GENETIC MOLECULARINTRODUCERE

Genetica: gennan (gr.) = a da natere cuvntul a fost utilizat pt. prima oar n de britanicul William Bateson n 1906 (Londra aIII-a Conferin internaional de hibridare a plantelor) este ramura biologiei care studiaz ereditatea i variabilitatea organismelor laturi inseparabile ale proceselor vieiiEreditatea: hereditas (lat.) = motenire este proprietatea fundamental a tuturor vieuitoarelor de a poseda informaie genetic pe baza creia sunt transmise caractere morfologice, fiziologice, biochimice i comportamentale (caractere ereditare) de la ascendeni (prini) la descendeni are un caracter stabilizator care asigur legtura organic dintre generaiiVariabilitatea: este capacitatea indivizilor biologici de a se deosebi ntre ei prin nsuiri ereditare i neereditare, a.. nu exist copii identiceDomenii majore ale geneticii: genetica clasic / mendelian: studiaz transmiterea caracterelor genetice de la o generaie la alta genetica molecular: studiaz structura i funciile genelor (polimeri lungi, macromolecule de acizi nucleici i n special de ADN); studiaz ereditatea la nivel biochimic, fiind cea mai tnr si modern ramur a geneticii genetica populaiilor: studiaz, sub aspect matematic, distribuia i comportamentul genelor n cadrul populaiilor

ISTORIC

Descoperirea factorilor ereditari Mendel - Teoria factorilor ereditari (1866): trsturile ereditare nu se transmit direct descendenilor, ci indirect prin intermediul factorilor ereditari (gene) Gregor Mendel a experimentat n mod deosebit pe mazre (Pisum sativum), plant care se reproduce prin autopolenizare (autogamic) meritul lui Mendel a fost introducerea noiunii de factor ereditar un corpuscul de natur material localizat n nucleul celular organismele n care factorii ereditari pereche sunt de acelai fel se numesc homozigote (bob neted AA, bob zbrcit aa), iar cei n care sunt diferii, heterozigote (Aa) la indivizii heterozigoi se manifest doar unul din caractere i anume cel dominant (A), cel recesiv (a) rmne n stare ascuns condiia ca un caracter recesiv s se manifeste este aceea ca factorul ereditar ce determin acest caracter s fie n dublu exemplar (aa) Mendel a descoperit deosebirea dintre structura genetic a organismelor, numit ulterior genotip, i nfiarea acestora, numit ulterior fenotip (rezultatul aciunii dintre genotip i mediul de via)

Legile ereditii:1. Legea puritii gameilor: gameii sunt ntotdeauna puri d.p.d.v. genetic, indiferent c provin din indivizi heterozigoi sau homozigoi, deoarece conin numai unul din factorii ereditari pereche2. Legea segregrii independente a perechilor de caractere: fiecare pereche de factori ereditari segreg independent de alte perechi de factori ereditari (raportul de segregare n F2 ESTE DE 3D: 1r pt. fiecare perche de factori ereditari, iar n cazul a dou perechi de caractere, raportul de segregare este de 9:3:3:1 dihibridare) Gregor Mendel devine n anul 1865, fondatorul geneticii ca tiint, ns, contemporanii si nu l-au neles

Vries, Correns, Tschermak: anul 1900 este considerat anul naterii geneticii ca tiin; n acest an, 3 cercettori botaniti europeni: Hugo de Vries (Olanda), Carl Correns (Germania) i Erich Tschermak (Austria) redescoper independent primele legi ale ereditii, ce confirmau cerectrile efectuate cu aproape 35 de ani n urm de Gregor Mendel odat acceptat ideea c exist transmiterea genetic a caracterelor, ncepe cutarea factorilor care conin i transmit informaia genetic

Caracteristicile factorilor ereditari: s se replice pt. a fi prezeni n toate celulele unui organism s poat controla exprimarea caracterelor genetice s conin codificarea secvenei aminoacizilor din proteine s poat fi capabili s se modifice ntr-o manier controlat, pt. a permite supravieuirea speciilor ntr-un mediu ce sufer permanent schimbri dup peste 40 de ani de la cerctrile lui Mendel, dou descoperiri tiinifice construcia microscopului cu putere mare de mrire i a coloranilor specifici pt. materialul genetic au permis observarea nucleului i identificarea cromozomilor

Wilhelm von Ngeli n 1842, botanistul elveian Karl Wilhelm von Ngeli observ pentru prima oar cromozomii

