1)Ereditatea este insusirea unui individ de a transmite la urmasi caracterele sale personale precum si pe cele ale specie din care provine. Substratul molecular al ereditatii e ADNul. Demonstrarea rolului genetic al ADNului s-a realizat in decursul timpului prin mai multe experimente 1. in 1928, experimentul microbiologului Griffith care a facut urmatoareaobservatie: a pornit de la studiul morfologiei si patogenitatii diferitelor tulpini de pneumococh; el a constatat ca aceste tulpini de pneumococh cultivate pe medii de cultura, prezentau unele dintre ele capsula polizaharidica, iar altele erau fara capsula; tulpinile incapsulate formau pe mediul de cultura colonii netede si au fost denumite tulpini de tip S-smooth; tulpinile fara capsula formau colonii rugoase cu aspect neregulat si au fost denumite tulpini de tip R-rough -Griffith a folosit soareci de laborator carora le-a injectat in cavitatea peritoneala initial separate cele 2 tipuri de tulpini; a constatat ca dupa injectare soarecii carora li se administrase tulpini de tip S au dezvoltat pneumonie si au decedat, in timp ce soarecii carora li se injectase tulpina de tip R nu au facut boala si au supravietuit; => tulpinile de tip S erau virulente patogene iar cele de tip R erau nepatogene -patogenitatea determinate de prezenta capsule polizaharidice se transmite ereditar; -ulterior Griffith a injectat soarecilor un amestec de pneumococi R vii nepatogeni impreuna cu pneumococi de tip S patogeni dar inactivati prin caldura -efectul a fost letal pentru soarecii de laborator; -de la animalele decedate, Griffith a izolat pneumococi de tip S vii desi ei fusesera administrati inactivati prin caldura; explicatia posibila a acestui fenomen era transformarea tulpinilor de tip R nepatogene in tulpini de tip S patogene si virulente, sub influenta unor component din structura pneumococilor de tip S omorati prin caldura -la acea data, natura chimica a substantei care a produs transformarea tulpinilor nepatogene in tulpini patogene, nu a putut fi stabilita; 2.in 1944, AVERY & CO au reluat experimentul lui Griffith si au demonstrate experimental ca ADNul era factorul transformant la bacteria -Avery a demonstrate ca transferul ADNului extras de la o tulpina de pneumococi S capsulate si patogeni, la pneumococii R necapsulati nepatogeni, determina transformarea acestora din urma in tulpini virulente patogene; -aceasta modificare nu era realizata de proteine sau de alte component din structura pneumococilor S; -odata produsa aceasta transformare se transmite la generatiile urmatoare, fiind astfel ereditar; -pe aceasta baza s-a presupus ca ADNul reprezinta materialul genetic; 3. in 1952 HERSHEY si CHASE au demonstrat ca transferul exclusive al ADNului de la bacteriofagi la bacteria Escherichia Coli transforma aceasta bacterie in cellule producatoare de particule fagice; -bacteriofagul patrunde in interiorul bacteriei si ca urmare a acestui mechanism autorii au marcat radioactive cu S 32 capsula proteica a bacteriofagului, iar cu P au marcat ADNul fagic -cand bacteria a fost infectata cu bacteriofagi marcati radioactive s-a observant ca numai P, deci ADNul patrunde in bacteria, S-proteinele capsulare, raman la exterior; -formarea ulterioara a unor particule fagice noi, complete, de catre bacteria, demonstreaza clar ca ADNul a fost unicul purtator al informatiei ereditare; Denaturarea si hibridizarea ADNului -in conditii experimentale, leg de H dintre bazele azotate de pe cele 2 catene se pot rupe, atunci cand ADNul este supus la temp intre 63 si 100 de grade , sau cand este tratat cu subst alcaline; -trecerea ADNului de la str bicatenara la str monocatenara poarta numele de denaturare a ADNului si poate fi termica sau chimica -in urma denaturarii prin racirea brusca a solutiei in care se gasesc monocatenele de ADN, acestea nu se vor reasocia, si vor ramane separate, servind la obtinerea unor hibrizi molecular de tipul ADN-ADN sau prin racier brusca -prin racirea lenta a sol de ADN, monocatenele se pot reasocia pe baza complementaritatii si pot reface str initiala bicatenara, numindu-se hibridizare ADN sau renaturare; -procesele de denaturare si hibridizare au aplicabilitate practica in biologia molecular, in tehnicile de ADN recombinant pentru identificarea si localizarea unor gene; Polimorfismul structural al molecule de ADN -str secundara elaborate de Watson si Crick corespunde in organism unei configuratii de tip B si care se face in vivo in conditii de umiditate crescuta si concentratie ionica scazuta; -in organismul uman s-au descris si alte modele cconformationale ale molecule de ADN, numite izoforme si acestea sunt A si C, care sunt mai frecvent intalnite, sau D si E care sunt mai rare -aceste izoforme prezinta acelasi plan general de organizare structurala ca si conformatia de tip B, dubla elice helicoidala orientate spre dreapta, dar prezinta unele particularitati fizice:inclinarea bazelor azotate fata de axul fosfo-glucidic, modificarea pasului elicei si numarul de baze din interiorul pasului elicei -izoforma A este mai scurta si mai groasa, celelalte sunt mai lungi si mai subtiri; -in organism se produc mereu si reversibil tranzitii conformationale intre izoformele A B si C,acestea fiind reverssibile;-relativ recent s-a descries o alta configurate a moled de ADN care s-a numit ADNZ sau senestra -aceasta prezinta o str dublu helicoidala, fara simetrie si orientate spre stanga cu axul fosfo-=glucidic in zig-zag; -aceste particularitati determina alungirea si deformarea molecule de ADN, ea prezentand un singur fel de incizuri -conformatia de tip Z este normal in vivo si apare in organism in anumite conditii fizico-chimice in regiunile de ADN bogate in perechile de baze G, C prin tranzitia reversibila a formei B; -se presupune ca aceasta conformatie de tip Z intervine in inavtivarea unor gene si in controlul expresiei genice; -tranzitia reversibila intre B si Z permite evidentierea in organismul umana unor zone de ADN in care se fixeaza mai usor agenti mutageni sau cancerigeni -midificarile conformationale ale ADNului demonstreaza ca aceasta molecula nu are o structura fixa si rigida si ca ea este intr-o permanenta stare dinamica; Structura primara a adn`ului

-ADNul este un macropolimer de dezoxiribonucleotide -lungimea si greutatea sa molecular sunt foarte mari si permit stocarea unei cant uriase de informative genetica; -cant de ADN variaza de la o specie la alta dar este constanta la indivizii din aceeasi specie precum si la toate celulele somatice dintr-un organism -unitatea de structura fundamentala a ADNului este dezoxiribonucleotidul; -acesta prezinta 3 elemente distincte: o molecula de glucid cu 5 atomi de Cura fundameza, D2; o baza azotata si un rest fosfat; -baza azotata poate fi purinica:adenina A sau guanina G sau poate fi pirimidinica: timina T, citozina C; -restul fosfat provine din acidul ortofosforic; -baza azotata pirimidinica sau purinica se leaga la atomul de carbon 1 al dezoxiribozei, formand impreuna cu aceasta un nucleozid -restul fosfat se leaga la C5 al molecule de glucid formand impreuna cu aceasta ssi cu baza azotata un nucleotide sau dezoxiribonucleotidul; -in structura primara a ADNului exista 4 tipuri de nucleotide in functie de baza azotata care se leaga la dezoxiriboza: acid dezoxiadenilic, acid dezoxiguanilic, acid dezoxicitidilic, acid dezoxitimidilic; -aceste tipuri de nucleotide se deosebesc numai prin baza azotata, glucidul si restul fosfat ramanand constante; Polimerizarea nucleotidelor in str primara a ADNului se realizeaza prin legaturi covalente 3 5 fosfodiester, realizate intre gruparea hidroxil de la atomul de C 3 al dezoxiribozei primului nucleotide si respective gruparea fosfat de la atomul de C 5 al dezoxiribozei nucleotidului urmator -prin polimerizarea acestor nucleotide rezulta o structura liniara, neramificata, o singura catena, ce reprezinta structura primara a ADNului -in aceasta structura bazele azotate se aranjeaza lateral si perpendicular pe axul fosfoglucidic ce reprezinta coloana vertebrala a structurii primare -in catena de AND, pozitia unui nucleotide nu impune cu necesitate prezenta unui anumit alt nucleotide in vecinatate asa cum se intsmpla in srt secundara -exista o libertate deplina de aranjare a nucleotidelor in str primara a ADNului -sensul de citire al informatiei genetice este dat de polaritatea in directia 5-3 a catenei de AND; -aceasta polaritate apare datorita faptului ca pozitiile 5 fosfat ale primului nucleotide si respective 3 hidroxil ale ultimului nucleotide sunt libere si neangajate in nicio legatura chimica; Structura secundara a ADNului -in elaborarea str secundare Watson si Crick s-au bazat pe studiile difractiei cu raze X precum sip e analizele chimice ale molecule de AND -imaginile obtinute prin difractie cu raze X a diferitelor molecule de AND de origini diferite demonstrau un aspect asemanator relevand astfel un model unic al ADNului cu organizare bine definite; -modelul sugera prezenta unor catene polinucleotidice si a unei structure helicoidale ordonate; -analizele chimice ale ADNului au evidentiat ca suma bazelor purinice A+G este intotdeauna egala cu suma bazelor pirimidinice T+C; -raportul A/T precum si G/C este 1; raportul A+T/G+C este diferit de 1 si este o constanta de specie la om fiind 1,7; -prin prelucrarea acestor date, Watson si Crick au propus un model al molecule de AND alcatuit din 2 catene polinucleotidice legate intre ele complementar prin baze azotate si infasurate plectonemic pt a forma o spirala dubla helicoidala orientate spre dreapta; -pornind de la faptul ca cele 2 rapoarte A/T si G/C sunt egale cu 1, Watson si Crick au considerat ca in structura secundara a ADNului se produce o imperechere preferentiala a bazelor azotate ce leaga cele 2 catene; -bazele azotate se leaga complementar, o baza purinica se leaga cu una pirimidinica sau invers, formand o pereche de baze notate prescurtat pb -leg dintre bazele azotate complementare sunt leg de H, leg duble intre A si T si triple intre C si G; Legea complementaritatii bazelor azotate sta la baza mecanismelor prin care se realizeaza functiile genetice ale ADNului, mai exact transcriptia, replicarea, recombinarea si repararea leziunilor ADNului -datorita leg chimice dintre bazele azotate, polaritatea celor 2 catene din molecula de AND este diferita, cele 2 catene fiind considerate antiparalele -aceasta pp are consecinte importante, in citirea informatiilor ereditare; -cele 2 catene ale ADNului sunt infasurate plectonemic, adica una in jurul celeilalte si amandoua in jurul unui ax central, imaginar al molecule, rezultand o dubla spirala helicoidala, orientate spre dreapta sau dextrogira -str ADNului este in ansamblul ei perfect regulate si ordonata, doametrul molec este de 2 nm, o tura complete de rasucire este de 360 de grade, pasul elicei este de 3,4 nm si permite dispunerea in interior a 10 perechi de baze azotate; -in config spatial, molecula de AND prezinta 2 santuri laterale dsau 2 incizuri -o incizura mica, la niv careia se fixeaza proteinele histone si o incizura mare unde se fixeaza molecule proteice reglatoare; -stabilitatea metabolic a este o conditie esentiala a substratului material al ereditatii; -totusi, in anumite conditii, sub actiunea unor enzime,cele doua catene de AND se pot desface temporar pentru a servi ca matrita sau tipar in vederea sintezei unei catene noi de AND, in timpul procesului de replicare sau pentru a servi la sinteza unei catene de ARNm in procesul transcriptiei; Genomul mitocondrial Este alcatuit dintr-un singur tip de ADN de forma circulara, bicatenar si care contine 16.569 perechi de baze. ADN-ul mitocondrial se caracterizeaza prin densitate mare de secvente codante. Cele 2 catene circulare au o compozitie bazica diferita : o catena este mai bogata in G si este denumita catena grea-H si cea de-a doua catena este mai bogata in C si este denumita catena usoara-L. Intr-o mica regiune aditionala pe catena H care este situata la exterior exista un segment de ADN scurt care poarta denumirea de bucla D. Aici ADN-ul are 3 secvente ADN.Din total, la nivel mitocondrial este stocat aproximativ 0,5%, iar in cursul diviziunilor mitotice, moleculele de ADN mitocondrial din celula initiala sau celula mama segrega sau se impart la intamplare in celulele fiice care se formeaza. Genolul mitocondrial al zigotului provine exclusiv de la ovul, ceea ce determina un tip particular de transmitere a genelor mitocondriale exclusiv pe linie materna. Genomul mitocondrial prezinta cateva particularitati in comparatie cu cel nuclear:Genomul mitocondrial nu este asociat su proteine histonice si nehistonice,

