curs 1 si 2 2013 pdf

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.


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.


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


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.


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).


� 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.


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


� 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.


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.

� 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.


� 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)


� 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”.

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

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.

ORGANIZAREA ADN ÎN CELULĂ

� 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)

� 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)

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, perechi A-T, histone

� 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

redobîndesc 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

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 5:1

Favorizează interacţiunile genice

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)

~ 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

Clasificarea genelor

� Gene de clasă I (ribozomale)- transcrise de ARN polimeraza I- codifică precursori sau molecule de ARN ribozomal

� Gene de clasă II - transcrise de ARN polimeraza II. - codifică proteine

� Gene de clasă III - transcrise de ARN polimeraza III- codifică ARNt şi alte molecule mici de ARN

Genele care codifică proteineSunt alcătuite din:�Partea centrală:

– “cadru de lectură”, – se transcrie.

�Două regiuni laterale:� secvenţe de reglare a expresiei genice,� nu se transcriu.

Regiunea centrală a genei

�Se transcrie integral în ARN mesager precursor sub acţiunea ARN polimerazei II

�La eucariote- structură discontinuă:- EXONI,- INTRONI (secvențe necodante).

Regiunea centrală a genei

� Începe cu situsul de iniţiere al transcripţiei (Inr)� După Inr urmează o regiune necodantă 5’ UTR, transcris dar

netranslatat� conţine codonul start

� Se termină cu secvenţa 3’ UTR, necodantă, care conţine � unul din codonii stop � situsul de poliadenilare - AATAAA

Exonii

� Secvenţe transcrise în ARN mesager precursor şi păstrate în ARNm matur,

� Codifică DOMENII (subunități polipeptidice distincte) ale proteinelor din care fac parte, având funcții specifice

� Nr exonilor e variabil� Lungima medie 150 pb,� Gene diferite pot avea exoni identici,� Nu e obligatorie translaţia –

– ex: pt exonul 1 al genei pentru insulina

Intronii

� Secvenţe transcrise în ARN mesager precursor dar îndepărtate ulterior din ARNm matur,

� Nr introni e cu o unitate mai mic ca al exonilor (I = E – 1); � orice genă începe și se termină cu un exon� Lungime variabilă, neconcordantă cu cea exonilor (sute-

mii de pb),� Aproape toţi încep cu dinucleotidul 5'-GT şi se termină cu

3'-AG.

Introni şi exoni

� Genele mici au 2 introni:– Gena beta globinei (1,5 kb),– Insulinei (1,7 kb)

� Una din cele mai mari gene (a distrofinei):– 2500 kb,– 79 exoni

� Gene fără intoni: – Genele histonelor, interferonilor, SRY, Xist, gena ptr.

receptorul de tip I al AG II,ptr. receptorul alfa 2 adrenergic.

– Nu depăşesc 6% din totalul genelor.

Rolul intronilor

Nu doar pasiv, de spaţiatori !!1. Guvernează procesul de prelucrare a ARN

premesager în ARNm matur,

2. Pot funcţiona ca transpozoni (fragmente mobile de ADN,

ce-si schimba pozitia),

3. Intervin în reglarea expresiei genice,

4. Menţin şi coordonează diferenţierea celulară şi tisulară.

Genele care codifică proteineSunt alcătuite din:�Partea centrală:

- “cadru de lectură”, - se transcrie.

�Două regiuni laterale � rol în reglarea expresiei genice,� nu se transcriu.

Secvenţele de reglare a genei� Două regiuni laterale, netranscrise:

� Regiunea laterală 5’= PROMOTOR� Regiunea laterală 3’

� Rol: – semnalizează iniţierea transcripţiei,– reglează intensitatea ei.

� Amplificare� atenuarea

Promotorul

�Conţine mai multe elemente cis activatoare

� Locul de unde se iniţiază transcripţia, prin fixarea factorilor de transcripție (FT)

�Are trei regiuni:� Miezul promotorului� Regiunea promotor proximală� Regiunea distală a promotorului

Miezul promotorului

� Conţine module care formează complexul transcripţionalbazal

� TATA box (la circa 25-30 pb în amonte de situsul de Inr),alcătuit din hexanucleotidul TATAAA

� TATA box este prezentă la aproape toate genele specifice de ţesut.

TATA box

� Asigură demararea precisă a transcripţiei,� Asigură expresia genei la nivel bazal,� Mutaţia secvenţei TATA produce o deplasare a punctului

start.

Regiunea promotor proximală

�Conţine elemente care modulează transcripţia bazala.– CAAT box (la circa 75 pb de inr)-rol modulator în transcripția

bazală.– GC box (la 100 pb de inr)-același rol.– Se mai găsesc secvenţe ADN implicate în:

� Specificitatea stadiului de dezvoltare,� Specificitatea tisulară.

Regiunea distală a promotorului

Conţine elemente de reglare de tip “cis”:

– Intensificatorii: � elemente de reglare pozitivă, care cresc nivelul bazal al

transcripţiei,� La distanţă de sute sau mii de nucleotide de inr,� Funcţia lor nu depinde de orientare sau localizare.

– Silenţiatorii:� Reduc nivelul transcripţiei, � Pot represa funcţia unor gene.

Regiunea laterală 3’

� cu aceasta se termină gena, nu se transcrie� Imprecis delimitată şi cunoscută,

� Secvenţe semnal care afectează:� Procesarea ARNm,� Stabilitatea ARNm,� Durata de viaţă a ARNm.

� La unele gene se pot găsi activatori.

Gene care codifică proteine

1. Gene comune

2. Gene specifice

Gene comune (houskeeping)

�Grup restrâns de gene – codifică proteine comune, indispensabile fcț celulare

�Se exprimă în toate celulele, – transcriere continuă, dar la nivele scăzute

�Reprezintă circa 1/5 din numărul total de gene la om

�Se găsesc în benzile G- sau R

�Promotorul lor e alcătuit numai din una sau mai multe cutii de tip CG.

Gene specifice

�Reprezintă aproximativ 4/5 din genele umane

�Au expresie limitată:– Spaţială:

� În anumite ţesuturi,� Linii celulare,� Tipuri celulare,� Celule individuale.

– Temporală (în anumite stadii ale dezvoltării, diferenţierii sau ciclului celular).

Gene unice �Marea majoritatea a genelor

�Unele au fost duplicate:– Două copii cvasiidentice, folosite aleatoriu în

transcripţie - ex genele α1 şi α2 –globina

– Copii defective, nefuncţionale� Pseudogene –notate cu ψ� Gene trunchiate, fragmente de gene

– Exemple gena NF 1 are 11 pseudogene/fragmente

Familii şi superfamilii de gene

� Gene funcţionale cu secvenţe similare1. Familiile “clasice” de gene

� Origine comună – duplicaţia succesivă a unei gene ancestrale– Dispersate– Grupate -clusters

� Ex: genele pentru histone (1300), ARNr (>2000), FT

2. Superfamilii de gene� Intervin în procese corelate� Au un “motiv” structural identic� Ex: genele imunităţii : IG, receptorii, HLA

curs 1 si 2 2013 pdf

Documents