intereseaz o parte din gen sau chiar gena n ntregime. n funcie de modificarea produs n secvena de nucleotide a ADN-ului se deosebesc 3 categorii de mutaii: 1. substituiile - implic, de regul, nlocuirea unei singure perechi de baze azotate, 2. deleiile - reprezint pierderea unuia sau mai multor nucleotide din secvena genei, mai rar se pierd pri din gen sau gena n ntregime. 3. inseriile - reprezint introducerea a uneia sau mai multor nucleotide n gen; cu o frecven mic, se pot produce inserii largi sau amplificarea unor secvene repetitive de cte 3 nucleotide. Majoritatea mutaii lor sunt modificri stabile sau fixe ale secvenei de ADN. Recent ns s-a descris o clas nou de mutaii, numite mutaii instabile sau dinamice, n care repetiii de cte trei nucleotide sufer expansiuni atunci cnd sunt transmise n succesiunea generaiilor. n funcie de tipul secvenelor din structura genei ce pot fi modificate, mutaiile pot interesa secvenele codante, adic exonii, sau pot afecta secvenele necodante, adic intronii i regiunile laterale de reglare,acestea avnd efecte fenotipice variate asupra expresiei informaiei ereditare. 24. EFECTUL FENOTIPIC AL MUTATIILOR PATOGENE

Pot avea patru tipuri de efecte asupra funciei proteinei codificat de gena mutant n funcie de tipul i de mecanismul de aciune: 1. Pierderea funciei proteinei - numeroase mutaii determin pierderea total sau parial a activitii normale a genei i implicit a expresiei proteinelor. Aceste mutaii sunt la originea majoritii bolilor cu transmitere recesiv, dar se pot ntlni i n unele boli cu transmitere dominant (hipercolesterolemia familial), n care formele heterozigote sunt mult mai puin grave dect cele homozigote. Pierderea a 50% din activitatea genei este suficient pentru producerea bolii. 2. Ctigul de funcie - mutaiile sunt mult mai rare i acioneaz fie prin creterea nivelului de expresie a proteinei, fie prin creterea abilitii proteinei de a-i efectua funcia normal. 3. Achiziia unor proprieti noi de ctre proteina mutant prin urmtoarele mecanisme: a) modificarea proprietilor structurale ale proteinei care tinde s se polimerizeze b) achiziia unor funcii noii c) producerea unei proteine toxice2 d) participarea polipeptidului mutant la formarea unor complexe multiproteice alturi de proteine normale, rezultatul final fiind ns complexe anormale sau nefuncionale. 4. Expresia inadecvat a genei n timp n spaiu sau ambele. 25. CAUZELE SI FRECVENTA MUTATIILOR PATOGENE Mutaiile se pot produce spontan, natural, prin erori n cursul replicrii ADN-ului sau pot fi induse de ageni mutageni, exogeni sau endogeni. 1. mutaiile spontane Se produc prin dou mecanisme: a) procesul de replicare al ADN-ului, n care enzimele ADN polimeraze controleaz mperecherea corect a bazelor azotate i rareori apar erori. n timpul replicrii este posibil ca bazele azotate s se mperecheze greit, ADN polimerazele corectnd n cea mai mare msur aceste erori. n ansamblu, erorile aprute n urma procesului de replicare au o frecven de 50.000 de erori pe genom i pe zi. Organismul uman posed n afar de polimeraze i alte sisteme de reparare ale erorilor ADN, ceea ce face ca n final, frecvena acestor erori s fie extrem de mic, de o mperechere greit la 1010 nucleotide. b) n condiii fiziologice, n afara replicrii, pot apare leziuni prin hidroliza unor resturi nucleotidice, cu apariia unor situsuri fr baze azotate. Apariia acestor situsuri va fi favorizat de temperaturi crescute i de acidifierea mediului celular. 