4 gena - cursurile 4 si 5

Gena are trei caracteristici de bază:

• - unitate funcţională

• - unitate mutaţională

• - unitate de recombinare

Teoria cromozomială a eredităţii Thomas Hunt Morgan

Drosophila melanogaster• 1. Asezarea liniara a

genelor pe cromozomi

• 2. Transmiterea inlantuita a genelor la urmasi-fenomen numit linkage.

• 3. Schimbul reciproc de gene intre cromozomii omologi (crossing-over )

• Genele prezintă diferite dimensiuni care variază de la 1000 pb la câteva sute de mii de pb.

Categoria Exemple Dimensiunile genei , kb

Dimensiunile ARNm, kb

Numărul intronilor

Gene mici α-globina

β-globina Insulina

0,8

1,5

1,7

0,5

0,6

0,4

2

2

2

Gene medii Factorul IX de coagulare

Catalaza

34,0

34,0

2,8

1,6

7

12

Gene mari Fenilalaninhidrixilaza 90 2,4 12

Gene gigante

Factorul VIII de coagulare Tireoglobulina

186,0

~300,0

9

8,7

26

36

Gene supergigante

Distrofina ~2000,0 16,0 60

• Locus: Xp21.2• Contine: 2.4 Mb.• Cca 0.1% din genomul

uman• 79 de exoni• Proteina contine: 3685

de aminoacizi

Gena distrofinei (DMD)

Cuplu alelic Alele - forme alternative ale unei gene, situate in acelasi locus pe

cromozomii omologi si care contin informatii pentru acelasi caracter.

Homozigot-heterozigot

Alele multiple

Locus1Possible Alleles: A1,A2

Locus2Possible Alleles: B1,B2,B3

11

• Interacţiuni alelicealelice;

• Interacţiuni non-alelicenon-alelice;

INTERACTIUNI GENICEINTERACTIUNI GENICE

INTERACTIUNILE DINTRE GENE

Interactiunea intre genele alele se manifesta prin relatii de • dominanta • recesivitate • codominanta

14

Interacţiuni alelicealelice;

• Dominanţă-recesivitate.Dominanţă-recesivitate.


A > 0

Genotip Fenotip

Antigen Anticorpi Grup sanguin

AAA0BBBO

A

B

Β

α

A

B

00 H α şi β 0

15

Interacţiuni alelicealelice;

• CodominanţăCodominanţă.


A = B

Genotip Fenotip

Antigen Anticorpi Grup sanguin

AA A β A

AB A şi B AB

BB B α B

16

Interacţiuni non-alelicenon-alelice;• epistazieepistazie

– Expresia fenotipică a unei perechi de gene (epistatice) poate influenţainfluenţa acţiunea altei perechi de gene nealele (hipostatice);

linkage

- Gene nealele de pe acelasi cromozom se transmit la descendenti impreuna


Interactiunea intre genele nealele

A. Epistazia

Genotipuri ale locusului H

Produşi genici ai locusului H

Genotipuri AB0 Produşi genici ai alelelor locusului AB0(antigeni eritrocitari)

Precursorul substanţei H(glicolipid) HH Substanţa H IAIA sau IAIO

IBIB sau IBIO

Antigen AAntigen B

Hh Substanţa H IAIB

IOIO

Antigen A si B,substanţa H rămâne nemodificată, nu apar antigeni A si B

hh Absent IAIA sau IAIO

IBIB sau IBIO

IAIB

IOIO

Nici unul,sânge de tip Bombaynu există substanţa H spre a fi convertită

Interacţiunea dintre alelele locusului genic pentru substanţa H şi alelele locusului genic ABO [1]

A B

A B

Inlantuirea genica (linkage)

Gene sintenice

Ex. grupe de înlănţuire: • - Rh şi eliptocitoză

(eritrocite cu formă eliptică);

• - AB0 şi xeroderma pigmentosum (XP- cancere cutanate multiple );

Moştenirea înlănţuită completă şi incompletă. Formarea zigoţilor nerecombinaţi (NR) şi a celor recombinaţi (R) produşi ai

crossing-over-ului

The arrangement of linked alleles has not been altered

Ɵ =

A

B

a

b

50% non-rec and 50% rec

numarul de descendenti recombinanti

numarul total de descendenti

Theta

100% non-rec 0

0.5

GametiParinti



0.1

0.01

Analiza de inlantuire genica - se realizeaza pe studii familiale comparand genotipurile descendentilor cu cele ale parintilor- reprezinta o metoda importanta de cartografiere.

