curs 1 si 2 mg 2014

GENETICA UMANĂ ŞI IMPORTANŢA EI ÎN

MEDICINA MODERNĂ

Ereditatea� Însuşirea organismelor vii de-a produce

urmaşi asemănători genitorilor.- se asigură continuitatea speciei,- diversitatea tipurilor individuale în populaţie,- 2 laturi contradictorii: conservatorismul şi

variabilitatea,- proces informaţional:

- stocarea,- expresia şi - transmiterea inform.genetice.

Variabilitatea

� Ansamblul fenomenelor care produc diferenţele genetice interindividuale şi între diferite populaţii.

� Condiţionată genetic şi mezologic.� Surse: - mutaţiile,

- recombinările genetice,- migraţiile.

� Fiecare individ este UNICAT BIOLOGIC !

Genetica umană

� Studiază fenomenele eredităţii şi variabilităţii fiinţelor umane.

� Disciplină fundamentală: studiază structurile, mecanismele, legile eredităţii

� Disciplină clinică: rolul mutaţiilor în producerea bolilor/predispoziţiei la boală.

Genetica medicală - specialitate clinică distinctă:

- diagnostic +îngrijirea pacienţilor cu BG,

- sfat genetic pentru familii,

- diagnostic +screening prenatal,

- diagnostic presimptomatic.

� Disciplină medico- socială.

Domenii desprinse din genetica umană

� Genetica formală – studiază modul de transmitere a caracterelor

� Genetica moleculară – studiază ereditatea la nivel molecular

� Citogenetica – analizează rolul cromozomilor în evoluţie şi patologie

Domenii desprinse din genetica umană

� Radiogenetica – analizează efectele radiaţiilor ionizante:– Mutagene– Teratogene– Carcinogene

� Psihogenetica – fundamentele genetice ale comportamentului uman normal sau patologic

� Farmacogenetica – studiază răspunsul individual la medicamente

Impactul bolilor genetice

� 15% din indivizi au un handicap fizic, motor, mental determinat genetic;

� 30-50% din paturile de pediatrie – afecţiuni genetice;

� 10% din internările în spitalele de adulţi -cazuri genetice;

� 22% din mortalitatea infantilă se datorează anomaliilor genetice şi congenitale;

� 30% din cazurile de sterilitate;� 50% din cazurile de avorturi spontane

Sunt cauzate de tulburări genetice

Clasificarea afecţiunilor genetice

1. Boli monogenice: AD, AR, HR, HD.2. Boli multifactoriale: anomalii congenitale

izolate, bolile comune ale adultului.3. Boli cromozomiale: anomalii de număr sau

structură cromozomială.4. Boli genetice ale celulelor somatice:

cancere, boli autoimune.5. Boli mitocondriale.

Fenotip/Genotip• genotip – structura genetică unică şi caracteristică

unui individ, care se stabileşte în momentul fecundării şi rămîne stabilă în cursul dezvoltării,

• totalitatea caracterelor specifice produse prin interacţiunea dintre ereditate (Genotip) şi mediu se numeşte individualitate biologică sau Fenotip.

GENOTIP FENOTIP 1

FENOTIP 2

+mediu 1

+mediu 2GENOTIP

Clasificarea etiopatogenică a bolilor

I. Boli cu determinism exclusiv genetic:-factorul genetic uşor identificabil,-factorul de mediu nu intervine nici

în debutul bolii, nici în agravarea ei,-distribuţie familială caracteristică,-mortalitate ridicată,-ex: bolile cromozomiale.

Clasificarea etiopatogenică a bolilor (2)

II. Boli determinate genetic dar la care factorul de mediu contribuie la precipitarea debutului sau agravarea bolii:

-debut la naştere sau în prima copilărie,

-severitate variată,-agravare cu vârsta,-distribuţie familială caracterisitică,-ex.: deficitul de G-6 PD, galactozemie,

fenilcetonurie.

