8/18/2019 unitatea 1 introducere

1/89

BAZELEBAZELE MOLECULARE ALEMOLECULARE ALE

EREDITATIIEREDITATII

8/18/2019 unitatea 1 introducere

2/89

Viata - “instructiuni de functionare”

 1953, James Watson si Francis Crick propun elegantul model al dublului helix, referitor la structura acidului dezoxiribonucleic  !"#

 !"#ul, baza materiala a ereditatii, este cea mai celebra molecula a tuturor timpurilor

 $nformatia ereditara, codi%cata in !"#, este reprodusa in %ecare celula a organismului

 $nformatia inscrisa in !"# reprezinta un program ce directioneaza dez&oltarea tuturor caracteristicilor biochimice, anatomice, %ziologice si 'in anumita masura(

comportamentale ale organismului

8/18/2019 unitatea 1 introducere

3/89

8/18/2019 unitatea 1 introducere

4/89

ADN-ul este materialul genetic 

$n zorii secolului )*, una dintre marile pro&ocari ale stiintei a fost identi%carea naturii chimice a moleculelor responsabile de ereditate+

8/18/2019 unitatea 1 introducere

5/89



Cand grupul condus de +-+.organ a demonstrat ca genele sunt localizate in cromosomi, cele doua componente ale cromosomului eucariot / !"#ul si proteinele, au de&enit candidate la rolul de material genetic

 Factorul cheie in elucidarea acestei probleme a fost alegerea corecta a organismului experimental



!stfel, rolul !"#ului in ereditate a fost primadata descoperit prin studierea bacteriilor

8/18/2019 unitatea 1 introducere

6/89



"escoperirea rolului genetic al !"#ului incepecu cercetarile lui Frederick 0rith in 19)2

 0rith lucra cu doua tulpini de bacterii, una patogena / tulpina 4 si una nepatogena 

tulpina 6  !tunci cand a amestecat resturi de bacterii

patogene distruse termic, cu celule &ii apartinand tulpinii nepatogene, o parte dintre celulele

acesteia au de&enit la randul lor patogene  0rith a denumit fenomenul transformare,

deci o schimbare a genotipului si a fenotipului, ca urmare a asimilarii de !"# strain

8/18/2019 unitatea 1 introducere

7/89

Living S cells

(control)

Living R cells

(control)

Heat-killed

S cells (control)

Mixture of heat-killed

S cells and living

R cells

Mouse dies

Living S cells

are found in

blood sample

Mouse healthy Mouse healthy Mouse dies

RS!L"S

8/18/2019 unitatea 1 introducere

8/89



$n 1977, 8sald !&er:, .acl:n .cCart: si Colin .ac;eod au do&edit ca substanta responsabila de transformare este !"#ul

 Concluzia celor trei cercetatori sa bazat pe

rezultate experimentale extrem de con&ingatoare, obtinute in urma folosirii proteazelor si nucleazelor, in scopul puri%carii extractului acelular folosit pentru

transformare+

8/18/2019 unitatea 1 introducere

9/89



#umeroase alte do&ezi ca !"#ul reprezinta materialul genetic au fost obtinute din studiile asupra bacteriofagilor, &irusuri care infecteaza bacteriile

 !ceste &irusuri 'bacteriofagii, sau pe scurt, fagii( sunt si in prezent, folositi pe scara larga in cercetarile de genetica moleculara

8/18/2019 unitatea 1 introducere

10/89

#acterial cell

$hage

head

"ail

"ail fiber

%&'

   (    )    )   n   m

8/18/2019 unitatea 1 introducere

11/89



$n 195), !lfred -ershe: si .artha Chase aurealizat un experiment prin care au demonstrat ca !"#ul este materialul genetic al unui fagului)

 Cei doi au conceput experimentul in asa fel incat

sa le permita sa determine care dintre cele douacomponente ale fagului / capsida proteica sau !"#ul, patrunde in celula de E. coli in momentul infectiei

 Concluzia la care sa a

8/18/2019 unitatea 1 introducere

12/89

#acterial cell

$hage

%&'

Radioactive

protein

mpty protein shell

$hage %&'

Radioactivity

(phage protein)

in li*uid

#atch +

Sulfur (,S)

Radioactive %&'

.entrifugare

$ellet (bacterial cells and contents)

$ellet

Radioactivitate

('%& fagic)

in sediment

.entrifuge

#atch /+ $hosphorus (,/$)

8/18/2019 unitatea 1 introducere

13/89

= 8 alta do&ada pri&ind rolul genetic al !"# pro&ine din cercetarile intreprinse in 197> de catre ?rin Charga@, care au aratat ca desi constituit din aceleasi elemente 'baze azotate, radicali fosforici si pentoze(, !"#ul

pro&enit de la diferite specii are o compozitie diferita in ceea ce pri&este proportia celor patru baze azotate

8/18/2019 unitatea 1 introducere

14/89

Sugar0phosphate backbone

  end

&itrogenous bases

"hymine (")

'denine (')

.ytosine (.)

