ADN monocatenar (mc) –

unele virusuri, de ex. parvovirusuri

ADN dublucatenar (dc)

circularcircular

linearlinear

Cromozom bacterian, Plasmide bacteriene

Cromozomi de la eucariote

ADN dc ADN dc circularcircular

de la virusul SV40de la virusul SV40ADN dc ADN dc circularcircular

din mitocondrii umanedin mitocondrii umane

ADN dc linear uman in replicareADN dc linear uman in replicare

De la ADN la cromozomiDe la ADN la cromozomi

Unele virusuri

ADN mitocondrial, ADN cloroplastic

Cromozom la Cromozom la E.coliE.coli

Plasmide la Plasmide la E.coliE.coli

Unele virusuri

Cuvântul cromozom :   chroma

= culoare,    soma

= corp   cromozom = corp colorat 

ÎÎn celule, moleculele de ADN sunt asociate cu proteinen celule, moleculele de ADN sunt asociate cu proteine

Fiecare moleculă ADN Fiecare moleculă ADN + proteinele asociate = cromozom, + proteinele asociate = cromozom, şşi la PK, i la PK, şşi la EK i la EK

ÎÎmpachetarea ADNmpachetarea ADN‐‐ului ului îîn cromozomi n cromozomi îîndeplinendeplineşşte mai multe functe mai multe funcțții :ii :‐‐

ADNADN‐‐ul celular are dimensiune mai mare decât celula ul celular are dimensiune mai mare decât celula  ptr a ptr a îîncăpea ncăpea îîn celulăn celulă, ADN, ADN‐‐ul trebuie compactatul trebuie compactat

‐‐

ÎÎmpachetarea ADNmpachetarea ADN‐‐ului ului şşi asocierea cu proteine protejează fai asocierea cu proteine protejează fațță de alterăriă de alterări

‐‐

Doar Doar îîn formă compactată n formă compactată îîn cromozomi, ADNn cromozomi, ADN‐‐ul poate fi transmis eficient ul poate fi transmis eficient şşi egal la cele 2 celule fiicei egal la cele 2 celule fiice

ADNADN‐‐ul nud este destul de instabil ul nud este destul de instabil îîn celule, spre deosebire de cromozomi, care sunt mult mai stabiln celule, spre deosebire de cromozomi, care sunt mult mai stabilii

‐‐ Crz conferă o organizare globală fiecărei molecule de ADN Crz conferă o organizare globală fiecărei molecule de ADN, o, organizare ce conferă rganizare ce conferă şşi accesibilitate către ADNi accesibilitate către ADN

De la ADN la cromozomiDe la ADN la cromozomi

½½

din masa unui crz EK = proteinedin masa unui crz EK = proteine Cromatină Cromatină = regiuni din ADN asociate cu proteine= regiuni din ADN asociate cu proteine

Majoritatea proteinelor asociate cu moleculele de ADN = proteineMajoritatea proteinelor asociate cu moleculele de ADN = proteine

cu g.m. cu g.m. mmicăică, bazice , bazice ‐‐

HISTONEHISTONEAlte proteine asociate cu ADN :  Alte proteine asociate cu ADN :  NONNON‐‐HISTONEHISTONE  ‐‐ reglează replicarea reglează replicarea, repararea, recobinarea , repararea, recobinarea şşi transcrierea i transcrierea 

Primul rol improtant al proteinelor asociate cu ADN, Primul rol improtant al proteinelor asociate cu ADN, îîn mod special al histonelor, este compactarea moleculelor de ADNn mod special al histonelor, este compactarea moleculelor de ADN

De ex:De ex: grosimea medie a unei pb = 3,4 grosimea medie a unei pb = 3,4 ÅÅ

1 c1 celulă umană conelulă umană conțține 3 x 10ine 3 x 1099

pb / set haploid, pb / set haploid, ~ ~ 10101010

ÅÅ

~ ~ 1 m 1 m →→ 1 cel. are 1 cel. are îîn nucleu ( n nucleu ( φφ

=10=10‐‐15mm) 2 m de ADN15mm) 2 m de ADN

Majoritatea PK au 1 cromozom Majoritatea PK au 1 cromozom = 1= 1 moleculă de ADN d moleculă de ADN d.c. circular.c. circular

Organismele se Organismele se îînmulnmulțțesc prin diviziune celulară simplă  esc prin diviziune celulară simplă  ‐‐

fisiune binarăfisiune binară

Fiecare celulă are un anumit număr, specie-specific, de cromozomi

PK PK

EK EK

Cromozomul bacterian Cromozomul bacterian ‐‐

nucleoidnucleoid

Nu există membrană nucleară Nu există membrană nucleară   nu există nucleu  nu există nucleu 

PK pot avea PK pot avea şşi plasmide (molecule ADN dc, de obicei circulare) i plasmide (molecule ADN dc, de obicei circulare) 

Majoritatea celulelor EK sunt Majoritatea celulelor EK sunt DIPLOIDEDIPLOIDE: au câte 2 exemplare din fiecare crz, dar cele 2 exemplare nu s: au câte 2 exemplare din fiecare crz, dar cele 2 exemplare nu sunt identiceunt identice