Clasificarea etiopatogenică a bolilor (3)

III. Boli cu etiopatogenie complexă, la care contribuie atât factorul genetic cât şi cel de mediu:

- factorul genetic = predispoziţia genetică,

- pot avea distribuţie familială dar nu caracterisitică,

- există numeroase variaţii cantitative,- ex.: HTA, boala coronariană, DZ tip II,

ulcerul gastric, descpicăturile labio-maxilo-palatine, MCC.

Clasificarea etiopatogenică a bolilor (4)

IV. Boli determinate de un agent patogen(infecţii), uşor de evidenţiat, având rol predominant.

- componenta genetică = rezistenţa faţă de acţiunea patogenă a agentului cauzal,

- fiecare individ prezintă un răspuns particular, specific la agresiune,

- rol important: sistemul HLA – de supraveghere, alarmă şi apărare a organismului

Clasificarea etiopatogenică a bolilor (5)

V. Boli în care factorul determinant este un singur factor de mediu, cu acţiune deosebit de energică, uşor de identificat:

-nu se permite implicarea unor factori genetici

-letalitate 100%-ex.: intoxicaţii cu cianuri, toxina

botulinică, venin de cobră, encefalita rabică.

Determinismul caracterelor fenotipice normale şi anormale

Ereditate 100%

Mediu 100%

Caractere pur ereditare

Caractere mutifactoriale

Caractere pur ecologice

Grupe sanguine HemofilieHLA Fenilcetonurie

SchizofrenieDermatoglifeCuloarea pieliiTalia

Boala coronoarianăHTA

Greutatea DZ

TA sistolică Boala ulceroasă

Dezvoltareamusculară Infecţii

IntoxicaţiiTraumatisme

Omul obiect de studiu al geneticii

� Dezavantaje: - diversitatea genetică a indivizilor mare şi necontrolată,- studii genealogice greu de efectuat,- număr mic de subiecţi obsevaţi,- dispersia geografică,- prevalenţă redusă a bolilor genetice.

� Omul este cea mai bine studiată fiinţă.

Scurt istoric al geneticii umane (1)

1. Etapa preştiinţifică ( 1865)- observaţii privind transmiterea ereditara a unor boli

2. Etapa fundamentării geneticii ca ştiinţă (1865-1960) - G. Mendel (1865) legile eredităţii,- T.H. Morgan – teoria cromozomică a eredităţii,- F. Galton (1890) – studiul gemenilor,- A. Garrod (1902) - primele erori de metabolism

“înăscute”: alcaptonuria- L. Pauling (1949) – sicklemia- Avery et al (1944) - rolul genetic al ADN- Watson şi Crick (1953) structura ADN- J.Lejeune (1959) – trisomia 21= sindromul Down

Scurt istoric al geneticii umane (2)

3. Dezvoltarea geneticii medicale (1960- 1970)- perfecţionarea diagnosticului bolilor metabolice,- depistarea la nou născuţi a unor boli genetice tratabile,- dezvoltarea sfatului genetic, diagnosticului prenatal.

4. Noua genetică umană şi medicină moleculară (1980 )

- analiza directă a ADN, a genei

- tehnologia “ADN recombinant”- era geneticii moleculare-”Proiectul Genomului Uman”

Proiectul genomului uman– Iniţiat în 1990, cu largă participare internaţională,– Prima etapă: realizarea unei hărţi genetice.– A doua etapă: stabilirea hărţii fizice, determinarea

distanţei reale ce separă genele.– A treia etapă: secvenţierea nucleotidelor.– Aprile 2003: încheierea secvenţierii genomului

uman.– Implicaţii: progrese în diagnosticul, prevenirea şi

tratamentul unor boli.

Genom - set de instrucţiuni exprimate în cursul construcţiei, funcţionării şi menţinerii integrităţii organismului

Genom -definiţie

� Iniţial – definea setul haploid de cromozomi din gameţi

� Ulterior a fost folosit pentru a desemna ansamblul genelor unui organism

� Definiţie actuală –– Ansamblul complex al secvenţelor de ADN a

unui individ sau specie.

Genetica şi rolul său în practica medicală

� Diagnosticul genotipic: - tehnici de citogenetică şi genetică moleculară,- sonde specifice ptr. detectarea genomurilor virale, bacteriene.

