GENA

Gena reprezinta un ansamblu liniar de secvente nucleotidice, necesar pentru a produce un polipeptid sau o molecula de ARN functional. In cea mai succinta definitie, gena este o unitate de transcriptie. Genele au o dispozitie lineara in cromozomi.

Gena are trei caracteristici de baz:

- unitate funcional (determin caracteristicile ereditare); - unitate mutaional (structura chimic a genei se schimb prin mutaie, ceea ce duce la apariia caracterului nou); - unitate de recombinare (n cadrul procesului de crossing-over are loc un schimb de gene corespunztoare ntre cromatidele nesurori ale cromozomilor omologi).

Fiecare cromozom are mii de gene, fiecare dintre acestea fiind alctuit dintr-o unitate extrem de mic de informaie genetic, ce determin o caracteristic sau trstur.

Dup funcia lor, genele sunt divizate n: gene structurale, gene reglatoare i gene operatoare.Genele structurale codific diferite proteine cu rol structural sau enzimatic. Cele operatoare declaneaz sau nu activitatea genelor structurale. Genele reglatoare controleaz i dirijeaz activitatea genei operatoare i a genei structurale.

Structura genei Gena prezinta la un capat o secventa care nu codifica si nu e transcriptibila, numita promotor. La celalalt capat se gaseste o secventa, de asemenea, nedecodificatoare si netranscriptibila, numita terminator. Intre cele doua elemente ale genei se gaseste unitatea functionala codificatoare si transcriptibila. Promotorul, care se gaseste la capatul 3, are o structura complexa. Prezinta secventa TATA, denumita cutia Hogness (flancata de regula, de secvente bogate in GC) care determina primul nucleotid ce va fi transcris in ARN. Unitatea functionala este transcrisa in ARN mesager precursor. Terminatorul este o secventa specifica bogata in AT.

Regiunea centrala (cadrul de lectura) a genei:

incepe cu situsul de initiare (start) al transcriptiei notat S.I.T sau Inr (initiator sequence). Dupa SIT urmeaza o regiune necodanta (transcrisa dar netranslata) de cateva sute de nucleotide, numita 5UTR (untranslated region).Dupa ultimul exon din zona centrala transcrisa a genei exista o secventa 3UTR necodanta (transcrisa dar netranslata). La 15-30 nucleotide de acest situs se produce clivarea (desprinderea) moleculei de ARN sintetizate de pe catena matrita a AND. Acest punct se numeste situsul de poliadenilare.

Unitatea functionala are o structura discontinua, fiind alcatuita din segmente codificatoare, exoni, si segmente necodificatoare denumite introni.

EXONIIExonii sunt secvente transcrise in ARN mesager precursor si pastrate in ARNm matur. Sunt regiuni functionale din structura genei, care, de obicei, codifica anumite parti structurale si/sau functionale distincte ale proteinei, denumite domenii. Numarul exonilor variaza de la o gena la alta (intre 2 si mai mult de 50), precum si la diferite organisme. In unele gene unii exoni nu sunt translatati desi sunt prezenti in ARNm matur : de ex. , exonul 1 in gena pt insulina.

Gene diferite pot avea unul sau mai multi exoni identici.

INTRONIIIntronii sunt secvente necodante, transcrise initial in ARNm precursor (transcript primar), dar decupate si indepartate ulterior din ARNm matur, ce va fi alcatuit prin asamblarea exonilor, proces denumit splicing sau matisare.

Unii introni sunt dotati cu capacitatea de a-si efectua propria lor ablatie.

Aproape toti intronii incep de obicei cu dinucleotidele 5GT si sfarsesc cu AG3.

Marimea intronilor variaza la diferite gene, fiind cel mai adesea mult mai mari decat exonii pe care-i separa.

Numarul intronilor este egal sau cu unul mai mic decat al exonilor; de exemplu, gena pt distrofina e alcatuita din 73 exoni si 73 introni iar gena pt factorul VIII de coagulare e sangelui e alcatuita din 26 de exoni si 25 de introni.. Uneori ei pot lipsi in unele gene ( ca genele pt histone, angiotensina, AND mitocondrial).

La nivelul intronilor se pot gasi secvente cu rol reglator in functia genei.

