Genetica CA Stiinta

Genetica ca stiinta

Genetica ca stiinta

1.1. Genetica ca tiinGENETICA:

O tiin ambiioas, care dup ce a elucidat ceea ce prea imposibil, natura cromozomilor i a genelor, sinteza proteinelor, complexitatea accidentelor ereditare ., vrea s dea o explicaie de ansamblu vieii .

C.Maximilian1.1. Obiectul geneticii Genetica tiina ce studiaz ereditatea i variabilitatea organismelor, regulile i mecanismele ce asigur nregistrarea, pstrarea i transmiterea informaiei ereditare n cadrul ontogenezei i filogenezei organismelor vii Ereditatea proprietate general a organismelor de a conserva i de a transmite informaia despre caracterele prinilor la descendeni Variabilitatea proprietate general a organismelor de a genera caractere noi la descendeni sub aciunea factorilor de mediu1.1. Sarcinile geneticii Investigarea aparatului genetic al organismelor (gene, cromozomi) Studierea fenomenului ereditii i variabilitii la diferite niveluri de organizare

Stabilirea legitilor de transmitere a caracterelor normale i patologice

Analiza mutaiilor i a factorilor mutageni ai mediului nconjurtor

Investigarea mecanismelor de reparaie

Determinarea structurii genetice a populaiilor panmictice Investigarea particularitilor realizrii informaiei genetice la organismele procariote i eucariote Determinarea rolului predispoziiei ereditare i a factorilor de mediu pentru realizarea unui caracter

Elaborarea metodelor de profilaxie i tratament a bolilor ereditare

Manipularea genetic i analiza organismelor modificate genetic

Perfecionarea genetic i obinerea de noi soiuri de plante, rase de animale i sue de microorganisme

Etc.1.1. Metodele geneticii Metoda hibridologic Permite determinarea legitilor motenirii caracterelor n rezultatul ncrucirii formelor parentale i analiza descendenei Metode citogenetice Permit studierea structurii cromozomilor cu ajutorul microscopiei optice i electronice

Metode biochimice Permit studierea rolului diferitor componente biochimice ale celulei n procesul de transmitere a informaiei genetice

Metoda populaional - statistic Permite stabilirea frecvenei genelor alele n populaiile panmictice Metode moleculare Secvenierea ADN (tehnica Sanger) Pentru determinarea structurii primare a genei

RFLP (Restriction Fragment Lenght Polimorfism) Polimorfismul Lungimii Fragmentelor de Restricie Tehnica Southern - blot Pentru identificarea poziiei genei n genom

Tehnica Northen - blot Pentru determinarea mARN (expresiei genei)

Tehnica Western - blot Pentru determinarea produsului proteic al genei Tehnica PCR (Polymerase Chain Reaction) Pentru identificarea genei normale sau mutante1.2. Istoria geneticii1. perioada pretiinific

.. - 1865

2. apariia geneticii ca tiin

1865 - 1953

3. etapa modern

1953 - prezent 6000 . H. : pedigriul a cinci generaii de cai pe desenele rupestre

s. VI I . H.: asemnrile dintre prini i copii (Mohabharata, Ramaiana) Empedocl: fiecare printe produce n fiecare parte a corpului semine care se unesc n embrion 450 . H. : Anaxagora: elaboreaz teoria preformismului

360 . H. : Aristotel: sngele este elementul care transmite caracterele ereditare 400 . H. : Hipocrate: susine ereditatea caracterelor la om; autorul teoriei pangenezei

60 . H.: Lucreiu: nsuirile ereditare sunt legate de nite particule care se transmit de la prini la urmai Teoria preformist (Malpighi (1628-1694), Swammerdam (1637-1680)): embrionul este preformat n spermatozoid (sau ovul) Teoria epigenezei (K.Volf (1733-1794)): gameii ambelor sexe particip la formarea noului organism care se dezvolt treptat 1859: Charles Darwin public Originea speciilor, propunnd o teorie evoluionist care explica diversitatea organismelor prin selecia natural 1863: Ch.Naudin remarc uniformitatea hibrizilor primei generaii la Papaver, Datura, Nictoiana 1863: F.Galton arat transmiterea nsuirilor ereditare la om 1866: Gregor Mendel - public Cercetri asupra hibrizilor la plante i propune legile de baz ale ereditii, ignorate pn n 1900

1869: Friedrich Miescher izoleaz acizii nucleici 1876: August Weismann propune teoriile plasmei generative i determinanilor genetici 1882: W.Fleming propune termenul de cromatin 1884: K.W.Nageli elaboreaz teoria micelar a ereditii 1888: W.Waldeyer propune termenul de cromozomi 1889: R.Altmann descoper acidul nucleic n nuclein 1900: redescoperirea legilor lui Mendel de ctre Robert Correns, Hugo de Vries, and Erich von Tschermak 1901: Gregory Bateson confirm legile lui Mendel la animale (gini)

1902: Archibald Garrod presupune c alcaptonuria reprezint o dereglare biochimic determinat genetic 1902: W.S.Sutton, T.Boveri susin c genele sunt localizate n cromozomi

1902: G.Bateson, E.R.Saunders propun termenul de segregare genetic 1903: W.S.Sutton reflect rolul cromozomilor n ereditate

1903: W.Johannsen introduce termenul de linie pur 1904: Gregory Bateson coreleaz caracterele ereditare cu cromozomii, contribuind la fondarea geneticii.

1904: T.H.Montgomery introduce termenul de autozom 1905: Gregory Bateson introduce termenii genetic, homozigot, heterozigot 1907: Gregory Bateson propune termenul de epistazie 1907: W.Johannsen propune termenii de genotip, fenotip, gen, alel 1908: G.H.Hardy, W.Weinberg indic frecvena genelor i genotipurilor n populaii

1910: Thomas Hunt Morgan susine c genele sunt localizate liniar n cromozomi, experimentnd cu drozofila; descoper caracterele legate de sex la drozofil 1910: H.Nilsson-Ehle elaboreaz teoria genelor multiple (polimeria) 1910: L.Plate propune termenul de pleiotropie 1912: T.H.Morgan, E.Cattell propun termenul de crossing-over pentru a evidenia recombinarea intracromozomial

1915: T.H.Morgan et al. propun termenul de locus genetic 1917: C.B.Bridges introduce termenul de dificien cromozomial 1918: R. A. Fisher pune bazele geneticii cantitative i evideniaz rolul factorilor de mediu 1919: C.B.Bridges introduce termenul de duplicaie cromozomial 1920: W.Winkler introduce termenii genom, plasmogene 1920: N.I.Vavilov elaboreaz legea seriilor omoloage a variabilitii ereditare 1925: T.H.Morgan, C.B.Bridges, A.H.Stertevant, H.J.Muller elaboreaz teoria cromozomial a ereditii (apare lucrarea The Genetics of Drosophila melanogaster) 1926: N.I.Vavilov argumenteaz concepia despre centrele de origine a plantelor de cultur 1927: Hermann J. Muller obine forme mutante de drozofil sub aciunea razelor X

1928: F.Griffith descoper fenomenul de transformare genetic 1930: R.A.Fischer pune bazele interpretrii matematice n genetica populaiilor 1938: G.W.Beadle, E,.Tatum elaboreaz concepia o gen o enzim 1944: Charlotte Auerbach obine mutaii sub aciunea iperitei 1944: Oswald Avery, Colin MacLeod i Maclyn McCarty explic fenomenul de transformare la bacterii (Griffitth, 1928), demonstrnd c ADN-ul este purttorul material al ereditii.

1946: H.J.Muller demonstreaz recombinarea genetic la E.coli 1949: M.L.Barr, E.Bertram descoper cromatina sexual n celulele somatice la pisic 1950: Barbara McClintoc descoper structurile genetice mobile la porumb 1951: E.Chargaff constat c A+G/T+C=1 1952: A.D.Hersey, M.Chase confirm rolul genetic al ADN-ului la fagi 1952: A.Zinder, J.Lederberg descriu fenomenul de transducie 1953: James Watson i Francis Crick propun modelul de dublu helix al ADN-ului 1954: F.Sanger propune o metod de secveniere pentru aminoacizi, adaptat mai apoi pentru ADN i ARN 1954: G.Gamov propune modelul de codificare genetic 1954: A.Kornberg realizeaz sinteza in vitro a ADN-ului 1955: M.Grunberg-Manago, S.Ochoa realizeaz sinteza in vitro a ARN-ului cu ajutorul ARN-polimerazei 1956: I.H.Tjio, A.Levan indic prezena a 46 de cromozomi n celulele somatice umane 1957: S.Benzer propune termenii cistron, recon, muton 1957: V.M.Ingram descoper mutaia genic n hemoglobin (Hbs) 1985: R.K.Saiki et al. propun metoda PCR polimerase chain reaction 1995: E.Lewis, C.Nusslein-Volhart, E.Wieschauns premiul Nobel pentru descoperirea genelor HOX ale dezvoltrii la drozofil i la om 2001-2005: descifrarea genomului uman1.3. Rolul geneticii tiina cu cele mai mari realizri din ultimele decenii

tiina cu cea mai accelerat dezvoltare

tiina ce a revoluionat disciplinele biologice

tiina cu perspective foarte promitoare

tiina cu o complexitate pronunat

Diversitatea geneticii(dup obiectul de cercetare) Genetica microorganismelor

Genetica plantelor

Genetica animalelor

Genetica umanDiversitatea geneticii(dup obiectivele de cercetare) Genetica formal Studiaz principiile de motenire a caracterelor ereditare Genetica populaional Studiaz structura genetic a populaiilor, frecvena genelor n populaiile panmictice

Citogenetica Studiaz cariotipul organismelor, particularitile de organizare a crtomozomilor

Genetica biochimic Studiaz rolul diferitor substane ale celulei n procesul de transmitere a informaiei ereditare

Genetica molecular Studiaz mecanismele realizrii informaiei ereditare la nivel subcelular Ontogenetica Studiaz controlul genetic al dezvoltrii individuale ale organismelor Imunogenetica Studiaz mecanismele genetice ale rspunsului imun al organismelor

Genetica social Studiaz particularitile genetice ale comportamentului uman n societate

Farmacogenetica Studiaz reacia individual a organismului la medicamente

Ingineria genic Studiaz posibilitatea manipulrilor la nivel de gene

Etc.Rolul geneticiibiomedical, genetics, and reproductive technologies

Analiza geneticTestarea geneticTerapia genicClonarea Planificarea familieiTestarea medicamentelorMonitoring geneticOMGAparatul ereditar

1.1. Noiunile de baz Gen unitatea de baz a informaiei genetice. Genele determin caracterele ereditare.

Genom totalitatea informaiei ereditare a organismului.

Cromozomi unitile materiale de depozitare a genelor.

ADN - acid nucleic ce conine informaia ereditar despre particularitile dezvoltrii biologice ale tuturor organismelor

Structuri cromozomiale Locus poziionarea genei n cadrul cromozomului.

Alel o form a genei n cadrul unui locus

Genomul umanCelulele somatice umane conin 46 de cromozomi:

2 cromozomi sexuali (hererozomi) (X,Y):

XY la brbai.

XX la femei.

22 perechi de cromozomi, numii autozomi.

Genotip Fenotip Fiecare locus (cu excepia cromozomilor sexuali) conine 2 gene. Acestea constiuie genotipul individual al acestui locus.

Expresia genotipului se realizeaz prin fenotip. De exemplu, culoarea prului, culoarea ochilor, prezena sau absena pistruilor etc.

Genotip

Fenotip (exemple)

Eb- alel dominant.

Ew- alel recesiv.

Dominant vs. Recesiv Alela dominant se exprim (este vizibil) indiferent de prezena sau lipsa alelei recesive.

Alela recesiv se exprim (este vizibil) doar n cazul cnd este pereche.

Homozigot genotip ce formeaz un singur tip de gamei i

nu segreg n generaiile urmtoare.

