GENETICA CURS 4

In nucleu fiecare molecula de ADN se asociaza cu proteine histonice si nonhistonice si mici cant de_________form. un complex___________ denumit cromatina.

Interactiunile dintre ARN si proteine indeplinesc 2 roluri:1. structural in organizarea supramoleculei ADN-ului;2. functional in mecanismele care regleaza expresia si replicarea genelor.

Cromozomii sunt elemente dinamizeaza ct. ale celulelor cu fctiei genetice esentiale. Exceptand procariotele care au un sg crom. circular,la eucariote nr. crom. este caracteristic fiecarei specii (omul are 46, cainele 78, pisica 38).

Nr crom. in celule nu respecta gradul de evolutie biologica si complexitatea structural-functionala a speciei. Nr. crom. nu este un criteriu taxonomic de stabilire a pozitiei filogenetice.

ADN reprezinta cel mai important constituent al crom. eucariotelor, in el gasindu-se programul genetic al speciei respective.

Informatia genetica este codificata in macromolecula de ADN ce contine milioane de nucleotide. 1 milion de nucleotide inseamna un segment ADN cu lungimea de 3,4*10 la puterea a 5a nm( 0,034 cm). In crom. eucariotelor, ADN-ul reprezinta intre 13-16%, ARN 12-13%, iar proteinele his si non his 68-70%.

Proteine histonice- sunt proteine bazice, stabile, lipsite de activitatea enzimatica, cu rol in strucura tertiara a ADN-ului cromozomal. Genele care codifica histonele au o structura particulara (fara introni) si se afla localizate in crom. 1, 6 si 12.

Se exprima in faza S a ciclului celulelor sincron cu replicarea ADN-ului. La eucariote, se deosebesc 5 tipuri de histoni: H1, H2 A, H2 B, H3 si H4. Cu exceptia H1, celelalte tipuri (in special H3 si H4) au o structura stabila, bine conservata in evolutie.

Histona H1 este bogata in lizina (implicata in modificarea nucleozomului pt reglarea activitatii genelor).

H2 A- bogata in leucina;H2 B- in serina;H3- in arginina si cisteina;H4- in arginina. Histonele au rol structural, intrand in componenta nucleozomilor, particule

fundamentale in structura fibrelor de cromatina. Totodata au rol functional, fiind implicate in reglarea expresiei genice (transcriptie).

Acetilarea histonelor duce la activarea unor gene. Metilarea produce regresie genica. Fosforilarea H1 produce condensarea fibrelor de cromatina interfazica in crom. si declansarea mitozei.

Experimental s-a demonstrat ca histonele stabilizeaza dublul helix si instabilizeaza ARN.

Proteine nonhistonice- proteine acide si neutre, heterogene, putin abundente (exceptie fac proteinele HMG). Majoritatea au rol functional, intervenind specific in reglarea activitatii genelor (HMG participa la reglarea replicarii ADN). Unele au rol structural, formand matricea cromozomiala (scheletul).

Moleculele de ADN si histonele sufera spiralizari successive.La inceputul diviziunii, fibrele de cromatina se spiralizeaza si se condenseaza suplimentar formand crom.

Crom. si cromatina sunt 2 modalitati definitorii de organizari morfo-functionale ale materialului genetic in interfaza si diviziune.

Cromatina- Asocierea dintre ADN si proteine: cromatina.

1

Prezinta diferite grade de condensare si se caracterizeaza prin 2 tipuri morfofunctionale distincte: eucromatina si heterocromatina.

Eucromatina: -putin condensata si slab colorata;-prezinta mult ADN nerepetitiv bogat in G-C si proteine nonhistonice;-reprezinta partea activa genetic a cromatinei;-se replica precoce la inceputul fazei S;-alc. benzile R din crom.