2. mutaiile induse Apar n urma aciunii unor ageni mutageni externi sau interni: a) agenii externi - sunt reprezentai de radiaiile UV, de radiaiile ionizante i de ageni chimici care pot produce alterri n structura ADN-ului i care lsate nereparate conduc la apariia mutaiilor. Pe primul loc ca frecven se afl radiaiile UV care produc dimeri pirimidinici. Din punct de vedere al consecinelor, pe primul loc ntre agenii mutageni externi se afl fumul de igar, care este responsabil de producerea mai multor decese prin cancer dect orice alt agent mutagen cunoscut: hidrocarburile policiclice, ageni metilani sau alchilani, medicamente antitumorale, unele minerale sau metale. Radiaiile X i gama determin rupturi ale ADN-ului dar se consider c la om, aceste radiaii din surse naturale, profesionale sau medicale au consecine genetice reduse datorit eficacitii mecanismelor de reparare. b) agenii mutageni endogeni - sunt reprezentai de speciile active de oxigen care produc pana la 20.000 de leziuni/genomlzi, unele molecule active de dimensiuni mici (adenozilmetionina) care pot produce pn la 600 de leziuni pe genomlzi i produii de peroxidare ai lipidelor (acroleina), care pot produce alterri ale bazelor azotate. Organismul uman posed un sistem antioxidant, alctuit din enzime cum ar fi: superoxid dismutaza, catalaza sau glutation-peroxidaza. Acest sistem ncearc sa minimalizeze efectele agenilor, iar cnd capacitatea este depit, agenii pot produce modificri ale bazelor ADN i rupturi monocatenare.

Frecvena mutaiilor se exprim prin numr de mutaii noi/locus/generaie i se evalueaz prin determinarea incidenei unor cazuri sporadice, noi ale unor boli dominante autozomale sau recesive legate de cromozomul X i care au o expresie clinic uor de recunoscut. Frecvena: 10-4 i 10-7, cu o frecven medie de 10-6, adic cel puin una din 20 de persoane a primit de la unul din prini o gen mutant nou. Aceste mutaii se pot produce n timpul gametogenezei, n cursul diviziunilor mitotice sau meiotice ale celulelor germinale. Celulele somatice sunt afectate de mutaii, ele efectund un numr mare de replicri fi diviziuni. Un organism uman adult are aproximativ 1014 celule derivate din zigot, prin 105 diviziuni celulare. 26. MECANISMELE DE PRODUCERE A ANOMALIILOR CROMOZOMIALE DE STRUCTURA Identificarea acestora este esenial pentru profilaxie i sfatul genetic sau calcularea riscului de recuren, dar este dificil. Poate aprea situaia cnd o singur malformaie congenital este determinat de cauze diferite i aprox 50% dintre anomaliile congenitale rmn de cauz necunoscut. Cauzele care pot fi puse n eviden sunt clasificate n : - Cauze genetice - 45% - Cauze negenetice - 5% 1. Cauzele negentice Un agent extern, care produce o anomalie congenital prin interferarea cu dezvoltarea embrionar sau fetal este denumit agent teratogen. Efectele oricrui agent teratogen depind de doza i de timpul ct a fost administrat n timpul sarcinii. Aciunea teratogenilor este influenat de susceptibilitatea genetic a mamei i/sau a ftului, ceea ce ar putea explica faptul c nu orice expunere la un teratogen este urmat obligatoriu de apariia unei malformaii. Agenii teratogeni pot fi