Heterozigot genotip ce formeaz dou (sau mai multe) tipuri

de gamei i segreg n generaiile urmtoare.

1.2. Acizii nucleici F.Meischer (1871) descoperirea nucleinei R.Altman (1889) divizarea nucleinei n protein i acid nucleic F.Griffith (1928) descoperirea fenomenului transformrii O.Avery, C.Mac Leod, M.Mac Carty (1944) explicarea fenomenului transformrii

E.Chargaff (1947) regula lui Chargaff (A+G/T+C=1)

I.Watson, F.Crick (1953) structura de helix dublu a moleculei de ADN M.Meselson, F.Stahl (1954) replicarea semiconservativ a moleculei de ADN Caracteristici generalePolimeri naturali, monomerul fiind nucleotidele* Fiecare nucleotid este format din 3 molecule asociate:

Baz azotat:

A - adenin

G guanin

C citozin

T timin sau U uracil

Pentoz:

Dezoxiriboz

Riboz

Acid fosforic

SHAPE \* MERGEFORMAT


Caracteristici generale Bazele azotate complementare:

A T (U)

G C

Legturile:

5 - 3 fosfodisterice (n caten)

de hidrogen

(ntre catene)

Localizarea:

nucleu, mitocondrii, cloroplaste, citoplasm (numai ARN)

A - T

G - C

Perechi de baze Catenele sunt

AntiparaleleUn fragment

cu baze azotate(randomizat) bogat n AT bogat n GC

Diversitatea acizilor ribonucleici celulari mARN transcriu informaia genetic din secvena de ADN despre structura catenei polipeptidice a unei anumite proteine

2 5% din cantitatea de acizi ribonucleici celulari

- este uor degradabil i instabil tARN transport aminoacizii la locul de sintez a proteinelor (ribozomi)

15% din cantitatea de acizi ribonucleici celulari

- are aspectul unei frunze de trifoi cu cap (locul de fixare de codon) i coad (locul de fixare al aminoacidului)

rARN particip la formarea ribozomilor

80% din cantitatea de acizi ribonucleici celulariReplicarea ADN-uluiCatena parental servete ca matri

Catena nou se formeaz dup principiul complementaritii

1.3. Cromozomii W.Waldeyer (1888) propune denumirea de cromozomi W.S.Sutton, T.Boveri (1902) susin c factorii ereditari (genele) sunt localizai n cromozomi T.H.Morgan (1910) teoria cromozomial a ereditii Tijo, Levan; Ford, Hamerton (1956) determinarea cariotipului uman

Nivelurile de organizare a cromatinei

Cromozomii se autoreproduc prin replicarea ADN-ului ce se realizeaz numai n perioada S a interfazei. Cromozomii reprezint grupuri de nlnuire a genelor:

fiecare cromozom conine un numr anumit de gene;

fiecare gen are o poziie fix pe cromozom locus;

genele unui cromozom formeaz grupuri linkage, ce de regul, se transmit n bloc, nlnuit Setul diploid de cromozomi a unui individ formez cariotipul:

- La om - 23 perechi: 22 perechi autozomi + 1 pereche gonozomi (XX sau XY).

- Cromozomii pereche = cromozomi omologi Repere de identificare a cariotipului sunt: lungimea relativ i absolut a cromozomului,

poziia centromerului = constricia primar - c,

prezena constriciilor secundare - h,

prezena sateliilor - s Cromozomii pot fi analizai n:

Metafaz - prin colorare omogen sau n benzi

Prometafaz - prin colorare n benzi

Interfaz - prin hibridare cu sonde moleculare marcare fluorescent Cromozomii au o structur neomogen:

- Secvene codificatoare i necodificatoare;

Segmente de eucromatin i heterocromatin,

secvene unice i repetitive;

Secvene bogate n GC i AT;

Secvene transcrise i netranscrise;

segmente bogate n proteine acide i bazice.

!!! Acestea explic originea benzilor cromozomiale Structura cromozomului metafazic.

Repere cromozomiale

Forma cromozomului metafazic depinde de POZIIA CENTROMERULUI

Cariotipul uman

Nomenclatura benzilor Cromozomul ------brae------regiuni-----benzi-----subbenzi4p22.2

5q13.4

9p21.3

Codul genetic

2.2. Realizarea informaiei genetice n celul Replicarea ADN

Codul genetic i proprietile lui Etapele realizrii informaiei ereditare1.1. ReplicareaReplicarea reprezint procesul molecular de autoreproducere a moleculei de ADN, n rezultatul cruia dintr-o molecul de ADN se obin dou molecule noi identice.

1.1. Replicarea asigur: Procesul dublrii i transmiterii identice a informaiei genetice Procesul autoreproducerii Ereditatea

Continuitatea dintre generaii i constana informaiei genetice n cadrul diviziunilor celulare1.1. Realizarea replicrii:

1.2.

1.1. Principiile replicrii Sintez matricial

Sintez complementar

Sintez antiparalel

Sintez n dou direcii

Sintez semiconservativ

Sintez fr abateri

Proces complex cu participarea diferitor proteine i enzime

1.1. Schema replicrii ADN

1.1. Replicarea n dou direcii

1.1. Direcia replicrii

1.1. Dificultile procesului de replicare Conformaia moleculelor liniare lungi i a celor circulare mici de ADN Tendina catenelor de ADN spre renaturare i formarea fragmentelor bicatenare Specificitatea enzimelor i numrul mare de reacii specifice Replicarea asincron a sectoarelor de eucromatin i heterocromatin Necesitatea de energie pentru procesele de denaturare/renaturare Necesitatea mecanismelor de neadmitere sau nlturare a erorilor de replicare1.1. Aparatul replicrii Catenele ADN n calitate de matri Punctul de iniiere ORI Nucleozidtrifosfai liberi (dNTP, NTP) Proteine SSB

Complexul de enzime:

- helicaza - ADN-polimeraza - praimaza - topoizomeraza I i II - ligazaORI punctul de iniiere al replicrii conine circa 300 perechi de nucleotide conine sectoare capabile s fixeze proteine specifice de iniiere

ADN-helicaza Asigur despiralizarea i denaturarea local a ADN, utiliznd energia hidrolizei ATP

ADN-Polimerazacatalizeaz reacia de polimerizare a nucleotidelor

Tipurile de ADN-polimeraza la eucariote

(

Localizarea

nucleu

nucleu

mitocondrii

nucleu

nucleu

Replicarea

+

-+

+

-

Reparaia

-+--+

Activitatea polimerazic

+++++

Activitatea exonucleazic

--+++

Catena sintetizat

ntrziat

reparat

ambele

lider

reparat

ADN-polimeraza nu poate de sine stttor s iniieze sinteza unei catene noi, ea poate doar s extind aceast caten n prezena unui mordant.Praimaza asigur sinteza unui fragment mic de ARN, care exercit rolul de mordant

Topoizomerazele elimin spiralele datorit restriciei

Ligaza unete fragmentele nou formate

Proteinele SSB stabilizeaz catena ADN-matri n form liniar

Replicarea se asigur prin activitatea coordonat a ntregului aparat de replicare

Replicon unitate funcional a replicrii este format din 100-300 mii p.n. are punct de iniiere (ori) i punct de finalizare (terminus)

conine dou furci replicative la procariote -1 replicon, iar la eucariote - multe

Direcia sintezei n furca replicativ

Pe catena ntrziat sinteza are loc cu formarea fragmentelor Okazaki

Controlul replicrii este asigurat de: ORI

Proteinele site-specifice Proteinele reglatoare a ciclului celularEtapele replicrii: Iniierea - adiionarea proteinelor specifice la ORI

- denaturarea local i formarea ochiului replicativ - sinteza praimerului - adiionarea primelor dNTP la praimer Elongarea - alungirea catenelor noi datorit polimerizrii nucleotidelor - depistarea erorilor i nlturarea lor Terminaia - ntlnirea furcilor replicative vecine - eliminarea praimerilor - completarea breilor - unirea fragmentelor Okazaki - renaturarea ADNIniierea replicriiadiionarea proteinelor specifice la ORI

- denaturarea local i formarea ochiului replicativ - sinteza praimerului - adiionarea primelor dNTP la praimer

Particularitile replicrii la procariote (tipul )

Un replicon i un punct ori, prin care ADN/ul se fixeaz de membrana citoplasmatic Viteza 1000 nucleotide/sec 3 tipuri de ADN-polimeraza (I,II,III)

tipul III de baz , posed activitate polimerazic i exonucleazic,

tipul II completeaz breile i elimin praimerii.

dou furci replicativeParticularitile replicrii la eucariote Replicarea este iniiat n mai multe puncte ori i decurge asinhron Viteza de replicare 20-100 nucleot./sec 5 tipuri de ADN-polimeraza Din cauza eliminrii ultimului praimer catena ntrziat de fiecare dat este mai mic Regiunile telomerice se replic dup un mecanism specialReplicarea regiunilor telomerice


1.2. Codul geneticCifrarea informaiei ereditare despre succesiunea aminoscizilor n catena polipeptidic sub form de succesiune a tripletelor de nucleotide n molcula de ADN (mARN)Codul geneticG.Gamov, 1960: presupune c codul genetic este tripleticS.Brenner, F.Crick, 1961: presupune c citirea se face succesiv (5 - 3)M.Nirenberg, I.Matthaei, 1961: sinteza polifenilalanineiS.Ochoa et al., 1982; Bretscher, Grunberg-Manago, 1962; Nirenberg, Matthaei, Jones, 1962: descifrarea codului geneticProprietile

codului genetic1: Codul genetic este tripletic

Fiecare aminoacid este determinat de trei nucleotide Exist 64 de triplete (codoane), dintre care 3 fr sens (UUA, UAG, UGA)

Codonul AUG - de iniiere2: Codul genetic este degeneratDegenerat acelai aminoacid poate fi codificat de mai multe tipuri de codoni3: Codul genetic este nesuprapusNesuprapus codonii se aranjeaz unul dup altul fr ntrerupere

AUG/CCA/CAC/ACC/CAA 4: Codul genetic este colenearColenear succesiunea aminoacizilor n molecula de protein corespunde ordinii codoanelor respective din gen5: Codul genetic este specificSpecific unul i acelai codon (triplet de nucleotide) codific doar un singur aminoacid6: Codul genetic este universalUniversal aceiai codoni codific aceiai aminoacizi indiferent de natura organismului (virusuri, bacterii, ciuperci, plante, animale)!!! 6:

Exist unele mici abateri de la universalitatea codului genetic

Codul genetic din mitocondriile mamiferelor1.3. Expresia genelorExpresia genelor totalitatea etapelor realizrii informaiei genetice de la molecula de ADN (gen) pn la sinteza proteinei

(transcripia, splising-ul, translaia)

1. Evoluia concepiei despre gen.

2. Structura, localizarea i funciile genelor.

3. Clasificarea i structura genelor eucariote.

4. Particularitile organizrii genelor procariote.

1. Evoluia concepiilor despre genG. MendelNoiunea de factori ereditari

W.Johannsen, 1909Gen unitatea elementar i indivizibil a ereditii

G.W.Beadle, E.L.Tatum, 1945Ipoteza O gen o enzim

Ingram, 1957Ipoteza O gen un polipeptid

P.A.Sharp, 1977

W.Gilbert, 1978Structura exon intronic a genei la eucariote

2. Care este interpretarea modern a noiunii de gen?n termeni fizici gena este o poriune din cromozom ce conine o succesiune de nucleotide

n termeni funcionali - gena este o unitate informaional ce asigur sinteza dirijat a ARN-ului

n termeni genetici gena este o unitate a ereditii ce determin un anumit caracter al organismului


Gena este un segment din ADN, ce conine informaia despre sinteza:-unui lan polipeptidic; -unor lanuri polipeptidice nrudite;-moleculelor de ARN (tARN, rARN).Gena este unitatea elementar structural i funcional a ereditii i variabilitii organismelorStructura general a genelor

Localizarea genelor: Genele sunt localizate dea lungul ADN-ului;

Genele sunt reprezentate prin secvene unicale i secvene repetitive;

Genele sunt separate de secvene necodificatoare (spacer);

Genele nu posed limite morfologice stricte, ele fiind separate funcional;

Mrimea genelor este variabilFunciile genelor: La nivel molecular controlul sintezei polipeptidului, formarea de proteine funcionale

La nivel celular formarea structurilor celulare, unui lan metabolic etc.

