CROMOSOMIICromosomi - structuri sub form de bastonae care apar n timpul diviziunii celulelor

gr., chroma nsemnnd culoare, soma = corp

Categorii de cromosomi:cromosomii somatici (ai corpului) = autosomi

cromosomii sexuali = heterocromosomi

Cromosomii sunt structuri permanente ale celulelor,

Sunt vizibili la microscop doar n timpul diviziunii celulelor (mitoz, meioz)

Numrul, forma i structura lor sunt stabile de-a lungul generaiilor i specifice diverselor tipuri de organisme

Diferena ntre cromosomii eucariotelor i procariotelor este mare: - forma i structura acestora, - cantitatea de material genetic nglobat n ei.

EVOLUIA ORGANISMELOR VIIOrganisme a cror celule prezint nuclei bine individualizai. Organisme cu organizare celular, dar celulele nu au nucleu Organisme fr organizare celular

1. Cromosomul la PROCARIOTE1.1. Cromosomul la procariote acelulare (virusuri i viroizi, plasmide etc.)Virusurile i viroizii sunt cele mai simple forme de via, aflate la limita dintre neviu i viu. Dimensiuni extrem de reduseParticularitate de baz: nu au organizare celular , de aceea ele nu se pot nmuli dect n celulele pe care le invadeaz.

sunt elemente genetice incluse ntr-un nveli proteic = capsid viral anvelop- un alt nveli extern - care are o compoziie asemntoare cu cea a membranelor celulare. prezint un cromosom de form circular sau liniar materialul genetic al cromosomului: ADN-ul sau ARN-ul (mono- sau dublucatenar), conin un numr redus de gene, dispuse liniar pe cromosom: (ex. fagului T4 conine 135 gene, fagului lambda () - 61 de gene, virusul SV40 de maimu doar 5 gene) - genele codific sinteza proteinelor virale i a enzimelor implicate n replicarea lor. sunt foarte rspndite n natur i pot infecta practic orice tip de celul pro- sau eucariot. 1.1.1. VIRUSURILE

Modul de organizare i infecie a virusurilor Exemplu: fagul T4 care infecteaz celulele bacilului colic (Escherichia coli)Fagul prezint: un "cap" i o "coad". Capul (1000 lungime i 700 lime) , - constituit dintr-un nveli proteic, - materialul genetic, mpachetat, format din ADN dublu catenar (135 gene).

Coada - un cilindru de cca 1100 , gol n interior, de natur proteic, la captul distal o plac terminal de care sunt ataate 6 filamente codale de aceiai natur. Virusul se prinde, n momentul infectrii, cu placa terminal i fibrele codale de suprafaa celulei bacteriene, comportndu-se asemntor unei seringi.

Dup invazia bacteriei el subordoneaz metabolismul celulei gazd nevoilor proprii - i sintetizeaz enzimele necesare replicrii ADN-ului propriu i proteinele specifice.

Dup sinteza acestora i ansamblarea noilor virui are loc liza celulei bacteriene i eliberarea lor n mediu.

Ciclul de multiplicare al acestui fag dureaz cca. 20 minute.

Virusurile au fost clasificate n dou mari categorii n funcie de natura materialului lor genetic: - dezoxiribovirusuri - care au ca material genetic ADN-ul - ribovirusuri - la care materialul genetic e reprezentat de ARN.Dezoxiribovirusurile - n funcie de starea n care se afl ADN-ul n constituia lor au fost mprite n: 1) virusuri cu ADN dublu catenar liniar (bacteriofagi de tip T, adenovirusurilor, virusului herpetic etc.); 2) cu ADN dublu catenar circular, (virusurile polyoma, virusul de maimu SV40); 3) cu ADN monocatenar liniar (provirusurilor, virusului asociat cu adenovirusurile (VAA)); 4) cu ADN monocatenar circular (phi X174, M13, virusul Kilhan de obolan etc). n cadrul virusurilor cu ADN dublu catenar sunt difereniate, n funcie de alte criterii, i alte tipuri de virusuri.