biologici, chimiei, fiziei. Agentii biologiei, reprezentai n principal de virusurile: rubeolic, eitomegalic, herpetic, de parazitul Toxoplasma i spirocheta Treponema Pallidum, sunt n mod cert teratogeni, dar efectul lor este variabil. Se aprec~az c aceste infecii sunt rspunztoare de aproximativ 2% din anomaliile congenitale. In cursul sareinii se poate efectua testul TORCH (Toxoplasma, Other, Rubeola, Citomegalovirus, Herpetic). Agenii chimiei. n prezent sunt recunoscui doar 25 dintre agenii chimiei cu aciune cert teratogen i anume: alcoolul, anticonvulsivantele, citostaticele, anticoagulante, hormonii androgeni, retinoizii, litiul si talidomida. Pe primul loc este situat alcoolul. Alcoolismul reprezint cauza major a tulburrilor de comportament i a retardului mental la copil. Agentii fizici: radiaiile ionizante, hipertermia prelungita. Starea fiziologic a mamei (vrsta peste 35 de ani, starea de nutritie, echilibrul hormonal, deficitul de acid folic) sau patologic (boli cu transmitere dominant sau recesiv) influeneaz apariia anomaliilor congenitale. 2. Cauzele genetice Sunt reprezentate de : 1. Anomaliile cromozomiale neechilibrate: trisomiile i monosomiile produc 6% dintre anomaliile congenitale 2. Mutaiile monogenice - responsabile n general de anomaliile congenitale izolate 7% 3. Ereditatea multifactorial - resposabil de producerea a 20-30% dintre anomaliile congenitale, n special formele izolate nonsindromice, ca de exemplu malformaii cardiace DSA, DSV, malformaii ale SNC - anencefalia i spina bifida sau ale sistemului genito-urinar : agenezia renala sau hipospadiasul. n aproximativ 50% din cazuri nu se poate stabili clar cauza. Sunt implicai factori genetici, dar ei nu pot fi identificati. 27. CONSECINTELE FENOTIPICE ALE ANOMALIILOR CROMOZOMIALE ECHILIBRATE SI NEECHILIBRATE

Sunt modificri cantitative ale materialului genetic deoarece informaia genetic din cromozomii supranumerari sau din cei modificai este normal calitativ. n general, fenotipul anormal este consecina unui exces de +50% sau a unei lipse de -50% de gene normale. Dezechilibrul genetic, indiferent de tipul su, determin semne comune fenotipice: tulburri de cretere, anomalii congenitale multiple, dermatoglife anormale, ntrziere n dezvoltarea psiho-motorie i tulburri ale funciei de reproducere. Severitatea afectrii fenotipului depinde de urmtorii factori: 1. mrimea dezechilibrului genetic - poliploidiile, trisomiile cromozomilor mari i monosomiile autozomale sunt letale, iar gravitatea trisomiilor autozomale viabile este direct proporional cu mrimea cromozomilor (trisomia 13 mai grav dect trisomia 18). 2. tipul de anomalie - monosomiile sunt mai grave dect trisomiile i sunt letale pentru toi autozomii i cromozomul Y. Aneuploidiile cromozomilor sexuali sunt mai puin grave dect cele autozomale. 3. coninutul de gene i cantitatea de eucromatin sau heterocromatin a cromozomului -:,astfel se explic de ce trisomia 21 este mai puin grav dect trisomia 22, dei ambii cromozomi sunt apropiai ca mrime. Anomaliile care intereseaz benzile de eucromatina sunt mai grave dect cele care intereseaz zonele de heterocromatina. 