La nivel de esut i organe realizarea funciilor specifice (respiraia, nutriia, contracia muscular etc.)

La nivel de organism determinarea unui caracter specific.

Mrimea genomului uman 3,3 x 109 p.n.- 2% din genomul uman codific proteine- numrul de gene 30 000 perechi - localizarea genelor n cromozomi (37 gene n mitocondrii) - n cromozomul 1 sunt cele mai multe gene 2968 - n cromozomul Y sunt cele mai puine gene 307 - Funciile exercitate sunt cunoscute la peste 50% de gene

- Mrimea genelor n medie 10-15kb - gena -globinei 1,5 kb - gena insulinei 1,7 kb - gena catalazei 34 kb - gena distrofinei 2,4 Mb

3.Clasificarea genelor la eucariote Gene de clasa I codific rARN (5.8S; 18S; 28 S). Gene de clasa II codific proteine, se transcriu n mARN; Gene de clasa III codific 5S rARN i tARN.

Funciile intronilor

Promotorul Regiune special la captul 5 al genei, responsabil de fixarea ARN-polimerazei i iniierea transcripiei.

Include:

- boxa asigur orientarea corect a ARN-polimerazei,

- boxa dirijeaz fixarea proteinelor de iniiere cu ARN-polimeraza,

- boxa GC determin direcia transcripiei,

- boxa octameric servete pentru fixarea factorilor de transcripie.

Elementele structurale ale promotorului

genelor eucariote

Terminatorul se afl la captul 3a catenei codificatoare i se prezint printr-o secven inversat

Secvene modulatoare Enh, S sunt localizate la captul 5sau n introni,

servesc pentru adiionarea proteinelor speciale care accilereaz sau stagneaz procesul de transcripie

Structura genelor de clasa I (rARN) codific 5,8S; 18S; 28S rARN,

sunt localizate n regiunea organizatorului nuleolar,

sunt organizate n uniti de transcripte mixte care sunt moderat repetitive (pn la 200-300 ori) i separate de spaceri, nu conin introni, promotorul este localizat la o distan de - 45+20

Organizarea genelor de clasa III codific 5S rARN i tARN,

sunt organizate n form de tandemuri repetitive (pn la 3000 ori),

promotorul este localizat n interiorul regiunii transcrise (+55+80),

se amestec cu pseudogenele.

4. Particularitile materialului genetic la procariote Genomul bacterian este alctuit din 2 categorii de gene:

gene eseniale (eucromozomiale) din cromozomul bacterian

gene accesorii (extracromozomiale) plasmidele, elementele genetice transpozabile, fagii

ADN are o form circular, Molecula de ADN nu formeaz complexe cu proteinele histonice i nehistonice (este nud),

Genomul bacterian este reprezentat printr-un numr restrns de gene,

Genomul bacterian conine un singur grup linkage Bacteriile sunt organisme haploide, dar pot fi parial diploide i diploide n funcie de sinteza ADN,

Transmiterea caracterelor ereditare este diferit de cea a eucariotelor, deoarece lipsete procesul clasic al reproducerii sexuate, Genele structurale au o structur mai simpl i sunt organizate n operoni,

Operonul are un promotor i cteva gene de structur,

Intronii lipsesc, iar secvene necodificatoare sunt foarte puineCaracteristica genomului la E.coli ADN-ul are o form circular,

Lungimea ADN/ului este de 1000-1400 m, Diametrul moleculei de ADN este de 2,5 nm, Numrul de nucleotide este de circa 2,5 109 daltoni,

Numrul de gene este de circa 4 000,

Diversitatea plasmidelor - circa 250 tipuriDiversitatea genelor procariote Gene structurale

determin structura primar a proteinelor (circa 90% din gene), n genom pot fi grupate n operoni (Jacob, Monod, 1961) Gene reglatoare

determin activitatea genelor structurale prin intermediul produsului lor (represor sau aporepresor), Gene operatoare

reprezint receptorul semnalelor (represorului sau inductorului) i asigur funcionarea ordonat a operonului,

sunt parte component a operonului, Secvene de iniiere

reprezint fragmente mici de ADN (1-2 gene: circa 800-1400 de nucleotide) care se pot deplasa n genomul bacterian fie singure, fie n complex cu unele gene structurale (transpozoni), Gene rARN i tARN

determin sinteza a rARN (10-20 de gene) i tARN (circa 50 de gene), Suprafee de legare

fragmente de ADN care se leag de membrana celular (mezozomi),

Gene criptice (tcute)

gene ce nu se exprim n mod normal n cursul vieii.Structura operonului la procariote

(F.Jacob, J.Monod, 1961)

Structura genelor rARN i tARN la procariote sunt organizate n unuti de transcripte mixte i separate prin spaceri,

sunt dispersai prin genom i se transcriu de rnd cu alte geneTranspozoni (elemente genetice mobile) Sunt secvene de ADN, capabile s se deplaseze dintr-un loc n altul.

La eucariote constituie 10-20% din genom.

Se evidenieaz transpozoni simpli i complexi.

Mecanismele transpoziiei Transpoziia nereplicativ Transpoziia replicativ Retrotranspoziia

Reglajul genetic la procariote 1. Inductibil intervine n sinteza enzimelor catabolismului Fixarea proteinei supresor de gena operator n lipsa substratului n celul i blocarea transcripiei genelor funcionale Lipsa sintezei enzimelor ce particip la descompunerea substratului

Fixarea substratului (la apariia substratului!) de represor

Lipsa fixrii represorului de gena operatoare

Activarea genelor structurale, transcrierea mARN i sinteza enzimelor specifice pentru metabolizarea substratului!!! Pn cnd n celul este prezent substratul, permanent se sintetizeaz enzima ce l descompune

!!! Dac substratul este consumat, atunci represorul se elibereaz i blocheaz prin intermediul operatrului funcionarea genelor structurale

2. Represibil intervine n sinteza enzimelor anabolismului Proteina represor blocheaz operatorul n asociere cu substratul n lipsa substratului operatorul este liber i genele structurale funcioneaz

Procesul de transcriere a mARN i de sintez a enzimelor necesare continu pn la apariia surplusului de substrat

Excesul de substrat se unete cu proteina represor i blocheaz operatorul

n consecin, genele structurale se inactiveaz i sinteza enzimelor respective se ntrerupe

Reglajul genetic la eucariote La eucariote sistemele de reglare a activitii genelor sunt mai complexe

Reglarea activitii genelor eucariote este determinat de mai muli factori:

Prezena nucleului, delimitat de citoplasm printr-o membran dubl Structura complex a cromozomilor i prezena complexului ADN histone

- Genele se activeaz odat cu eliminarea histonelor de histon-proteaze

Prezena diverselor sisteme de reglare caracteristice organismului (n special, a hormonilor)

- Unii hormoni steroizi se fixeaz n citoplasm de receptori specifici i n form de receptor-hormon ptrund n interfaz n nucleu unde acioneaz difereniat asupra activitii genelor (Watson et al., 1983)

Nivelurile de reglaj genetic la eucariote 1. Reglaj transcripional

se determin genele care vor fi transcrise n mARN

2. Reglaj de maturare a mARN

se dirijeaz modul de eliminare a intronilor i asamblare a exonilor n cadrul formrii mARN

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3. Reglaj al transportului mARN

se selecteaz moleculele de mARN matur care vor trece din nucleu n citoplasm

4. Reglaj translaional

se selecteaz moleculele de mARN ce for fi translate n proteine 5. Reglaj la nivelul degradrii mARN

se selecteaz moleculele de mARN supuse degradriiMecanismele reglajului transcripional 1. Reglaj negativ

genele funcioneaz numai n prezena proteinelor represoare

2. Reglaj pozitiv

genele funcioneaz numai n prezena unor proteine inductoare

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !!! Predomin mecanismul de reglaj pozitiv, deoarece este mai economic pentru celul s sintetizeze proteine inductoare pentru 7-10% din ADN, ce se transcriu n mARN, dect s sintetizeze proteine represoare pentru 90-93% din genom.

Concluzii: Gena ocup un anumit loc (locus) n cromozom Gena constituie unitatea funcional a informaiei ereditare

n cadrul genei pot avea loc recombinmri (reconi) i mutaii (mutoni)

Exist gene funcionale i gene structurale

Genele structurale codific sinteza proteinelor

Genele funcionale controleaz i dirijeaz activitatea genelor structurale

Aranjarea tripletelor de nucleotide n genele structurale este coliniar aminoacizilor din lanul polipeptidic, codificat de gena respectiv

Funcia genelor este influenat de factorii interni i externi

Exist diferite sisteme de reglare a activitii genelorGrila lui Punnett

Caracterul analizatnlimea plantei pitic (t) sau Normal (T)

Legenda:Se ncruciaz o plant homozigot dup caracterul dominant (TT) cu una homozigot dup caracterul recesiv (tt).Fiecare plant formeaz doar un singur tip de gamei.TT x ttT T t tInterpretarea rezultatelorGenotipul tuturor plantelor este Tt.

=> Raportul dup genotip este:

Tt - 4/4Fenotipul tuturor plantelor este nlime normal.

=> Raportul dup fenotip este:

nlime normal - 4/43.1. Legile lui G.MendelGregor Johann Mendel 1822- 1884

Clugr austriac A experimentat cu plantele de mazre Susinea c factorii ereditari (genele) pstreaz individualitatea din generaie n generaie

1865 - Versuche ber Pflanzen-Hybriden

Premizele 1831 Charles Darwin iniiaz cltoria pe corabia Beagle

1839 Schleiden i Schwann propun Teoria celular 1847 Semmelweiss presupune c infecia se transmite prin mnele contaminate ale medicilor 1856 Mendel iniiaz studiile de hibridizare cu boabele de mazre 1857 Louis Pasteur propune teoria despre germenii bolilor infecioase 1859 Darwin public Originea speciilor 1865 Mendel comunic rezultatele despre transmiterea caracterelor fenotipice la mazre n cadrul Societii Naturalitilor din Brnn.

1900 Hugo de Vries n Olanda, William Bateson n Anglia, Franz Correns n Germania, i Erich Tschermak n Austria redescoper legile lui Mendel, punnd bazele geneticii clasiceTermenii de baz:Generaii:P = generaia parental (prinii)F1 = prima generaieF2 = generaia a douancruciri:ncruciare monohibrid = ncruciarea a dou forme homozigote ce se deosebesc dup un caracter analizatncruciare reciproc = tip de ncruciare cu inversarea sexelor formelor parentalencruciare dihibrid = ncruciarea a dou forme homozigote ce se deosebesc dup dou caractere analizateTermenii de baz:Semne: = genotipul (organismul) feminin = genotipul (organismul) masculinX = ncruciare+ = alela dominant a genei

G = genotip (totalitatea de gene ale organismului)

F = fenotip (totalitatea de caractere externe ale organismului)Termenii de baz

Obiectul de studiu: Pisium sativum 1856-64 Mendel aplic ipoteza Puritii gameilor A iniiat investigaiile cu 34 tipuri de Pisium sativum

Dup 2 ani a ajuns la 22 de linii pureAvantajele Pisium sativum Plant autogam cu o structur a florii ce exclude apariia polenizrilor strine ntmpltoare Plant cu o perioad scurt de vegetaie Plant cu caractere bine conturate

Specie cu un sortiment bogat de varietiCaracterele analizate la mazre

Caractere din stnga sunt dominante, iar cele din dreapta - recesiveCaracterele (7) analizate de G.Mendel

Componentele florii

Ipotezele lui Mendel Exist forme alternative de gene=alele Pentru fiecare caracter organismele au 2 gene una de la mama i una de la tata Spermatiile i oosfera (gameii) au o singur alel, deoarece alelele segreg Cnd o alel se exprim, iar cealalt nu are efect notabil, atunci aceast alel este dominant

Experimentele lui G.Mendel1. Plantele trebuie sa posede caracteristici distincte de difereniere.