Nu contine ADN repetitiv, este extrem de compact, fiind alcatuit in cea mai mare parte din secvente codante care formeaza 37 de gene mitocondriale. Dintre acestea, 28 de gene se afla pe catena H si 9 gene pe catena L. Din totalul genelor mitocondriale, 13 gene codifica polipeptide, 22 de gene codifica ARNt si 2 gene codifica ARNul ribozomal. Genele mitocondriale sunt aproape suprapuse sau contigue si nu contin introni. Transcriptia in ADNul mitocondrial incepe la nivelul buclei D, este continua si se desfasoara in directii diferite pe cele 2 catene. Codul genetic mitocondrial prezinta 4 codoni stop sau non-sens, comparativ cu cel nuclear care prezinta numai 3 codoni stop.(codoni stop=secvente de 3 nucleotide-UAA,care semnalizeaza locul finalizarii sintezei proteinelor) Replicarea ADNului mitocondrial este unidirectionala si incepe in puncte diferite de origine pentru cele doua catene. ADNul mitocondrial poate suferi mutatii in celulele somatice, care se transmit particular de la mama bolnava la toti descendentii, iar ulterior doar barbatii bolnavi nu transmit boala mai departe. Odata produse mutatiile in ADNul mitocondrial la nivelul mitocondriei rezulta un amestec de molecule de ADN mutante, alaturi de molecule de ADN normale, fenomen numit heteroplasmie. Atunci cand celula se divide, ADNul mitocondrial mutant va fi impartit la intamplare in celulele fiice si astfel in timp, in diferitele tesuturi sau linii celulare vor exista procente diferite de ADN mitocondrial mutant.Acest fenomen se numeste segregare replicativa. ADNul mitocondrial in urma mutatiilor somatice in celulele corpului dupa nastere si in absenta unor mecanisme de reparare, pot genera bolile mitocondriale, unele boli degenerative precum si procesul de imbatranire sau senescenta. Cromatina rep asocierea obligatorie dintre ADN nuclear si proteine. In functie de etapele ciclului cellular are grade diferite de condensarte si se prezinta sub 2 tipuri morfo-functionale distincte: eucromatina si heterocromatina. Eucromatina contine AND nerepetitiv in care predomina pb G, C, Proteine nehistonice; e putin condensate, slab colorata cu col bazici; active dpdv genetic ( la niv ei are loc transcriptia); se replica precoce la inceputul fazei S din interfaza. Heterocromatina e alc din AND repetitive in care predomina pb A, T si P histonice; e puternic condensate, intens colorata cu col bazici; e inactiva genetic; prez replicare la sf fazei S din interfaza. In urma analizei la ME, s-a evidentiat un sistem ierarhizat de fibre de cromatina de dimensiuni diferite , alcatuite din And histonee si nehistone -4 niv de organizare: 1.este filamentul cu nucleozomi (diametrul de 10 nm); nucleozomul este alcatuit dintr-un complex de ADN+histone, adica un segment de ADN cu lungime de 146 de perechi de baze, se infasoara in jurul unui miez histonic, format din 8 molecule de histone, cate 2 molecule din H2A, H2B, H3si H4 -nucleozomii sunt legati intre ei printr-un segment de ADN liber din 60 de perechi de baze, formand astfel filamentul cu nucleozomi asemanator unui sirag cu margele -stabilitatea acestei structure este mentinuta de catre H1, iar rata de impachetare a ADNului din dublu helix este de 10:1 2.este fibra de cromatina cu diametrul de 30 nm; ea rezulta din spiralizarea in solenoid a filamentului cu nucleozomi -H1 stabilizeaza fibra de cromatina, rata de compactare este de 5:1 -fibra de cromatina este unitatea fundamentala de organizare a cromatinei in nucleul interfazic 3.rezulta prin plierea fibrei de cromatina de 30 nm in bucle laterale, rezultand astfel o str numita fibra pliata in bucle laterale diaametrul de 300 nm -buclele laterale sunt atasate la un schelet sau matrice proteica nonproteica -se considera ca fiecare bucla, care se mai numeste si domeniu si care contine cateva gene ar fi o unitate functional de transcriptie si de replicare a ADNului 4.fibra pliata in bucle formeaza la inceputul diviziunii, printr-o puternica spiralizare si condensare cromatida unui cromozom, care are o grosime de 700 nm si reprezinta cel mai inalt grad de compactare a fibrei de cromatina de 30 nm -fiecare cromatida a unui cromozom contine astfel o singura molecula de ADN -aceasta este organizata in mai multe structure successive, ierarhizate in functie de gradul de impachetare Cromozomii umanila inceputul diviziunii, cromatina se organizeaza in cromozomi, care indeplinesc 2 functii importante: a.transsportul materialului genetic de la parinti la descendenti, precum si de la o celula mama la celulele fiice, asigurand stabilitatea proceselor ereditare b.cromozomii realizeaza amestecul materialului ereditar intree generatii successive prin procesele de recombinare care au loc in meioza si care reprezinta principal sursa de variabilitate genetic Morfologia cromozomilor umani -prezinta 3 componente:centromerul cromatidele si telomerii 1.cromatidele unui cromozom sunt subunitati longitudinal identice cantitativ si calitativ, ele se numesc cromatide surori -fiecare cromatida prezinta o singura molecula de ADN asociata cu proteine, sau o singura fibra de cromatina puternic condensate -aceasta fibra de cromatina puternic spiralizata si infasurata intrun strat de histone, poarta numele de cromonema -prin asocierea cu proteine a cromonemei rezulta cromatida sau bratul cromozomului -in prometafaza mitozei, la om, se formeaza 46 de cromozomi bicromatidieni 2.cele doua cromatide sunt unite intre ele printr-o formatiune numita centromer -acesta are un rol cheie in diviziunea celulara si anume aceea de a asigura distributia riguros egala a materialului genetic intre viitoarele cellule fiice care se formeaza -in diviziune, cromozomii se fixeaza la nivelul centromerului, de filamentele fusului de diviziune, cromatidele ramanand libere -orice cromozom care din diverse motive isi pierde centromerul, va fi pierdut pt urmatoarea celula fiica -in centromer exista 2 formatiuni sferice numite kinetocori, acestia prin zonele lor externe se fixeaza de filamentele fusului de diviziune, kiar la nivelul zonelor interne sunt solidarizati intre ei prin fibre de heterocromatina care realizeaza adevarate punti de heterocromatina -aceste fibre se rup in anafaza, determinand scindarea si separarea fostelor cromatide surori si trecerea de la stratul de bicromatidian la cel de monocromatidian 3.extremitatile cromatidelor-se numesc telomere -bratele scurte ale cromozomilor se noteaza cu piar cele

lungi se noteaza cu q -in functie de pozitia centromerului la om exista 3 tipuri de cromozomi: metacentrici, submetacentrici, acrocentrici a.metacentrici-au centromerul situat la egala distant de telomeri in asa fel incat bratele scurte p sunt egale cu cele lungi q; se noteaza M b.submetacentrici-centromerul este deplasat mai aproape de unul dintre capetele cromozomului, rezultand brate mai scurte p si mai lungi q -q>p si se noteaza SM c.acrocentrici-au centromerul plasat foarte aproape de una dintre extremitati, in asa fel incat bratele p sunt extreme de scurte(invizibile in cariotip) si aproape intreaga lungime a cromozomului este data de bratele lungi q -q>>>p, se noteaza cu A 1.structura genei Gena este unitate de structura si de functie a materialului genetic si conform conceptiei clasice, gena este un segment de cromozomi precis delimitat, continuu, care determina un anumit caracter in fenotip. Gena ocupa pe cromozom o pozitie fixa intotdeauna aceeasi, numita locus sau loci la plural. Locusul poate fi situat pe autozomi sau pe cromozomii sexuali mai frecvent pe cromozomul X. In general cromozomii X si Y au gene implicate in procesul de sexualizare, dar cromozomul X are si numeroase alte gene care determina caractere nesexuale. (Locus care codifica genele pt vederea colorata sau care codifica factorii de coagulare 8 si 9 sau pentru sistemul grupal sanguin XG) Cromozomul Y are extrem de putine gene autozomale. In natura, la indivizii din aceeasi specie fiecare gena se gaseste intr-o forma standard normala sau de tip salbatic.Aceasta gena poate suferi o mutatie rezultand o forma alternativa a genei initiale care ocupa acelasi locus pe cromozomii omologi, si care influenteaza acelasi caracter. O astfel de gena se numeste gena alela.(genele alele sunt situate la acelasi nivel sau pe aceeasi loci pe cromozomii omologisi codifica acelasi caracter) In general, un caracter din fenotip este codificat de o singura pereche de gene alele, iar caracterul respectiv se numeste monogenic. Exista si caractere determinate de mai multe perechi de gene alele, acestea numindu- se caractere polialelice. Intr-o pereche de gene alele ele pot fi identice sau diferite. Cand genele alele sunt identice, organismul se numeste homozigot pentru caracterul codificat de aceste gene, iar in timpul gametogenezei se vor forma gameti care vor purta mama aceeasi gena sau gameti identici. Din acest motiv, organismul homozigot este considerat si homogametic. In momentul in care cele doua gene alele sunt diferite, A si B, organismul este considerat heterozigot pt caracterul codificat de aceste gene, iar in cursul gametogenezei se vor forma 2 tipuri de gameti in proportii egale: 50 % cu gena A si 50% cu gena B. Din acest motiv organismul este considerat heterogametic. La barbatii XY o gena autozomala de pe cromozomul X nu are echivalent pe cromozomul Y, iar pentru aceasta situatie diferita atat de starea de homozigot cat si de cea de heterozigot, se foloseste termenul de hemizigot. Atunci cand genele alele sunt diferite, intre ele se pot stabili doua tipuri de relatii: a)relatie de dominanta-recesivitate: presupune existenta a unei gene dominante si a unei gene recesive : A si b. Gena dominanta se noteaza ,mereu cu majuscula si se exprima in fenotip adica in fenotip apare caracterul codificat de ea atunci cand aceasta se afla in stare homozigota AA sau in stare heterozigota atunci cand este urmata de o gena recesiva Ab. Gena recesiva se noteaza cu litera mica si se exprima in fenotip numai daca se gaseste in stare homozigota bb. b)relatie de codominanta: presupune existenta a doua gene dominante A si B, ambele manifestandu-se in fenotip cu aceeasi intensitate ca de exemplu genele A si B care determina grupul sanguin AB. Ele sunt in relatie de codominanta. Femonele de inlantuire genica(linkage) si de incrucisare cromozomiala(crossing-over) Linkage-genele siuate pe acelasi cromozom au tendinta de a se transmite de la parinti la descendenti rpin gameti, impreuna sau in bloc odata cu cromozomul respectiv. Fenomenul prin care genele nealele situate aproape una de cealalta pe acelasi cromozom nu segrega sau nu se separa in meioza si au tendinta de a se transmite impreuna in succesiunea generatiilor poarta numele de inlantuire genica linkage. 