INTERACTIUNILE DINTRE GENE Interactiunea intre genele alele se manifesta prin relatii de dominanta, recesivitate, codominanta, letalitate sau semiletalitate : - gena dominanta este gena care se manifesta in fenotip atat in forma homozigota cat si in forma heterozigota (se noteaza cu litera mare); Penetranta reprezinta frecventa de manifestare in fenotip a unei gene dominante. Daca trasatura ereditara se manifesta la toate persoanele care au in genotip gena respectiva se spune ca are o penetranta completa (100%). Daca trasatura nu se manifesta la toate persoanele care au in genotip gena respectiva, penetranta este incompleta. - gena recesiva este gena care se manifesta in fenotip doar in forma homozigota (se noteaza cu litera mica);

- genele codominante sunt acele gene alele care se manifesta amandoua in fenotip, aspectele fenotipice ale formelor hetereozigota si homozigota ale unei astfel de gene fiind diferite.

- genele letale sunt acele gene care n stare homozigot determin moartea individului ducand la eliminarea produsului de conceptie inainte de nastere (avort spontan).

- gena semiletala este alela mutanta capabila sa determine moartea homozigotilor recesivi mutanti cu o probabilitate de 50 % din cazuri (de regula, in primele perioade ontogentice).

Interactiunea intre genele nealele :

Epistazia presupune ca o anumita pereche de gene (epistatice) influenteaza expresia fenotipica a altei perechi de gene (hipostatice) situata la distanta de primele ajungand pana la inhibarea totala a acestei expresii. Anumite gene nealele situate pe acelasi cromozom se transmit la urmasi aproape intotdeauna impreuna, intre ele neexistand un punct de incrucisare a cromozomilor (chiasma). Fenomenul este numit linkage.

Insusiri legate de functia genelor

Specificitatea unei gene este determinata de ordonarea particulara a nucleotidelor pe o anumita secventa din structura primara a moleculei de AND. Specificitatea confera genei capacitatea de a controla, strict, sinteza unui lant polipeptidic.

Pleiotropia este fenomenul prin care o gen mutanta influenteaza activitatea altor gene si este caracteristic sindroamelor.

Ex.,- sindromul Marfan caracterizat prin defecte ale sintezei de colagen care duc la dislocare de cristalin, anevrism aortic si laxitate ligamentara. In plus, persoanele afectate manifesta scolioza, arahnodactilie (alungirea si subtierea patologica a degetelor ), rar polidactilie.

Aceste defecte suplimentare nu pot fi explicate decat prin efectul pe care-l exercita gena dominanata mutanta asupra altor gene.

Sindromul Rubinstein-Taybi prezinta malformatii de tipul: aspect de paleta a falangei terminale la police si haluce, microcefalie, nas acvilin, fontanela mult largita, anomalii oculare (cataracta, strabism, atrofie optica etc), retard mental etc.

Expresivitatea reprezinta gradul diferit de manifestare fenotipica a unei gene mutante la membrii unei familii. Ex. Sindromul Gordon, caracterizat prin camptodactilie (flectarea anormala a degetelor) si picior stramb congenital, care prezinta o variabilitate de expresie a malformatiilor: camptodactilia e bilaterala (toate degetele contractate) sau unilaterala (unele degete mobile).

Poligenia exprimarea unui caracter este rezultatul interaciunii dintre mai multe gene; la om se ntlnete mai ales n cazul nlimii, greutii, inteligenei, culorii pielii si ochilor. Exista boli sau malformatii congenitale determinate poligenic. Ex, spina bifida, luxatia congenitala de sold,diabetul zaharat, ulcerul duodenal etc.

Spina bifida este un defect congenital care implica dezvoltarea incompleta a tubului neural sau a oaselor care il acopera. Meningocelul implica afectarea meningelor, membranele care acopera si protejeaza creierul si maduva spinarii. Daca meningele ies prin spatiul dintre vertebre (oasele mici, in forma de inel, care formeaza coloana vertebrala), sacul lor se numeste meningocel.Mielomeningocelul este forma cea mai severa de spina bifida. Apare cand meningele iese prin spatiul din spate, iar maduva spinarii iese si ea. Cei mai multi copii care s-au nascut cu acest tip de spina bifida au si hidrocefalie, o acumulare de fluid in creier si in jurul creierului.