2. Pe perioada nfloririi hibrizii de plante trebuie s fie protejai (izolai) reproductiv pentru a exclude ptrunderea polenului strin3. Hibrizii i descendana lor nu trebuie s sufere nici o modificare n fertilitatea sa1. ncruciarea monohibrid Legea uniformitii Legea segregrii Legea (principiul) uniformitiiLa ncruciarea formelor homozigote ce se deosebesc dup un caracter (sau mai multe caractre!), n generaia urmtoare se obine o uniformitate dup caracterul dominant

Legea (principiul) uniformitiiGenotipuri n F1

4/4 Ss

Fenotipuri n F1

4/4 netede

Legea segregriiLa ncruciarea a doi indivizi heterozigoi ce se deosebesc dup un caracter, n generaia urmtoare are loc segregarea dup fenotip n raport de 3 : 1

Legea segregriiGenotipuri n F2

1/4 SS

1/2 Ss

1/4 ss

Fenotipuri n F2

3/4 netede1/4 rugoase

2. ncruciarea dihibrid S forma neted a bobului

S forma rugoas a bobului

Y culoarea galben a bobului

y culoarea verde a bobului

ncruciarea dihibrid Segregarea dup fenotip:

9 : 3 : 3 : 1

Segregarea dup genotip:

1 : 2 : 2 : 4 : 1 : 2 : 1 : 2 : 1 dup forma bobului:

3 : 1

dup culoarea bobului:

3 : 1

Legea segregrii independente La ncruciarea formelor parentale ce se deosebesc dup dou sau mai multe caractre segregarea n generaia a dou (F2) are loc independent dup fiecare caracter n raport de (3 : 1)n , unde n reprezint tipul ncrucirii (numrul perechilor de gene)ncruciarea trihibrid1. Organismele iniiale se deosebesc dup trei caractere1. Rezultatele ncrucirii:

1. 64 de combinaii a 8 tipuri de gamei1. 27 de diferite genotipuri1. 8 diferite fenotipuri (2 x 2 x 2)

1. Segregarea dup fenotip = 27:9:9:9:3:3:3:1

Dac numrul de perechi de gene este n, atunci: Numrul de gamei n F1 = 2n Numrul de clase fenotipice n F2 = 2n Numrul de clase genotipice n F2 = 3n

Legea segregrii independente este valid, dac: Gameii i zigoii sunt deopotriv de viabili i viguroi

Gameii care poart alelele unei gene se unesc randomizat

Genele sunt localizate n cromozomi diferii (nu sunt nlnuite)

Genele sunt localizate n autozomi (nu sunt cuplate cu sexul) Genele nu interacioneaz ntre ele3. Bazele citologice i statistice ale segregrii mendeliene Fiecare pereche de cromozomi omologi dintr-o celul somatic conine cte un cromozom matern i unul patern

Fiecare pereche de gene analizat (forma bobului i culoarea bobului) este localizat pe cromozomi omologi diferii

Orientarea cromozomilor omologi n cadrul diviziunii meiotice este randomizat (la ntmplare) Gameii obinui pot conine diferite combinaii de gene4. ncruciarea de analiz Tip de ncruciare a unui organism cu genotipul necunoscut cu un organism homozigot dup caracterul recesiv pentru determinarea genotipului dup rezultatul segregrii

Analiza statistic a datelor:1. Raporturile mendeliene pot fi prezise matematic ( ipoteza nul1. Ipoteza nul = diferena se datoreaz ansei1. Compar ipoteza nul cu rezultatele testului ce se potrivesc1. Testul chi-patrat ((2) reprezint testul cel mai valorificat

(2 = ( (# observat - # preconizat)2 / # preconizat(2 = ( (# observat - # preconizat)2 / # preconizat1. Selectarea valorii - P (probabilitii c diferenele dintre cele observate i cele preconizate se datoreaz ansei).

1. Valoarea - P se obine din tabelul cu valorile probabilitii (0.05, 0.10. 0.30, etc.) n dependen de gradul de libertate (df).

1. P = 0.05 este deseori citat ca fiind semnificativ.

1. df = # clase fenotipice - 1 (n - 1)

3.2. Motenirea nlnuit a caracterelor Teoria cromozomial a ereditii. Legea lui T.Morgan Crossing-overul i mecanismul lui

Hrile genetice i principiile de elaborare1. Ereditatea nlnuit Foarte multe caractere nu se supun legilor lui G.Mendel!

Exist mult mai multe gene dect cromozomi!

peste 500 de gene la Drozophila melanogaster la cei 4 perechi de cromozomi

peste 30 000 de gene la Homo sapiens la cele 23 de perechi de cromozomi=> O pereche de cromozomi gzduete mai multe gene! Rezulate ce in de motenirea nlnuit a caracterelor au fost obinute i de G.Mendel Ex.: culoarea florii (Purpurie sau roie) de mazre i forma polenului (Alungit sau sferic)

Avantajele Drozophila melanogaster Numrul relativ mic de cromozomi (2n = 8)

Ciclul de dezvoltare relativ mic (circa 14 zile)

Posibilitatea cultivrii n condiii de laborator

Numrul mare de forme mutante

Dimorfismul sexual pronunat

Prolificitatea foarte nalt Legitile motenirii nlnuite a caracterelor au fost descoperide de T.Morgan cu discipolii si Caracterele analizate:

culoarea corpului (Cenuie sau neagr)

forma aripilor (Aripi normale sau aripi rudimentare)

PPBBVgVg x bbvgvg

F1 BbVgvg 100%

PPBbVgvg x bbvgvgFAb vg% Teoretic% Experim.

B VgBbVgvg2541,5

B vgBbvgvg258,5

b VgbbVgvg258,5

b vgbbvgvg2541,5

PPbbvgvg x BbVgvgFAB VgB vgb Vgb vg

b vgBbVgvgBbvgvgbbVgvgbbvgvg

% Teoretic25252525

% Experim.50--50

Concluzii: Genele caracterelor analizate se afl n aceeai pereche de cromozomi (sunt nlnuite) i se transmit mpreun: 50% : 50%

nlnuirea nu este complet, formele intermediare (8,5% : 8,5%) aprnd n rezultatul crossing-overului

Lipsa formelor crossovere n cadrul celui de al doilea experiment se explic prin blocarea crossing-overul la masculii de drozofilPrincipiile teoriei cromozomiale: Genele sunt localizate n cromozomi liniar, fiecare gen ocupnd un anumit locus strict determinat

Genele localizate ntr-un cromozom formeaz un grup linkage, numrul crora este egal cu numrul haploid de cromozomi

Genele ce aparin unui cromozom sunt nlnuitr i se motenesc mpreun

nlnuirea genelor nu este absolut, cauza nlnuirii incomplete i a recombinrii genetice fiind crossing-overul

Cromozomii sunt aranjai n perechi; ntre cromozomii omologi poate avea loc schimb de gene2. Crossing-overul Crosing-over schimb de fragmente a cromatidelor nefiice a cromozomilor omologi

Se realizeaz Profaza I a meiozei

Factorii ce determin intensitatea crossing-overului 1. Factorii interni distana dintre gene: cu ct este mai mare distana dintre dou gene, cu att este mai mare procentul de crossing-over

poziia centromerului: de regul, centromerul blocheaz crossing-overul dintre genele localizate de ambele pri ale centromerului

sexul: la unele organisme (masculul de drozofil, fenela de verme de mtase) crossing-overul este blocat 2. Factorii externi fizici: radiaia, temperatura

chimici: substanele mutagene

biologici: virusurile

!!! Distana dintre gene se msoar n uniti de recombinare genetic (morganide cM)

1cM = 1% de crossing-over3. Hrile cromozomiale Harta cromozomial este o reprezentare grafic a poziiei, ordinei i distanei genelor de pe un cromozom La ntocmirea hrilor cromozomiale se utilizeaz metode genetice i citologice

O hart cromozomial parial a drozofileiFenotipuri mutanteAntene scurte Corp negru (g) Ochi cinebar(c) Aripi rudimentare(l) Ochi maro

Antene lungi Corp cenusiu (G) Ochi rosii (C) Aripi normale(L) Ochi rosii

Fenotipuri spontaneDeterminarea poziiei genelorExemplu: genele analizate A, B i C 1. La ncruciarea indivizilor ce se deosebeau dup genele A i B s-au obinut 12% de organisme recombinate: A__________B 2. Pentru determinarea poziiei genei C este necesar de a stabili % de recombinri cu ambele gene - A i B 2.1. Dac % de recombinri ntre B i C este de 10%, atunci ordinea poate fi a) A___C________B sau b) A__________B________C

2.2. Ordinea genelor se stabilete dup % de recombinare ntre genele A i C. Dac el este de 2%, atunci ordinea genelor este a) A___C________B, iar dac el constituie 22% / atunci ordinea genelor este b) A__________B________C3.2. Genetica sexului Cromozomii sexuali i sexul. Segregarea dup sex Mecanismele de determinare a sexului Motenirea caracterelor cuplate cu sexul1. Sexul ca caracter geneticSexul reprezint totalitatea caracterelor morfologice, fiziologice i biochimice care permit reproducerea organismelor i transmiterea caracterelor descendenilor Celulele somatice a unui brbat posed un cromozom X i un cromozom Y Celulele somatice a unei femei posed doi cromozomi X Gameii masculini (spermatozoizii) care conin fie cromozomul X, fie cromozomul Y, determin sexul viitorului copil

2. Determinarea cromozomial a sexului Tipul Drosophila (X-Y) XX XY Tipul Protenor (X-O)

Tipul Abraxas (Z-W) Numrul de cromozomiDeterminarea genetic a sexului 1. Cromozomial Sexul depinde de raportul cromozomilor sexuali (X i Y) Sexul depinde de raportul dintre cromozomii sexuali (X) i autozomi Dac X : A = 1 =>

Dac X : 2A = 0,5 =>

Dac X : A = [0,5 - 1] => intersexi Dac 3X : 2A = 1,5 => superfemele

Dac X : 3A = 0,33 => supermasculi 2. Genic Sexul depinde de activitatea genelor din autozomi i din cromozomii sexuali n cromozomul X sunt concentrate, n special, genele dezvoltrii feminine

n autozomi sunt concentrate, n special, genele dezvoltrii masculine !!! Organismele conin gene pentru ambele sexe, dar ele se exprim difereniat n cadrul ontogenezeiDeterminarea sexului(dup modalitatea formrii zigotei) 1. Progamic Sexul este determinat pn la fecundaie (Rotatoria) 2. Singamic Sexul este determinat n procesul de fecundaie (Mammalia) 3. Epigamic Sexul este determinat dup procesul de fecundaie (Bonellia viridis)Diferenierea sexului (la om) 1. Etapa genetic Sexul este determinat de particularitile cromozomilor sexuali n cadrul formrii zigotului 2. Etapa gonadic Sexul este determinat de dezvoltarea difereniat a gonadelor: combinaia XX determin dezvoltarea zonei corticale (a ovarului), iar combinaia XY a zonei medulare (a testiculului) 3. Etapa hormonal Sexul este determinat de particularitile de secreie a hormonilor sexuali ai gonadelor (ovarului i testiculelor), care pot secreta diferite tipuri de hormoni 4. Etapa psihic Sexul este determinat de particularitile comportamentului psihic al individului3. Motenirea caracterelor cuplate cu sexul Toate genele localizate n cromozomii sexuali sunt cuplate cu sexul Particularitile motenirii caracterelor depinde de localizarea genelor (n cromozomii X sau Y) Exemplu: culoarea ochilor

la drozofil

Motenirea caracterelor cuplate cu sexul Legitatea criss cross

Particularitile motenirii se explic prin faptul c la masculi celulele somatice conin un cromozom X, iar la femele doi cromozomi X Schemele de mai jos reflect motenirea culorii ochilor la drosofil (gena respectiv este localizat n cromozomul X)