� Farmacologia genomică şi terapia genică:- fabricarea industrială a unor produse cu valoare terapeutică (GH,

insulină, streptokinază, eritropetină),- farmacologia “genomică”: blocarea funcţionării genelor mutante

sau a genomurilor exogene ale unor virusuri,- terapia genică: fabricarea şi introducerea de gene normale la

bolnavii cu afecţiuni genetice.

� Profilaxia personalizată şi medicina preventivă:- identificarea unor gene de susceptibilitate la sănătoşi,- studiul unor markeri genetici individuali.

STRUCTURA ŞI ORGANIZAREA CELULARĂ

A ADN

STRUCTURA PRIMARĂ A ADN

� ADN este purtătorul informaţiei genetice la aproape toate organismele vii, cu excepţia unor virusuri ARN.� 98% din ADN se află în cromozomi nucleari şi � 2% la nivel mitocondrial

� Cantitatea de ADN – variază cu specia dar

– e constantă la indivizii aceleaşi specii şi în toate celulele somatice ale unui individ.

� Acizii nucleici sunt macropolimeri alcătuiţi din unităţi mai simple denumite nucleotide.

STRUCTURA PRIMARĂ A ADN

Nucleotidul este alcătuit din trei

elemente distincte:

1. Bază azotată,2. Glucid cu 5 atomi

de carbon,3. Grup fosfat.

STRUCTURA PRIMARĂ A ADN

Nucleotidul este alcătuit din trei

elemente distincte:

1. Bază azotată,2. Glucid cu 5 atomi

de carbon,3. Grup fosfat.

STRUCTURA PRIMARĂ A ADN

Nucleotidul este alcătuit din trei elemente

distincte:

1. Bază azotată,2. Glucid cu 5 atomi de

carbon,3. Grup fosfat (sarcini

negative, neutralizate in vivo prin fixarea proteinelor).

STRUCTURA PRIMARĂ A ADN

� Polimerizarea nucleotidelor într-o succesiune caracteristică speciei duce la formarea configuraţiei monocatenare,

� Legături internucleotidice covalente 3’-5’ fosfodiesterice,

� Grad mare de flexibiliate,� Monocatenele au:

� o unitate nespecifică invariabilă (axul glucido fosforic) şi

� una variabilă (bazele azotate),

� Nu există nici o restricţie legată de ordinea bazelor ataşate la C 1’ al dezoxiribozei.

� Polaritate 5’ 3’

Structura secundară a ADN (1)

� Are la bază studiile difracţiei cu raze X a moleculei de ADN (M. Wilkins, R. Franklin) precum şi analizele chimice ale ADN.

� Configuraţia bicatenară, dublu elicoidală formată prin asamblarea complementară, coaxială şi antiparalelă, a celor două monocatene.

Structura secundară a ADN (2)

Complementaritatea are la bază:

� împerechere riguroasă a:� A cu T (două legături de H

- legături electrostatice slabe) şi

� C cu G (trei legături de H)

� A+G/C+T=1; � în schimb A+T/G+C

diferit de 1, la om este1,7.

Structura secundară a ADN (3)

� Cele două catene nu sunt identice ci complementare şi strict codeterminate,

� Cunoaşterea structurii unei catene permite determinarea secvenţeiei celeilalte, de ex:

5’-ATGCCAG-3’3’-TACGGTC-5’

� Legea complementarităţii stă la baza mecanismelor prin care se realizează replicarea, transcripţia, recombinarea, repararea leziunilor,

� Se asigură stabilitatea dublului helix şi o structură regulată.

Structura secundară a ADN (4)

Asamblarea antiparalelă:� Orientarea celor două

catene se face în sensuri opuse, ascendentă şi respectiv descendentă,

� Apare ca urmare a legăturilor stereochimice/spaţiale necesare respectării complementarităţii.

Structura secundară a ADN (6)

� Cele două catene se înfăşoară plectonemic(una în jurul alteia),

� Se formează o dublă spirală elicoidală coaxială.