2.functia genei Dogma fundamentala a geneticii este: o gena determina un caracter, o pereche de gene determina un caracter in fenotip, acesta fiind determinismul monogenic al caracterelor fenotipice. Exista situatii cand mai multe perechi de gene nealele poate determina un caracter sau cand o singura pereche de gene poate determina mai multe caractere fenotipice. Poligenia sau determinismul poligenic apare atunci cand mai multe perechi de gene nealele prin efect cumulativ determina un caracter in organism.(genele care determina culoarea pielii sau sunteza unitatilor de pigment melanic).Exista 4 gene implicate pt acest caracter, daca toate se afla in stare dominanta se vor sintetiza 4 unitati de pigment melanic, iar culoarea pielii va fi neagra. Cand genele se afla in stare recesiva, culoarea pieelii va fi alba, iar intre aceste doua variante exista in fenotip culorile mulatru inschis si deschis Poligenia prezinta 2 caracteristici esentiale: -genele care determina caracterul actioneaza independent unele de altele, intre ele neexistand relatii de dominanta-recesivitate -aceste gene si expresia lor fenotipica sunt frecvent influentate de factori de mediu, de aceea caracterele produse prin actiunea combinata a mai multor factori genetici si factori negenetici sau de mediu se numesc caractere multifactoriale. Pleiotropia sau determinismul pleiotropic reprezinta fenomenul prin care o singura pereche de gene determina mai multe efecte fenotipice diverse(exemplu:sindromul Marfan caracterizat prin talie inalta, longilina, degete lungi si subtiri asemanatoare picioarelor de paianjen-arahnodactilie, hiperlaxitate dactilara care produce frecvent luxatii, deformatii ale coloanei vertebrale, miopie forte si modificari cardio-vasculare->anevrism de Ao) CONCEPTIA ACTUALA DESPRE STRUCTURA GENEI 1. REGIUNEA CENTRALA A GENEI

Structura unei gene care codifica o proteina Majoritatea genelor umane au o structura discontinua, alcatuita dinsecvente codante- contine mesaj genetic pt realizarea unui anumit caracter sisecvente necodante. Genele care codifica proteine prezinta o parte centrala care estetranscrisa in ARNul mesager precursor in procesul transcriptiei, numindu-se sicadrul de lectura al genei sau al informatiei genetice, deoarece la acest nivelse afla mesaajul codificant pt sinteza proteinei. Partea centrala este flancata de doua parti laterale netranscrise sinecopiate si care au rolul de a regla expresia genei.Partea centrala sau cadrul de lectura este copiata integral in ARNulmesager precursor sub actiunea unei enzime numita ARN-polimeraza,aceasta regiune continand alternanta regulata a doua tipuri distincte desecvente-exonii si intronii. Regiunea centrala incepe catre extremitatea 5 a genei sauextremitatea stanga cu un situs de initirere al transcriptiei, numit pe scurtSIT.Dupa acest situs urmeaza o regiune de cateva sute de nucleotide careeste necodanta, este initial transcrisa in ARNul mesager dar netranslatata sicare poarta denumirea de 5 UTR-untranslated region. La acest nivel exista codonul initiator care semnalizeaza locul de debutal translatiei si care va corespunde primului amino acid din viitoarea proteina.Urmeaza apoi exonul 1 Exonii sunt secvente copiate sau transcrise in ARNul mesagerprecursor si pastrate in ARNul mesager matur, denumirea lor provenind de lafaptul ca ei parasesc nucelul.Exonii sunt regiuni functionale sin structura genei care de obiceicodifica parti structurale si/sau functionale distincte ale proteinei . Numarullor variaza de la o gena la alta, in general intre 2 si aproximativ 50 de exoni.Intronii sunt secvente necodante intercalate intre exoni, ei sunt copiatiinitial in ARNul mesager precursor, dar ulterior sunt decupati si indepartatidein ARNul mesager matur care va fi alcatuit prin asamblarea exonilor. Numarul intronilor este cu 1 mai mic decat cel al exonilor, iar lungimea loreste variabilaProcesul de decupare precisa al intronilor si de reasamblare aexonilor in ARNul mesager matur poarta numele de matisare sau splicing. Dupa ultimul exon din regiunea centrala, exista o secventa 3 UTR careeste necodanta, transcrisa dar netranslatata. La nivelul sau exista unul dintre cei 3 codoni stop care semnalizeaza incetarea sau finalizarea translatiei sau sintezei proteinelor si mamodata maiprezinta un situs de terminare a transcriptiei 2. REGIUNEA LATERALA A GENEI Cadrul de lectura este flancat de 2 regiuni laterale netranscrise care aurolul de a semnaliza initierea transcriptiei si de a regla intensitatea acesteia 1.regiunea laterala 5 sau extremitatea stanga a genei-este situata in amontede cadrul de lectura si reprezinta locul unde se fixeaza enzima ARN-polimeraza, servind la initierea transcriptiei -regiunea se numeste generic promotor si contine secvente nucleotidicescurte si precis definite -pe aceste secvente se fixeaza proteine reglatoare care poarta numele defactor de transcriptie si care au rolul de a fixa si pozitiona enzima ARN -polimeraza, astfel incat transcriptia sa inceapa la nivelul SIT cu primulnucleotid- promotorul celulelor eucariote este divizat in 3 regiuni cu structura si functiidiferite a)miezul promotorului-contine elemente care initiaza transcriptia, formand uncomplex transcriptional bazal, impreuna cu ARNpolimeraza si cu factorii detranscriptie b)regiunea promotor proximala contine elemente care regleaza transcriptiabazala c)regiunea distala a promotorului reprezentata de 3 tipuri de secvente:activatoare-care regleaza pozitiv si cresc nivelul bazal al transcriptiei; inhibitoare-care reduc nivelul transcriptiei; izolatoare-limiteaza actiuneaactivatorilor si a inhibitorilor 2.regiunea laterala 3-este o secventa imprecis delimitata la nivelul sau gasindu-se secvente semnal care sunt implicate in procesarea, in stabilitatea,si in durata de viata a ARNului mesager. Transcriptia In cadrul acestui proces, o secventa liniara de nucleotide din ADN este copiata complementar si antiparalel intr-o secventa liniara sau o catena de ARNm. Informatia din ARNm este decodificata cu ajutorul codului genetic, rezultand o secventa liniara de aminoacizi sau un polipeptid. Transcriptia este procesul de copiere a informatiei genetice a unei gene sub forma codificata complementara si antiparalela intr-o molecula de ARNm. Transcriptia are loc in general in nucleu ARN-ul este un polimer de ribonucleotide alcatuit din 3 componente:un glucid-riboza, un rest fosfat si o baza azotata purinica sau pirimidinica-A,G,C si U in loc de T. Prin polimerizarea ribonucleotidelor in directia 5-3 rezulta o monocatena de ARN in general de dimensiuni mici sau scurte. Exista mai multe tipuri de ARN cu functii diferite: -ARNm-este codant deoarece prin translatie va determina sinteza unui polipeptid -ARNr-este implicat in formarea ribozomilor -ARNt-intervine in transportul aminoacizilor la ribozomi in procesul Translatiei Pentru a sintetiza in vivo ARNm sunt necesare: 1.ADN ca model sau matrita pe care sa se desfasoare sinteza 2.enzima ARN-polimeraza2 3.factori de transcriptie care orienteaza si activeaza enzima 4.ribonucleotide activate care prin polimerizare sa alcatuiasca catenade ARN. In procesul transcriptiei numai una din cele 2 catene de ADN din dublul helix, catena 3-5 sau catena non-sens va fi transcrisa si va servi ca matrita pentru sinteza unei catene complementare si antiparalele 5-3 de ARNm. La celulele eucariote, transcriptia se desfasoara in 2 mari etape determinate de structura discontinua a genelor: I.formarea ARNm precursor(pre-ARNm) sau transcript primar, prin copierea integrala a genei (introni+exoni) II.maturarea ARNm precursor cu formarea in final a ARNm matur care va trece in citoplasma si va participa la translatie. I.Formarea ARNm -incepe prin despiralizarea zonei de ADN care contine gena sau genele ce vor fi transcrise; -aceasta despiralizare se face cu ajutorul unor factori de transcriptie care reduc gradul de condensare si de compactare a filamentelor cu nucleozomi -aceatsa etapa se desfasoara la arandul sau in 3 stadii sau subetape 1.initierea transcriptiei Primul nucleotid de la nivelul genei cu care incepe transcriptia reprezinta situsul de initiere a transcriptiei si este numerotat +1 in timp ce nucleotidul care il precede este notat -1. Primul pas al initierii consta in fixarea enzimei ARN-polimeraza la nivelul regiunii promotorului spre capatul 5 al

genei, in amonte de situsul de initiere ARN-polimeraza nu poate recunoaste direct promotorul si nici nu poate initia singura transcriptia. Din acest motiv sunt necesari o serie de facttori de transcriptie care se fixeaza pe secventele promotorului pentru a activa si a ghida enzima. Astfel activata si pozitionata, poate incepe transcriptia incepand cu nucleotidul +1 la nivelul situsului de initiere. 2.elongatia Dupa fixarea ARN polimerazei la promotor, cele 2 catene ale moleculei de ADN se desfac prin ruperea legaturilor de H dintre bazele azotate complementare pe o regiune limitata, eliberandu-se catena ce urmeaza a fi copiata, catena de ADN 3-5 care va servi ca matrita sau tipar pentru aranjarea secventiala si complementara a ribonucleotidelor activate. Ulterior, acestea vor fi polimerizate prin intermediul ARN-polimeraazei, formandu-se catena de ARNm. Trancriptia se face numai in directia5->3 deci ARNm este antiparalel cu catena de ADN transcrisa. Odata sintetizat, ARNm se desprinde treptat de pe catena ADN matrita, ramanand totusi fixat de aceasta temporar, numai la capatul 3. In acelasi timp, cele doua catene de ADN se reunesc, refacand dublul helix. Catena de ARN precursor din care gena initiala este copiata integral exon-intron. 3.terminarea transcriptiei Se face atunci cand ARN-polimeraza intalneste situsul de terminare a transcriptiei dinspre capatul 3 al genei. Proprietatile codului genetic Preprezinta un sistem de corespondente intre o anumita secventa de catre 3 nucleotide numita codon si un anumit aminoacid. Este onsiderat un dictionar bilingv absolut necesar in procesul translatiei. Alfabetul genetic are 4 litere reprezentate de cele 4 tipuri de nucleotide adica A,G,T,C cu care se pot scrie cuvinte alcatuite din catee 3 litere si care poarta numele de codoni. Astfel gena este considerata ca o fraza formata dintr-o insiruire de codoni care determina o anumita secventa de aminoacizi intrun polipeptid. Caracteristicile codului genetic: 1.este triplet, 3 fiind prima putere a lui 4, cele 4 tipuri de nucleotide=> 64 de combinatii sau de codoni, suficienti pt cei 20 de aminoacizi din structura proteinelor 2.codul genetic are un codon initiator pentru translatie, codounul AUG si 3 codoni stop care semnalizeaza sfarsitul translatiei UAA UAG si UGA. Cei 3 codoni stop se mai numesc si non-sens deoarece nu semnifica niciun aminoacid. Ceilalti 61 de codoni se numesc codoni sens si semnifica cei 20 de aminoacizi. 