R = alela ochi roiir = alela ochi albi3 : 1 - 50% : 25% : 25%1 : 1 - 25% : 25% : 25% : 25%Motenirea caracterelor sex-linkate Cuplate cu sexul Caracterele genele crora sunt localizate n cromozomul X se transmit de la mam la fiu sau fiic, iar de la tat la fiic Caracterele genele crora sunt localizate n cromozomul Y se transmit de la tat la fiu

Exemple: culoarea ochilor la drozofil; hemofilia, daltonismul la om Limitate de sex Caracterele genele crora sunt localizate n autozomi sau cromozomii sexuali sunt suprimate de sex Exemple: genele lactaiei la tauri; genele depunerii oulor la gini Dependente de sex Caracterele genele crora se expreseaz n dependen de sexul organismelor Exemple: prezena coarnelor la bovine; chelia la om

CC sau Cc la numai CC la 3.4. Interaciunea genelor aleleI. Dominana incompletII. Alelismul multiplu. Codominarea III. Pleiotropia Genotipul ca sistem integru Gene alele:

Gene ce ocup acelai locus n cromozomii omologi i condiioneaz formarea unor caractere alternative

n meioz se repartizeaz n cromozomi diferii Gene nealele:

Gene ce ocup loci diferii n acelai cromozom sau n cromozomi diferiiGenele alele i genele nealele PP, aa, Bb gene alele

Pa, PB, Pb gene nealeleI. Dominana incompletTip de interaciune a genelor alele cnd o alel domin incomplet cealalt alel, genernd un fenotip intermediar Segregarea dup fenotip coincide cu segregarea dup genotip 1 : 2: 1

Exemple: culoarea florii la regina nopii, cistinuria

II. Alelismul multiplu Tip de interaciune a genelor alele cnd expresia caracterului este determinat de o gen ce se poate afla n populaie n trei sau mai multe forme alele Se formeaz serii succesive de dominare a a 2 a 3 .. a n

Exemple: Culoarea blnii la iepurele de cas, grupele sangvine la om n sistemul ABOIII. Codominarea Tip de interaciune a genelor alele cnd expresia caracterului este determinat de prezena concomitent a dou gene dominante

Exemple: Grupa a 4-a sangvin la om n sistemul ABO

Grupele sangvine n sistemul MN Culoarea blnii la bovine Example: grupele sangvine 1.tipul O= ii 2.tipul A= IAIA

sau IAi

3.tipul B= IBIB

sau IBi

4.tipul AB= IAIB

Culoare neagr + culoare alb = culoare pestriIII. Pleiotropia Tip de interaciune a genelor alele cnd o singur gen poate determina expresia a dou sau mai multe caractere Segregarea dup fenotip este de 2 : 1

Exemple:

Culoarea blnii la oricei Culoarea blnii la ovine3.4. Interaciunea genelor nealeleI. ComplementariaII. EpistaziaIII. PolimeriaI. Complementaria Tip de interaciune cnd dou gene nealele, combinndu-se ntr-un genotip, determin un caracter nou ce se deosebete ce cele parentale Se nregistreaz diferite rapoarte de segregare: 9 : 3 : 3 :1

9 : 3 : 4

9 : 7

Motenirea culorii penajului la papagali (9:3:3:1)

PP AAbb x aaBB F1 AaBb 100%

Legenda:

A prezena pigmentului galben

a lipsa pigmentului galben

B prezena pigmentului albastru b lipsa pigmentului albastruABAbaBab

ABAABBAABbAaBBAaBb

AbAABbAAbbAaBbAabb

aBAaBBAaBbaaBBaaBb

abAaBbAabbaaBbaabb

Motenirea culorii blnii la iepuri (9:3:4)


Legenda:

A prezena pigmentului (culoarea neagr sau sur)

a lipsa pigmentului

B repartizarea uniform a pigmentului (sur)b repartizarea neuniform a pigmentului (negru)ABAbaBab

ABAABBAABbAaBBAaBb

AbAABbAAbbAaBbAabb

aBAaBBAaBbaaBBaaBb

abAaBbAabbaaBbaabb

Motenirea auzului la om (9:7)


Legenda:

A dezvoltarea melcului

a lipsa dezvoltrii melcului

B dezvoltarea nervului auditivb lipsa dezvoltrii nervului auditivABAbaBab

ABAABBAABbAaBBAaBb

AbAABbAAbbAaBbAabb

aBAaBBAaBbaaBBaaBb

abAaBbAabbaaBbaabb

II. Epistazia Tip de interaciune cnd o gen nealel inhib expresia fenotipic a altei gene Se distinge: Epistazia dominant (13 : 3; 12 : 3 : 1)

Epistazia recesiv: (9 : 3 : 4; 9 : 7)

Exemple: Fenomenul Bombei - motenirea grupelor sangvine (IB- H- - grupa I; IB- hh - grupa III) Motenirea culorii penajului la gini (13:3)

PP AASS x aass F1 AaSs 100%Legenda:

A prezena pigmentului

a lipsa pigmentului

S suprimarea culoriis lipsa suprimriiASAsaSas

ASAASSAASsAaSSAaSs

AsAASsAAssAaSsAass

aSAaSSAaSsaaSSaaSs

asAaSsAassaaSsaass

Motenirea culorii blnii la cini (12:3:1)

PP AASS x aass F1 AaSs 100%

Legenda:

A prezena pigmentului negru

a prezena pigmentului cafeniu

S suprimarea culoriis lipsa suprimriiASAsaSas

ASAASSAASsAaSSAaSs

AsAASsAAssAaSsAass

aSAaSSAaSsaaSSaaSs

asAaSsAassaaSsaass

III. Polimerie Tip de interaciune a genelor nealele cnd mai multe gene determin un singur caracter, intensitatea cruia depinde de numrul de alele dominante Genele se noteaz cu aceiai liter

Tip de motenire caracteristic caracterelor cantitative

Poate fi polimerie comulativ i necomulativ Exemple: Culoarea bobului de gru, pigmentaia pielii la om Motenirea culorii cariopsei de gru (15:1)

PP A1 A1 A2 A2 x a1 a1 a2 a2 F1 A1 a1 A2 a2 100%Legenda:

A1 , A2 prezena pigmentului

a1 , a2 lipsa pigmentului

A1 A2 A1 a2 a1 A2 a1 a2

A1 A2 A1 A1 A2 A2 A1 A1 A2 a2 A1 a1 A2 A2 A1 a1 A2 a2

A1 a2 A1 A1 A2 a2 A1 A1 a2 a2 A1 a1 A2 a2 A1 a1 a2 a2

a1 A2 A1 a1 A2 A2 A1 a1 A2 a2 a1 a1 A2 A2 a1 a1 A2 a2

a1 a2 A1 a1 A2 a2 A1 a1 a2 a2 a1 a1 A2 a2 a1 a1 a2 a2

Concluzii:I. Genele alele i nealele interacioneaz, fenomen ce duce la modificarea segregrilor clasiceII. Fenotipul este rezultatul interaciunii genelor, iar genotipul reprezint un sistem integruIII. Fenotipul este rezultatul interaciunii genotipului integru cu mediul extern n ontogeneza organismului3.6. Motenirea extracromozomial1. Particularitile ereditii Nucleare:

Conine un numr stabil de cromozomi

Nu poate nltura aberaiunile cromozomiale

Se reproduce identic (dup numrul de cromozomi)

Cromozomii se repartizeaz uniform

Se supune legilor mendeliene

ADN liniar, n complex cu proteinele histone

Un numr mare de gene

Etc.Citoplasmatice:

Conine un numr diferit de organite

Poate substitui diferite organite

Nu reproduce identic (repartizarea diferit a organitelor)

Organitele nu se repartizeaz uniform

Nu se supune legilor mendeliene

ADN inelar, nud, fr proteine histone

Un numr mic de gene

Etc.2. Cum se poate evidenia ereditatea extracromozomial?

Metode de evideniere a ereditii citoplasmatice:Neidentitatea hibrizilor obinui n rezultatul ncrucirilor reciproce iap (2n=64) x mgar (2n=62)

= > catr (2n=63) mgri x armsar

= > catr (2n=63)

Ambii sunt sterili, dar diferii!Merogonia eliminarea genomuluimatern din procesul de reproducere La aricii de mare, crinii de mare, organismele dezvoltate din ovule anucleate conin i trsturile formelor materne!

La Acetabularia (A.mediterranea i A.wettsteinii) forma corpului dup transplantare depinde de natura nucleului prezent!

Segregarea nemendelian La Mirabilis jalapa (barba mpratului) culoarea frunzei (verde, alb, pestri) se motenete pe linia matern!

3. Diversitatea ereditii extracromozomialeEreditatea:1Cromozomial:

Determinat de ADN-ul din nucleu2. Extracromozomial:

2.1. Plastidial Determinat de ADN-ul din cloroplaste

2.2. Mitocondrial Determinat de ADN-ul din mitocondrii

2.3. Plasmidial Determinat de ADN-ul din plasmidele bacteriilor

2.4. Endosimbiontic Determinat de ADN-ul strin din citoplasm

Particulele kappa la parameci; particulele sigma la drozofil

Genomul mitocondrial umanParticularitile genomului mitocondral uman 1% din ereditatea uman (2-10 molecule)

ADN circular, nud 2 catene: catena grea (HS) i catena uoar (LS) Lipsesc intronii

Este prezent bucla dedeplasare D-loop (circa 1000 pb)

Conine 37 de gene (2 gene rARN, 22 gene tARN, 13 gene a proteinelor lanului respirator)Mutaiile ADN-ului mitocondrialBoala mitocondrialManifestarea clinicMutaia

Neuropatia optic ereditar LeberPierderea progresiv a vederii prin atrofia nervuluiSubstituie G A

Encefalopatie mitocondrialHipostatur

Surditate

ConvulsiiSubstituie A G

Sindromul Kearns-SayreOftalmoplegie extern progresiv

Tulburri cardiaceDeleie

4.1. Genetica populaiilor Noiune de populaie i indicii principali ai unei poipulaii

Structura genetic a unei populaii. Legea Hardy-Weinberg

Factorii ce determin structura genetic a populaiei1. Populaia Totalitatea de indivizi a unei specii ce se aseamn ntre ei dup particularitile morfologice, fiziologice, biochimice etc., determinate genetic, se ncrucieaz liber i dau urmai fecunzi, se supun aciunii acelorai factori ai mediului extern, ocup un anumit teritoriu (areal) i exzist relativ izolai de alte grupri de indivizi ale aceleiai specii Grupri locale de organisme care aparin unei singure specii i posed un fond de gene comune Pot fi descrise dup diferii indici statici i dinamiciIndicii principali ai unei populaii Efectivul numeric Numrul de indivizi ce populeaz un anumit teritoriu

Densitatea populaiei Numrul de indivizi pe o unitate de suprafa Arealul Teritoriul ocupat de indivizii populaiei Natalitatea Numrul de indivizi nscui ntr-o perioad de timp Mortalitatea Numrul de indivizi ce au pierit ntr-o perioad de timp Undele populaionale Variaiile numerice ntr-o perioad de timp Raportul de vrst Diversitatea de vrst Raportul de sexe Diversitatea de i Etc.2. Structura genetic a unei populaii Este determinat de frecvena genelor Frecvena cu care alelele unei anumite gene sunt prezente ntr-o populaie Poate fi programat Depinde de fluctuaiile numerice ale indivizilor din generaie n generaieLegea lui Hardy-Weinberg (1908) ntr-o populaie panmictic, ce satisface anumitor condiii, frecvena genelor alele (homozigoilor i heterozigoilor) rmne constant Simbolurile aplicate: ntr-o populaie, p + q = 1

p = frecvena alelei dominante A q = frecvena alelei recesive a Probabilitatea ovulului fecundat cu aceiai alel este p2 (AA) sau q2 (aa) Probabilitatea ovulului fecundat cu alele diferite este pq (Aa)Ecuaia Hardy-Weinbergp2 + 2pq + q2 = 1

