curs 5

CURS CURS 55CURS CURS 5522 noiembrienoiembrie 2011201122 noiembrienoiembrie 20112011

APARATUL GENETICAPARATUL GENETICAPARATUL GENETICAPARATUL GENETIC

• Este format din structurile celulare care contin ADN

( NUCLEUL si NUCLEU

MITOCONDRIE( NUCLEUL si MITOCONDRIILE) precum si cele care intervin in realizarea functiilor sale (ribozomii si centriolii).

11/8/2011Curs 5: Genetica - A nu se copia sau distribui fara

copyright 2

din

CROMOZOMUL (chroma=culoare; soma=corpuscul)

� Structura filamentoasa formata din

cromatina condensata, vizibila in

timpul diviziunii celulare.

NUCLEU

DIVIZIUNE

CELULARA

DIVIZIUNE

CELULARA


copyright 3

ADN

GENOM

~3200 Mb

CROMATINA

INTERFAZA

CELULARA

INTERFAZA

CELULARA

CROMOZOMUL NUCLEAR

Celula

somatica

ORGANIZAREA ADN-ului IN

CELULA EUCARIOTA

ORGANIZAREA ADN-ului IN

CELULA EUCARIOTA

Cromozomi nucleari

somatica

Nucleu

23 perechi

de crz.

CROMOZOMUL MITOCONDRIAL

ORGANIZAREA

ADN-ului IN

CELULA EUCARIOTA

ORGANIZAREA

ADN-ului IN

CELULA EUCARIOTA

CROMATINACROMATINA

CROMATIDECROMATIDE

BRAT

11/8/2011 5

ADN

CROMATINACROMATINA

CROMOZOMCROMOZOM

BRATp

BRATq

CENTROMER

ADN ADN ––ul nuclearul nuclearADN ADN ––ul nuclearul nuclear

• La Ek moleculele de ADN dublu catenare, liniare sunt asociate cu proteine histonice, nonhistonice si mici cantitati de ARN, rezultand un complex nucleoproteic numit cromatina.

• Interactiunile dintre ADN si proteine au un dublu rol:

- structural - in organizarea supramoleculara a moleculei de ADNmoleculei de ADN

- functional - in mecanismele de expresie si represie a genelor

• Organizarea ADN-ului in nucleu este conditionata de:

- spatiul nuclear redus- functiile ADN-ului- fazele ciclului celular


copyright 6

CROMATINA SI CROMOZOMIICROMATINA SI CROMOZOMII

• Reprezinta cele 2 modalitati diferite de organizare ale ADN-ului in INTERFAZA


copyright 7

organizare ale ADN-ului in INTERFAZA (cromatina) si DIVIZIUNE (cromozomi).

CROMATINA NUCLEARACROMATINA NUCLEARA

• Este alcatuita din ADN + proteine histonice, nonhistonice si mici cantitati de ARN

• HISTONELE:• Sunt sintetizate de histogene• Se clasifica in 5 clase (dupa nr. si tipurile de aminoacizi):

- H1 (histona cea mai mare, bogata in Lys),- H2A, H2B, H3, H4 (au o structura conservata in evolutie, ceea ce demonstreza ca au un rol structural important in organizarea supramoleculara a ADN-ului)


copyright 8

supramoleculara a ADN-ului)• Au un dublu rol - functional: reglarea expresiei genice

- acetilarea histonelor determina activarea unor gene - metilarea histonelor produce represia genelor- fosforilarea H1 produce condensarea fibrelor de cromatina

- structural (nucleosom).

• PROTEINELE NON-HISTONICE:• Sunt acide sau neutre; • Reprezinta un grup heterogen structural ( formeaza matricea cromozomilor)si

functional (modularea activitatii genelor).

CROMATINA INTERFAZEICROMATINA INTERFAZEICROMATINA INTERFAZEICROMATINA INTERFAZEI

• Are grade diferite de condensare

• Se prezinta sub 2 forme distincte morfo-functional:

- EUCROMATINA si HETEROCROMATINA

1. EUCROMATINA: • Putin condensata , bogata in ADN nerepetitiv;

• Este activa genetic;

• Se replica precoce in faza S a ciclului celular;

• Prezinta un aspect izopicnotic (se coloreaza slab cu colorantii bazici).