TIPURI DE GENEFamilii de gene

In unele cazuri genele individuale sunt localizate impreuna, formand un cluster genic. O familie multigenica este un cluster de gene inrudite, gene care prezinta secventa identica sau similara de nucleotide si deci care contin informatie identica sau inrudita.

Exista doua tipuri de familii multigenice:

1. Familii multigenice simple, in care toate genele sunt identice. Exemple sunt familia de gene pentru hormonul de crestere, ale carui 5 gene sunt localizate pe cromozomul 17 si familia de gene pentru ARN ribozomal 5S, care cuprinde 2000 de gene repetate in tandem pe bratul lung al cromozomului 1.

2. Familii multigenice complexe, formate din gene similare, dar nu identice separate prin segmente spatiatoare (spacers).Exemplul cel mai bun este reprezentat de genele pentru globine la toate vertebratele, inclusiv la om.

Genele pentru globinele umane sunt organizate intr-o familie multigenicapentru globina pe cromozomul 16 si o familie multigenica pentru globina pe cromozomul 11.

Gene house-keeping (domestice comune,ubicuitare)

Reprezinta 1/5 din numarul total de gene la om, si peste 90% din genele exprimate in oricare alt tip celular. Se afla in majoritatea lor in regiunile de AND relativ bogat in GC, deci in benzile cromozomiale alcatuite din eucromatina ( benzile R). Promotorul este alcatuit din una sau mai multe secvente de tip GC box. Transcriptia lor este continua, permanenta dar la un nivel scazut.

Pseudogene In familiile multigenice exista si pseudogene, gene inrudite ca structura cu genele functionale. Sunt gene silentioase noninformationale si se noteaza cu simbolul grecesc (psi). Pseudogenele include numeroase mutatii punctiforme, deletii etc, care determina ca ele sa devina nonfunctionale.

Gene antisens De regula numai una dintre catenele AND este transcrisa si translatata, catena denumita sens; in timp ce catena pereche denumita antisens, pastreaza integritatea secventelor codificatoare. Deci genele se gasesc de fapt, numai pe catena sens AND. S-a demonstrat totusi, ca doua gene pot ocupa acelasi segment AND fiind plasate fata in fata pe cele doua catene de sensuri opuse. Aceste gene au primit denumirea de gene antisens.

Gene suprapuse Sunt acele gene in care o gena e parte a altei gene si sunt caracteristice virusurilor.

CODUL GENETIC Este mecanismul de functionare a organismelor. El constituie legatura dintre nucletidele molecuei de AND nuclear si modul cum se succed aminoacizii in ribozomi pentru sinteza proteinelor specifice. Este denumit si alfabetul vietii. Unitatea de structura si functie a codului genetic este codonul, care e o tripleta de baze. Codul genetic e alcatuit din 64 de codoni care reprezinta 64 de combinatii ale celor 4 baze azotate ale ARN mesager.

Caracteristicile codului genetic:

Codul genetic este universal i are origine foarte veche. Aceeai codoni determin poziia aceluiai aminoacid la organisme diferite, cu vechime filogenetic diferit. aceiasi 20 de aminoacizi sunt codificati de aceleasi triplete in toata lumea vie. Codul genetic nu prezinta ambiguitate. Fiecare codon specifica un aminoacid.

Codul genetic este colinear. Exista corespondena dintre secvena nucleotidelor din molecula de ADN sau ARN-m i secvena aminoacizilor din molecula proteic.

Codul genetic este nesuprapus i fr virgul, adic ntre doi codoni alturai nu exist nucleotizi comuni (cod nesuprapus), sau nucleotizi fr sens (cod fr virgul).

Codul genetic este redundant, adic un aminoacid poate fi codificat de doi sau mai muli codoni. Daca nu ar eista redundanta, atunci 44 de codoni din 64 posibili, nu ar codifica niciun aminoacid, deci ar fi codoni nonsens. Astfel, aminoacidul fenilalanina este codificat de secvena UUU sau UUC (cod genetic ARN-m). Codul genetic contine codoni de start si de stop translational. Codonii start sunt AUG si GUG. Exist trei codoni stop (UAA, UGA, UAG), care determin sfritul mesajului genetic.

n prezentarea caracteristicilor codului genetic, se obinuiete s fie utilizai codonii din molecula de ARN-m.

Din 64 de codoni 61 codifica cei 20 de aminoacizi iar 3 codoni au semnificatia de stop UAA,UAG,UGA