b) Ribovirusurile -n funcie de structura lor: 1) cu ARN monocatenar liniar de form helicoidal (virusul mozaicului tutunului (VMT); 2) cu ARN monocatenar pliat (mpachetat) - (virui mici ca R17, MS2 i f2); 3) cu ARN monocatenar de form circular (virusului encefalomio-carditei oarecilor); 4) cu ARN dublucatener segmentar (virusuri de plante i animale, dintre care amintim - Reovirusul sau Mixovirusul). 5) Retrovirusurile, care provoac tumori maligne, au genomul constituit din ARN monocatenar i se replic prin intermediul ADN-ului celulelor infectate cu ajutorul unei enzime speciale care asigur transcripia informaiei genetice de la ARN la ADN, denumit transcriptaz invers sau revers-transcriptaz. Indiferent de constituia lor genomic (ADN sau ARN), virusurile devin active, deci i pot folosi informaia lor genetic doar cnd se afl n celulele gazdelor specifice, n rest fiind inactive.

Replicarea retrovirusurilor

1.1.2.VIROIZIIreprezint o form de via i mai simpl dect virusurile, au dimensiuni i mai reduse. ei sunt de fapt molecule de acizi nucleici lipsite de nveliul (capsida) de protecie de natur proteic sau lipoproteic. au fost descoperii n 1971 (de ctre T. O. DIENNER, la cartof) pn n prezent se cunosc cca 15 viroizi, care produc o serie de boli ca: stelarea tuberculilor de cartof, cloroza castraveilor, nanismul i ptarea clorotic a crizantemelor etc. materialul genetic - molecule de ARN de dimensiuni mici, care se localizeaz n nucleul celulelor gazd se replic fr ajutorul ADN, folosesc drept matri propria lor molecul. Genomul viroidului de la cartof este constituit, de exemplu, dintr-un ARN de form circular

1.1.3. PLASMIDELEOrganisme acelulare, care depind de celula gazd, au fost descoperite n 1952 de ctre J. LEDERBERGSunt foarte rspndite n lumea bacteriilorsunt mini-cromosomi, (cca 1-2% din mrimea cromosomului bacterian), de form circular, formai din ADN bicatenar, existena (supravieuirea) lor n celula procariot depinde de aceast form circularau capacitate autoreplicativ. Plasmidele pot fi: - libere n citoplasm, caz n care se replic independent de cromosomul bacteriei - dar sub controlul acestuia, - integrate n cromosomul bacterian, situaie n care se replic odat cu el i pot participa la fenomenele de transfer genetic

n funcie de capacitatea lor de a media transferul de material genetic ntre bacterii :plasmide conjugative sau infecioase; ele mai sunt denumite i factori de sex (ex. plasmida F)

plasmide neconjugative - lipsite de capacitatea de a transfera material genetic (ex. plasmida R , etc)Plasmida F (factor de fertilitate) - reprezentat de un ADN format din cca 100 mii perechi de nucleotide - n funcie de starea n care se afl acest factor (plasmid), celulele bacteriene se pot gsi n 3 situaii: celule (F+) - cu plasmida n stare liber n citoplasmcelule (F-) celule n care factorul de fertilitate lipsete celule (Hfr) - n care plasmida este integrat n cromosomul bacterian

1 ADN bacterian2 Plasmide Fa. b.

Factorul de rezisten (R) - format dintr-un ADN circular, care se constituie n gene ce confer bacteriilor rezisten la o serie de antibiotice, toxine, metale grele etc. (sinteza unor enzime de neutralizare sau blocare a toxinelor) - transferul factorului R ntre celulele bacteriene este asigurat de elementele genetice mobile - transpozoni (secvene scurte de ADN) - transducie

Factorul Col - determin sinteza unor antibiotice specifice denumite bacteriocine, substane inofensive pentru bacteriile gazd, dar letale pentru alte tipuri de bacterii. - poate fi transferat prin conjugare i transducie.

2. CROMOSOMUL LA PROCARIOTELE CELULARE (BACTERII)Aparatul genetic al bacteriilor - o structur denumit NUCLEOID - nu este un nucleu cu membran ca la eucariote - este aezat n general n zona central a celulei - nu prezint schimbrile specifice unui aparat mitotic, - este reprezentat de un cromosom de form circular alctuit dintr-o molecul de ADN dublu-catenar.

- Stabilitatea structurii nucleoidului, n lipsa unei membrane, este asigurat de asocierea dintre ADN, proteine, ARN i lipide

- Cromosomul bacterian are o lungime de cca 1 mm i se afl n celul sub form extrem de condensat (pliere i spiralizare puternic).