Diploidia asigură Diploidia asigură îînmulnmulțțirea de tip sexuatirea de tip sexuat

a organismelor EK a organismelor EK ––

gamegamețții au ii au ½½

nr.crznr.crz

Număr par de cromozomi Număr par de cromozomi îîn nucleu (n nucleu (2n), 2n), fiecare crz = 1 molfiecare crz = 1 moleculă ADN deculă ADN d.c. linear.c. linear

Organismele EK (majoritatea) se Organismele EK (majoritatea) se îînmulnmulțțesc prin reproducere sexuatăesc prin reproducere sexuată

Celule 2nCelule 2n GameGamețțiinn

meiozămeioză fecundafecundațțieieunirea a 2 gameunirea a 2 gamețții Celule 2nCelule 2n

îîn mitocondrii, cloroplaste n mitocondrii, cloroplaste ––

câte 2câte 2‐‐10 molecule ADNdc circular ADN mt10 molecule ADNdc circular ADN mt

ADN extracromozomal: ADN extracromozomal: 

ADN extracromozomal: ADN extracromozomal: 

(câte 1 exemplar din fiecare tip de crz)

p l i e r e

su p r a r a su c i r e

c i r c a 5 0 d o m e n i ip e r c r o m o so m

b a c t e r i a n

c r o m o so mb a c t e r i a n

d o m e n i isu p r a sp i r a l i z a t e

n e g a t i v

R E P

R E P

A D N g i r a z a

Cromozomul la procariote PK –

proteine histonehistone--likelike

: HU (Helix-Unwinding)

Cromozomul la eucariote

Dimensiune genom Dimensiune genom [Mpb] [Mpb] Forma crzForma crzNr.crz. /Nr.crz. /

set haploidset haploidNr.seturi Nr.seturi haploidehaploide

Nr.total Nr.total crzcrzSPECIESPECIE

P R O C A R I O T EP R O C A R I O T E

4,64,6circularcircular111111Escherichia coliEscherichia coli

2,82,8circularcircular111111Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus

circularcircular221122Vibrio choleraeVibrio cholerae

5,75,73 C, 1 L3 C, 1 L441144Agrobacterium tumefaciensAgrobacterium tumefaciens

E U C A R I O T EE U C A R I O T E

12,112,1linearlinear16161 sau 21 sau 23232Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiaedrojdia de beredrojdia de bere

9797linearlinear66221212Caenorhabditis elegansCaenorhabditis elegans

125125linearlinear55221010Arabidopsis thalianaArabidopsis thaliana

15 00015 000linearlinear88221616Allium cepaAllium cepa

45004500linearlinear77221414Pisum sativumPisum sativummazăremazăre

180180linearlinear442288Drosophila melanogasterDrosophila melanogaster

26002600linearlinear2020224040Mus musculusMus musculus

25002500linearlinear1919223838Felis catusFelis catuspisica domesticăpisica domestică

24002400linearlinear3939227878Canis familiarisCanis familiariscâinecâine

27002700linearlinear1919223838Sus scrofaSus scrofaporc domesticporc domestic

27002700linearlinear2727225454Ovis ariesOvis ariesoaieoaie

29002900linearlinear3030226060Bos taurusBos taurusvaca domesticăvaca domestică

26002600linearlinear3232226464Equus caballusEquus caballuscalcal

29002900linearlinear2424224848Gorilla gorillaGorilla gorilla

33003300linearlinear2424224848Pan troglodytesPan troglodytes

32003200linearlinear2323224646Homo sapiensHomo sapiens

Organismele mai complexe au densitate genică scăzută

NUCLEOZOMULNUCLEOZOMUL

ÎÎn celulele EK,n celulele EK, majoritatea cantită majoritatea cantitățții ADN este ii ADN este îîmpachetat mpachetat îîn n NUCLEOSOMINUCLEOSOMINucleosom = miez de 8 proteine histonice + regiunea ADN Nucleosom = miez de 8 proteine histonice + regiunea ADN îînfănfăşşurată urată îîn jurul lorn jurul lor Aspect de mărgele pe un firAspect de mărgele pe un fir

ADNADN‐‐ul dintre 2 nucleosomi adiacenul dintre 2 nucleosomi adiacențți =i = ADN linker  ADN linker (de (de legăturălegătură))

Prin asamblare/Prin asamblare/îîmpachetare mpachetare îîn nucleosomi,n nucleosomi, ADN ADN‐‐ul se scurtează de ul se scurtează de 6 ori6 ori

Asamblarea/Asamblarea/îîmpachetarea mpachetarea îîn nucleosomi =n nucleosomi = prima etapă  prima etapă şşi eseni esențțială ială îîn compactarea ADNn compactarea ADN‐‐uluiului

H2AH2A

H2BH2B

H3H3

H4H4

ADN ADN îînfănfăşşurat urat îîn jurul unui octamer histonic n jurul unui octamer histonic ~ ~ 147 pb, de 1,7 ori147 pb, de 1,7 ori