Sutton n 1900, William Sutton observ pentru prima oar perechile de cromozomi omologi n celulele de lcuste

Rolul cromozomilor n transmiterea caracterelor: celulele corpului organismelor (somatice, diploide) conin perechi de cromozomi difereniate ca morfologie i dimensiuni celulele corpului unui organism au acelai numr de cromozomi celulele reproductoare (gameii) au jumtate din numrul de cromozomi prezeni n celulele somatice ale organismului care le produce (sunt haploide) dup fecundaie, celula ou (zigotul) are acelai numr de cromozomi ca al celulelor somatice din organismele care au produs gameii

aceste descoperiri au relevat implicaiile legilor mendeliene: cromozomiii se comport ca factorii ereditari descrii de G. Mendel, i poart sau chiar ei sunt aceti factori

Boveri n 1902, germanul Theodor Boveri demonstreaz c dezvoltarea normal a celulelor depinde de existena unei combinaii normale de cromozomi, anticipnd ideea c fiecare cromozom are un efect calitativ unic n diferenierea i dezvoltarea celular

Johansen n 1909, Johansen propune termenul de gen, noiunii de factor ereditar

Morgan Teoria cromozomial a ereditii (1910) dovada final este adus de Teoria cromozomal a ereditii (1910), rezultat n urma cercetrilor pe musculia de oet (Drosophila melanogaster), efectuate de un colectiv de cercettori americani de al Universitatea Columbia, condui de Thomas Hunt Morgan; acetia au demonstrat convingtor att c genele (factorii ereditari mendelieni) sunt localizate n cromozomi, ct i principiile fundamentale ale transmiterii caracterelor genetice ca urmare, apare o nou tiin, citogenetica, care studiaz ereditatea la nivel celular

Tezele teoriei cromozomiale a ereditii:1. Dispunerea linear a genelor n cromozomi: pt. fiecare caracter exist cel puin o gen, iar fiecare gen ocup un anumit loc (locus loci) n cromozom; genele sunt dispuse n cadrul cromozomului ntr-o anumit succesiune2. Transmiterea nlnuit a genelor dispuse n acelai cromozom: genele localizate n acelai cz. au tendina de a se transmite mpreun la descendeni (linkage)3. Schimbul reciproc de gene ntre cromozomii omologi: ntre cromozomii perechi se pot realiza schimburi reciproce de fragmente de ADN (crossing-over); explic i apariia diversitii n natur

ctre anul 1933, Morgan i colaboratorii si au alcatuit deja primele hri cromozomiale

Analiza cantitativ a cromozomilor: a indicat compoziia de 40% ADN i 60% proteine iniial, s-a bnuit c proteinele sunt responsabile de stocarea informaiei genetice nu numai ptc. sunt n cantitate mai mare, dar i ptc. moleculele lor sunt compuse din 20 de subuniti deiferite, n timp ce ADN are numai 4 uniti diferite

Rolul materialului nuclear n transmiterea i determinarea caracterelor Hammerling n 1943, biologul danez Joachim Hammerling, utiliznd 2 specii de alge unicelulare (Acetabularia mediteraneea i Acetabularia crenualta) demonstraz rolul nucleului: din fragmentele de alge alctuite dintr-o poriune bazal cu nucleu de la una din specii i un fragment de la cealalt specie, se regenreaz poriunea apical cu morfologia caracteristic speciei de la care provine nucleul

Briggs i King n 1952, cercettorii americani Robert Briggs i Thomas King extrag nucleii din celulele embrionare de broasc (Rana pipiens), observnd ca celulele i nceteaz existena, iar dac nucleii sunt reintrodui, celulele se vor dezvolta formnd un nou individ

Descoperirea rolului i a structurii acizilor nucleici Friedrich Miescher n 1868, biologul elveian Friedrich Miescher a realizat primele studii asupra nucleilor celulari extrai din celulele descompuse aflate n puroiul colectat de bandejele unor plgi; n aceti nuclei, Miescher identific compui ai fosforului, pe care i numete nuclein, substan care conine o parte acid (ADN) i o parte proteic (histone proteine responsabile de organizarea arhitectural a ADN) ulterior, Miescher descoper substane similare nucleinei n nucleul spermatozoizilor de somon; cu toate c a separat poriunea acid din nuclein i i-a studiat proprietile, structura ADN rmne necunoscut pn n 1953