3.codul genetic este degenerat, adica mai multi codoni pot codifica acelasi aminoacid si se numesc codoni sinonimi Caracterul degenerat al codului genetic reprezinta un avantaj constituind un adevarat sistem de protectie impotriva efectelor mutatiilor, mutatiile genice in urma carora rezulta codoni sinonimi, nu vor modifica proteina codificata de gena. 4.codul genetic este nesuperpozabil in sensul ca mai multi codoni vecini nu au niciun nucleotid comun si de asemenea este fara virgule, codonii adiacenti nu sune separati intre ei printr-un nucleotid cu rol de virgula si care sa nu fie inclus in niciun codon;Daca printr-o mutatie intr-unul dintre codoni se pierd sau se adauga una sau 2 nucleotide se produce o decalare a cadrului de lectura a genei, rezultand alti codoni, iar ulterior in proteina sintetizata se vor modifica toti aminoacizii rezultand o proteeina mutanta, anormala sau un caracter normal in fenotip. 5.codul genetic este lipsit de ambiguitate in sensul ca un codon semnifica intotdeauna un anumit aminoacid 6.codul genetic este universal in sensul ca este acelasi la toate organismele incepand cu bacterii, plante, animale si sfarsind cu cel uman. Exista mici diferente ale codului geneetic mitocondrial fata de cel nuclear. Cacterul universal przinta importanta practica mai ales in tehnicile de inginerie genetica, deoarece baacteriile recombinante in care s-a introsus o gena umana sintetizeaza proteina umana folosind codul genetic bacterian care este acelasi ca si cel uman. Aparatul genetic al celulei cuprinde structurile celulare ce conin ADN, nucleul i mitocondriile. Elementul principal al aparatului genetic este nucleul, centrul de comand i control al majoritii activitilor celulare. n nucleul interfazic, fiecare molecul de ADN se asociaz specific cu anumite proteine (histone) i formeaz, prin spiralizri i plieri succesive, o fibr de cromatin. La nceputul diviziunii fibra de cromatin se condenseaz i formeaz un cromosom.Cromosomii reprezint substratul morfologic al ereditii; ei sunt organite permanente ale nucleului dar vizibile numai n diviziune. Numrul i forma cromosomilor sunt elemente caracteristice fiecrei specii. La om, n celulele somatice sunt 46 de cromosomi (2n = numr diploid); n celulele sexuale mature (gamei) numrul de cromosomi este redus, prin meioz, la 23 de cromosomi (n = numr haploid). Termenul de genom uman este folosit, n prezent, pentru a descrie totalitatea informaiei genetice din celulele umane. El este alctuit dintr-un genom nuclear i un genom mitocondrial. Pentru a face distincia dintre genomul celulelor somatice i al gameilor se mai folosesc termenii de genom diploid i genom haploid. Mitocondriile conin o mic parte din ADN celular (0.5%). Etapele procesului de translatie 1.initierea translaatiei-etapa complexa care va plasa primul aminoacid al proteinei AA1 in dreptul codonului initiator AUG din ARNm care corespunde metioninei Totodata se asambleaza cele 2 subunitati ribozomale, formand ribozomul activ ARNm rzultat din transcriptie se fixeaza pe subunitatea mica cu extremitatea 5, formansu-se un complex de initiere al translatiei alcatuit din ARNm. ARNt1 incarcat cu aminoacidul 1(metionica) si factori de initiere Molecula de ARNt1 ce poarta AA1 se plaseaza in situsul P al subunitatii mari ribozomale, astfel incat anticodonul vine in contact cu codunul initiator AUG din ARNul mesager Cel de-al doilea situs este liber. 2.elongatia Etapa relativ simpla si repetata succesiv care conduce la formarea de legaturi peptidice intre aminoacizii aranjati secvential pe baza ordinii codonilor din ARNm In situsul P se afla AA1 ARNt1.

Intre cei doi aminoacizi se formeaza o legatura peptidica prin intermediul peptidil transferazei, rezultand un dipeptid care va ramane atasat de molecula de ARNt2. Dupa formarea dipeptidului in prezenta unor surse de energie si a factorilor de elongatie, ribozomul se deplaseaza cu 3 nucleotide in directia 5-3. Rezultatul va fi ca situsul P va fi ocupat de ARNt2 cu dipeptidul format, iar in situsul A devenit liber s eva plasa o a 3 a molecula de ARNt incarcata cu AA3 ce corespunde celui de-al treilea codon din ARNm. Intre dipeptid si AA3 se formeaza o noua legatura peptidica, rezultand un tripeptid, apoi ribozomul se deplaseaza din nou cu 3 nucleotide. Dupa elongatie rezulta in final un polipeptid 3.terminarea translatiei Elongatia se opreste in momentul in care ribozomul ajunge in dreptul unuia dinbtre cei 3 codoni stop in ARNm. Acestia nu semnifica niciun AA si translatia se opreste. Polipeptidul format este eliberat iar cele doua subunitati ribozomale se disociaza pt o noua translatie. Aparatul de replicare Este reprezentat de o serie de enzime si proteine care formeaza un complex multiproteic numit sintezom. Componentele aparatului de replicare sunt: 1.un grup de enzime-ADNpolimeraze; la om sunt identificate 5 tipuri de astfel de enzime si care sunt notate cu alfa beta gama delta si epsilon In replicarea ADNului nuclear sunt implicate polimeraza delta care este enzima replicativa majora, dar este implicata si ADNpolimeraza alfa. Pentru replicarea ADNului mitocondrial intervine ADNpolimeraza gama,iar enzimele beta si epsilon intervin in repararea erorilor ADNului aparute in timpul sintezei. ADNpolimerazele se folosesc de catena matrita si de orientarea legaturilor de H dintre bazele azotate complementare pentru a aranja secvential dezoxiribonucleotidele in catena ce se sintetizeaza. Catalizeaza formatea legaturilor de tip PO-diester intre nucleotidele adiacente care vor alcatui catena de ADN. ADNpolimerazele prezinta 2 caracteristici generale: 1.ele polimerizeaza numai in directia 5-3 2.aceste enzime nu stiu sa inceapa singure sinteza catenei noi de ADN, ele pot numai sa alungeasca aceasta catena prin adaugarea de nucleotid Din acest motiv, sinteza orcarei catene noi de ADN incepe de fapt cu sinteza unei secvente scurte de ARN, amorsa ARN sau primer. 2.ADNhelicazele-au rolul de a desface dublul helix prin ruperea sau taierea legaturilor de H dintre bazele azotate complementare si de a elibera monocatenele care vor functiona ca matrite Aceste enzime actioneaza in puncte specifice, precise numite si origini ale replicarii si asigura desfacerea helixului si deschiderea moleculei de ADN pe regiuni limitate 3.ADNtopoizomerazele I si II-despiralizeaza dublul helix si elibereaza tensiunea acumulata in molecula de ADN datorita desfacerii helixului de catre helicaze Aceste enzime sectioneaza una sau ambele catene de ADN la nivelul axului PO-diesteric, le deruleaza si apoi resudeaza monocatenele liniare obtinute Topoizomeraza I actioneaza pe o singura catena de ADN, in timp ce II actioneaza simultan pe ambele catene. 4.proteinele de replicare A sau proteinele SSB Ele au rolul de a mentine separate cele doua catene matrita prin fixarea lor la nivelul acestora si mascarea perechilor de baze care au tendinta naturala de a se reuni si de a reface dublul helix. Acestea impiedica reimperecherea bazelor azotate complementare. 5.complex alcatuit din 2 enzime: ADNprimaza si ADNpolimeraza alfa Acest complex este implicat in ssinteza amorsei de ADN si in replicarea catenei intarziate de ADN. Sub actiunea primazei, se sintetizeaza amorse ARN scurte de 3-10 nucleotide la care ADNpolimeraza alfa adauga la capatul 3 pana la 30 de dezoxiribonucleotide. Ulterior complexul este indepartat si intra in actiune enzima ADNpolimeraza delta care continua sinteza lantului de ADN inceputa. La sfarsitul sintezei, amorsele de ARN sunt distruse prin hidroliza enzimatica si vor fi inlocuite cu secvente de ADN. 6.proteinele de replicare C Acestea recunosc specific catenele matrita si se fixeaza la jonctiunea dintre ARNul primer si matrita fiind responsabile de medierea interactiunii dintre ADNpolimeraze si catena matrita. 7.este antigenul nuclear de proliferare celulara Se fixeaza in vecinatatea proteinelor de replicare C si impreuna reprezinta principalele proteine care mediaza actiunea ADNpolimerazelor Blocarea acestui antigen opreste replicarea ADNului 8.ribonucleaza H1 Are rolul de a indeparta amorsele de ARN folosite de ADNpolimeraze pentru initierea replicarii. Lacuna rezultata in catena nou sintetizata este completata cu secventa de ADN de catre polimeraza delta, iar refacerea continuitatii catenei noi este realizata prin sudarea capetelor de catre o enzima numita ADNligaza. Mecanismul molecular al replicarii ADNului: replicarea incepe in puncte bine definite ale genomuluicare se numesc origini de replicare si de aici progreseaza in ambele directii pana cand ADNul este complet duplicat sau sintetizat. Dubla elice ADN este despiralizata sub actiunea topoizomerazelor, iar catenele sunt desfacute temporar intr-o regiune localizata formand o structura in forma de Y si care poarta numele de furca de replicare. Pentru a mentine catenele desfacute, pe fiecare catena matrita se fixeaza proteinele de replicare A sau SSB care impiedica reimperecherea bazelor azotate si refacerea spontana a dublului helix. Pe cele doua catene matrita, sub abtiunea enzimei ADNpolimeraza delta are loc aranjarea secventiala si complementara a dezoxiribonucleotidelor activate. Polimerizarea nucleotidelor in noua catena de ADN se face insa diferit pe cele doua catene matrita datorita celor doua caracteristici ale ADNpolimerazelor:ele nu pot initia spontan sinteza unei catene noi de ADN, putand numai sa alungeasca catena, din acest motiv fiind necesara o amorsa de ARN care este sintetizata de catre enzima ADNprimaza. Sinteza se face numai in directia 5-3. Aceste doua caracteristici determina o asimetrie a replicarii. Pe catena matrita 5-3 sau catena sens sinteza catenei noi de ADN este continua si rapida aceasta numindu-se catena avansata sau leading strengh. Pe cealalta catena matrita, catena nonsens, sinteza catenei noi se face mult mai lent si discontinuu. Aceasta se numeste catena intarziata sau lagging strengh. Pe aceasta catena matrita, sinteza discontinua se face sub forma unor segmente scurte de ADN care au 100-