ADN de tip “B”

1) Sens de răsucire dextru,2) Diametrul moleculei=2nm,3) Două tipuri de incizuri (mică şi

mare)4) 10 pb /tur de spiră,5) Pasul elicei de 3,4 nm,6) Distanţa internucleotidică 0,34 nm,7) Planul de înclinaţie al bazelor

perpendicular pe axul imaginar al moleculei,

8) Se poate transforma reversibil în forma “A” sau “Z”,

9) Prezintă stabilitate metabolică.

Polimorfismul structural al moleculei de ADN

� S-au descris alte conformaţii, izoforme: “A” şi “C” mai frecvente, “D” şi “E” mai rare,

� Au acelaşi plan general de structură: – elice dublă, – orientată spre dreapta,

� Se deosebesc de forma “B” prin particularităţi fizice– număr de baze pe un tur de spiră, – pasul elicei etc

� Forma “A” este mai scurtă şi mai groasă decât forma “B”, restul sunt mai lungi şi mai subţiri,

� În anumite regiuni ADN, se pot produce treceri A B C, care permit recunoaşterea de către molecule exogene.

ADN de tip “Z” (1)

� Descoperit în 1979, Rich, Dickerson.� Moleculă dublu elicoidală, orientată spre

stînga,� Axul glucido-fosforic formă neregulată, în

zig-zag,� Molecula ADN apare deformată şi

alungită,� Un sigur fel de incizuri,� Diametrul 1,8 nm.� Pasul elicei 4,5 nm.� 12 pb/tur de spiră.� Aceiaşi componenţă a bazelor cu

împerechere complemnetară.

ADN de tip “Z” (2)

� Conformaţia “Z” este o conformaţie normală, există in vivo.

� Apare în anumite condiţii fizico-chimice în regiunile bogate în perechile de baze G-C.

� Se formează prin tranziţia formei “B”, sub acţiunea unei topoizomeraze şi prin rotirea bazelor cu 180°.

�

� Tranziţia “B” “Z” este REVERSIBILĂ

� Forma “Z” intervine în inactivarea unor gene (controlul expresiei informaţiei genetice)

ADN de tip “Z” (3)

� Conversia “B” “Z” se poate realiza prin:- fixarea intensă a histonelor- metilarea citozinei- concentraţii crescute de MgCl (in vitro)

� Prin tranziţia spre forma “Z” se evidenţiază unele situsuri ADN unde se fixează mai uşor diferiţi agenţi mutageni sau cancerigeni.

� Mutaţiile apar mai frecvent la nivelul secvenţelor GC care adoptă conformaţia “Z”.

Polimorfismul moleculei de ADN

Concluzie: Moleculele de ADN sunt flexibile

Relaţiile dintre structura şi funcţiile ADN

Molecula de ADN întruneşte următoarele funcţii:� Stochează o cantitate mare de informaţie,

într-o formă stabilă,� Reproduce informaţia pentru transmiterea cu

maximă fidelitate de la o generaţie la alta,� Poate “repara” corect informaţia genetică în

cazul unor leziuni, � Exprimă informaţia genetică prin sinteza unor

proteine specifice,� Este capabilă de variaţie.

PROPRIETĂŢI FIZICO-CHIMICE ALE ADN CU IMPORTANŢĂ

BIOLOGICĂ DEOSEBITĂ

1. Absorţia radiaţilor UV2. Denaturarea-renaturarea

1. Absorţia radiaţiilor UV

� Determinată de prezenţa bazelor purinice şi pirimidinice,

� Maximă pentru lungimea de undă de 260 nm (care exercită o activitate mutagenă maximă, cu apariţia de alterări structurale sau funcţionale),

� Efectul hipercromic- structurile monocatenare prezintă o absorţie mai mare decât cele bicatenare (efect hipocromic)

� UV determină apariţia dimerilor de timină

2. Denaturarea- renaturarea

� Fiziologic, molecula ADN are o stabilitate metabolică,

� În condiţii naturale sau experimentale, cele două catene se pot desface parţial, pe segmente limitate

denturare100°C, 30’,

CsCl2

ADN dublu catenar ADN monocatenar

racire lenta 65°C în etape,RenaturareaADN in proportie de 75%

racire bruscala 4°C,

denaturarepermanentă,structura anarhica,neregulata

Denaturarea

� Denaturarea termică = TOPIRE.