11/8/2011Curs 5: Genetica - A nu se copia s.au distribui fara

copyright 9

HETEROCROMATINA

EUCROMATINA

NUCLEOL

Invelisnuclear

Pornuclear

11/8/2011 10

Organizatornucleolar

ReticulEndoplasmic

rugos

2. Heterocromatina• Contine o cantitate mare de ADN repetitiv (A-T)• Compacta, condensata• Inactiva genetic, se replica tardiv• Detine un rol in stabilizarea centromerului, a telomerelor,

in sinapsa cromozomilor omologi in meioza si in diferentierea celulara

• se clasifica in:a. H. Constitutiva:

• Constant condensata, are ADN inalt repetitiv


copyright 11

• Constant condensata, are ADN inalt repetitiv • Localizare: regiunea centromerica, cz. Y, bratele p ale cz.

acrocentrici si constrictiile secundare• Benzi C

b. H. Facultativa:• Difera de la o celula la alta• Este o cromatina cu potential - poate deveni activa genetic• Prezinta o localizare diferita la nivelul cz. omologi – cu rol

in reglajul genetic (cromatina X)

ADN Histona H1

NUCLEOSOM

� Unitatea structurala primara a fibrelor de cromatina alcatuita dintr-un segment de ADN de 146 p.b. infasurat de 2X in jurul miezului histonic (format din 8 molecule de histone: 2xH2A, 2XH2B, 2xH3, 2xH4);


copyright 12

8 molecule de histone: 2xH2A, 2XH2B, 2xH3, 2xH4);

� Nucleosomii sunt legati intre ei printr-un ADN liber (60 pb)si H1 formand filamentul cu nucleosomi cu diametrul de 10 nm.

� Nucleosomii nu sunt structuri statice, rigide permitand replicarea si transcrierea ADN.

STRUCTURA SUPRAMOLECULARA A CROMATINEI

STRUCTURA SUPRAMOLECULARA A CROMATINEI

• 1.ADNul se asociaza cu proteinele histonice (miez histonic), se infasoara in jurul acestuia, se scurteaza si formeaza FIBRA DE CROMATINA DE 11 nm (filament cu nucleosomi)

• 2.Filamentul cu nucleosomi se spiralizeaza in solenoid (prin rasucire spre stanga) si formeza FIBRA DE CROMATINA DE 30 nm:

- este unitatea fundamentala de organizare a cromatinei in nucleul interfazic

- are un rol important in functionarea genomului- are un rol important in functionarea genomului

• 3.Fibra de cromatina de 30nm se pliaza in bucle laterale numitedomenii si formeaza FIBRA PLIATA IN BUCLE LATERALE (300 nm)

• 4.Fibra pliata in bucle laterale, la inceputul profazei, se spiraleaza si se condenseaza formand cromatida cromozomului (600 nm)

• In metafaza cromatida cromozomului atinge 700 nm


copyright 13

STRUCTURA STRUCTURA SUPRAMOLECULARA SUPRAMOLECULARA

A CROMATINEIA CROMATINEI

Miez

histonic

nucleozom


copyright 14

ADN DUBLU HELIXADN DUBLU HELIX

FIBRA DE CROMATINA DE 11 nm FIBRA DE CROMATINA DE 11 nm (filament cu nucleosomi) (filament cu nucleosomi)

FIBRA DE CROMATINA DE 30 nm: FIBRA DE CROMATINA DE 30 nm:

FIBRA PLIATA IN BUCLE LATERALE (300 nm)FIBRA PLIATA IN BUCLE LATERALE (300 nm)

CROMATIDA CROMOZOMULUI (700 nm)CROMATIDA CROMOZOMULUI (700 nm)


copyright 15

• Mitoza creste numarul de celule. • Apoptoza scade numarul de celule.• Cele 2 procese sunt controlate genetic si regleaza nr. de

celule ale unui organism.

• Nr. de diviziuni ale unei celule este limitat.

• In celulele somatice normale, lungimea telomerelor este un indicator al capacitatii de proliferare.


copyright 16

un indicator al capacitatii de proliferare. • Telomerele au sute de secvente repetate. La fiecare

mitoza se pierd intre 50-100 nucleotide, ceea ce face ca, treptat, cz. sa se scurteze.

• Dupa 50 de diviziuni, o cantitate critica de ADN telomeric, se pierde, semnal pt. oprirea mitozei.