NucleuCelul procariot (bacterie)Celule eucariote (organism uman) Nucleoid

cromosom circular nepliat; b) cromosom pliat cu 7 bucle; c) cromosom a cror bucle au suferit procesul de superrsucire; d) incizii monocatenare provocate de DN-az; e) secionarea moleculelor de ARN care unete dou domenii adiacente, fr pierderea structurii superhelicale.Modelul de "mpachetare" a cromosomului bacterian (dup PETTIJOHN i HECHT, 1974)

REPLICAREA MATERIALULUI GENETIC La fiecare 20-30 minute, n condiii normale de cretere, celulele bacteriene se divid. Diviziunea celular presupune dublarea materialului lor genetic (a cro-mosomului bacterian), fiecare celul fiic motenete un asemenea cromosom. n timpul replicrii ADN-ului, structura circular a cromosomului se menine, punctul de replicare deplasndu-se de-a lungul macromoleculei.Evidenierea replicrii ADN-ului la bacteria Escherichia coli MESELSON i W. STAHL (1958) - marcarea ADN-ului bacterian cu izotopul greu (radioactiv) al azotului (N15). Prin ultracentrifugare difereniat acesta poate fi separat uor de azotul obinuit (N14).

Realizarea experimentului1. Cultivarea bacteriilor timp de cteva generaii pe un mediu nutritiv care coninea clorur de amoniu cu N radioactiv (N15) 2. Transferul bacteriilor pe alt mediu, n care clorura de amoniu avea N obinuit (N14); pe acest mediu bacteriile au fost inute timp de 1-3 diviziuni. Numrul diviziunilor poate fi determinat dup numrul de bacterii din colonie.

Bacteriile au fost apoi lizate i ultracentrifugate n gradient de densitate pentru separarea ADN cu N15 de cel cu N14. Tehnica se bazeaz pe folosirea unei soluii de clorur de cesiu (aflat n tuburi speciale) supus ultracentrifugrii la o vitez foarte mare, timp de cteva ore. Soluia conine mai multe tipuri de ADN (cu N15 i N14), fiecare va forma o band proprie. Benzile pot fi identificate n lumin UV la o lungime de und de 260 nm, (TAMARIN, 1991).

Rezultatele experimentului Bacteriile cultivate pe mediul cu N15 conin n ADN-ul lor numai acest izotop (ADN marcat radioactiv - N15). - Transferul bacteriilor pe mediul cu N14 - Bacteriile meninute o diviziune pe mediul cu N14 ADN-ul lor avea o densitate intermediar ntre N15 i N14 - era un ADN hibrid; Dup dou diviziuni pe mediul cu N14, 50% din ADN avea numai N14 i 50% era hibrid (cu N15 i N14); Dup trei diviziuni pe mediul cu N14 - 75% din ADN avea N14, iar 25% era hibrid. Experimentul a demonstrat c replicarea ADN-ului are loc dup modelul semiconservativ - fiecare molecul nou de ADN fiind numai pe jumtate nou

Modelul semiconservativ de replicare la ADN, sugerat de experiena lui MESELSON i STAHL

Replicarea cromosomului bacterian ncepe ntr-o regiune a lui numit ori C (originea replicrii cromosomului)

n aceast regiune se formeaz furca de replicare care are conturul literei Y,

Regiunea este recunoscut de proteinele de iniiere care deschid dublul helix de ADN.

Cromosomul bacterian reprezint o unitate de replicare (replicon)

i regleaz replicarea cu ajutorul replicatorului un element structural ataat de membrana celular n punctul de iniiere a replicrii.

Procesul de replicare este asigurat de o serie de enzime ca: ADN-polimeraz, ARN-polimeraz, ADN-topoizomeraze, ADN-helicaz, ADN-ligaz etc.

Replicarea celor dou catene ADN nu se face n acelai timp i sens, procesul fiind discontinuu: - una din catene (conductoare) se sintetizeaz mai devreme - i apoi cealalt (ntrziat)

Sinteza catenei ntrziate se face pe buci - fragmente Okazaki (de cca. 1500 nucleotide la procariote i cca 150 nucleotide la eucariote).

Replicarea moleculei de ADNCaten nouFurca de replicare