TIPURI DE ADNTIPURI DE ADN S-a demonstrat ca AND-ul este S-a demonstrat ca AND-ul este

alcatuit din:alcatuit din:►Zone inalt repetitive Zone inalt repetitive (10%)(10%)

►Zone moderat repetitive Zone moderat repetitive (5%)(5%)

►Zone unice, non-repetitiveZone unice, non-repetitive

► Zone inalt repetitive (10%), construite din 6-10 Zone inalt repetitive (10%), construite din 6-10 perechi de baze ce se repeta de sute de mii de ori. perechi de baze ce se repeta de sute de mii de ori. In general sunt noninformative, cu exceptia celor In general sunt noninformative, cu exceptia celor care codifica pentru ARNr. care codifica pentru ARNr.

► ADN moderat repetitivADN moderat repetitiv (30 %) este alcătuit din (30 %) este alcătuit din secvenţe scurtesecvenţe scurte, de 300-1000 pb (rar mai mari), , de 300-1000 pb (rar mai mari), repetaterepetate de zeci şi sute de miide zeci şi sute de mii de ori şi de ori şi dispersate dispersate în în genom; majoritatea secvenţelor moderat repetitive genom; majoritatea secvenţelor moderat repetitive sunt transcrise în ARN şi formează frecvent sunt transcrise în ARN şi formează frecvent "familii""familii" de secvenţe înrudite, unele cu funcţie cunoscută de secvenţe înrudite, unele cu funcţie cunoscută (codante pentru ARNr şi ARNt), altele cu funcţie (codante pentru ARNr şi ARNt), altele cu funcţie necunoscută (secvenţele SINEs sau LINEs).necunoscută (secvenţele SINEs sau LINEs).

► Zone unice ,non-repetitive, care codifica pentru Zone unice ,non-repetitive, care codifica pentru lanturi polipeptidice (portiuni corespunzatoare lanturi polipeptidice (portiuni corespunzatoare genelor, detinatoare de informatii). genelor, detinatoare de informatii).

Cea mai mare parte a genomului uman este Cea mai mare parte a genomului uman este constituita din secvente repetitive, care sunt constituita din secvente repetitive, care sunt de doua tipuri:de doua tipuri:

► Secvente repetate in tandem numite AND Secvente repetate in tandem numite AND sateliti, care se gasesc in cromozomi in sateliti, care se gasesc in cromozomi in regiunea centromerica (in aceste regiuni regiunea centromerica (in aceste regiuni centromerice, unde este AND satelit, nu centromerice, unde este AND satelit, nu exista nicio gena).exista nicio gena).

► Secvente repetitive dispersate in genom Secvente repetitive dispersate in genom caracterizate printr-o mare mobilitate.caracterizate printr-o mare mobilitate.

► ADN nerepetitivADN nerepetitiv (60%) este alcătuit din (60%) este alcătuit din secvenţe secvenţe unice per genomunice per genom sau în număr foarte mic de sau în număr foarte mic de exemplare (formând familii multigenice); se găseşte exemplare (formând familii multigenice); se găseşte mai frecvent în regiunile cromosomice active mai frecvent în regiunile cromosomice active transcripţional, mai puţin condensate, cunoscute transcripţional, mai puţin condensate, cunoscute sub numele de sub numele de eucromatinăeucromatină. Doar o mică parte . Doar o mică parte (2%) din ADN nerepetitiv alcătuieşte (2%) din ADN nerepetitiv alcătuieşte regiunile regiunile codante ale genelor ce codifică proteinecodante ale genelor ce codifică proteine (exonii). (exonii). Ele sunt transcrise de ARN polimeraza II şi, de Ele sunt transcrise de ARN polimeraza II şi, de aceea, se numesc aceea, se numesc "gene de clasă II""gene de clasă II". Restul ADN-. Restul ADN-ului nerepetitiv este ului nerepetitiv este necodant necodant şi are funcţii încă şi are funcţii încă necunoscute; se găseşte în interiorul genei (introni) necunoscute; se găseşte în interiorul genei (introni) şi în regiunile ce separă genele.şi în regiunile ce separă genele.

DEMONSTRAREA ROLULUI GENETIC DEMONSTRAREA ROLULUI GENETIC AL ADN AL ADN

► În 1928, microbiologul englez F. Griffith a făcut o În 1928, microbiologul englez F. Griffith a făcut o observaţie remarcabilă. observaţie remarcabilă. El a studiat morfologia şi patogenitatea El a studiat morfologia şi patogenitatea diferitelor tulpini de diferitelor tulpini de pneumococuspneumococus. Unele tulpini aveau o capsulă . Unele tulpini aveau o capsulă polizaharidică şi cultivate pe agar formau colonii "netede", fiind polizaharidică şi cultivate pe agar formau colonii "netede", fiind numite S (de la numite S (de la "smooth""smooth") iar altele erau necapsulate şi formau ) iar altele erau necapsulate şi formau colonii "rugoase", fiind numite R (de la colonii "rugoase", fiind numite R (de la "rough""rough").).