Heterocromatina:-puternic condensata si intens colorata;-prezinta ADN repetitiv bogat in A-T si histone;-desi inactiva genetic, indeplineste anumite fctii celulare: stabilizeaza

centromerul si telomerele crom.;-intervine in desfasurarea meiozei(in sinapsele crom. omoloage) si

probabil in diferentierea celulara.-este de 2 feluri:

a)constitutiva: -se gaseste constant sub forma condensate; -nu contine gene functionale ; -e formata din ADN inalt repetitive (ADN satelit); -se gaseste in regiunea centromerului pe bratul

lung al lui Y, pe bratele scurte ale cr. acrocentrici si in constrictiile secundare; -alc. benzile C din cr.

b)facultativa: -variaza la celule diferite si chiar la organisme diferite;

-in unele celule anumite parti sau gene din cr. pot fi active, in alte celule aceleasi struct., pot sa nu functioneaza fiind sub forma de heterocromatina.Aceasta heterocromatizare poate fi limitata la un sg segment de cr sau poate

cuprinde tot cr. Ex: tipic la sexul feminin cand unul din cei 2 cr. X este inactiv formand corpusculul sexual X.

Nucleozomii- primul nivel de organizare a ADN (struct. primara a cr.) este filamentelor cu nucleozom cu diametrul de 11 nm. Nucleozomul sau superhelixul cromatidian e alc dintr-o secventa de ADN de 146 perechi de baze care se infasoara cu aproximativ 2 rotatii complete in jurul unui miez histonic format din 8 histone. Nucleozomii sunt legati intre ei printr-un segment de ADN liber (60 perechi de baze) formand un filament asemanator unui sireag de margele.Aceasta structura mentinuta strans de H1 care leaga 2 nucleozomi vecini realizeaza o impachetare a ADN de circa 10 ori. Dimensiunile nucleozomilor depind de organism, tesut sau de structura de activitate a genomului celular. Cand ADN se replica nucleozomii se deschid pt ca inf. genetica sa devina accesibila. Nucleozomul contine cant. aprox. egale de ADN si histone.Masa molec. a nucleozomului este de aprox 262.000 daltoni.H2 A X2=28.000H2 B X2=21.000H3 X2 =30.000H4 X2 =22.000 In total histonele repr. 132.000 daltoni; diferenta de 130.000 fiind AND (200 perechi de baze).

2

Solenoidul- este al 2-lea niv de organizare (struct. sec) sau super helix sau fibra de cromatina de 30 nm. Aceasta rezulta prin spiralizarea filamentelor cu nucleozomi. Aceasta structura cu pasul de 6 nucleozomi e stabilizata de histone H2 si realizeaza o compactare de 5 ori.In solenoid zonele spiralizate alterneaza cu zone nespiralizate unde se pot fixa o serie de proteine specifice.Totodata, prin aceasta noua spiralizare diferite regiuni, care pe ADN liniar se aflau la distanta, sunt apropiate.

Bucla cr.- e al 3-lea nivel de organizare sau struct. tertiara a cr. Rezulta prin plierea fibrei de cromatina in bucle laterale de lungime diferita (20-100 Kb) formand fibra cu diametru de 300 nm. Buclele au o dispozitie helicoidala fiind dispuse in rozete hexametrice. Dispunerea buclei in forma fibrei polisolenoidice si conservarea buclelor in cr. metafazici sunt det. de prezenta proteinelor nonhistonice Sc1,Sc2 (SCAFFOL).Se considera ca fiecare bucla ar fi o unitate functionala de transcriptie si replicarea.Structura cuaternara- e al 4-lea nivel de organizare al cr. la eucariote. Dupa dispozitia nucleiforma a fibrei nucleoproteice, urmeaza un proces de hipercondensare a ADN-ului prin spiralizarea fibrei de 300nm care are loc in interfaza ia nastere fibra de 700 nm care coresp. diam. unei cromatide. Fiecare cromatida contine o sg. molecula de ADN. Buclele anterior descrise se vor rasuci suplimentar in metafaza. Intr-o rasucire apar aprox. 30 rozete hexametrice avand drept corespondent banda C de pe crom. umani.Nr. de rasuciri complete depinde de cant de Adn pe cr. X: la cr. 1 ar fi intre 22-23 asemenea rotatii. In procesele de rasucire participa in jur de 30 proteine nonhis(HMG). Astfel molec. de ADN sufera o impachetare de 100.000 ori.

3