1000 de nucleotide, numite fragmente sau piese Okazaki. Fiecare piesa Okazaki necesita cate o amorsa de ADN, in timp ce pe catena avansata este necesara doar o singura amorsa ARN la inceputul sintezei. La sfarsitul replicarii, amorsele sunt indepartate prin hidroliza si inlocuite cu secvente de ADN sub actiunea ADNpolimerazei delta, iar fragmentele sunt reunite in final cu ajutorul unei ADNligaze. Replicarea la procariote ADN-ul procariotelor este compus dintr-un singur cromozom circular. Replicarea incepe in puncte bine determinate numite regiuni de origine (ori). La unele bacterii exista o singura regiune de origine (punct de plecare). De aici procesul se desfasoara pa ambele catene ale ADN-ului circular astfel incat la un moment dat un ADN bacterian poate lua forma literei grecesti theta.Initierea replicarii incepe prin desfacerea legaturilor de hidrogen dintre nucleotidele de pe cele doua catene ale ADN-ului mama, in punctul de origine (reamintim ca adenina se leaga de timina prin 2 legaturi de hidrogen si guanina de citozina prin 3 legaturi de hidrogen, conform principiului complementaritatii;A=T, G=C). Enzimele implicate in acest proces se numesc helicaze. Astfel pe catenele eliberate se poate construi o noua catena de ADN. Deci in fata enzimelor care realizeza replicarea se afla aceste helicaze care separa cele 2 catene. Prin separarea celor 2 catene dubla elice a ADN-ului devine din ce in ce mai tensionata. Aceasta situatie ar putea duce la oprirea replicarii daca nu ar exista topoizomerazele care detensioneaza ADN-ul. Topoizomeraza 2 numita si ADN giraza poate induce tensionari negative, inverse tensionarilor produse de helicaza permitand continuarea procesului. Astfel se poate explica actiune antimicrobiana a acidului nalidixic (negram) care inhiba ADN giraza si blocheaza deci diviziunea bacteriana. Topoizomeraza 1 detensioneaza ADN-ul suprahelicat pentru ca poate sa desfaca o legatura fosfodiesterica de pe o catena a ADN-ului permitand relaxarea elicei (catena rupta se roteste in jurul celelalte catene). Dupa detensionare catena desfacuta se poate reface deoarece fenomenul este reversibil, mai mult decat atat neavand nevoie de energie pentru ca aceasta energie este conservata cu ajutorul unui rest de tirozina din enzima. Odata desfacut si detensionat, pe ADN-ul mama se poate incepe construirea celor 2 catene a noului ADN. Pentru aceasta este nevoie de mici molecule de ARN numite primeri sau initiatori (au 5-10 nucleotide). Acestea sunt realizate cu ajutorul ADN primazei. De la capatul 3` al ARNului initiator pleaca sinteza ADN-ului propriu zis prin adaugarea succesiva a deoxinucleotidelor care se unesc prin legaturi fosfodiesterice. Molecula fiica nou constituita respecta cu strictete ADN-ul matrita astfel incat daca pe ADN-ul mama exista timina acolo va veni adenina, pentru citozina va veni guanina, s.a.m.d. , conform principiului complementaritatii. Enzima necesara este ADN polimeraza III. Energia necesara procesului provine din legaturile fosfat tmacroergice ale nucleotidelor folosite. Pirofosfatul rezultat este desfacut in 2 molecule de fosfat impingind reactia ireversibil spre dreapta. Replicarea continua astfel pana la intalnirea unei noi unitati de origine. Finalul replicarii necesita eliminarea ARN-ului initiator si asigurarea continuitatii catenei nou formate. Enzima necesara este ADN polimeraza 1 care este deci si polimeraza si exonucleaza. Asta inseamna ca ribonucleotidele din ARN-ul initiator sunt inlocuite pe rand cu deoxinucleotidele necesare noului ADN. Exista proteine specifice legate pe catena ADN, cu rol in reglarea si optimizarea interactiunii dintre catena si enzime. Acest mecanism explica foarte bine sinteza lantului polinucleotidic cu directia 5`-3`. Insa este demonstrat ca ADN polimeraza nu poate functiona decat in aceasta directie, deci la prima vedere s-ar putea crede ca cealalta catena a ADN-ului mama care are directie inversa nu poate fi folosita in acelasi fel. S-a demonstrat ca si cealalta catena poate fi copiata cu ajutorul aceleiasi ADN polimeraze printr-un mecanism asemanator dar care pleaca in sens invers. Deci de data asta punctul de plecare a polimerazei este bifurcatia de replicare construindu-se astfel catena in directia 5`-3`. Procesul este discontinuu, pentru ca dupa ce punctul de bifurcatie avanseaza suficient de mult o noua sinteza pleaca din dreptul noului punct de bifurcatie. Astfel se vor forma mai multe fragmente mici de ADN numite fragmente Okazaki. Fragmentele Okazaki au o lungime de cateva sute de nucleotide la eucariote si cateva mii la procariote. Fragmentele vor fi reunite dupa excizia fiecarui fragment de ARN initiator care insoteste lanturile Okazaki. Cu excizia ARN-ului se ocupa tot ADN polimeraza 1 iar cu unirea lanturilor de ADN ramase se ocupa ADN ligaza (necesita cosum de ATP). In final de pe fiecare catena a ADN-ului mama se construieste cate o catena noua rezultand 2 molecule polideoxinucleotidice bicatenare cu un lant vechi (matrita sau mama) si un lant nou sintetizat de complexul enzimatic numit replicare. Intregul mecanism este extrem de fidel astfel incat erori nu apar decat cu o frecventa de una la un milion -zece miloane de nucleotide. ADN polimeraza are o extraordinara capacitate de autocontrol astfel incat daca o nucleotida nu este pusa conform principiului complementaritatii aceasta este imiediat eliminata si inlocuita cu nucleotidul corespunzator. Viteza replicarii este de sute de nucleotide pe secunda si se face aproape perfect Telomerii sunt structuri cromatidiene specializate, situate la capetele cromozomilor eucariotei, care asigura stabilitatea cromozomilor si impiedica unirea acestora prin capetele lor. Telomerii cromozomilor umani alcatuiti din ADN si proteine au o structura identica cu alte specii si puternic conservata in decursul evolutiei. Telomerii sunt alcatuiti din elemente repetitive formate din cate 6 nucleotide, la om T T A G G G dispuse grupat sau in tandem in functie de tesut sid e varsta persoanei. Datorita particularitatilor de replicare a ADNului liniar care implica folosirea unor amorse pentru initierea replicarii, la fiecare capat al catenei nesintetizate de ADN, corespunzatoare ultimei amorse care nu este replicata. Aceatsa se pliaza inapoi si formeaza o structura ac de par care stabilizeaza ADNul. Un fenomen caracteristic telomerelor este pierderea constanta la fiecare replicare a unor

secvente de ADN, deoarece la capatul 5 al catenei noi replicarea este incompleta. Si la fiecare ciclu celular se pierd intre 25200 perechi de baze. Dupa un numar de diviziuni duce la oprirea replicarii. Datorita eroziunii permanente a telomerilor, celulele umane au un numar limitat de diviziuni in vivo si in vitro. Cand telomerele ating o lungime minima critica,celula inceteaza sa se mai divida. Pierderea secventelor telomerice poate fi compensata prin aditia secventelor de cate 6 nucleotide la capatul 3 al unei catene de ADN, prin actiunea enzimei numita telomeraza, care stabilizeaza telomerele si previne scurtarea acestora. Telomeraza este in mod normal exprimata in celulele germinale tinere in blastocist si in majoritatea tesuturilor embriofetale in saptamanile 16-20 ale dezvoltarii.Ulterior, activitatea telomerazei scade progresiv in viata fetala si dispare postnatal in aproape toate celulele somatice normale cu exceptia celuleor stem din maduva osoasa. Disparitia activitatii telomerazice in celulele somatice postnatal determina scurtarea progresiva a telomerelor dupa fiecare diviziune odata cu varsta. Atunci cand la o varsta inaintata se atinge o lungime minima critita, diviziunea se opreste si incepe procesul de imbatranire sau senescenta. Pierderea telomerelor determina de asemenea instabilitatea genomului uman si cresterea frecventei rearanjarilor cromozomiale Telomeraza poate fi activata postnatal in anumite stari inflamatorii, dar mai ales in celulele canceroase. La nivelul acestora se opreste scurtarea telomerelor, creste stabilitatea acestora si stimuleaza proliferarea celulara. Genele care codifica activitatea telomerazei sunt localizate pe bratul scurt al cromozomului 5 si pe cel lung al 3. In ultimii ani s-a acordat o atentie deosebita corelatiei dintre scurtarea telomerelor, senescenta sau imbatranirea celulara, expresia telomerazei si cancerele umane. Variabilitatea =ansamblul de fenomene care produc diferentele genetice dintre indivizii unei populatii precum si diferentele genetice intre populatii diferite, si se creeaza diversitatea ce reprezinta o conditie esentiala pt evolutie Sursele de variabilitate genetica Exista 3 surse de variabilitate genetica: mutatiile, recombinarile si migratiile. Cele trei surse sunt interconectate intre ele in sensul ca mutatiile determina modificari in structura materialului genetic si creeaza fondul genetic caracteristic unei populatii. Migratiile intre populatii diferite aduc sau determina un potential genic nou, iar recombinarile din gametogeneza si fecundare produc o combinare a zestrei parentale intr-o combinatie noua si specifica descendentului. Generalitati despre mutatii Reprezinta orice modificare a secventei sau a aranjarii nucleotidelor din ADN. Aceste modificari sunt accidentale, permanente si ereditare. Daca intereseaza ADNul genic, fenotipul va fi modificat.(nu este o conditie obligatorie) Celula care a suferit o mutatie se numeste mutant, procesul de producere a mutatiilor se numeste mutageneza, iar factorii care determina mutatii se numesc agenti mutageni. Clasificarea mutatiilor se face dupa mai multe criterii: 1.dupa marimea materialului genetic afectat de mutatie a)mutatii genice apar atunci cand este afectata secventa de nucleotide a unei gene. Aceste mutatii pot inbteresa intreaga gena sau o parte a acesteia sau numai o pereche de nucleotide. Frecventa mutatiilor genice este de 10 la -6 per locus si per generatii b)cromozomiale Determina modificari in structura cromozomilor si in ordinea liniara a genelor de pe cromozom Se pot pierde segmente cromozomiale, se pot castiga segmente cromozomiale prin deletii sau aditii, sau se pot rearanja segmente(in translatii) Frecventa este de 10 la -4 pe fiecare diviziune celulara c)genomice Afecteaza cantitatea totala de material genetic si se caracterizeaza prin modificarea numarului diploid normal de cromozomi. Exista 1, 2 sau mai multi cromozomi in plus sau in minus, sau exista seturi haploide in plus(poliploidie), iar cand nr de cromozomi variaza se numeste aneuploidie. Sunt cele mai frecvente mutatii la om, cu o frecventa de 10 la -2 per diviziune celulara. Mutatiile cromozomiale impreuna cu cele genomice sunt reunite intr-un singur grup care poarta numele de anomalii cromozomiale. 2.in functie de tipul de celula afectata de mutatie a)germinale-conduc la formarea de gameti anormali, iar dupa fecundare vor transmite mutatia la generatia urmatoare rezultand un individ cu toate celulele mutante=>mutatii ereditare b)somatice-vor forma o clona celulara anormala prezenta numai in anumite tesuturi, rezultand un mozaicism somatic, nu se transmit generatiilor urmatoare. 3.in functie de cauza a)spontane-se produc prin erori de copiere in timpul replicarii ADNului, in majoritatea lor, aceste mutatii sunt corectate prin intermediul mecanismelor de aparare ale ADNului b)induse-apar in urma agresiunii unor factori fizici sau chimici, subst chimice exogene, metaboliti reactivi sau radiatii ionizante. 4.in functie de consecintele fenotipice, pot exista a)mutatii neutre Sunt in majoritatea lor mutatii germinale produse in regiuni necodante ale ADNului si care nu au efect fenotipic Genereaza variante alelice ce alcatuiesc polimorfismele ADN. b)mutatii benefice Produc o mai buna adaptare la mediu sau o rezistenta mai mare la agresiunile factorilor externi, sau o crestere a aptitudinor reproductive c)mutatii patogene Produc modificarea fenotipului in sensul ca ele pot fi letale sau morbide, sau cresc susceptibilitatea la boala. Mutatiile genice reprezinta mutari permanente si transmisibile in succesiunea generatiilor ale secventelor nucleotidice sau ale aranjarii ADNului. Prin aceste modificari rezulta variante aleliceale secventei de ADN. Unele dintre aceste variante nu au efect fenotipic sau au efect fenotipic minim. Alte variante alelice produse prin mutatii, sunt implicate direct in producerea unor boli. Tipuri si mecanisme de producere a mutatiilor genice Mutatiile care afecteaza regiuni mici din genom se impart in doua mari categorii 1.mutatii simple care sunt localizate lsa o secventa unica de ADN, acestea sunt de obicei microleziuni ADN care intereseaza una sau cateva nucleotide 2.sunt recombinarile genice aberante, acestea sunt moddificari ce implica schimburi intre doua