• In continuare, celula poate supravietui dar, nu se mai divide sau moare.

CROMOZOMUL MITOTIC LA EK.CROMOZOMUL MITOTIC LA EK.

• Corpuscul colorat

• Purtator de material genetic

• Alcatuit din ADN si proteine • Alcatuit din ADN si proteine

• Numarul si morfologia cz. sunt caracteristice fiecarei specii


copyright 17

Morfologia cromozomilor la Ek.Morfologia cromozomilor la Ek.

� 1. Structuri specializate de cz.

� 2. Elemente morfologice comune unor cz.

� 3. Elemente morfologice specifice fiecarui cz.: Benzile cromozomiale


copyright 18

1. Structuri specializate ale cz.1. Structuri specializate ale cz.

A. CROMATIDA

• subunitate a cz. identica cu cromatida sora; prezinta o singura molecula de ADN• cele 2 cromatide sunt atasate una de cealalta la nivelul centromerului• fiecare cromatida are cate 2 brate, subdivizate in regiuni, benzi si subbenzi

B.CENTROMERUL

• segment de cz. la nivelul constrictiei primare• alcatuit din ADN satelit• este o structura dedublata impusa de clivarea longitudinala a cz. in metafaza si

anafaza• este o structura dedublata impusa de clivarea longitudinala a cz. in metafaza si

anafaza• are rol in deplasarea cz. spre polii opusi ai celulei• la nivelul lui se gaseste kinetocor-ul (corpuscul colorat dens)

- este o structura complexa care contine proteine- se ataseaza de ADN-ul centromeric si capteaza microtubulii fusului de diviziune

• functie – in procesul de segregare, asigura distributia egala a fiecarui cz. de la celula mama la celulele fiice

C.TELOMERUL

• functii: - mentinerea stabilitatii si integritatii structurale• - limiteaza durata de viata a celulelor somatice datorita scurtarii progresive


copyright 19

Cromatidesurori

centromer

microtubuli

kinetocor


copyright 20

Morfologia cromozomilor la Ek.Morfologia cromozomilor la Ek.Structuri specializate de czStructuri specializate de cz

2.Elemente morfologice comune unor cz..2.Elemente morfologice comune unor cz..

A.SATELITII • Formatiuni de cromatina atasate de bratele scurte ale

cz. acrocentrici. Atasarea se face prin filamente de ADN ce contin genele de ARNr, formand organizatorii nucleolari

B.CONSTRICTIILE SECUNDAREB.CONSTRICTIILE SECUNDARE• Regiuni cz. caracterizate printr-o relativa decondensare

a cromatinei, vizibila in interfaza

C.SITUSURILE FRAGILE • Au aspect de lacune necolorate• La acest nivel cz. se pot rupe usor atat in vivo cat si in

vitro• Sunt markeri normali


copyright 21

3. Elemente specifice fiecarui cz.:Benzile cromozomiale

3. Elemente specifice fiecarui cz.:Benzile cromozomiale

Benzile cromozomiale reflecta structura interna heterogena a cz. si definesc regiuni cu structura si functii diferite.

• Prin tratamente diferite si colorantii specifici rezulta o serie continua de benzi transversale: benzi intens colorate/benzi slab colorate

Fiecare cz. prezinta un model caracteristic de distributie a benzilor.• Pozitia, succesiunea, marimea si intensitatea culorii benzilor permit

identificarea precisa a fiecarui cz.• Pozitia, succesiunea, marimea si intensitatea culorii benzilor permit

identificarea precisa a fiecarui cz.

• Marimea benzilor variaza intre 1-10 Mb.

Modelul de benzi este identic pentru toate celulele unui organism si pentru toti indivizii speciei.

Benzile sunt markeri citologici ai structurii heterogene a cz. (gradul de compactare al fibrei de cromatina in cz)


copyright 22

TEHNICI DE ANALIZA CROMOZOMIALATEHNICI DE ANALIZA CROMOZOMIALA

1. Tehnici de generatia a I-a: asigura colorarea uniforma a cromozomilor;

2. Tehnici de generatia a II-a: asigura obtinerea unui marcaj cromozomial in metafaza (marcaj Q,G,R,C,T si NOR);

3. Tehnici de generatia a III-a: asigura obtinerea unui marcaj cromozomial de obtinerea unui marcaj cromozomial de inalta rezolutie pe cromozomi prometafazici si metafazici;

4. Tehnici de generatia a IV-a: de citogenetica moleculara (FISH, MLPA, QF-PCR);

5. Tehnici de generatia a V-a: tehnici genomice bazate pe microretele (aCGH, SNP).


copyright 23


copyright 24

Marcajul cromozomial in benzi al cromozomilor metafazici: Q, G, NOR si C

QNOR


copyright 25

G

C

REPLICAREA CROMOZOMILOR

LA EK.