► Griffith a observat că şoarecii injectaţi cu pneumococi S au Griffith a observat că şoarecii injectaţi cu pneumococi S au murit iar cei injectaţi cu tulpina R au supravieţuit; deci murit iar cei injectaţi cu tulpina R au supravieţuit; deci pneumococii S erau pneumococii S erau patogenipatogeni, producând septicemie şi moarte. , producând septicemie şi moarte. Patogenitatea, deteminată de prezenţa capsulei, se transmite Patogenitatea, deteminată de prezenţa capsulei, se transmite ereditar. ereditar.

► În mod surprinzător, un amestec de pneumococi R În mod surprinzător, un amestec de pneumococi R (nepatogeni) vii şi pneumococi S (patogeni) inactivaţi prin (nepatogeni) vii şi pneumococi S (patogeni) inactivaţi prin căldură a avut un efect letal. De la animalele moarte s-au izolat căldură a avut un efect letal. De la animalele moarte s-au izolat pneumococi S pneumococi S viivii. Explicaţia posibilă a acestui fenomen era . Explicaţia posibilă a acestui fenomen era transformareatransformarea tulpinilor de pneumococi R vii în tulpini S vii, sub tulpinilor de pneumococi R vii în tulpini S vii, sub influenţa unor componente din structura pneumococilor S influenţa unor componente din structura pneumococilor S omorâţi; natura chimică a substanţei care a produs omorâţi; natura chimică a substanţei care a produs transformarea nu a putut fi însă stabilită.transformarea nu a putut fi însă stabilită.

► În 1944, Avery, Mac Leod, Mc Carty (de la Rockefeller În 1944, Avery, Mac Leod, Mc Carty (de la Rockefeller Institut) au reluat experienţele lui Griffith şi au Institut) au reluat experienţele lui Griffith şi au demonstrat experimental că demonstrat experimental că ADN-ul este factorul ADN-ul este factorul transformanttransformant. Autorii au arătat că . Autorii au arătat că transferul ADNtransferul ADN extras de la o tulpină de pneumococi S capsulaţi, extras de la o tulpină de pneumococi S capsulaţi, patogeni, la pneumococi R necapsulaţi, nepatogeni, patogeni, la pneumococi R necapsulaţi, nepatogeni, determină determină transformareatransformarea lor în pneumococi lor în pneumococi patogeni (R patogeni (R S); mai exact, un segment de ADN-S S); mai exact, un segment de ADN-S ce conţine gena pentru capsulă a fost încorporat în ce conţine gena pentru capsulă a fost încorporat în ADN-ul pneumococilor R. Această modificare ADN-ul pneumococilor R. Această modificare nu era nu era realizată de proteinerealizată de proteine sau de alte componente din sau de alte componente din structura pneumococilor S şi era structura pneumococilor S şi era inhibată de ADN- inhibată de ADN-azăază ; odată produsă, modificarea ; odată produsă, modificarea se transmitese transmite la la generaţiile următoare, fiind deci generaţiile următoare, fiind deci ereditarăereditară. Pe . Pe această bază s-a presupus că această bază s-a presupus că ADN este materialul ADN este materialul genetic.genetic.

► Demonstrarea faptului că Demonstrarea faptului că transferul ADN de la un transferul ADN de la un microorganism la altul produce transformări permanente şi microorganism la altul produce transformări permanente şi ereditare ale primitoruluiereditare ale primitorului a constituit dovada decisivă că a constituit dovada decisivă că genele sunt alcătuite din ADN. genele sunt alcătuite din ADN.

Modelul structurii ADN întruneşte toate condiţiile pe care trebuie Modelul structurii ADN întruneşte toate condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească să le îndeplinească materialul geneticmaterialul genetic: :

► să stocheze o cantitate mare de informaţie, într-o formă să stocheze o cantitate mare de informaţie, într-o formă stabilă, dar uşor de exprimat; stabilă, dar uşor de exprimat;

► să să reproducăreproducă informaţia, deci să o informaţia, deci să o transmită transmită cu mare cu mare fidelitate de la o generaţie la alta, eventual să o fidelitate de la o generaţie la alta, eventual să o "repare""repare" corect, dacă se produce o leziune; corect, dacă se produce o leziune;

► să să exprimeexprime informaţia genetică prin sinteza unor proteine informaţia genetică prin sinteza unor proteine specifice;specifice;

► să fie capabil de să fie capabil de variaţievariaţie..► Aceste proprietăţi fundamentale şi caracteristice ale ADN îi Aceste proprietăţi fundamentale şi caracteristice ale ADN îi

conferă calitatea de a fi conferă calitatea de a fi molecula esenţială a vieţii.molecula esenţială a vieţii.