secvente alelice sau nealelice de ADN Ele sunt considerate macroleziuni ale ADNului care intereseaza o parte din gena sau chiar gena in intregime. In functie de modificarea produsa in secventa de nucleotide a ADNului se deosebesc 3 categorii de mutatii: 1.substitutiile Implica de regula inlocuirea unei singure perechi de baze azotate 2.deletiile Reprezinta pierderea unuia sau mai multor nucleotide din secventa genei, mai rar se pierd parti din gena sau gena in intregime. 3.insertiile Reprezinta introducerea sau aditia a uneia sau mai multor nucleotide in gena cu o frecventa mica, se pot produce insertii largi sau amplificarea unor secvente repetitive de cate trei nucleotide. Majoritatea mutatiilor sunt modificari stabile sau fixe ale secventei de ADN, recent insa s-a descris o clasa noua de mutatii, numite mutatii instabile sau dinamice, in care repetitii de cate trei nucleotide sufera expansiuni atunci cand sunt transmise in succesiunea generatiilor. In functie de tipul secventelor din structura genei ce pot fi modificate, mutatiile pot interesa secventele codante adica exoni sau pot afecta secventele necodante adica intronii si regiunile laterale de reglare, acestea avand efecte fenotipice variate asupra expresiei informatiei ereditare I.substitutia unui nucleotid Este considerata o mutatie punctiforma, reprezinta inlocuirea unei perechi de baze din ADNul bicatenar si este cel mai frecvent tip de mutatie intalnit la om. 1.tranzitii Reprezinta inlocuirea unei baze purinice sau pirimidinice cu o baza de acelasi tip 2.transversii Reprezinta inlocuirea unei baze purinice cu una pirimidinica sau inversunile Efectele substitutiei asupra informatiei genetice, depind de localizarea intragenica a mutatiei: in secventele codante, in secventele necodante sau in regiunile de reglare In regiunile codante, substitutia se poate face intr-un codon sens sau untr-un codon non-sens. Substitutia intr-un codon sens poate produce un codon sens sinonim care semnifica acelasi aminoacid. Aceasta mutatie este fara efect asupra polipeptidului codificat de gena, mutatie neutra fenotipic si se numeste mutatie silentioasa sau mutatie sinonima Poate rezulta un alt codon sens care semnifica un aminoacid diferit. Aceste mutatii se numesc nesinonime, ele altereaza sensul unui codon si se numesc mutatii cu sens gresit. La randul lor, aceste mutatii pot fi de doua feluri:conservative, atunci cand in polipeptid este inlocuit aminoacidul initial su un alt aminoacid similar dpdv chimic si functional si in acest caz efectul substitutiei asupra proteinei este minim si pot fi neconservative cand aminoacidul initial este inlocuit dupa mutatie cu un altul diferit chimic si functional. Aceste mutatii neconservative sunt foarte frecvente la om, ele fiind implicate in 50% din patologia genetica umana. Prin mutatie apare un codon non-sens sau un codon stop prematur. Se formeaza un ARN mai scurt si daca acesta este stabil, va produce o proteina mai scurta sau trunchiata care este de obicei instabila si degradabila. Aceste mutatii non-sens produc 12% din patologia genetica umana. Substitutia intr-un codon non-sens poate avea doua rezultate:un codon sens si un sodon stop. Cand apare un codon sens, acesta semnificaun aminoacid, codonul stop este anulat si transcriptia va continua pana la urmatorul codon stop, rezulta un ARNm mai lung care va codifica o proteina anormala mai lunga. Cand rezulta un alt codon stop, mutatia este fara efect asupra proteinelor Deletiile si insertiile mici Reprezinta un sfert dintre mutatiile responsabile de producerea bolilor genetice la om. Exista doua aspecte 1.atunci cand deletiile sau insertiile sunt un multiplu de trei nucleotide, se va produce lipsa sau aditia unor aminoacizi in proteine 2.atunci cand deletiile sau insertiile nu sunt multimplu de trei nucleotide, se produce o decalare sau defazare a cadrului de lectura a genei, de la locul unde s-a produs mutatia. Aceste mutatii se numesc mutatii ale cadrului de lectura sau mutatii Frame- Shift ele produc o proteina trunchiata. Consecintele anomaliilor cromozomiale neechilibrate Sunt modificari cantitative ale materialului genetic deoarece informatia genetica din cromozomii supranumerari sau din cei modificati este normala calitativ. In general, fenotipul anormal este consecinta unui exces de +50% sau a unei lipse de -50% de gene normale. Dezechilibrul genetic, indiferent de tipul sau determina semne comune fenotipice:tulburari de crestere,anomalii congenitale multiple, dermatoglife anormale, intarziere in dezvoltarea psiho-motorie si tulburari ale functiei de reproducere. Severitatea afectarii fenotipului depinde de urmatorii factori: 1.marimea dezechilibrului genetic Poliploidiile, trisomiile cromozomilor mari si monosomiile autozomale sunt letale, iar gravitatea trisomiilor autozomale viabile este direct proportionala cu marimea cromozomilor, trisomia 13 mai grava decat trisomia 18. 2.tipul de anomalie Monosomiile sunt mai grave decat trisomiile si sunt letale pt toti autozomii, cat si pt monosomia Y. Aneuploidiile cromozomilor sexuali sunt mai putin grave decat cele autozomale. 3.continutul de gene si cantitatea de eucromatina sau heterocromatina a cromozomului Se explica de ce trisomia 21 este mai putin grava decat trisomia 22 desi ambii cromozomi sunt apropiati ca marime. Anomaliile care intereseaza benzile de eucromatina sunt mai grave decat cele care intereseaza zonele de heterocromatina. 4.in functie de numarul de celule afectate Aneuploidiile omogene sunt mai grave decat cele in mozaic. Consecintele anomaliilor cromozomiale echilibrate Sunt asociate de obicei cu un fenotip normal, insa au consecinte reproductive importante: 1.blocarea gametogenezei datorita sinapselor anormale intre cromozomii omologi, afectati de anomalia cromozomala de structura 2.producerea de gameti anormali care dupa fecundare pot produce embrioni cu monosomii si/sau trisomii partiale, acesti embrioni se elimina ca avort spontan S-a stabilit ca intre 3 si 6% dintre cuplurile sterile sau cu avorturi spontane repetate prezinta o anomalie cromozomiala echilibrata Una din 400 de persoane aparent sanatoase din populatia generala poarta o translocatie si cel putin 4 din 1000 de persoane sunt purtatoare de anomalii cromozomiale echilibrate care pot da nastere la tulburari de reproducere majora. Consecintele anomaliilor cromozomiale neechilibrate Sunt modificari cantitative ale materialului genetic deoarece informatia genetica din cromozomii supranumerari sau din cei modificati este normala calitativ. In general, fenotipul anormal este consecinta unui exces de +50% sau a unei lipse de -50% de gene normale. Dezechilibrul genetic, indiferent de tipul sau

determina semne comune fenotipice:tulburari de crestere, anomalii congenitale multiple, dermatoglife anormale, intarziere in dezvoltarea psiho-motorie si tulburari ale functiei de reproducere. Severitatea afectarii fenotipului depinde de urmatorii factori: 1.marimea dezechilibrului genetic Poliploidiile, trisomiile cromozomilor mari si monosomiile autozomale sunt letale, iar gravitatea trisomiilor autozomale viabile este direct proportionala cu marimea cromozomilor, trisomia 13 mai grava decat trisomia 18. 2.tipul de anomalie Monosomiile sunt mai grave decat trisomiile si sunt letale pt toti autozomii, cat si pt monosomia Y. Aneuploidiile cromozomilor sexuali sunt mai putin grave decat cele autozomale. 3.continutul de gene si cantitatea de eucromatina sau heterocromatina a cromozomului Se explica de ce trisomia 21 este mai putin grava decat trisomia 22 desi ambii cromozomi sunt apropiati ca marime. Anomaliile care intereseaza benzile de eucromatina sunt mai grave decat cele care intereseaza zonele de heterocromatina. 4.in functie de numarul de celule afectate Aneuploidiile omogene sunt mai grave decat cele in mozaic. Consecintele anomaliilor cromozomiale echilibrate Sunt asociate de obicei cu un fenotip normal, insa au consecinte reproductive importante: 1.blocarea gametogenezei datorita sinapselor anormale intre cromozomii omologi, afectati de anomalia cromozomala de structura 2.producerea de gameti anormali care dupa fecundare pot produce embrioni cu monosomii si/sau trisomii partiale, acesti embrioni se elimina ca avort spontan S-a stabilit ca intre 3 si 6% dintre cuplurile sterile sau cu avorturi spontane repetate prezinta o anomalie cromozomiala echilibrata Una din 400 de persoane aparent sanatoase din populatia generala poarta o translocatie si cel putin 4 din 1000 de persoane sunt purtatoare de anomalii cromozomiale echilibrate care pot da nastere la tulburari de reproducere majora. Cauzele si frecventa mutatiilor genice Se pot produce spontan, natural, prin erori in cursul replicarii ADNului sau pot fi induse de agenti mutageni, exogeni sau endogeni. 1.mutatiile spontane Se produc prin doua mecanisme: a)procesul de replicare al ADNului in care enzimele ADNpolimeraze controleaza imperecherea corecta a bazelor azotate facand rareori erori. In timpul replicarii este posibil ca bazele azotate sa se imperecheze gresit, polimerazele corectand in cea mai mare masura aceste erori. In ansamblu, erorile aparute in urma procesului de replicare au o frecventa de 50.000 de erori pe genom si pe zi. Organismul uman poseda in afara de polimeraze si alte sisteme de reparare ale erorilor ADN, ceea ce face ca in final, frecventa acestor erori sa fie extrem de mica, pe o imperechere gresita la 10 la puterea 10 nucleotide 2.spontane Pot aparea in conditii fiziologice si in absenta procesului de replicare:hidroliza unor resturi nucleotidice, pot conduce la aparitia unor sisusuri fara baze azotate. Aparitia acestor situsuri va fi favorizara de temperaturi crescute si de acidifierea mediului celualar. 