%&' nucleotide$hosphate

,  end 1uanine (1)

Sugar (deoxyribose)

8/18/2019 unitatea 1 introducere

15/89

Construirea modelului de structura al ADN  "upa ce ma

8/18/2019 unitatea 1 introducere

16/89

2ranklin3s 4-ray diffraction

photograph of %&'

Rosalind 2ranklin

8/18/2019 unitatea 1 introducere

17/89



$maginile de cristalogra%e cu raze A ale !"#uluiobtinute de Franklin iau permis lui Watson sa presupuna ca macromolecula de !"# are structura helicala

  ot prin studii de cristalogra%e in raze A a putut %

masurat si diametrul macromoleculei cat si distantele dintre bazele azotate

 "iametrul apreciat de cercetatori a sugerat ca macromolecula !"# are in alcatuirea sa doua catene,

care impreuna formeaza un dubluhelix

8/18/2019 unitatea 1 introducere

18/89

  end

,  end

  end

,  end

Space-filling model$artial chemical structure

Hydrogen bond

5ey features of %&' structure

6,7 nm

,67 nm

 nm

8/18/2019 unitatea 1 introducere

19/89

 Watson si Crick au elaborat modelul dublului helix pe baza cercetarilor de chimie si cristalogra%e cu raze A intreprinse asupra !"#ului

 Franklin a precizat faptul ca exista doua schelete glucidofosforice antiparalele, iar bazele azotate sunt pozitionate spre interiorul helixului

 $nitial, Watson and Crick au crezut ca bazele azotate se

imperecheaza %ecare cu o baza identica '! cu ! si asamai departe(, dar in cazul unei astfel de imperecheri nu putea % explicata uniformitatea de grosime a helixului

 Cercetarile lor au aratat insa ca perechile care se formeaza sunt doar de tip purina cu pirimidina, ceea ce

duce la o grosime uniforma a dublului helix, calculele con%rmand astfel imagine cristalogra%ce obtinute

8/18/2019 unitatea 1 introducere

20/89

$urina 8 purina+ prea mari si prea apropiate

$irimidina 8 pirimidina+ prea mici si prea indepartate

$urina 8 pirimidina+ grosimea helixului

este in concordanta cu datele obtinute

prin cristalografie cu ra9e 4

8/18/2019 unitatea 1 introducere

21/89



Watson si Crick au precizat ca imperechereaeste foarte speci%ca, dictata %ind de structura bazelor azotate

 4ingurele perechi posibile sunt adenina cu

timina si guanina cu citozina

8/18/2019 unitatea 1 introducere

22/89

'denine (') "hymine (")

1uanine (1) .ytosine (.)

Sugar

Sugar

Sugar

Sugar

8/18/2019 unitatea 1 introducere

23/89

Principiul de baza al replicarii: imperecherea bazelor azotate se face in functie de o catena matrita 

"eoarece cele doua catene ale !"# suntcomplementare, %ecare ser&este ca matrita pentru sinteza unei catene noi, in timpul replicarii

 $n replicare, cele doua catene polinucleotidice parentale se separa una de alta si ser&esc ca matrite pentru sinteza a doua catene %ice, in conformitate cu regula imperecherii bazelor azotate

8/18/2019 unitatea 1 introducere

24/89

Molecula parentala are doua catene complementare intre ele6 2iecare ba9a a9otata este cuplata cu partenera sa specifica: prin intermediul legaturilor de H (' cu " si 1 cu .)

$rima etapa a replicarii consta in separarea celor doua catene '%&

8/18/2019 unitatea 1 introducere

25/89

Molecula parentala are doua catene complementare intre ele6 2iecare ba9a a9otata este cuplata cu partenera sa specifica: prin

intermediul legaturilor de H (' cu " si 1 cu .)

$rima etapa a replicarii consta in separarea celor doua catene '%&

2iecare catena parentala serveste acum ca matrita si determina ordinea ba9elor a9otate in noua catena complementara care se

sinteti9ea9a6

8/18/2019 unita