REPLICAREA CROMOZOMILOR

LA EK.

• In faza S de sinteza a ciclului celular moleculele de ADN cromozomial sunt replicate pe baza mecanismului semiconservativ, replicare care la nivel de cromozom s-ar concretiza cu aparitia cromatidei sora. cromatidei sora.

• Dar, replicarea cromozomilor trebuia demonstrata experimental.


copyright 26

In 1957 J. Herbert TAYLOR,

folosind tehnica autoradiografiei a examinat cromozomii din celulele radacinilor de Vicia faba (2n=12)

In 1957 J. Herbert TAYLOR,

folosind tehnica autoradiografiei a examinat cromozomii din celulele radacinilor de Vicia faba (2n=12)

• A monitorizat procesul replicarii prin marcarea ADN-ului din cz. cu timidina tritiata.

• In acest experiment timidina marcata se gaseste numai in marcata se gaseste numai in cz. care contin ADN-nou sintetizat.

Autoradiografia este un procedeu citologic ce permite localizarea izotopului radioactiv in cadrul celulei.


copyright 27

Vicia faba


copyright 28

Experiment:Experiment:

1.Radacinile de Vicia faba au fost tinute 8h in mediul cu timidina tritiata, mediu numit “cald”. De ce 8 ore? Pt. ca 8 ore dureaza faza S.

2.Radacinile au fost trecute pe un mediu “rece” care nu contine timidina tritiata ci colchicina, care opreste celulele in metafaza si ajuta la determinarea numarului de cicluri de diviziune.

• Rezultatele obtinute au fost compatibile cu modelul semiconservativ de replicare al ADN-ului, demonstrat de Meselson-Stahl.

• Dupa prima replicare ambele cromatide ale cromozomilor sunt marcate (radioactive)

• II – fiecare cz. are o cromatida “calda” si una “rece”• III – ½ din cz au o cromatida “calda” si una “rece”

– ½ au ambele cromatide “reci”

• Concluzia: Replicarea cz. are la baza mecanismul semiconservativ


copyright 29

Caracteristicile replicarii cromozomilor umaniCaracteristicile replicarii cromozomilor umani

• Unitatea de replicare a cz. umani este repliconulCromozomul este o unitate multirepliconica deoarece acesta contine intre 200 - 1500 de repliconi liniari, independenti, dispusi in molecula de ADN ce formeaza cromatida cromozomului.

• Un replicon are intre 100-200 kb.

• Cromozomii omologi se replica sincron (exceptie, cromozomul X eucromatic, la femeie, care se replica precoce, iar cel heterocromatic se replica tardiv.

• Replicarea cz. este asincrona datorita distributiei diferite a zonelor de eucromatina si de heterocromatina.

Replicarea asincrona poate fi:- intracromozomiala: cz. 5q – precoce; 5p – tardiva- intercromozomiala: cz. 15, 17, X eucromatic – precoce; cz. 14 – intermediar; cz. 13, 16, 18, 21, 22, Y si X heterocromatic – tardiv

• Replicarea este programata - fiecare cz. isi respecta modelul specific de replicare.


copyright 30

Replicarea cz. mitocondrialReplicarea cz. mitocondrial

• Este in acord cu particularitatile cz. mitocondrial;(circular, alcatuit din ADN necombinat cu histone, densitatea diferita a celor 2 catene)

• Are la baza mecanismul semiconservativ;• Are la baza mecanismul semiconservativ;• Este asincrona;• Relativ independenta fata de nucleu

(foloseste ADN polimeraza γγγγ sintetizata in nucleu).


copyright 31

Pentru ilusrarea experimentelor si a mecanismelor moleculare prezentate s-au preluat imagini de pe site-ul:

http://images.google.com

REFERINTE

Pentru clarificarea unor probleme legate de tematica predata la curs se pot trimite intrebari la adresa:

[email protected]


copyright 32

curs 5

Documents