3.induse Apar in urma actiunii unor agenti mutageni externi sau interni a)agentii externi Sunt reprezentati de radiatiile UV, de radiatiile ionizante si de agenti chimici care pot produce alterari in structura ADNului si care lasate nereparate conduc la aparitia mutatiilor Pe primul loc ca frecventa se afla radiatiile UV care produc bimeri pirimidinici. Dpdv al consecintelor, pe primul loc intre agentii mutageni externi se afla fumul de tigara care este responsabil de producerea mai mai ultor decese prin cancer decat orice alt agent mutagen cunoscut. Hidrocarburile policiclice, agenti metilanti alchilanti, medicamente antitumorale, unele minerale sau metale.Radiatiile X si gama determina rupturi ale ADNului dar se considera ca la om, aceste radiatii din surse naturale, profesionale sau medicale au consecinte genetice reduse datorita eficacitatii mecanismelor de reparare. Agentii mutageni endogeni Sunt reprezentati de speciile active de oxigen care produc pana la 20.000 de leziuni/genom/zi si sunt si unele molecule active de dimensiuni mici adenozil-metionina care poate produce pana la 600 de leziuni pe genom/zi si produsii de peroxidare ai lichidelor, acroleina si care pot produce alterari ale bazelor azotate. Organismul uman poseda un sistem antioxidant, alcatuit din enzime cum ar fi superoxiddismutaza catalaza sau glutation-peroxidaza. Acest sistem incearca sa minimalizeze efectele agentilor, iar cand capacitatea este depasita, agentii pot produce modificari ale bazelor ADN zsi rupturi monocatenare. Frecventa mutatiilor se exprima prin numar de mutatii noi/locus/generatie si se evalueaza prin determinarea insidentei unor cazuri sporadice, noi ale unor boli dominante autozomale sau recesive legate de cromozomul X si care au o expresie clinica usor de recunoscut. Frecventa: 10 la -4 si 10 la -7, cu o frecventa medie de 10 la -6=>una din 20 de persoane a primit de la unul din parinti o gena mutanta noua. Aceste mutatii se pot produce in timpul gametogenezei, in cursul diviziunilor mititoce sau meiotice ale gelulelor ferminale. Celulele somatice sunt afectate de mutatii, ele efectuand un nr mare de replicari si diviziuni. Un organism uman adult are aproximativ 10 la puterea 14 celule derivate din zigot, prin 10 la 15 diviziuni celulare. Mecanismele de producere a anomaliilor cromozomiale de structura Sunt definite ca modificari produse de o alterare vizibila a cromozomilor. Cele mai multe dintre anomaliile cromozomiale produc un dezechilibru genetic care determina modificari fenotipice ca:intarziere in crestere si dezvoltare, malformatii multiple, retard mental, tulburari de sexualizaree si de reproducere, unele forme de cancer. Au o frecventa relativ mare, aproximativ 8% dintre sarcinile recunoscute clinic si 1% dintre nou-nascutii vii. Patologia cromozomiala este considerata o problema majora de sanatate publica. Clasificarea 1.in functie de momentul producerii lor-exista 2 tipuri de anomalii: a.constitutionale Sunt prezente in momentul nasterii, si isi au originea de obicei in gametogeneza unuia dintre parinti b.dobandite Apar ulterior in cursul vietii sub forma unor clone celulare anormale. Ex:dupa consum nesistematizat dar cronic de anticonceptionale prezenta rupturi cromozomiale 2.in functie de modul de afectare a

materialului cromozomial-3 tipuri de anomalii: a.numerice Reprezinta modificarea numarului normal de cromozomi in raport cu setul diploid 2N=46 Sunt de doua tipuri: *poliploidii-prezenta in plus a unuia sau mai multor seturi haploide de cromozomi 2N+N=3N triploidie 2N+N+N=4N tetraploidie Produsii sunt avortati spontan precoce. *aneuploidii-atunci cand sunt in plus sau cand lipsesc cromozomi, unul sau mai multi -in plus=hiperdiploidie 2N+1 trisomie 48, XY +13+18 dubla trisomie ; -in minus=hipodiploidie 2N-1 monosomie b.structurale-modificarea structurii normale a cromozomilor In functie de efectul asupra fenotipului se impart in: * anomalii de structura echilibrate-nu se modifica dpdv cantitativ materialul genetic din celula si nu au efect pe fenotip sau au efect minim care trece neobservat * anomalii de structura neechilibrate care modifica materialul genetic cantitativ si au efect fenotipic. c.functionale Sunt reprezentate de disomia uniparentala caracterizata prin prezenta laacelasi individ a unei perechi de cromozomi care provine de la acelasi parinte 3.in functie de numarul de celule afectate a.omogene- se caracterizeaza prin prezenta anomaliei in toate celulele individului afectat b.in mozaic-prezinta 2 sau mai multe linii celulare diferite prin nr de cromozomi dar care deriva din acelasi zigot 4.in functie de tipul de cromozom afectat a.autozomale- b.gonozomale- c.mixte-cel putin un autozom si un gonozom 5.in functie de tipul de celula afectata de anomalia cromozomiala a.somatice-modifica fenotipul persoanei afectate b.germinale-nu modifica fenotipul dar care se pot transmite descendentilor Cauzele anomaliilor cromozomiale de structura Mecanismul lor clasic de producere este cel de rupere al cromozomilor si de reunire anormala a capetelor cromozomilor rupti. Factorii care determina ruperea cromozomilor se numesc clastogeni si ei reprezinta cauzele primare ale anomaliilor cromozomiale de structura. In realitate s-a sovedit ca rolul clastrogenilor este minim si ca anomaliile cromozomiale de structura se produc spontan, foarte probabil prin erori de recombinare. Frecventa si cauzele anomaliilor cromozomiale Acestea au fost detectate in urmatoarele situatii: -10% dintre gametii persoanelor adulte normale si fertile -3% dintre fetii cu varsta de 10 saptamani -2% dintre fetii de 16 saptamani -50-60% dintre avorturile spontane precoce -10% dintre nou-nascutii morti -1% dintre nou-nascutii vii -2% dintre sarcinile femeilor cu varsta peste 35 de ani in momentul conceptiei Cauzele aneuploidiilor Ele apar un urma unor erori de distributie a cromozomilor in timpul diviziunii celulare, prin mecanisme de nedisjunctie cromozomiala si/sau intarziere anafazica. Cauzele acestor accidente cromozomiale sunt inca necunoscute, sinura certitudine in etiologie este prezenta varstei materne peste 35 de ani in momentul conceptiei si care este asociata cu o frecventa crescuta a trisomiilor. Riscul de nedisjunctie este de 1:1000 pentru femeile cu varsta de 25 de ani, este de 1:100 pentru mamele in varsta de 37 de ani si 1:10 laa mamele cu varste de 45 de ani. Cauzele anomaliilor cromozomiale de structura Mecanismul lor clasic de producere este cel de rupere al cromozomilor si de reunire anormala a capetelor cromozomilor rupti. Factorii care determina ruperea cromozomilor se numesc clastogeni si ei reprezinta cauzele primare ale anomaliilor cromozomiale de structura. In realitate s-a sovedit ca rolul clastrogenilor este minim si ca anomaliile cromozomiale de structura se produc spontan, foarte probabil prin erori de recombinare. RECOMBINAREA GENETIC LA EUCARIOTE Recombinarea genetic este procesul prin care are loc transferul intra- sau intermolecular a unor secvene de ADN, avnd ca rezultat modificri n nlnuirea genelor sau a unor pri din gene. Se poate produce astfel, reasortarea unor nucleotide la nivelul aceleiai molecule de ADN sau ntre molecule separate, rezultnd, n final, una sau dou molecule recombinate. La eucariote procesul de recombinare genetic este legat de fenomenul sexualitii i se realizeaz n special n cursul meiozei, fiind condiionat de realizarea contactelor ntre cromosomi urmat de disjuncia independent a perechilor de cromosomi (bivaleni). n cazul organismelor eucariote au fost descrise 3 tipuri de recombinare genetic: recombinarea intracromosomal prin crossing-over (schimbul reciproc de segmente cromosomale); recombinarea intercromosomal prin disjuncia independent a cromosomilor omologi; recombinarea genetic nereciproc prin conversie genetic. Recombinarea intracromosomal (crossing-over) se realizeazatt n meioz ct i n mitoz. Ea poate avea loc intergenic, ct i intragenic. Recombinarea intragenic este un fenomen rar. Acest fenomen manifest interferen negativ care determin creterea probabilitii ca un al 2-lea crossing-over s aib loc n apropierea primului. Formarea bivalenilor n meioz presupune participarea a 2 cromosomi de origine diferit (matern i patern), ntre care se stabilesc contacte intercromatidice (sinapse) ce conduce la formarea unei structuri specializate numit complex sinaptinemal. Importana complexului sinaptinemal n desfurarea recombinrii genetice intracromosomale este dovedit de faptul c la organismele la care nu se produce acest complex, nu are loc procesul de crossing-over. Formarea chiasmelor este dependent de sinteze proteice ce au loc la sfritul zigotenului. Procesul de recombinare genetic implic ruperea i reunirea cromatidelor participante, fapt ce conduce la un schimb reciproc de segmente de ADN de dimensiuni egale i la apariia de cromosomi (iar apoi de gamei) recombinai. Fenomenul de crossing-over se realizeaz mai mult sau mai puin randomic, de-a lungul perechilor de cromosomi omologi. Astfel, probabilitatea realizrii recombinrii ntre 2 loci crete odat cu distana dintre acetia pe cromosomi. Deoarece procesul de crossing-over afecteaz numai 2 dintre cromatidele bivalenilor, doar 50 % dintre produii meiozei sunt de tip recombinat, restul de 50 % sunt de tip parental. S-a constatat c ntre genele plasate pe cromosomii omologi, n afar de crossing-over simplu, pot aprea i crossing-overe multiple (Fig.2). Dac procesul de recombinare are loc la nivelul unor gene heterozigotze,

indiferent de numrul de crossing-overe ce se realizeaz, procentul de recombinare nu depete 50 %. Procesul recombinrii genetice poate avea loc i n celulele somatice. Schimburile intercromatidice (sister chromatid exchange ) au fost evideniate mai ales n celulele mamaliene aflate n cultur in vitro, ele nefiind urmate, de obicei, de modificri fenotipice deoarece cromatidele implicate sunt identice. Fenomenul recombinrii mitotice a fost studiat n special n cazul fungilor (Aspergillus nidulans, S. Cerevisiae) la care n ciclul de via predomin haplofaza. Recombinarea mitotic poate avea loc n cursul metafazei i presupune asocierea cromosomilor omologi i realizarea schimbului genetic nainte de diviziunea centromerului. Procesul de crossing-over se poate produce i la nivelul aceleiai gene (crossing-over intragenic). n mecanismul molecular al recombinrii genetice de tip crossing-over, sunt implicate proteine specifice, procesul recombinrii fiind asociat cu cel de reparare genetica. Recombinarea cromozomica -se produce in cursul gametogenezei intre cromozomii omologi prin fenomene specifice meiozei I -poate avea loc intre : cromozomi intregi (recomb intercromozomiala) sau parti ale cromoz omologi (recomb intracrom) -recomb intercr: are loc in anafaze meiozei I intre perechile de cromozomi omologi care se vor recombine intre ei si vor migra la intamplare catre polii fusului de diviziune (dansul cromozomilor) -recom intracr: e produsa de crossing-over din profaza I Recombinarea genomica -are loc in timpul fecundarii prin asortarea genomilor din gametii parentali care se unesc pt a forma zigotul -cand se unesc doi gamete prov. De la 2 indivizi neinruditi si dif genetic, descendentii acestora vor prez: o vitalitate sporita, calitati noi fata de parinti, adaptibilitate mai buna, fertilitate crescuta -acest fenomen se num heterozis si e consecinta heterozicotismului care se creeaza la descendenti -in mom in care se unesc gameti de la 2 indivizi inruditi (consangvini) gradul de heterogenitate scade si creste fen de omogenizare genica -recob genomica e o imp sursa de variabilitte cu conditia ca genomurile sa fiecat mai dif genetic. Studiul frecventei genelor si a genotipurilor are implicatii practice in urmatoarele situatii: 1.in definirea structurii genetice caracteristica unei populatii 2.in sfatul genetic prin cunoasterea frecventei diferitelor genotipuri in populatie si pentru aprecierea riscului de recurenta in cazul unor boli 3.in apreccierea necesitatilor medicale si socioeconomice prin evaluarea frecventei genotipurilor anormale ale populatiei in scopul evaluarii rentabilitatii unor