1cM ~ 1.000.000 pb (1.000kb)1cM ~ 1.000.000 pb (1.000kb)In imaginea alaturata: In imaginea alaturata:

- prima este harta fizica- prima este harta fizica

- in rosu este harta genetica la femei, - in rosu este harta genetica la femei, iar in albastru cea de la barbatiar in albastru cea de la barbat

θ reflecta distanta genetica dintre 2 loci

Cea mai mare valoare POSIBILAPOSIBILA a θ 0,5, adica 50% NU EXISTA

INLANTUIRE

Daca θ< 0,5 EXISTA INLANTUIRE Cu cat θ este mai mic ca valoare decat 0,5 cu atat

distanta genetica dintre cele 2 gene este mai mica.

Ex. Daca θ = 0,05, inseamna ca in medie alelele sintenice vor segrega impreuna de 19 ori din 20 segregari posibile o recombinare (c-o) va avea loc intre ele in medie doar intr-o meioza din 20*

DETERMINAREA SEMNIFICAŢIEI REZULTATELOR ANALIZELOR

DE ÎNLĂNŢUIRE: SCORUL LOD

probabilitatea datelor dacă locii sunt înlănţuiţi / probabilitatea datelor dacă locii sunt neînlănţuiţi = = L(θ) /L(θ0.5)

Logaritmul zecimal al probabilităţilor relative (deci al raportului de probabilitate) sau scorul LOD simbolizat prin Z(θ):

Z(θ)= log10 [L(θ)/L(θ0.5)]

Caracteristicile inlantuirii geniceCaracteristicile inlantuirii genice

• Inlantuirea este o proprietate a doi loci

• Inlantuirea nu variaza intre populatii

• Inlantuirea nu depinde de frecventele alelice, dar capacitatea de a detecta prezenta inlantuirii depinde de acestea

• Inlantuirea necesita observarea transmiterii gametilor de la parinti la descendenti (imaginea precedenta)

Structura genei

• Promotorul

• Unitatea functionala

• Terminatorul

PROMOTORUL

- cutia TATA (Hogness), cuprinde o secvenţă de 7 nucleotide TATAAAA . - cutia CAAT (5’ GGCCCAATCT 3’). - cutia GC, cu secvenţa consens GGGCGG.

-secvenţa necodantă (transcrisă dar netranslatată) de câteva sute de nucleotide, numită 5’UTR (untranslated region), 5'-CCAGCCATG-3' codonul iniţiator (ATG), secvenţa codificatoare ( primul exon), secvenţa necodificatoare (primul intron cu capetele 5’GT şi 3’AG), alternanţa exon-intron, codon stop (TAG,TAA,TGA), secvenţa 3’UTR necodantă (transcrisă dar netranslatată) situată după ultimul exon, situsul de terminare al transcripţiei 3’S.T.T, AATAAA (semnal al poliadenilării); la 15-30 nucleotide în aval de acest situs are loc desprinderea moleculei de ARN sintetizate de pe catena matriţă a ADN. Acest punct se mai numeşte situsul de poliadenilare, pentru că în acest loc, la produsul de transcripţie (ARNm) se adaugă un segment de circa 200 nucleotide cu adenozină (poliadenilare), ce au rol în stabilitatea moleculei de ARNm şi transportul ei din nucleu în citoplasmă.

codonul start – ATGcodon stop - TAG,TAA,TGA

Unitatea functionala are o structura discontinua, fiind alcatuita din exoni si introni.

EXONI

gena distrofinei - 2.500 kb => 79 exonigena ce codifica tipul VII de colagen - 31 kb => 118 exoni gena factorului VIII de coagulare - 186 kb => 26 exoni

INTRONI

Nr intronilor variaza:- genele ce codifica unele specii de tARN - un singur intron- genele insulinei si globinelor - doi introni- genele factorului VIII de coagulare 25 introni

Ex de lungime a intronilor:-genele insulinei si globinelor - introni ~ 500 pb-gena colagenului de tip VII - intronii ~ 1.100 pb-gena fenialanin-hidroxilazei – introni ~ 500 pb

Prelucrarea ARNm transcript primar(matisare sau splicing)

Gena

exon intron

ARNm trasncript matur 5’

5’ 3’

3’

excizat excizat

exon exonintron

transcriere ARNm transcript primar

3’ 5’

Proprietatile genelor

• Specificitatea genei

• Penetranta genei:completa/incompleta

• Expresivitatea genei

• Poligenie

• Pleiotropie (polifenie)

• Periodiocitate celor 4 nucleotide, adica o ordonare regulata:

A-T-G-C-A-T-G-C-A-T-G-C-A. • Chargaff a demonstra prin metode fizico-chimice ordinea aperiodica a nucleotidelor

din monocatena de AND :

.. A-T-T-A-G-C-G-A-T-C-C-A-C-A-T….