� Depinde de temperatura medie de topire (Tm= valoarea la care 50% din ADN dc este denaturat).

� Tm mai ridicată în cazul prezenţei unui număr crescut de împerecheri de tip G-C.

Renaturarea� Reasocierea pe bază de complementaritate a

structurilor monocatenare,

� Iniţial are loc o nucleaţie – legarea complementară a cîtorva baze C-G,

� Ulterior asocierea rapidă a bazelor azotate dependentă de concentraţia lor în soluţie şi de timpul de contact,

� NU depinde de sursa monocatenelor ci numai de gradul de complementaritate.

Aplicaţii practice

1) Stabilirea indirectă a hărţilor de denaturare-renaturare.

2) Hibridizarea moleculară – asocierea pe bază de complementaritate a unor secvenţe nucleotidice de origine diferită.

Hibridizarea moleculară

� Permite obţinerea unor molecule bicatenare hibride: ADN-ADN; ADN-ARN; ARN-ARN.

� Stabilitatea heteroduplexurilor este direct proporţională cu gradul de omologie a secvenţelor monocatenare.

Hibridizarea moleculară –aplicaţii practice (1)

1. Evidenţierea gradului de înrudire a speciilor prin compararea omologiei acizilor nucleici proveniţi de la diferite specii. Astfel:

- ADN om +ADN cimpanzeu= renaturare aproape completă;

- ADN om + ADN şoarece= renaturare 25%;- ADN om + ADN viral= renaturare la nivelul unor

secvenţe comune (oncogene).

Hibridizarea moleculară –aplicaţii practice (2)

2. Prin identificarea catenei ADN complementare din heteroduplexul ADN-ARN se permite:

- precizarea regiunii cromozomiale transcrise, - date despre starea funcţională a unei gene, - date despre rata transcrierii,

2. Evidenţierea localizării şi extinderii deleţilor (“bucla de deleţie”)

3. Realizarea hibridizării moleculare “in situ”

Hibridizarea moleculară “in situ”

� Se realizează prin introducerea deliberată în mediul de renaturare a unor SONDE sau PROBE (catene ADN sau ARN la care s-a ataşat un marker),

� Markerul poate fi: - izotopic ( I125, P32),- nonizotopic (biotină, digoxigenină).

� Reacţia de hibridizare are o sensibilitate şi specificitate ridicate,

� Constituie etapă intermediară în multe tehnici de diagnostic molecular.

� Aparatul genetic al unei celule este alcătuit din: – structurile celulare care conțin ADN (nucleul,

mitocondriile)

– Structurile care intervin în realizarea funcțiilor sale (ribozomii și centriolii)

ORGANIZAREA ADN ÎN CELULĂ

� Structura nucleului diferă în I și DC (etape principale ale ciclului celular)

� 2 forme reversibile de organizare diferită a ADN în nucleu:– Cromatina (în interfază)– Cromozomi (în diviziune)

Relaţia fibre de cromatină – cromozomi

CROMOZOMI/CROMATINĂ

� Două forme reversibile de organizare diferită a ADN,

� Asocierea ADN nuclear cu proteine = CROMATINĂ,

� Cromatina prezintă grade diferite de condensare, corelate cu stadiile ciclului celular,

� Se prezintă sub două tipuri morfo-funcţionale: eucromatină şi heterocromatină

Eucromatina

� Este puţin condensată,

� Bogată în – ADN nerepetitiv,– proteine nehistonice şi – perechi G-C,

� Reprezintă partea activă genetic (transcripţional) a cromatinei

� Se replică precoce, la începutul fazei S

Heterocromatina

� Este foarte compactată (condensată sub formă de cromocentrii),

� Bogată în – ADN repetitiv, – Histone– perechi A-T,

� Este inactivă genetic (transcripţional),

� Prezintă replicare tardivă

Heterocromatina –rol, clasificare

� Stabilizează centromerul şi telomerele,� Intervine în desfăşurarea meiozei,� Rol în diferenţierea celulară,

� Este de două feluri: – constitutivă şi – facultativă.