programe de profilaxie sau de depistare genetica in anumite grupuri populationale cu risc Legea HARDYWEINBERG A fost introdusa in practica in 1908 si cu ajutorul acestei legi se poate aprecia frecventa genelor si a genotipurilor intr-o populatie data. Aceasta lege explica de ce intr-o populatie vasta in interiorul careia casatoriile sau incrucisarile sunt la intamplare, frecventele alelice se mentin constante de la o generatie la alta. Pentru a demonstra legea, se presupune un anumit locul autozomal care prezinta 2 gene alele una dominanta si cealalta gena recesiva. Se noteaza cu p frecventa genei dominante si q frecventa genei recesive p+q=100% (1) - aceasta inseamna ca intr-o populatie data, suma frecventelor a doua gene alele pentru un locus dat este intotdeauna constanta si este egala cu 100% sau cu 1=o unitate Prin incrucisarea indivizilor din populatia considerata, genotipurile posibile vor fi urmatoarele: P2+2pq+q2=100% Suma frecventelor genotipurilor posibile prin incrucisarea a doi parinti din populattia considerata este mereu constanta si egala cu 100% Enuntul legii Intr-o populatie panmitica cu efectiv nelimitat, frecventele initiale p si q ale celor doua gene alele considerate pt un locul general dat, se mentin constante din generatie in generatie. De asemenea suma frecventelor genotipurilor p2+2pq+q2 este de asemenea constanta de-a lungul generatiilor. O astfel de populatie cu frecvente constante ale genelor si genotipurilor este in stare de echilibru. Legea este valabila numai in cazul populatiilor vaste, atunci cand casatoriile se produc la intamplare, neexistand casatorii preferentiale sau consangvine, atunci cand nu se produc mutatii ale locusului considerat sau rata mutatiilor este constanta, atunci cand nu exista selectie fata de un anumit fenotip si cand nu se produc migratii care sa determine o structura genetica modificata a populatiei. Factorii care influenteaza frecventa genelor si a genotipurilor Acesti factori pot modifica in anumite populatii umane frecventele genice si genotipice. 1.incrucisarile neintamplatoare -in majoritatea populatiilor umane, casatoriile sunt rareori aleatorii ele fiind de obicei orientate in sensulc a membrii unei subpopulatii definita de criterii rasiale, etnice sau religioase se unesc mai frecvent cu alti membrii din aceiasi populatie -aceste populatii sunt considerate stratificate fiind alcatuite din mai multe subgrupe care au un profil genic caracteristic -la fenomenul de stratificare al populatiei se adauga si incrucisarea preferentiata care consta in alegerea partenerului pe baza unor criterii. -in toate situatiile in care selectia partenerilor este preferentiala la membrii aceluiasi subgrup, se produce la descendenti o crestere a frecventei genotipurilor homozigote pentru anumite gene si o reducere a frecventei heterozigotilor -un aspect particular al acestor incrucisari selective sunt casatoriile consangvine; doi indivizi sunt considerati consangvini daca au cel putin un stramos comun pana la a 3-a generatie de ascendenti, astfel ei vor avea mai multe gene in comun decat indivizii neinruditi -prin casatoriile consangvine, se produce o crestere a posibilitatilor de intalnire a 2 heterozigori pentru aceiasi gena si deci o amplificare la descendenti a proportiei homozigotilor bolnavi cu afectiuni recesive severe; -riscul nasterii unui copil homozigot pentru o alela recesiva este proportional cu gradul de inrudice a celor 2 parinti -pentru verii primari, riscul unui descendent anormal fizic sau mental este aproape dublu fata de riscul unui cuplu neinrudit din populatia generala -la verii de gradul 2 acest risc se reduce, iar la celelalte grade de inrudire, riscul va deveni neglijabil 2.mutatiile -determina o modificare sau o pierdere a functiei unei gene ducand la

aparitia unor caracteristici noi care pot fi neutre, favorabile sau defavorabile a.favorabile-rol important de-a lungul evolutiei umane,majoritatea mutatiilor noi fiind in prezent defavorabile si ele tind sa rupa echilibrul genetic al populatiilor -amploarea efectului defavorabil al unei mutatii se poate aprecia prin consecintele sale asupra aptitudinilor biologice de supravietuire si reproducere si asupra indicelui de fertilitate a individului -efectul negativ al mutatiilor asupra echilibrului genic din populatie este redus din 2 considerente majore: A.majoritatea genelor umane au o rata de mutatie relativ mica de ordinul 10-5 per locus per gamet si per generatie. B.efectul mutatiei este influentat in mare masura si contrabalansat de selectie, pastrandu-se astfel echilibrul genetic. -mentinerea unei frecvente genice constante se face prin inlocuirea genelor anormale pierdute prin deces sau sterilitate intr-o generatie cu mutatii noi in generatia urmatoare -cu cat indicele de fertilitate este mai mic cu atat proportia pacientilor la care boala se produce prin mutatii noi este mai mare 3.selectia -poate fi naturala, independenta de actiunea omului sau poate fi artificiala prin interventie umana activa -selectia naturala reprezinta actiunea factorilor de mediu asupra fenotipurilor determinate de mutatii noi pe care le sorteaza, favorizand fenotipurile utile cu capacitate de adaptare ridicata pentru populatie si pentru specie -fenotipurile dezavantajate sunt selectate negativ sau eliminativ si contribuie cu foaarte putine gene la generatiile urmatoare -genotipurile avantajoase sunt selectate pozitiv sau mentinute si contribuie cu numar mare de gene la generatiile viitoare -astfel selectia stabileste cota relativa de gene prin care indivizii cu genotipuri diferite contribuie la fondul comun de gene al populatiei in functie de viabilitate si de fertilitatea acestora Bolile genetice Rep totalitatea afectiunilor det in principal de mutatii genice si de anomalii cromozomiale. Clasificarea bolilor genetice: -se face in fctie de tipul modificarii genetice,in fctie de localizare si in fctie de actiunea asupra fenotipului.Astfel sunt recunoscue 5 categ de boli genetice: 1.boli crmozomiale 2boli monogenice 3.boli mitocondriale 4.bolile multi-factoriale 5.boli ale genomului celulelor somaice Caracterele generale ale bolilor genetice: -ele sunt determinate prenatal si sunt prezente in mom nasterii , dar se pot manifesta clinic in perioada neo-natala sau mai tarziu in alte perioade ale vietii, avand debut inclusiv la varsta adulta.Caracterul congenital reprez un fapt important pt natura genetica a unei boli (congenitus=nascut cu ceva- malformatie) ele sunt deseori familiale fiin prezente la mai multi membrii ai aceiasi familii.Aceasta nu este o regula generala pt ca exista boli genetice sporadice in care pacientul care a suferit o mutatie noua este singurul membru afectat din familie sau exista boli negenetice care au agregare familiala afecand mai multi membrii din familie care au acelasi mod de viata sau aceleasi conditii de viata. Ex:tuberculoza -o parte din bolile genetice sunt ereditare in sensul ca se transmit de-a lungul generatiilor frecv dupa tipul mendelian.Nu toata bolile genetice se transmit deoarece exista boli cromozomiale si monogenice la care modificarile fenotipice consecutive mutatiilor fie sunt letale inainte de varsta adulta, fie determina incapacitate de procreere. -bolile determinate sau conditionate genetic se caracterizeaza prin concordanta lor mai mare la gemenii monozigoti comparativ cu gemenii dizigoti.Bolile genetice pot prezenta o distributie specifica in anumite grupuri etnice sau populationale. Sfatul genetic Este un act medical specializat si complex prin care se det probabilitatea (riscul) ca o boala ereditara sau partial ereditara sa se manifeste sau sa apara intr-o familie. Necesitatea sfatului genetic se impune din urm motive: 1.crtesterea morbiditatii, mortalitatii, mortinatalitatii prin maladii cu determinism genetic; 2.prelungirea perioadei de supravietuire a persoanelor purtatoare, dat progreselor i terapia moderna si astfel acestia ajunsi la maturitate vor avea descendenti cu aceeasi boala sau vor fi purtatori; ex: stenoza hipertrofica de pilor, luxatia congenitala de sold); 3.cresterea niv cultural al maselor largi face ca adresabilitatea la medic sa sporeasca. Elaborarea sfatului genetic - urm timpi: 1. diagnosticul clinic si biologic precis al afectiunii ( prin examen clinic); 2. determinarea caracterului genetic al bolii: se face de medicul genetician prin ancheta familiala minutios condusa cu multa competenta; se cauta a se depista alte persoane purtatoare ale aceleiasi maladii genetice sau alta boala genetica, precum si semne de heterozigotism; ancheta e completata prin investigatii de la b particularizate (cromatina X sau Y, cariotip, dermatoglife); 3. cunoasterea datelor din literatura medicala: documentarea medicala de specialtiate e una din cerintele importante ale geneticii moderne datorita avantului mare al acestei stiinte si al multitudinilor si noutatilor in acest domeniu; numai printr-o buna documentare medicul genetician poate pune un diagnostic corect si poate aprecia caracterul erditar al bolii. conditii de acordare Sfat genetic: 1. consult prenuptial: cand unul din viitorii soti e purtator al unei anomalii genetice (ex: hemofilie) sau ambii membrii ai grupului au aceeasi boala genetica sau membrii cuplului sunt sanatosi insa in familia unuia exista persoane ce au boli genetice sau viitorii soti sunt sanatosi, nu au in familie pers ce sufera de boli genetice, dar vor sa efectueze o casatorie consangvina; 2. cuplurile sterile: factorii genetici au rol important in sterilitatea de cuplu; sterilitatea genetica e data de anomaliile de numar ale gonozomilor (sindr. Klinefelter 47, XXY, la barbati si sindr. Turner 45, X la femei); 3 avorturi spontane repetate: avorturile spontane unice sau repetate la o varsta de 1-3 luni pot fi cauzate de anomalii cromozomiale de tipul translocatiilor neechilibrate intre crz omologi sau inversie pericentrica; 4. nasterea unui copil malformat; 5. existenta unui copil cu o genopatie: genopatiile

sunt boli datorate unei mutatii genetice ce se pot evidentia prin simptomatologia clinica in etape diferite ale vietii (la nastere, in primele ore, in primele zile, in primii ani de viata etc.); 6. probandul sufera de o boala degenerativa: cele mai des intalnite sunt bolile degenerative ale sist nv (boala Huntington) sau muscular (miopia Druchene) sau ale organelor de simt ( surditate ereditara); 7. diateze familiare (ex: diabet zaharat, HTA, psihoze, tumori maligne). .Bolile monogenice -sunt boli produse de mutatia unei singure gene (o pereche de gene alele din genomul nuclear si cu efect major asupra fenotipului). Oastfel de gena codifica o prot de struct sau o enzima.Aceste mutatii si implicit bolile monogenice se transmit confomr legilor lui Mendel:dominanat sau recesiv, autozomal sau gonozomal,. Se cunosc aprox 14000 de caractere mendeliene normala sau patologice dintre care 9000 sunt boli monogenice care realizeaza o incidenta la nou-nascuti de 10 la mie. Dupa alti autori inicdenta reala a acestor boli ar fi aprox 20 la mie iar aceasta valoare creste treptat odata cu descoperirea unor noi mutatii. -in aproape jum dintre bolile monogenice gena implicata mutanta a fost localizata pr cromozom si a fost identificat si defectul primar (proteina an