Informaţia genetică codificată = secvenţa (ordinea) nucleotidelor → determină ordinea aminoacizilor în proteine.

5'- ATGCCTAGATCA - 3' aa1- aa2-aa3- aa4

“alfabet nucleic” = patru "litere": A, T, G, C

"cuvinte" de trei litere = triplet sau codon → aminoacid ATG → Met

asamblate într-o "frază" = o genă = unitatea de informaţie genetică; secvenţa nucleotide → secvenţa AA în proteină.

ATG TGT AAA CCA Met cis lys pro

Specificitatea

•Penetranţă - completă → toţi heterozigoţii = bolnavi → p = 1;

•Penetranţă – incompletă → unii heterozigoţi = sănătoşi → p < 1

•Exemple de boli cu penetranţă incompletă:•retinoblastomul → p= 80%

•osteogenesis imperfecta → p = 90%.

Penetranţa

• Ex. de expresivitate variabila este alela pentru polidactilie la om (indivizii purtatori pot prezenta hexadactilie numai la mâini, sau numai la picioare, sau la toate membrele, sau doar bonturi digitale la un membru).

Expresivitatea

• Expresivitatea - polidactilie, sindactilie si adactilie,

aceste deformatii sunt printre cele mai intalnite anormalitati congenitale.

Poligenia

Nr. de gene care participa la realizarea caracterului respectiv variaza de la o persoana la alta, si de aceea distribuţia caracterului in populatie corespunde unei curbe de tip Gaussian

Pleiotropie (polifenie)

Reprezinta fenomenul prin care o singura gena (dominanta) sau o pereche de gene recesive produc efecte fenotipice diverse in mai multe sisteme de organe si funcţii.

• Sd.Marfan :1)Modificari scheletice:membre lungi,

degete lungi si fine (arahnodactilie), piept excavat, (torace înfundat) etc.

2)Modificari oculare (miopie, dezlipirea de retină, cataracta, ectopie de cristalin - luxaţie completă, chiar cecitate)

3)Modificari cardiovasculare (anevrism de aorta)

Mutatia determina un defect in structura primara a fibrilinei (componenta majora a tesutului conjunctiv)

gene

gena transpozabila

TRANSPOZITIA

• 1948 BARBARA McCLINTOCK descoperea “genele saritoare” investigand porumbul (Zea mays).

• 1983 este rasplatita cu Premiul Nobel

Gena “disociator” (Ds) produce mutatii instabile sarind in diverse pozitii pe cz.

Gena Ac poate sari datorita prezentei unei enzime (transpozaza). Gena Ds poate sari doar in prezenta genei Ac, caci nu are

transpozaza.

Gena Ac (Activator), care controleaza transpozitia genei Ds, ce provoaca ruperea cromozomului.

De obicei ele se inserează în locuri ţintă cu o secvenţă specifică pentru fiecare transpozon

regiune centrală cu gene specifice (ex. gene de rezistenţă la antibiotice)

TRANSPOZONII (Tn) comporta transpozitii de tip: - replicativa

- non – replicativa- retrotranspozitie

58

Transpozitie replicativa (Copy-and-paste)

59

Transpozitia conservativa (Cut-and-paste)

Retrotranspozitia – apare cel mai frecvent la om

1. ADN-ul elementului mobil este transcris in RNA.

2. ARN-ul este revers-transcris in ADNc (complementar), care este apoi inserat in segmentul cromozomial acceptor.

Target

Donor

Integrare

Transcriere

RNA

ADNc

Revers transcriere

La om s-au descris 4 tipuri:• secvenţe LINE (long interspersed

elements) - reprezentaţi în special de familia L1,

• secvenţe SINE (short interspersed elements) -reprezentaţi în special prin familia Alu

• retrotransposoni LTR (elemente asemănătoare retrovirusurilor)

• transposoni ADN „fosili” (asemănători cu Tn bacterieni).

Primele trei categorii transpozează prin intermediul unei copii de ARN.

Familia secventelor Numar relativ repetitive de copii in genomul umanSINEs 155800Alu 109000LINEs: 868000LINEs-1 516000LINEs-2 315000LINEs-3 37000Elemente LTR 443000Transpozoni ADN 294000

4 gena - cursurile 4 si 5

Documents