4. n funcie de numrul de celule afectate - aneuploidiile omogene sunt mai grave dect cele in mozaic. Consecinele anomaliilor cromozomiale echilibrate sunt asociate, de obicei, cu un fenotip normal, ns au consecine reproductive importante: -blocarea gametogenezei datorit sinapselor anormale ntre cromozomii omologi, afectai de anomalia cromozomial de structur - producerea de gamei anormali care dup fecundare pot produce embrioni cu monosomii i/sau trisomii pariale, aceti embrioni se elimin ca avort spontan s-a stabilit c ntre 3 - 6% dintre cuplurile sterile sau cu avorturi spontane repetate prezint o anomalie cromozomiala echilibrat. Una din 400 de persoane aparent sntoase din populaia general poart o translocaie i cel puin 4 din 1000 de persoane sunt purttoare de anomalii cromozomiale echilibrate care pot da natere unor tulburri de reproducere major. 28. FRECVENTA SI CAUZELE ANEUPLOIDIILOR SI ANOMALIILOR CROMOZOMIALE Acestea au fost detectate n urmtoarele situaii: - 10% dintre gameii persoanelor adulte normale i fertile - 3% dintre feii cu vrsta de 10 sptmni - 2% dintre feii de 16 sptmni - 50-60% dintre avorturile spontane precoce - 10% dintre nou nscuii mori - 1% dintre nou nscuii vii - 2% dintre sarcinile femeilor cu vrsta peste 35 de ani n momentul concepiei Cauzele aneuploidiilor Ele apar n urma unor erori de distribuie a cromozomilor n timpul diviziunii celulare, prin mecanisme de nedisjuncie cromozomial i/sau ntrziere anafazic. Cauzele acestor accidente cromozomi ale sunt nc necunoscute, singura certitudine n etiologie este prezena vrstei mateme peste 35 de ani n momentul concepiei i care este asociat cu o frecven crescut a trisomiilor. Riscul de nedisjuncie este de 1:1000 pentru femeile cu vrsta de 25 de ani, este de 1:100 pentru mamele n vrst de 37 de ani i 1:10 mame de 45 de ani. Cauzele anomaliilor cromozomiale de structur Mecanismul lor clasic de producere este cel de rupere al cromozomilor i de reunire anormal a capetelor cromozomilor rupi. Factorii care determin ruperea cromozomilor se numesc clastogeni i sunt considerai cauzele primare ale anomaliilor cromozomiale de structur. Recent, s-a dovedit c rolul clastogenilor este minim i c anomaliile cromozomiale de structur se produc spontan, foarte probabil prin erori de recombinare.

31. FRECVENTA GENELOR SI GENOTIPURILOR INTR-O POPULATIE: LEGEA HARDY-WEINBERG A fost descris n 1908 de ctre Hardy i Weinberg. Aceast lege explic de ce ntr-o populaie vast, n interiorul creia uniunile sunt aleatorii (la ntmplare sau panmictice), frecventele alelice nu variaz de la o generaie la alta. Pentru a demonstra legea Hardy i Weinberg presupunem c un anumit locus autosomal ''A'' are dou gene alele ''A'' i "a". Dac notm cu "p" frecvena genei ''A'' i cu "q" frecvena genei "afl atunci suma total a alelelor locusului A ntr-o populaie dat este p + q = 100% . Deoarece frecvenele aelice sunt exprlmate de obicei ca o fracie a unitii, relaia se poate scrie i p + q =1. Cele dou gene alele ''A'' i "a" vor alctui trei genotipuri: AA, Aa i 00. Indivizii din populaie posed unul din aceste genotipuri. Ei vor produce gamei ce conin numai gena ''A'' sau "a". Gameii purttori ai acestor gene vor fi n aceeai proporie - p i q - ca i frecvenele alelice n populaie. Prin unirea aleatorie (independent de genotip i de fenotip) a indivizilor i deci a gameilor masculini i feminini ce conin fie gena ''A'' fie gena "a" (cu frecvenele p i q) rezult n descenden (FI) indivizi cu unul din urmtoarele trei genotipuri posibile: AA, Aa, aa. Frecvenele acestor genotipuri va fi p2, 2pq i q fiind o extensie a binomului (p+q/, iar suma frecvenelor lor egal cu 1. O populaie n care distribuia genotipurilor este binomial se afl n echilibru genetic. n generaia urmtoare, fiecare din cele trei genotipuri pateme se poate asocia cu fiecare din cele trei genotipuri mateme. Genotipurile ce rezult la descendeni din fiecare uniune precum i frecvena lor este prezentat n tabelul 3. Din aceste ncruciri rezult descendeni cu genotipurile AA, Aa i aa. Frecvenele lor sunt p2, 2pq i q. Se observ c frecvena fiecrui genotip (AA, Aa, aa) n generaia a doua (F2) este aceeai (p2, 2pq, q2) ca i prima generaie. La fel se ntmpl i cu frecvenele genelor alele, deoarece i + 2pq + q = 1, deci (p + q) = 1 sau p + q = 1. Pe baza datelor prezentate mai sus se poate enuna legea Hardy-Weinberg: "ntr-o populaie panmictic cu efectiv nelimitat,frecvenele iniiale p i q ale alelelor A i a se menin constante din generaie n generaie; acest lucru este valabil i pentru frecvena genotipurilor AA, Aa, aa care vor fi n proporie de p2 : 2pq : q. O astfel de populaie, cu frecvene genice stabile, este n stare de echilibru". Legea Hardy- Weinberg este valabil numai n anumite condiii: populaiile sunt mari; incrucirile au loc la ntmplare i nu exist cstorii prefereniale sau consanguine; nu se produc mutaii ale locusului analizat sau rata mutaiilor este constant (alelele mutante pierdute prin deces sunt nlocuite prin mutaii noi); nu exist selecie fa de un anumit fenotip; toate genotipurile. unui locus au o viabilitate i o fertilitate egal; nu se produc migraii care s modifice structura genetic a populaiei. Aa cum vom vedea, aceste condiii nu sunt totdeauna realizate n toate populaiile umane dar amploarea factorilor ce intervin este limitat, modificrile frecvenei genelor sunt echilibrate fie la nivelul iniial, fie la un nou nivel. Astfel legea Hardy- Weinberg rmne relativ valabil i poate fi aplicat n practica geneticii medicale, pentru a estima frecvenele alelice. 32. BOLILE GENETICE: DEFINITIE, CLASIFICARE, CARACTERISTICI Termenul de boli genetice este rezervat cu precdere afeciunilor determinate de mutaii genice i anomalii cromozomiale, dar genetica medical include n sfera sa de aciune i bolile multifactoriale, condiionate genetic sau cu predispoziie genetic (majoritatea malformaiilor izolate, bolile comune ale adultului i numeroase forme de cancer). Indiferent de terminologie i ncadrare, se poate afirma justificat c mutaiile reprezint o cauz major de boal sau predispoziie la boal. Clasificarea bolilor genetice se face n funcie de tipul modificrii genetice, de localizare i de aciunea asupra fenotipului. Astfel sunt recunoscute 5 categorii de boli genetice: 1. boli cromozomiale

2. boli monogenice 3. boli mitocondriale 4. bolile multifactoriale 5. boli ale genomului celulelor somatice Caracterele generale ale bolilor genetice: - sunt determinate prenatal i sunt prezente n momentul naterii, dar se pot manifesta clinic n perioada neonatal sau mai trziu n alte perioade ale vieii, avnd debut inclusiv la vrsta adult. Caracterul congenital este important pentru natura genetic a unei boli (congenitus = nscut cu malformaie), dar nu este egal cu termenul de genetic, deoarece exist anomalii congenitale negenetice, precum sifilisul neonatal. De