Heterocromatina constitutivă

� Constant sub formă condesată,� La nivel cromozomial o găsim la nivelul:

- centromerului, - braţului lung al cromozomului Y,- telomerelor acrocentricilor,- constricţilor secundare.

� Se poate evidenţia prin tehnica de bandare C.

Heterocromatina facultativă

� Poate fi activă sau inactivă transcripţional.

� Heterocromatinizarea/inactivarea este reversibilă� sub acţiunea unor derepresori specifici, unele gene îşi

redobândesc activitatea transcripţională

� Regiunile cu HC facultativă diferă de la un tip celular la altul.

� Exemplu: lyonizarea = fenomenul de compensare de doză (Cromatina X).

ipoteza Lyon

� la femeile normale (46,XX), unul din cei doi cromozomi X se inactivează – total;

– precoce;

– întâmplătoare,

– independentă în celule diferite. – Inactivarea este definitivă, ireversibilă:

� Astfel, organismul femeilor este un mozaic pentru toate genele situate pe acest cromozom.

� Femeile heterozigote pentru gene situate pe cromozomul X

– au o variabilitate considerabilă în expresia fenotipică

– ex: daltonismul, hemofilia, distrofia musculară Duchenne, deficit de G-6-PD.

ipoteza Lyon

Cromatina X

� Rezultă din inactivarea unui cromozom X, în celule somatice ale organismelor de sex feminin,

� corpusculul Barr- epiteliul bucal

� există gene care se transcriu şi pe X condensat

Cromatina X� În momentul intrării în meioză ambii X sunt activi

� Inactivarea la zigoții de sex feminin este:– timpurie (ziua 14-16 de dezvoltarea intrauterină), – independentă în fiecare celulă, – întâmplătoare şi – definitivă

Cromatina X� Mecanismul inactivării – modificarea gradului de

metilare a C în anumite gene

� X inactivat se replică în faza S tardiv.

� Se determină din celulele mucoasei bucale = corpusculul Barr ( nr. corpusc= nr. X –1).

� Se poate determina şi din PMN (apendici nucleari).

Cromatina Y

� Reprezintă aspectul interfazic ale celor 2/3 distale ale braţului lung al cromzomului Y,

� Alcătuit din heterocromatină constitutivă, intens fluorescentă (UV)= corpusculul F

� Nr. Corpusculilor F = nr. cromozomilor Y.

Structura supramoleculară a cromatinei (structura terțiară a

ADN)� Sistem ierarhizat de fibre de cromatină, de

dimensiuni diferite, format din:- ADN- histone - proteine nehistonice

� Raportul ADN/histone=1

Histonele (1)

� Proteine bazice, prezente numai la eucariote,

� Afinitate ridicată pentru ADN (fixare pe mica incizură),

� Genele se exprimă în faza S, sincron cu replicarea,

� Genele pentru histone nu au introni, se află în multe exemplare (peste 20) pe cromozomii 1,6,12.

� Cinci tipuri : H1, H2A, H2B, H3, H4

Histonele (2)� Structură stabilă, înalt conservată (excepţie H1)

� Rol structural important: organizarea şi compactarea ADN în nucleu,

� Rol funcţional: – reglarea expresiei genelor (transcripţie):

� acetilarea histonelor⇒ activare gene,� metilarea histonelor⇒ inactivare genică.

Proteine nehistonice= hertone

� Proteine acide, neutre, heterogene, puţin abundente,

� Roluri funcţionale preponderent: – reglarea şi modularea activităţii genelor,

� Unele au rol structural,

� Se fixează de ADN în marea incizură,

� Exemplu: topoizomerazele, rol în reglarea replicării– ⇒ sectionare → despiralizarea ADN si interventia

enzimelor implicate in replicare

Prima (I) etapă de condensare a ADN

� Fibrele subţiri de cromatină = nucleofilamente (fibre primare de 10 nm)

– Alcătuite din: � nucleozomi şi � porţiunile internucleozomale.