1 = 100% genotipuri n noua generaie p2 i q2 este frecvena genotipurilor homozigote dominante i recesive 2pq este frecvena hgenotipurilor heterozigote n populaieCalcularea frecvenei genelor alele ntr-o populaie panmictic (Exemplu) Fie c o populaie conine a (q = 0.4) i A (p = 0.6)

a = pr neted

A = pr ondulatFrecvena alelelor:

A = 0.6

a = 0.4

Frecvena genotipurilor:

AA = 0.6 x 0.6 = 0.36Aa = 2(0.6 x0.4) = 0.48aa = 0.4 x 0.4 = 0.16 Calculm frecvena genelor alele n generaia urmtoare:

A = 0.36 + 0.48/2 = 0.36 + 0.24 = 0.6

a = 0.16 + 0.48/2 = 0.16 + 0.24 = 0.4

!!! Frecvena genelor alele nu s-a modificat n generaia urmtoare. Legea lui Hardy-Weinberg se aplic pentru: Estimarea frecvenei alelelor autozomale dominante sau recesive n populaie Depistarea modificrilor frecvenei genelor alele ntr-o populaie (schimbrile evolutive) Determinarea frecvenei heterozigoilor n cadrul unei populaiiCalcularea frecvenei genelor alele autozomale Structura genetic a unei populaii se poate determina la cunoaterea frecvenei organismelor homozigote recesive - (aa)

Frecvena genotipurilor aa = q2

Frecvena alelei recesive (a) este q2 = q Frecvena alelei dominante (A) se calculeaz dup formula p = 1 - q Calcularea frecvenei genelor X-linkate n cazul genelor X-linkate femelele (XX) transport 2/3 din alele, iar masculii (XY) - 1/3 din alele Frecvena alelelor depinde de sexul organismelor Frecvena alelei recesive X-linkate la brbai este q Frecvena alelei recesive X-linkate la femei este q2

Calcularea frecvenei n cazul alelismului multiplu n cazul grupelor sangvine n sistemul ABO sunt posibile 6 genotipuri diferite (AA, AO, BB, BO, AB, OO)

Frecvena alelelor: p (A) + q (B) + r (O) = 1

Frecvena genotipurilor: (p + q + r)2 = 1

Ecuaia Hardy-Weinberg este urmtoarea: p2 (AA) + 2pq (AB) + 2pr (AO) + q2 (BB) + 2qr (BO) + r2 (OO) = 1

Determinarea frecvenei heterozigotilor n populaie Determinm numrul (rata) homozigoilor recesivi n populaie (q2) i calculm frecvena alelei recesive: q

Calculm frecvena alelei dominante: p (p = 1- q) Calculm frecvena heterozigoilor n populaie: 2pqDescrierea structurii genetice frecvena genotipurilor frecvena alelelorFrecvena

genotipurilor:

200/1000 = 0.2 rr

500/1000 = 0.5 Rr

300/1000 = 0.3 RRFrecvena

alelelor: 900/2000 = 0.45 r

1100/2000 = 0.55 R Generalizare: Estimarea frecvenei geleor alele (homozigoilor i heterezigoilor) ntr-o populaie prezint un interes deosebit n caractarizarea acestei populaii 3. Factorii ce determin structura genetic a populaiei Panmixia Izolarea Selecia natural MutaiilePanmixia ncruciarea randomizat (la ntmplare) creeaz premize egale pentru supravieuirea fiecarei alele i lipsa avantajrii uneia din ele

Se poate instala pentru unele specii de organisme i lipsete la alteleIzolarea Exclude importul sau exportul de gene n populaie prin diferite mecanisme (izolare geografic, izolare ecologic, izolare reproductiv)

Se poate instala pentru unele specii de organisme i lipsete la alteleSelecia natural Favorizeaz anumite alele graie supravieuirii indivizilor mai viguroi la aciunea factorilor selectivi ai mediului (fizici, chimici, biologici)

Aciunea factorilor mediului nconjurtor practic nu poate fi exclus n populaiile naturaleMutaiile Determin modificarea frecvenei alelelor n populaie n rezultatul modificrii alelelor iniiale (spontane)

Mutaiile reprezint nite ntmplri necesare i nu pot fi excluse populaiile naturaleConcluzii: n natur exist diferii factori ce determin structura genetic a unei populaii Legea lui Hardy-Weinberg este valid pentru condiii idiale: Prezena unei populaii panmictice prezena unei populaii izolate; lipsa seleciei naturale;

lipsa mutaiilor Legea lui Hardy-Weinberg poate fi aplicat pentru populaiile naturale n condiii concrete de trai

Variabilitatea: Proprietate universal a indivizilor oricrei specii de a

se deosebi ntre ei. Se produce sub aciunea factorilor de mediu (fizici,

chimici, biologici) Asigur adaptabilitatea organismelor la condiiile de trai

Poate fi neereditar i ereditar

Este determinat de repartizarea independent a genelor

Repartizarea independent a genelor Repartizarea independent a genelor depinde de

comportarea lor n meioz i particularitile fertilizrii Separarea cromozomilor parentali n cadrul meiozei i

recombinarea lor n cadrul fertilizrii permite obinerea de

noi combinaii de gene n exemplul ce urmeaz se prezint repartizarea

cromozomilor paterni (n albastru) i materni (n rou)Genotipul: Bbcc Fenotipul: ochi cprui, pr dreptBrbatSpermatozoiziGenotipul: bbCc

Phenotype: ochi albatri, pr ondulatFemeie Ovul

X

Meioza: cromozomii omologi se separ n gamei



1. Variabilitatea proprietate general a organismelor de a cpta caractere noi sub aciunea factorilor de mediu Variabilitate neereditar Modificrile au loc n cadrul normei de reacie

Nu se motenete la descendeni

Asigur adaptabilitatea individului

Nu reprezint semnificaii evolutive deosebite Variabilitate ereditar Modificrile au loc cu schimbarea normei de reacie

Se motenete la descendeni

Asigur adaptabilitatea speciei

Prezint semnificaii evolutive deosebite, deoarece genereaz material pentru selecia natural2. Tipurile de mutaii (dup mecanismul apariiei) Genice (punctiforme)

deleii

adiii

substituii: tranziii (A G; C T); transversii (A T C G)

Cromozomiale

structurale: deleii; inversii; duplicaii; translocaii)

numerice

( poliploidia: autopoliploidia; allopoliploidia

( aneuploidia

Transpoziia (inseria)

2. Tipurile de mutaii (dup locul apariiei) Cromozomiale (nucleare)

Extracromozomiale

cloroplastice

mitocondriale

cinetocorice2. Tipurile de mutaii dup tipul celulelor

generative (n)

somatice (2n)

dup expresia fenotipic

indiferente (neutre) semiletale letaleFactorii ce determin frecvena mutaiilor Controlul genetic al proceselor mutaionale

Aranjarea genelor n genom

Scderea adaptabilitii organismelor ca rezultat al mutaiilor

Interaciunea genelor

Prezena genelor modificatoare

Intensitatea proceselor de reparaie

etc.Legea seriilor omoloage a variabilitii ereditare

Speciile i genurile genetic nrudite se aseamn ntre ele dup seriile omolage a variabilitii ereditare4.2. Mecanismele moleculare ale proceselor geneticeMecanismele moleculare ale mutaiilolr

* Mecanismele moleculare ale reparaiilor1. Mecanismele mutaiilor spontane Rezultatul erorilor de replicare: Mutaiile apar n rezultatul unor erori n cadrul replicrii ADN-ului (apariia unor baze necomplementare; transformrile tautomere a bazelor azotate) C = O = C OH; - NH2 - NH Rezultatul reparaiei eronate: Mutaiile apar n rezultatul unor erori n cadrul corectrii leziunilor de ADN erori ale enzimelor Rezultatul recombinrilor genetice: Mutaiile apar n urma inseriei ADN-ului strin (transpozonii, plasmidele, fagii temperai)1. Mecanismele mutaiilor induse 1. Aciunea factorilor fizici:1.1. radiaiile UV ( 254 nm ) Hidratarea citozinei slbirea legturii de H cu G tranziie

Formarea legturilor covalente ntre pirimidine dimeri pirimidinici ( T ) dereglri a codului genetic1. Mecanismele mutaiilor induse

Dimeri timinici, indui de razele UV 1. Aciunea factorilor fizici:1.2. radiaiile ionizante (,,, neutronii) Mutaii punctiforme

Generarea de radicali nalt reactivi

Hidratarea timinei

Dezaminarea citozinei

Rupturi a catenei de ADN

2. Aciunea factorilor chimici:2.1. analogi ai bazelor azotate (5-bromuracil, 2-aminopurin) Se incorporeaz n ADN i produc erori de replicare

2. Aciunea factorilor chimici:2.2. acidul nitros (HNO2), hidroxilamina (NH2OH), agenii alchilani (iperipa, dimetilsulfonatul) Modific bazele azotate i, ca rezultat, produc erori de mperechere

2. Aciunea factorilor chimici:2.3. coloranii de acridin (proflavina, acridinoranjul) Interacioneaz cu ADN/-ul i provoac distorsiuni locale ale moleculei, favoriznd erori de replicare i recombinare

Mecanismele moleculare ale mutaiilor genice Mutaiile pot aprea deoarece bazele azotate pot cpta diferite forme Norma: A i G purine aminice

T i C pirimidine cetonice

Dereglri: A* i G * purine imine

(A *- C; G * - T)

T * i C * pirimidine enolice

(T *- G; C * - A)

Mecanismele mutaiilor cromozomiale Mutaiile apar n rezultatul nondisjunciei cromozomilor n cadrul meiozei

Tipuri de mutaii genice Nonsens ( terminatoare de caten) Modific un codon funcional ntr-un codon stop

Missens ( cu sens greit) Modific un codon funcional ntr-un alt codon funcional

Silent ( cu acelai sens) Modific un codon funcional ntr-un codon ce determin acelai aminoacid

Back ( de reversie)

Indicii aprecierii mutaiilor Frecvena mutaiilor ( a = M / N ) Reprezint raportul numrului total de mutaii (M) la numrul total de organisme n populaii (N)

Rata mutaiilor Reprezint probabilitatea apariiei unei mutaii la o celul (generaie)

5.3.Reparaia ADNREPARAIA proprietatea unic a moleculelor de ADN de a-i restabili structura primar, iniial;

proprietatea celulelor de a controla i evita acumularea mutaiilor;

este reprezentat de un sistem complex de enzime ce sunt capabile:

s identifice greelile din ADN,

s nlture fragmentul de ADN cu eroare,

s sintetizeze un nou fragment

s-l integreze n macromolecula de ADN bicatenar;

se realizeaz dup principiul complementaritii;

se realizeaz n timpul replicrii; dup repicare sau independent de replicareMecanismele de alterare a moleculelor de ADN Cauze naturale:

depurinizarea

oxidarea A ( Hipoxantin

C ( Uracil

Erori de mperechere a BA n timpul Replicrii

Cauze accidentale

radiaii ( dimeri T-T

( dimeri T-C

ageni chimici alchilarea ADN ( rupturi de caten

Cauzele apariiei leziunilor ADNTipul leziuniiCauza

Lipsa BAApurinizarea acid sau termic

BA incorectDezaminarea spontan sau indus

BA modificatRadiaia ionizant, ageni alchilani

DimeriRadiaia UV

Legturi nespecificeMitomicina C

Rupturi Radiaia ionizant, peroxizi, nucleaze


Tipuri de reparaie: Autocorecia erorilor n timpul replicrii:

ADN polimeraza ( ( relectur ( activitate exonucleazic 3(5 ( corecia greelilor;

MMR (Mismatch Repair)

independent de replicare

multienzimatic

repar n special greelile din secvenele microsatelitice (cu rat nalt de muTaii).