asemenea mutaiile somatice nu au caracter congenital. - sunt deseori familiale, fiind prezente la mai muli membrii ai aceiai familii. Aceasta nu este o regul general pentru c, exista boli genetice sporadice, n care pacientul care a suferit o mutaie nou este singurul membru afectat din familie, sau exist boli negenetice care au agregare familial, afectnd mai muli membrii din familie, care au acelai mod de via sau aceleai condiii de viat. ex: tuberculoza - o parte din bolile genetice sunt ereditare, n sensul c se transmit de-a lungul generaiilor, dup tipul mendelian. Nu toate bolile genetice sunt ereditare, deoarece exist boli cromozomiale i monogenice n care modificrile fenotipice consecutive mutaiilor fie sunt letale nainte de vrsta adult, fie determin incapacitate de procreere. - bolile determinate sau condiionate genetic se caracterizeaz prin concordana lor mai mare la gemenii monozigoi comparativ cu gemenii dizigoi. Bolile genetice pot prezenta o distribuie specific n anumite grupuri etnice sau populaionale. 35. SFATUL GENETIC: DEFINITIE, ETAPELE ELABORARII SFATULUI GENETIC Este un act medical specializat si complex prin care se determina probabilitatea (riscul) ca o boala ereditara sau partial ereditara sa se manifeste sau sa apara intr-o familie. Necesitatea sfatului genetic se impune din urmatoarele motive: 1.cresterea morbiditatii, mortalitatii, mortinatalitatii prin maladii cu determinism genetic 2.prelungirea perioadei de supravietuire a persoanelor purtatoare, dat progreselor in terapia moderna si astfel acestia ajunsi la maturitate vor avea descendenti cu aceeasi boala sau vor fi purtatori (ex: stenoza hipertrofica de pilor, luxatia congenitala de sold) 3.cresterea nivelului cultural al maselor largi face ca adresabilitatea la medic sa sporeasca. Elaborarea sfatului genetic : 1.diagnosticul clinic si biologic precis al afectiunii (prin examen clinic) 2.determinarea caracterului genetic al bolii:se face de medicul genetician prin ancheta familiala minutios condusa cu multa competenta. Se cauta a se depista alte persoane purtatoare ale aceleiasi maladii genetice sau alta boala genetica, precum si semne de heterozigotism. Ancheta e completata prin investigatii de laborator particularizate (cromatina X sau Y, cariotip, dermatoglife) 3. cunoasterea datelor din literatura medicala: documentarea medicala de specialtiate e una din cerintele importante ale geneticii moderne datorita avantului mare al acestei stiinte si al multitudinilor si noutatilor in acest domeniu. Numai printr-o buna documentare medicul genetician poate pune un diagnostic corect si ppoate aprecia caracterul erditar al bolii. 36. CONDITII DE ACORDARE A SFATULUI GENETIC 1. consult prenuptial: cand unul din viitorii soti e purtator al unei anomalii genetice (ex: hemofilie) sau ambii membrii ai grupului au aceeasi boala genetica sau membrii cuplului sunt sanatosi insa in familia unuia exista persoane ce au boli genetice sau viitorii soti sunt sanatosi, nu au in familie persoane ce sufera deboli genetice, dar vor sa efectueze o casatorie consangvina. 2. cuplurile sterile: factorii genetici au rol important in sterilitatea de cuplu - sterilitatea genetica e data de anomaliile de numar ale gonozomilor (sindr. Klinefelter 47, XXY, la barbati si sindr. Turner 45, X la femei).