Griffith n 1928, medicul bateriolog englez Frederick Griffith a descoperit un fenomen de o foarte mare importan transformarea genetic cruia nu a reuit s-I dea o explicaie foarte clar la momentul respectiv, dar care va deveni una din metodele ingineriei genetice, de transfer de gene de la o specie la alta F. Griffith a descoperit c diferite tulpini ale pneumococului Streptococcus pneumoniae pot determina efecte diferite asupra oarecilor: injectarea cu o tulpin virulent cu capsul neted omoar oarecii injectarea cu o tulpin nevirulent fr capsul nu are niciun efect asupra oarecilor dac tulpina virulent este omort prin tratare termic i injectat apoi oarecilor, nu va produce niciun efect dac tulpina virulent omort este injectat mpreun cu tulpina nevirulent vie, oarecii mor i n sngele lor se gsesc streptococi viruleni vii aceste rezultate l-au condus pe Griffith la ideea c exist un factor care a determinat transformarea penumococilor din neviruleni n viruleni

Avery, McLeod, McCarty n 1944 se public rezultatele unei experine cruciale n biologie: Oswald T. Avery, Colin McLeod i Maclyn McCarty, de la Institutul Rockefeller, descoper ca ADN este misteriosul factor transformator al doctorului Griffith Avery i colegii si au separat ADN i proteinele tulpinilor de pneumococi: adugand n cultura de pneumococi neviruleni ADN de la tulpina virulent obin n cteva zile pneumococi viruleni la adugarea proteinei de la pneumococii viruleni n culturi de pneumococi neviruleni nu se produce nicio transformare la acea vreme rezultatele lui Avery nu au fost acceptate, muli oameni de tiin au considerat c nu fusese bine izolat ADN bacterian i c probabil un fragment proteic a determinat transformarea pneumococilor neviruleni n viruleni

Hershey i Chase abia n 1952, un experiment realizat de Alfred Hershey i Martha Chase demonstreaz ca ADN este materialul genetic utiliznd izotopii radioactivi de sulf 35S pt. marcarea aminoacizilor din proteinele virale i de fosfor 32P pt. marcarea radicalilor fosfat din acizii nucleici virali, Hershey i Chase au urmrit infecia a 2 tipuri de bacteriofag T2: prima cu capsida marcat radioactiv i a 2-a cu genom viral marcat radioactiv din culturile celulelor bacteriene de Eschericia coli infectate cu bacteriofag n care ADN era marcat radioactiv, s-au identificat bacteriofagi cu genom marcat din culturile infectate cu bacteriofag n care capsida era radioactiv s-au identificat bacteriofagi replicai neradioactivi s-a demonstrat astfel c materialul genetic care codific informaia necesar replicrii noii generaii de fagi este molecula care conine fosfor, adica ADN

Stanley n 1936, Wendell M. Stanley identific acizii nucleici n virusul mozaicului tutunului VMT

Bawden n 1937, Frederick Charles Bawden descoper c VMT conine ca genom, acid ribonucleic (ARN)

Fraenkel-Conrat i Singer n 1957, H. Fraenkel-Cornat i B. Singer demonstreaz rolul ARN din VMT: separ proteina din capsid, de ARN viral i demonstreaz ca ARN este materialul genetic viral injectarea frunzelor de tutun cu virus hibrid compus din capsida proteic a unei tulpini (VMT2) i ARN de la alt tulpin (VMT1), determin formarea unor leziuni caracteristice virusului de la care a provenit ARN (VMT2) cu mult nainte de data acestei demonstraii se cunotea deja c ADN este o macromolecul, un polimer compus din uniti numite nucleotide, care sunt de 4 tipuri, dar nu se cunotea modul n care aceste componente se leag, care este structura i cum sunt codificate informaiile pt. a se transmite de la o generie la alta

Watson i Crick n 1953, James Watson i Francis Crick, studiind prin difracie n raze Rntgen structura ADN, reuesc s descopere poziia atomilor i au descris astfel structura de dublu helix a macromoleculei de ADN

Wilkins ntruct cercetrile lui Watson i Crick s-au realizat in vitro pe ADN extras din celule, a fost necesar confirmarea descoperirilor lor i n ADN in vivo, fapt realizat n acelasi an (1953) de Maurice H. F. Wilkins pt. rezultatele cercetrilor lor, cei 3 au fost rspltii cu Premiul Nobel n 1962 (pt. medicin i biologie)