BER (Base Excision Repair):

excizia bazei greite

excizia nucleotidului fr baz

completarea golului

NER (Nucleotide Excision Repair) :

recunoaterea dimerului

excizia unui fragment de 24-32 nucleotide din catena afectat

completarea golului.Reparaia replicativ

Reparaia postreplicativ

Fotoreparaia Hedgepeth, Goodmen, Boyer, 1972

Degradarea dimerilor pirimidinici la E.coli Reparaia afeciunilor provocate de razele UV

Participarea enzimelor speciale (fotoliaze)

Decurge n prezena luminii

SOS reparaia ! Nu este foarte exact

La aciunea stresului termic se sintetizeaz proteine specifice Rea A - proteza

Rec A proteaza regleaz activitatea proteinei Lex A

Lex A se unete cu o secven de ADN (blocul SOS) care blocheaz sinteza enzimelor de reparaie Rec A proteaza hidrolizeaz proteina Lex A, n rezultat se activeaz circa 15 gene (la E.coli) de reparaieReparaia prin excizia bazelor (BER) reparaia alterrii unui nucleotid. ADN-glicozilaza nltur baza modificat2. AP-liaza produce o incizie la captul 3

3. AP-hidrolaza incizeaz captul 5

4. ADN-polimaraza completeaz golul

5. ADN-ligaza unete capetele.

Reparaia prin excizia nucleotidelor (NER) reparaia fragmentelor mari cu nucleotide alterateUn complex proteic (XPA-PRA) recunoate fragmentul defect

Excinucleaza (endonucleaz) produce incizii monocatenare la distana de 5 pb de la captul 3 i 24 pb de la captul 5

Golul este completat de ADN-polimerazele i

ADN-ligaza unete capetele

Reparaia mismatch (MMR) repararea situsurilor nemperecheateExcizia bazelor nepereche (pentru fiecare pereche eronat exist complex enzimatic special)

ADN-polimeraza completeaz golul format i ADN-ligaza unete capetele.

Repararea rupturilor bicatenare

Boli detrminate de defecte ale reparaiei ADN Xeroderma pigmentosum

Hipersensibilitate la radiaia UV;

Leziuni ale tegumentelor, inclusiv cancer;

Majoritatea pacienilor mor pn la vrsta de 30 ani;

Cauza incapacitatea de nlturare a dimerilor pirimidinici.Ataxia-telangiectasia Hipersensibilitatea fa de radiaiile ionizante;

Ataxie cerebral, teangiectasie

oculo cutanat, imunodeficieneAnemia Fanconi Hipersensibilitatea fa de agenii ce provoac legturi covalente nespecifice bicatenare;

Leucemii i anemie aplastic progresiv;

? Defectul enzimelor de reparaie. Sindromul Bloom Hipersensibilitatea fa de numeroi ageni mutageni;

imunodeficiene; retard de cretere; pedispoziie la cancere6.1.Genetica microorganismelor1. Structura i funcionarea materialului genetic ADN & ARN ADN=acid dezoxiribonucleic ARN=acid ribonucleic Polinucleotide:

Structura nucleotidului Grupul fosfat Pentoz Baz azotat Structura ADN Caten dubl (dublu helex)

Conine nucleotide 5 - 3 (catenele sunt antiparalele)

Bazele azotate complementare A-T

G-CStructura ADNFosfat -P

Glucid -albastruBaze-ATGCReplicarea ADN ADN-ul bacterian este circular, nchis Genomul: gene eucromozomiale + gene accesorii E. coli

4 milioane perechi de baze Circa 250 de plasmide diferite (la diferite sue!) ADN ocup circa 10% din volumul celuleiReplicarea ADN se realizeaz cu formarea furcii replicative De la 5 spre 3

ADN-helicaza + catena ADN parental n calitate de matri Catena lider (5 spre 3- continuu)

*ADN - polimeraza asigur extinderea catenei adiionnd baze azotate (complementare)

Catena ntrziat (5 spre 3-prin fragmente)

*ARN-polimeraza (recunoaterea RNA primer)

*ADN-polimeraza (extinderea catenei i formarea catenei ADN)

*ADN-ligaza (unirea fragmentelor Okazaki)

Furca replicativ

Sinteza proteinei ADN-------( mARN------( protein transcripie translaie

Dogma Central

a geneticii moleculare2. Ereditatea extracromozomial Plasmide (P)

Secvene de inserie (SI)

Transpozoni (Tn)

Bacteriofagi (B)Particularitile ereditii extracromozomiale Conin informaia ereditar accesorie (nu de prima importan)

Pot exista semiautonom (sau chiar autonom) de cromozomul bacterian

Pot s se replice mpreun cu cromozomul bacterianPlasmidele Elemente genetice sub form de molecule circulare de ADN care exist autonom sau semiautonom de cromozomul bacterian

Lederberg, 1952

Pot s existe diferite tipuriTipuri de plasmide(dup efectul provocat) Plasmide de fertilitate F Plasmide de colicinogenez Col Plasmide de rezisten R

Plasmide de toxigenitate Vir Ti(dup capacitatea de a media transferul de material ereditar) Plasmide conjugative Sunt donatori de material ereditar F

Hfr

F`

Unele plasmide Col, R Plasmide neconjugative Nu sunt autotransmisibile Unele plasmide Col, R(dup capacitatea integrrii n cromozomul bacterian) Plasmide de tipul episomilor F

Col E1

Celelalte plasmide Factorul Col

F`

Caracteristicile plasmidelor Sunt structuri genetice formate din ADN circular Exist autonom (sau semiautonom) de cromozomul bacterian Nu sunt structuri genetice eseniale (pot lipsi) Se pot intercala n cromozomul bacterian (episom) Pot induce conjugarea ntre bacteriile + i -

Pot codifica sinteza unor substane importante

Posed diferite funciiFunciile plasmidelor Rezistena la antibiotice (penicilina, streptomicina, tetraciclinele, sulfamide, etc.) Rezistena la metalele grele (Hg, Cd, Pb) Rezistena la razele ultraviolete Inducerea de tumori la plante (Ti Ag.tumefaciens; Ri Ag.rhizogenes) Producerea de antibiotice (cloramfenicol, metilenomicina) Transferul materialului genetic prin conjugare i formarea pililor (fimbrii sexuali) Producerea de toxine i factori de virulen (enerotoxina Ent; colicine Col) Provocarea fermentaiei lactice (g. Lactobacillus) Utilizarea unor substane netradiionale (hidrocarburi ciclice) Formarea vacuolelor gazoase (g. Halobacterium)

Etc3. Recombinarea genetic la bacterii La eucariote are loc n procesul de formare a gameilor prin recombinarea cromozomial i conversie

La procariote are loc prin fenomene specifice

Trei tipuri: Transformarea: transferul se realizeaz cu fragmente de ADN de la o celul la alta Conjugarea: transferul se realizeaz n rezultatul contactului direct Transducia: transferul se realizeaz cu ajutorul unui virusTransformarea(E.Griffith, 1928; Avery, MacLeod, McCarthy, 1944) Descoperit cu ajutorul a dou sue de bacterii Diplococcus pneumoniae Sua S (smouth) Cu capsul

Colonii netede

Virulent

Sua R (rough) Fr capsul

Colonii rogoase

Avirulent Etapele transformrii la bacterii 1. Adsorbia ADN Fixarea segmentului de ADN de ctre bacteriile receptoare (posed receptori specifici) 2. Penetrarea ADN Ptrunderea extremitii ADN cu care s-a fixat n celula receptor

3. Eclipsa ADN Desfacerea ADN-ului de endonucleaz, fragmentarea i distrugerea unei catene de ctre nucleaz 4. Integrarea ADN Inseria ADN-ului monocatenar n ADN-ul endogen supus restriciei i funcionarea ca un replicon comun

Semnificaia transformrii Este caracteristic pentru bacteriile aceleiai specii (mai rar pentru specii diferite)

Asigur transferul unei singure gene (mai rar 2 sau 3)

Permite stabilirea frecvenei recombinrilor genetice i stabilirea ordinii genelor n cromozomul bacterian

Asigur variabilitatea combinativ a bacteriilorConjugarea (J.Lederberg, E.L.Tatum, 1946) Descoperit cu ajutorul a dou tulpini auxotrofe de E.coli Sua Y10 Auxotrof pentru treonin, leucin, tiamin

Prototrof pentru biotin, fenilalanin, cistein

Sua Y24 Prototrof pentru treonin, leucin, tiamin

Auxototrof pentru biotin, fenilalanin, cistein

Posibilitatea unei mutaii triple de reversie este de 1 la 10 la puterea a 18-eaEtapele conjugrii la bacterii 1. Formarea perechilor de celule Celulele aparin sexelor diferite i posed structuri genetice specifice conjugoni (n plasmidele F) 2. Formarea canalului de conjugare 3. Transferul segmentului cromozomial De la celula donor la celula receptor, ce devine merozigot (parial diploid) 4. Integrarea segmentului n cromozomul bacterian femel

5. Segregarea merozigotului Se asigur apariia de forme recombinanteConjugarea la E. coli

Transducia (N.D.Zinder, J.Lederberg, 1952) Descoperit cu ajutorul fagului P22 i bacteria Salmonella Typhimurium Sua LA2 Phe

Tri

met

his Sua LA22 phe

tri

Met

His Transducia cu ajutorul bacteriofagilor

Tipuri de transducie dup materialul transferat Transducie specializat Se transfer doar un anumit fragment de ADN Transducie general Se transfer orice gen (!de obicei, o singur gen) dup comportamentul segmentului transferat Transducie complet Segmentul de ADN se include n cromozomul bacterian Transducie abortiv Segmentul de ADN nu se include n cromozomul bacterian7.1. Genetica dezvoltrii Etapele ontogenezei Controlul proceselor dezvoltrii Genele implicate n dezvoltare Anomaliile de dezvoltareOntogeneza Totalitatea proceselor biochimice, morfologice i fiziologice de la formarea zigotei pn la pierea organismului Este determinat de un program genetic i se realizeaz n anumite condiii (externe i interne)

Etapele principale ale ontogenezei Gametogeneza Fertilizarea Etapa prenatal Etapa postnatal Senescena, pierea Gametogeneza ovogeneza i spermatogeneza


Gameii


Fertilizarea Fuziunea seturilor haploide de cromozomi Timp de 24 ore Decurge n trompa uterin 100-150 spermatozoizi din 300 mln

Spermatozoidul trece o serie de bariere Cumulus oophorus (proteina PH-20)

Zona pelucid (proteina EBPs egg-biding-protein) Membrana plasmatic a ovulului (proteina PH-30 sau fertilina)Etapa prenatal Etap determinatoare n ontogenez Clivajul zigotei (36 ore), morula (72 ore), blastocistul (92 ore)

Jonciunile celulare devin mai strnse; blastocistul n a 7-ea zi se fixeaz de peretele uterului

Din ziua a 14-ea ncepe histogeneza Organogeneza i formarea organelor (sptmnile 3-8) Creterea embrionului Etape, proceseTimpul de la fertilizare

Preembrionar - prima diviziune - implantarea - formarea a dou foie embrionare- formarea a trei foie embrionereEmbrionar - organogeneza - formarea SNC, iniierea membrelor - diferenierea sexualFetal - adausul la greutate datorit creterii30 ore5-6 zile12 zile19 zile3-8 sptmnia 4 sptmna 12 sptmn28-38 sptmni

Etapa embrionarControlul proceselor dezvoltrii Programul genetic al zigotei - se formeaz n cadrul fuziunii a dou genomuri paterne Efectul matern - ADN-ul mitocondrial - mARN, sintetizat n cadrul ovogenezei - repartizarea asimetric a citoplasmei n ovul Factorii externi - fizici, chimici, biologiciEvenimentele celulare n cadrul dezvoltrii Proliferarea celular Diferenierea celular Interaciunea intracelular i intercelular