Nucleozomul� Unitate structurală

elementară,

� Alcătuit din: miez=octamerul de histone = 2X(H2A + H2B + H3 + H4)

� În jurul lui se înfăşoară ADN de 1,75X =146 pb

146 pb

Porţiunile internucleozomale

� Constiuite din ADN liber = ADN spacer/linker (60 pb)� Se asociază cu histona H1,� Se formează o structură ce seamnă cu un şirag de mărgele.

Prima etapă de condensare a ADN

� Asamblarea nucleozomilor este mediată de o proteină anionică: NUCLEOPLASMINA.

� Nucleozomii nu sunt structuri rigide, statice.� Sunt fixaţi la o singură catenă de ADN.� Intervine în controlul expresiei genice:

- factori reglatori difuzibili porţiunile

- conformaţia Z internucleozomale

� Rată de împachetare de 10:1.

A doua (II) etapă de condensare a ADN

� Formare fibre groase de cromatină (30nm)cromonemă

– Spiralizare în solenoide cu 6 nucleozomi/spiră(participă histona H1

– Unitatea fundamentală de organiz. a cromatinei în interfază

compactare de 5:1Favorizează interacţiunile genicecompactare de 5:1

Al treilea (III) nivel de organizare al cromatinei

� ⇒ Plierea cromonemelor în bucle laterale (domenii)

� Lungimi diferite (20-100 kb).

� Diametrul fibrei astfel pliate fiind de 300 nm.

� Grad de compactare 10:1.

� Buclele au situsuri de legare la o armătură centrală proteică, non histonică (topoizomeraza II).

Al treilea (III) nivel de organizare al cromatinei

� Fiecare buclă = unitate funcţională, de transcripţie şi replicare = domeniu

� Un domeniu este alcătuit din gene înlănţuite fizic,

� Activarea coordonată a genelor înlănţuite se face prin deplicaturarea buclei (de către factori inductibili).

� Buclele se fixează neregulat la armătura proteică

� Se formează în anumite regiuni aglomerări de bucle –CROMOMERE-

Cromozomii

� Compactarea suplimentară (20X) dă naştere cromatidei unui cromozom.

� Procesul începe în profază, iar în metafază atinge cel mai înalt grad de compactare.

� Cromatida- grosime 700 nm.

Cromozomii� Cel mai mic cromozom are 4,6 X107 pb,

– în interfază are 1,4 cm, – în metafază are 2 micrometri.

� Compactare de 10.000 X a moleculei de ADN.

� Necesar distribuţiei corecte a materialului genetic în diviziune.

BENZILE CROMOZOMILAE� se formează prin unirea cromomerelor vecine, unite într-o

structură mai mare.

� Benzile: reflectă structura internă heterogenă= regiuni din genom cu proprietăţi şi funcţii diferite.

Benzile G – intens colorate, condensate– Grămezi mai mari de cromomere.

� Se formează prin unirea cromomerelor vecine, unite într-o structură mai mare

– buclele dense, puncte de atașare mai multe, strîns apropiate– Bogate în A T

Benzile R – clare, slab colorate– Densitatea punctelor de ataşare- redusă– buclele laxe– Bogate în C G

Structura şi localizarea genelor

CONCEPŢIA CLASICĂ DESPRE STRUCTURA GENEI

Gena: unitate structuralăDefiniţia clasică a genei:� Gena = segment cromozomial, precis delimitat, continuu, care

determină un anumit caracter fenotipic

� Gena ocupă o poziţie fizică fixă pe cromozom, denumită LOCUS (pl. LOCI)

� Loci - pot fi situaţi pe autozomi sau pe heterozomi

� Genele de pe X şi Y sunt implicate în procesele de dezvoltare și diferențiere sexuală

� Cr.X are numeroase alte gene pentru caractere “nesexuale”.(gena pt G6PDH, factor VIII, distrofina)

Gene alele

� Fiecare genă: formă normală, “standard” sau de tip “sălbatic”

� Gena alelă

– = variantă alternativă a unei gene, apărută ca urmare a unei mutaţii,

– acelaşi locus– influenţează acelaşi

caracter.