Exista 3 tipuri importante de Exista 3 tipuri importante de ARN:ARN:

•ARN mesager (ARNm).ARN mesager (ARNm).•ARN de transfer (ARNt).ARN de transfer (ARNt).•ARN ribozomal (ARNr).ARN ribozomal (ARNr).

ARN mesager (ARN informational):ARN mesager (ARN informational):► - poarta informatia genetica ce va - poarta informatia genetica ce va

specifica sinteza unui lant polipeptidicspecifica sinteza unui lant polipeptidic - are rolul de a copia informatia - are rolul de a copia informatia genetica dintr-un fragment de ADN si genetica dintr-un fragment de ADN si de a o aduce, ca pe un mesaj, la locul de a o aduce, ca pe un mesaj, la locul sintezei proteicesintezei proteice

► - transcris de ARN polimeraza sub - transcris de ARN polimeraza sub forma de ARN mesager precursor forma de ARN mesager precursor

► ARN de transferARN de transfer - este specializat pentru aducerea - este specializat pentru aducerea aminoacizilor la locul sintezei proteice iar aminoacizilor la locul sintezei proteice iar molecula este formata din 70-90 de nucleotidemolecula este formata din 70-90 de nucleotide

► - are portiuni bicatenare care ii dau forma - are portiuni bicatenare care ii dau forma unei frunze de trifoi. Are doi poli functionali: a) unei frunze de trifoi. Are doi poli functionali: a) unul la care se ataseaza un anumit aminoacid; unul la care se ataseaza un anumit aminoacid; b) altul care contine o secventa de 3 b) altul care contine o secventa de 3 nucleotide care recunoaste o anumita nucleotide care recunoaste o anumita secventa a ARNm unde se ataseaza pe baza secventa a ARNm unde se ataseaza pe baza complementaritatii.complementaritatii.

► ARN t : - bucla 1 prezinta o secventa specifica cu rol de situs pt ARN t : - bucla 1 prezinta o secventa specifica cu rol de situs pt fixarea temporara a ARNt la ribozom in timpul sintezei proteicefixarea temporara a ARNt la ribozom in timpul sintezei proteice

- bucla 4 (bucla dihidrouracilului)- bucla 4 (bucla dihidrouracilului)

- bucla 3 ( bucla anticodonului) prezinta o tripleta de - bucla 3 ( bucla anticodonului) prezinta o tripleta de nucleotide (3-5) care recunoaste codonul din ARNm (5-3) cu care nucleotide (3-5) care recunoaste codonul din ARNm (5-3) cu care formeaza leg de H in timpul fixarii ARNt pe complexul ARNm-ribozom.formeaza leg de H in timpul fixarii ARNt pe complexul ARNm-ribozom.

► ARN ribozomalARN ribozomal

- e localizat la nivelul ribozomilor cu rol important in - e localizat la nivelul ribozomilor cu rol important in sinteza proteinelorsinteza proteinelor - se asambleaza cu proteinele ribozomale - se asambleaza cu proteinele ribozomale

Funcţia ARNr constă în a furniza un mecanism de Funcţia ARNr constă în a furniza un mecanism de decodare a decodare a ARN-ului mesager ( (ARNmARNm) în ) în amino acizi şi în a interacţiona cu şi în a interacţiona cu acidul ribonucleic de transfer ((ARNtARNt) în timpul ) în timpul translaţiei, prin furnizarea de , prin furnizarea de activitate de activitate de peptidil transferază. ARNt-ul aduce, . ARNt-ul aduce, apoi, amino acizii necesari, ce corespund apoi, amino acizii necesari, ce corespund codonului ARNm potrivit. ARNm potrivit.

Sinteza ARNSinteza ARN

► ARN-ul este sintetizat într-un proces numit şi ARN-ul este sintetizat într-un proces numit şi transcriptie. În acest proces, secvenţele . În acest proces, secvenţele ADN sunt sunt copiate de enzime (copiate de enzime (ARN polimerază), pentru a ), pentru a produce ARN complementar. produce ARN complementar.

► Enzima are rolul de a desface dublul helix al Enzima are rolul de a desface dublul helix al ADN--ului, fiecare jumătate fiind transcripţionată. Sinteza ului, fiecare jumătate fiind transcripţionată. Sinteza ARN-ului (transcripţia) se realizează pe baza ARN-ului (transcripţia) se realizează pe baza complementarităţii bazelor azotate ca şi în cazul complementarităţii bazelor azotate ca şi în cazul replicaţiei replicaţiei ADN-ului.-ului.