3.avorturi spontane repetate: avorturile spontane unice sau repetate la o varsta de 1-3 luni pot fi cauzate de anomalii cromozomiale de tipul translocatiilor neechilibrate intre cromozomi omologi sau inversie pericentrica. 4. nasterea unui copil malformat. 5. existenta unui copil cu o genopatie: genopatiile sunt boli datorate unei mutatii genetice ce se pot evidentia prin simptomatologia clinica in etape diferite ale vietii (la nastere, in primele ore, in primele zile, in primii ani de viata etc.). 6. probandul sufera de o boala degenerativa: cele mai des intalnite sunt bolile degenerative ale sistemului nervos (boala Huntington) sau muscular (miopia Druchene) sau ale organelor de simt (surditate ereditara). 7.diateze familiare (ex: diabet zaharat, HTA, psihoze, tumori maligne). 37. Bolile monogenice sunt boli produse de mutatia unei singure gene (o pereche de gene alele din genomul nuclear si cu efect major asupra fenotipului). O astfel de gena codifica o proteina de structura sau o enzima. Aceste mutatii si implicit bolile monogenice se transmit confom legilor lui Mendel: dominanat sau recesiv, autozomal sau gonozomal. Se cunosc aprox 14000 de caractere mendeliene normale sau patologice dintre care 9000 sunt boli monogenice care realizeaza o incidenta la nou-nascuti de 10 la mie. Dupa alti autori incidenta reala a acestor boli ar fi aproximativ 20 la mie iar aceasta valoare creste treptat odata cu descoperirea unor noi mutatii. In aproape jumatate dintre bolile monogenice gena implicata mutanta a fost localizata proteina cromozom si a fost identificat si defectul primar (proteina anormala sintetizata). Pentru aceasta categorie de boli se foloseste si termenul de boli moleculare. Ex: erorile innascute de metabolism, hemofilia, boala polichisticarenala, etc. Bolile mitocondriale reprezinta un tip particular de boli monogenice care sunt produse de mutatii in genomul mitocondrial si care afecteaza in final producerea de energie in muschi si nervi. Mutatiile in ADN mitocondrial au rol si in imbatranirea celulara. Acestea se transmit pe cale materna pentru ca mitocondriile zigotului provin exclusiv de la mama. Se cunosc aproximativ 60 de boli mitocondriale in principal miopatii si neuropatii. 38. Bolile cromozomiale apar in urma modificarilor de numar si/sau de structura ale cromozomilor vizibile la microscop inclusiv prin tehnicile de hibridizare fluorescenta. Frecventa anomaliilor cromozomiale este estimata la aproximativ 6 la mie pentru nou-nascutii vii dar aceasta valoare se pare ca este subestimata deoarece exclude diagnosticul micro-deletiilor si a micro-duplicatiilor, acestea putand fi puse in evidenta prin tehnici de marcaj in benzi si prin tehnica Fish(hibridizare fluorescenta in situ). Astfel frecventa reala a anomaliilor cromozomiale la nou-nascuti vii este de aprox 9-10 la mie. Anomaliile neechilibrate vor determina sindroame plurimalformative iar cele echilibrate desi nu modifica fenotipul ele vor produce tulburari ale functiei reproductive. Trebuie avut in vedere si un alt aspect particular: multi embrioni care au anomalii cromozomiale se elimina spontan precoce in viata intrauterina. Anomaliile cromozomiale reprezinta principala cauza pentru anomaliile congenitale multiple sau malformatii multiple, pentru retardul mental si pentru tulburari ale functie de reproducere : infertilitate, avorturi spontane repetate si nou-nascuti morti. Ex: Trisoma 21,18, 13. Bolile multifactoriale Acestea pot prezenta agregare familiala dar nu se transmit mendelian. Aceasta caracteristica demonstreaza implicarea a doua categorii de factori cauzali: factori genetici care constituie heritabilitatea si care determina o predispozite genetica sau vulnerabilitate la imbolnavire. Factorii de mediu sau de risc care pot actiona asupra heritabilitatii sau a predispozitiei tranformand-o pe aceasta din urma in boala. Nu toti indivizii predispusi se imbolnavesc pentru ca este necesara interventia factorilor de risc pentru a declansa clinic boala.

Aceste boli sunt relativ complexe si frecvente si ele sunt reprezentate de: malformatiile congenitale izolate ca de ex: malformatia congenitala de cord , hidrocefalia, despicatura labio-palatina, piciorul stramb congenital, spina bifida. Tot in aceste boli sunt incadrate bolile comune ale adultului cu predispozitie genetica: diabetul zaharat, hipertensiunea arteriala esentiala, ulcerul gastric si/sau duodenal, boala coronariana, unele forme de cancer, boala Alzheimer, Parkinson, schizofrenia, astmul bronsic. Factorii de risc care actioneaza asupra predispozitie: consumul exagerat de sare, fumat, alcool, stresul, emotii puternice,traume psihice care pot declansa boala.