� Un caracter monogenic este determinat de o pereche de gene alele ce ocupă loci omologi și fiecare alelă determină un efect fenotipic diferit asupra aceluiași caracter

Polialelia

� Dacă apar mutaţii diferite în gena normală (A), vor exista mai multe variante alelice = ALELE MULTIPLE (A1, A2, A3....An).

� Fenomenul poartă denumirea de POLIALELIE (în context populaţional).

� Fiecare alelă determină un efect fenotipic diferit asupra aceluiaşi caracter.

Segregarea genelor alele

� Un caracter (monogenic) este determinat de o pereche de gene alele ce ocupă loci omologi,

� În anafaza meiozei I, genele alele segregă (se separă) odată cu cr.omologi pe care se află

� Gameții rezultați la sf meiozei- nr haploid de cr-sunt "puri" genetic- au o sg. genă din perechea de alele

Segregarea genelor alele

� Genele alele situate pe o pereche de cromozomi omologi, segregă INDEPENDENT de genele alele situate pe altă pereche de cromozomi (în meioză)

Homozigot, heterozigot, hemizigot

�Homozigot = Gene alele identice (NN, AA)

�Heterozigot = Gene alele diferite (NA)

�Heterozigot compus = două alele mutante diferite (A1A2)

�Hemizigot = există o singură genă pentru un caracter (gene de pe X sau Y la bărbaţi)

Dominant, codominant, recesiv

�Gena şi caracterul care se manifestă la heterozigoţi = DOMINANTE

�Gena şi caracterul care se manifestă numai în stare homozigotă = RECESIVE

�Genele alele care se manifestă fenotipic la heterozigoţi = CODOMINANTE.

� Gr sangv. AB

Gene sintene

�gene nealele, situate pe loci distincţi, dispuse liniar, “în monom”, pe un cromozom

�Prezenţa a două sau mai multe gene distincte pe acelaşi cromozom = SINTENIE.

Înlănţuirea genică = linkage

�Fenomenul prin care gene nealele, apropiate, au tendinţa de-a se transmite împreună, fără segregare în succesiunea generaţiilor.

�Haplotip = genele dintr-un grup de înlănţuire, care se transmit împreună în succesiunea generațiilor

– ex: HLA

Structura şi localizarea genelor

CONCEPŢIA ACTUALĂ DESPRE STRUCTURA GENEI

Definiţia actuală a genei

� Gena = o colecţie liniară de secvenţe dezoxiribonucleotidice, necesară pentru a produce un polipeptid sau o moleculă de ARN funcţional, care realizează împreună cu elementele de control adiacente ambelor capete o unitate structurală şi funcţională.

� Gena = este o unitate de transcripție, astfel se poate explica:– poligenia (implicarea mai multor gene în determinismul aceluiași

caracter) – Pleiotropia (efectul fenotipic al unei gene unice asupra mai multor

caractere)

Synopsis of the Human Gene Map

Chr. Loci Chr. Loci Chr. Loci

1 1033 9 394 17 624

2 662 10 375 18 151

3 576 11 671 19 683

4 404 12 560 20 261

5 499 13 191 21 135

6 637 14 333 22 266

7 469 15 306 X 584

8 369 16 418 Y 44

Total number of loci: 10645

Autosomal X-Linked Y-Linked Mito- Totalchondrial

Gene with known sequence 11460 534 48 37 12079

Gene with known sequenceand phenotype 357 30 0 0 387

Phenotype description,molecular basis known 2030 187 2 26 2245

Mendelian phenotype or locus,molecular basis unknown 1468 129 4 0 1601

Other, mainly phenotypes withsuspected mendelian basis 1960 142 2 0 2104

Total 18416

OMIM Statistics for February 10, 2008

OMIM = Online Mendelian Inheritance in Man

~ 10 000 loci cunoscuti~ 25 000 gene >18 000 caractere/boli monogenice cunoscute

Cauzele acestor diferente?

• nu toate genele si locii sunt cunoscuti• anumite boli/caractere sunt determin. de interventamai multor gene = caractere/ boli complexe• mutatii diferite in aceeasi gena� responsabile de

caractere/boli diferite