Migraia celular Apoptoza Controlul proceselor dezvoltrii Se realizeaz prin molecule de semnalizare codificate de anumite gene

Reprezint rezultatul unei strict coordonri a proceselor de: - cretere celular depinde de factorii de cretere extracelulari (PI-kinaze) - proliferare celular este determinat de mitogenii extracelulari (CDK cyclin dependent kinase) - difereniere limitarea proliferrii i specializarea sub aciunea mecanismelor extracelulare i intracelulare

- moarte celular (apoptoz) reacia celulei la lipsa factorilor de supravieuire

Apoptoza include urmtoarele componente: Efectori (caspaze) - activeaz ADN-aza care cliveaz ADN-ul celulei Adaptori - proteine ce se leag de precursorii caspazelor la nivelul regiunii denumit domeniu efector al morii celulare (DED) Reglatori - proteine care coordoneaz capacitatea de activare a efectorilor de ctre adaptori (AIF apoptosis indusing factor) din spaiul intermembranar mitocondrialProliferarea fr difereniere

Proliferarea cu difereniere

La baza diferenierii se afl activitatea difereniat a genelor

Gene implicate n dezvoltare Gene ce codific molecule de semnalizare i receptori Gene ce codific factorii de transcripie Gene ce codific proteine ale matricei extracelulareGene ce codific molecule de semnalizare i receptorii acestoraFamilia de geneFunciile

FGF (factorii de cretere fibroblastic)

- 23 FGF i 4 receptori (FGFR)

- glicoproteine migrarea celulelor

creterea i diferenierea celular

dezvoltarea osoas

Hedgehog (epi, arici) specificitatea axelor embrionare (dezvoltarea esuturilor)

formarea plcii neurale

modelarea membrilor

Wnt (wingless)

- 16 la om

- glicoproteine stabilirea polaritii n cursul formrii membrelor

specificarea axei dorso-ventrale (Wnt 3)

formarea creierului, muchilor, gonadelor (Wnt 4), cordului Wnt 11), scheletului (Wnt 14)

TGF (factorul de cretere transformant )

- Proteine homo- sau heteropolimeri specificarea axelor embrionare (BMP4 proteine morfogenetice osoase)

dezvoltarea oaselor

Gene ce codific factori de transcripieFamilia de geneFunciile

SOX - 20 gene diferenierea gonadelor (SOX 9)

defecte scheletice (SOX 9)

dezvoltarea celulelor Schwan (SOX 10)

reglarea expresiei genelor SRY (SOX 2)

HOX - 39 gene reglarea genelor implicate n realizarea diferitor ci de dezvoltare

reglarea dezvoltrii embrionare

determinarea poziiei celulelor n cadrul embrionului

Acioneaz specific n timp i spaiu

PAX - 9 gene adezivitatea celular (PAX 6)

diferenierea organelor (ochiului PAX 6)

EMX 2 gene

MSX 2 gene

Ptx dezvoltarea creierului

dezvoltarea scheletului

reglarea genelor hipohizare

Gene ce codific proteine ale matricei extracelulareAsigur organizarea tuturor esuturilor i organelor

Clusterii de gene HOX la om

ClusterNr. de geneLocalizarea

HOX 1117p

HOX 2917q

HOX 3912q

HOX 492q

Mecanisme genetice n cadrul dezvoltrii omului Imprinting-ul genomic Disomia unipatern Mixoploidia (mozaicism, himere)

Selectarea celulelor n embriogenez Inactivarea cromozomului Imprintingul genomic inactivarea genei a unui din prini n gametogenez, n rezultat la ce n zigot se exprim doar alela unui printe

Mecanismul ? Metilarea bazelor ADNn genomul uman sunt prezente circa 30 de gene ce se supun imprintengului i care au o expresie monoalelic specific unui esut, ct i 3 clusteri ai genei: 7q32, 11p15, 15q(11.2-13)Disomie unipatern

Disomia unipatern Prezena n cariotip a cromozomilor omologi de aceiai origine patern Sunt rezultatul corectrii aneuploidiilor:

- 1/3 dint trisomiile rectificate,

- toate monosomiile rectificate,

Genereaz modificri fenotipice, datorit imprintengului genomic:

- cr. 7, 14 i15 de origine matern

- cr. 11, 14 i 15 de origine paternMixoploidii (mozaicism i himere)

Inactivarea cromozomului

Cauzele, mecanismele i tipurile malformaiilor congenitalePerioadele critice n dezvoltarea prenatal

Factorii genetici normali + condiiile favorabile ale mediului dezvoltarea normal Factorii genetici normali + condiiile nefavorabile ale mediului dereglarea dezvoltrii Dereglri genetice (mutaii) +/- condiiile nefavorabile ale mediului dereglarea dezvoltriiAnomalii n dezvoltare Defecte morfologice ale organului, a unui pri a organului sau pri a corpului ca rezultat al dereglrilor n dezvoltrii prenatale Sunt prezente la nou-nscui

Se depisteaz n cadrul naterii sau mai trziu Sunt determinate de factorii genetici sau cei de mediuEtilogia anomaliilor congenitale Cunoaterea etologiei este semnificativ pentru consultarea genetic i profilaxia bolilor ereditare Cunoaterea etologiei este limitat de: - greutatea n determinarea factorului de inducie - eterogenitatea etiologic - diversitatea cauzelor ce pot determina aceeai anomalie - pentru 50% de anomalii factorii etiologici nu se cunoscCauzele anomaliilor congenitale Genetice:

- mutaiile genelor (7,5%)

- mutaiilor cromozomilor (6%)

- multifactoriale (20%)

Negenetice:

- efectul matern (3%)

- infecii intrauterine (2%)

- alcoolul, substane stupefiante, preparate medicamentoase (1,5%)

Unele exemple de aciune a factorilor teratogeniCauza Anomalia congenital

Rujeola Microcefalia, cataracta, boli de cord, retinit

Toxoplasmoza Microcefalia/hidrocefalia, cataracta, surditate

Citomegalovirusul Microcefalia, surditate

Alcoolul Anomalii faciale, boli de cord, dereglri ale SNC

Streptomicina Surditate

Tetraciclina Hipoplazia smalului dentar

Talilomid Anomalii ale membrilor, boli de cord

Clasificarea anomaliilor congenitale Patogenetice:

- malformaii - dizrupii - deformaii - displazii Clinice:

- izolate - sistemice - multiplePrimordiiembrionare anormale Malformaii Primordiiembrionare normale DeformaiiPrimordiiembrionare normale Dizrupii MalformaiaDefect morfologic al unui organ sau a unei pri a organului ca rezultat al dezvoltrii primordiilor anormaleDeformaiaModificarea n forma, dimensiunile sau poziionarea organului ca rezultat al aciunii factorilor mecanici, ce acioneaz asupra dezvoltrii primordiilor embrionare normaleDizrupiaDefect morfologic ca rezultat al ntrerupeii procesului normal n dezvoltarea organuluiDisplazia Deplasarea i dezvoltarea celulelor n esuturile atipice7.2. Genetica canceruluiParticularitile celulelor transformate (canceroase) Pierderea inhibiiei de contact Proliferarea nelimitat Reducerea ciclului celular Modificri la nivelul citoplasmei i nucleului Pierderea adezivitii fa de celulele vecine

Geneza tumorilor secundare (metastaze)

Pierderea capacitii diferenierii specifici

Modificarea formei celulelor (globular)

Creterea viabilitii Reducerea necesitii n factorii de cretere Scderea secreiei de fibronectin cu rol n adezivitatea celular, creterea i diferenierea celulelor Intensificarea schimbului transmembranar

Creterea volumului nucleului pe contul multiplicrii pariale

Creterea volumului citoplasmei pe contul creterii cantitii de ARN i a proteinelor

EtcOriginea cancerului1. Cancerul este rezultatul mutaiilor somatice Hanzeman, 1890; Boveri, 1914; Burnet, 1957 Mutaiile somatice provoac modificri morfologice, fiziologice i biochimice, ce determin lipsa controlului proliferrii celulare i formarea tumorilor monoclonale Nu se motenete2. Cancerul este cauzat de viruii oncogeni Raus, 1911; Galo, Himima 1980; Galo, 1985 Virui cu genom ARN (ribovirui) Virusul leucemiei tip I al celulelor T (HTLV-I) ce provoac leucemia celulelor T i limfome Virusul imunodificienei umane (HIV-I sau HTLV-III) ce provoac cancer al celulelor endoteliale ale vaselor sangvine sau limfatice (sarcomul Kapoi) Virui cu genom ADN (adenovirui)

Papilomavirusul ce poate determina carcinoame ale cervixului uterin

Virusul hepatitei B ce este asociat cu cancerul ficatului

Virusul Epstein Bar ce este asociat cu limfomul Burkitt (cancer al limfocitelor B)3. Cancerul este o boal cu pedispoziie ereditar Forme autozomal dominante Retinoblastomul Forme autozomal recesive

Xeroderma Forme poligenice

Cancerul gastric

Cancerul pulmonarGene implicate n dezvoltarea canceruluiOncogene (ONC oncos - tumoare)Sunt active la etapele timpurii de dezvoltare, apoi se represeazV ONC (oncogene virale)C ONC (oncogene celulare - protooncogene)

Nu conin introni

Nu sunt dirijate de un promotor viral activ

Pot fi hibride (V-ONC X C-ONC)

Conin frecvent mutaii punctiforme Nu toate au componente virale

Oncogene RibovirusulGazda Proto-oncogeneleLocalizarea

V-ABLVirusul leucemiei murine Abelsonoarece C-ABL9q34

V-ERBBVirusul eritroblastozei aviarePsri C-ERBB7p13

V-FESVirusul sarcomei la felinePisic C-FES15q25

V-SRCVirusul sarcomei RausPsri C-SRC20q12.13

V-SISVirusul sarcomului semianMaimu C-SIS22q12.3

V-MYCVirusul mielocitomatozei MC29Psri C-MYC8q24

Activarea protooncogenelor 1. Inseria viral stimuleaz funcionarea genei (virzsul Epstein-Bar (EBV) stimuleaz genele C-MYC ce provoac transformarea limfocitelor B n limfomul Burkitt)

2. Mutaiile cromozomiale 2.1. translocaii cromozomiale antreneaz protooncogenele particulare i formarea genelor hibride (peste 50 de translocaii: 9-2; 2-8; 8-14; 8-22 ...) 2.2. deleii ale cromozomilor 12 (limfome), 1 (neuroblastom), 6 (carcinomul glandei salivare);

2.3. duplicaii la nivelul cromozomilor 4, 5, 9, 12, 16 (adenoame tiroidiene); 1, 3, 6, 9, 10, 17 (neuroblastome)

3. Amplificarea genic multiplicarea genelor sub aciunea diferitor factoriAntioncogenele(TSG tumor supresor gene)Sunt n stare activ (circa 50 de gene)Genele Localizarea Funciile

p5317p13 Factor transcripional

Proteine inhibatoare a activitii unor gene

inhibarea replicrii ADN-ului

MTS1

(supresoare de tumori multiple)9p21 Controlul negativ al proliferrii celulare

Inhibarea sintezei ciclin (C, D, E) - chinazelor

Rb

(Retiniblastom)13q14 Controlul negativ al ciclului celular

WT1

(Wilms toumor 1)11p13 Controlul dezvoltrii rinichilor i gonadelor

Factori implicai n cancerogenez Factori cancerigeni Radiaiile Fumul de igri Agenii chimici Virusuri

Etc.

Factori anticancerigeni Transplantul de celule etiteliale Enzime (glutationperoxidaza, glutationtransferaza) Vitamine, -carotenul Starea sntii

Etc.8.1.Ereditatea patologic la om 1.

Date post:	28-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	irinabahvalov
View:	281 times
Download:	3 times

Genetica CA Stiinta

Documents