► Cele două catene ale macromoleculei de ADN se Cele două catene ale macromoleculei de ADN se despart, pe intervalul care urmează a fi transcris, despart, pe intervalul care urmează a fi transcris, numai că de data aceasta va acţiona ARN numai că de data aceasta va acţiona ARN polimeraza. Acum se va transcrie numai una din polimeraza. Acum se va transcrie numai una din catenele moleculei de ADN. catenele moleculei de ADN.

► Catena de ADN care funcţionează ca matriţă pentru Catena de ADN care funcţionează ca matriţă pentru sinteza ARN-ului se numeşte catenă sens. sinteza ARN-ului se numeşte catenă sens. Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementarităţii vor conţine riboza. În dreptul complementarităţii vor conţine riboza. În dreptul adeninei de pe catena matriţă se va ataşa uracilul adeninei de pe catena matriţă se va ataşa uracilul în catena nou sintetizată. în catena nou sintetizată.

► Polimerizarea de ribonucleotide în transcripţie se Polimerizarea de ribonucleotide în transcripţie se desfăşoară în acelaşi sens ca reacţia de desfăşoară în acelaşi sens ca reacţia de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din cadrul polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din cadrul replicaţiei ADN-ului şi anume de la 5' la 3'. replicaţiei ADN-ului şi anume de la 5' la 3'.

► ARN-ul având o molecula monocatenară, frecvenţa ARN-ul având o molecula monocatenară, frecvenţa erorilor este mult mai mare decat la erorilor este mult mai mare decat la ADN,replicându-se cu o fidelitate mult mai redusă, ADN,replicându-se cu o fidelitate mult mai redusă, deoarece in cazul ARN-ului nu există un proces de deoarece in cazul ARN-ului nu există un proces de reparare, iar frecvenţa mare a erorilor duce la o reparare, iar frecvenţa mare a erorilor duce la o mare variabilitate genetică.mare variabilitate genetică.

FFuncţiileuncţiile a acizilor nucleicicizilor nucleici

Acid nucleic → Acid nucleic → [replicare][replicare] → acid nucleic → acid nucleicADN sau ARN (corespunzător originalului)

ADN → ADN → [transcriere][transcriere] → corespondent ARN al → corespondent ARN al unei secvenţe ADNunei secvenţe ADN

ARNm (transcrierea propriu-zisă)

ARNm → ARNm → [traducere][traducere] → catenă polipeptidică → catenă polipeptidicăparticipă şi ARNr şi ARNt

Exista 3 procese esentiale in manipularea informatiei Exista 3 procese esentiale in manipularea informatiei genetice pentru orice celula vie:genetice pentru orice celula vie:

► Dogma centrala a Dogma centrala a geneticii postuleaza geneticii postuleaza urmatoarea urmatoarea transformare: transformare: ADN ADN ARN ARN proteineproteine sau O GENA sau O GENA UN UN ARN MESAGER ARN MESAGER O O PROTEINA. PROTEINA.

Genetic Information

RNA

Transcription

Protein

Translation

DNA

DNA

Replication

Gene Expression

•Replicarea ADN - reprezinta Replicarea ADN - reprezinta procesul prin care cantitatea procesul prin care cantitatea de ADN dintr-o celula se de ADN dintr-o celula se dubleaza. dubleaza. Acest proces este Acest proces este semiconservativ in care se semiconservativ in care se regaseste o structura a ADN-regaseste o structura a ADN-ului construita dintr-o catena ului construita dintr-o catena mama si o catena noua, mama si o catena noua, complementara.complementara.

Replicatia se desfasoara in mai multe etape :1) Ruperea puntilor de H dintre bazele azotate si separarea catenelor 2) Refacerea catenelor noi pe matrita (modulul) monocatenara de ADN.

•Transcriptia - reprezinta procesul prin care o parte din informatia de pe ADN este copiata pe ARN (o genaun ARN mesger). Deci transcriptia reprezinta sinteza ARN-ului mesager. Structura acestuia este dictata de matrita ADN-ului copiat (gena).

•Translatia – reprezinta Translatia – reprezinta procesul prin care informatia procesul prin care informatia din ARN este folosita la din ARN este folosita la sinteza unei proteine. Acesta sinteza unei proteine. Acesta este modalitatea de transport este modalitatea de transport a informatiei care se gaseste a informatiei care se gaseste in nucleu la ribozomii din in nucleu la ribozomii din citoplasma in vederea sintezei citoplasma in vederea sintezei proteinelor.proteinelor.

Cell

PROTEI N

DNA with introns and exons

NucleusPrimary RNA

mRNA