HistoneHistonele = proteine mici, le = proteine mici, îîncărcate pozitivncărcate pozitiv

HistoneleHistonele

= cele mai abundente proteine asociate cu ADN la EK= cele mai abundente proteine asociate cu ADN la EK

5 tipuri:5 tipuri:

H1, H2A, H2B, H3, H4 H1, H2A, H2B, H3, H4 

histonele  miezhistonele  miez

2 x [ H2A, H2B, H3, H4 ] = MIEZUL NUCLEOSOMULUI2 x [ H2A, H2B, H3, H4 ] = MIEZUL NUCLEOSOMULUI

1 x1 x H H1 s1 se leagă la ADNe leagă la ADN‐‐ul linker, dintre 2 nucleosomiul linker, dintre 2 nucleosomi

‐‐

proteine mici, proteine mici, îîncărcate pozitiv ncărcate pozitiv (con(conțținut ridicat inut ridicat îîn AA n AA îîncărcat pozitivncărcat pozitiv))

1111‐‐15 KDa 15 KDa ––

H2H2‐‐H4H421 KDa 21 KDa ––

H1H1

Miezul proteic al nucleosomului are formă de discMiezul proteic al nucleosomului are formă de disc

ÎÎn solun soluțție, cie, cele 4 tele 4 tipuri de histone se asamblează astfelipuri de histone se asamblează astfel::

H2A + H2B H2A + H2B →→ heterodimer H2Aheterodimer H2A‐‐H2B H2B 

H3 + H4 H3 + H4 →→ heterodimer H3heterodimer H3‐‐H4H4

2 heterodimeri H32 heterodimeri H3‐‐H4 H4 →→ tetramer H3tetramer H3‐‐H4H4

Asamblarea unui nucleosom este realizată Asamblarea unui nucleosom este realizată îîntrntr‐‐o anumită ordineo anumită ordine::

H3 + H4 H3 + H4  heterodimer [H3heterodimer [H3‐‐H4]H4]

2 x [H32 x [H3‐‐H4] H4]  tetramer 4[H3tetramer 4[H3‐‐H4]H4]

1 tetramer 4[H31 tetramer 4[H3‐‐H4] se ataH4] se ataşşează la ADN ează la ADN 

2 heterodimeri [H2A2 heterodimeri [H2A‐‐H2B] se ataH2B] se ataşşează la acest complexează la acest complex

NUCLEOSOM NUCLEOSOM 

H2A + H2B  H2A + H2B   heterodimer [H2Aheterodimer [H2A‐‐H2B]H2B]

1. Dimerizarea histonelor1. Dimerizarea histonelor

2. Ini2. Inițțierea nucleosomuluiierea nucleosomului

3. 3. Terminarea formării nucleosomuluiTerminarea formării nucleosomului

H2AH2A

H2BH2B

H3H3

H4H4

STRUCTURA CROMATINEISTRUCTURA CROMATINEI EucromatinEucromatina a şşi Heterocromatina i Heterocromatina 

HistonHistonaa

H1 H1 seleagă la ADN linker dintre nucleosomiseleagă la ADN linker dintre nucleosomi

Odată formaOdată formațți nucleosomii,i nucleosomii, următarea etapă  următarea etapă îîn n îîmpachetarea moleculelor mpachetarea moleculelor

 de ADN = legarea histonei H1 de ADN = legarea histonei H1 

H1 H1 = o= o proteină mică proteină mică, , îîncărcată pozitivncărcată pozitiv, s, se leagă la ADNe leagă la ADN‐‐ul dintre nucleosomiul dintre nucleosomi

ÎÎn acest mod,n acest mod, H H1 s1 stabilizează asocierea ADNtabilizează asocierea ADN‐‐ului cu proteinele ului cu proteinele 

nucleosomale nucleosomale şşi deci,i deci, stabilizează structura nucleosomului stabilizează structura nucleosomului

Se leagă la ADN Se leagă la ADN îîn 2 zone:n 2 zone:

‐‐ o zonă este exact  o zonă este exact îîn afara unui nucleosomn afara unui nucleosom

‐‐ o zonă este regiunea centrală de  o zonă este regiunea centrală de îînfănfăşşurare a ADN urare a ADN îîn jurul histonelor miez n jurul histonelor miez 

‐‐ se colorează mai slab se colorează mai slab

‐‐ este mai activă ca rată de transcriere este mai activă ca rată de transcriere

‐‐ se colorează mai intens  se colorează mai intens ‐‐

este mai pueste mai puțțin activă ca rată de transcrierein activă ca rată de transcriere

Chiar şi în interfază, nu toată cromatina are acelaşi grad de condensare :

În interfază

materialul genetic

: -

este structurat sub formă de CROMATINĂ-

cromozomii nu sunt

vizibili la microscop

Cele 23 de perechi de cromozomi umani ocupă anumite teritorii în nucleu

EUCROMATINAEUCROMATINA HETEROCROMATINA HETEROCROMATINA 

Adăugarea histonei HAdăugarea histonei H1 1  un nivel superior de compactare a ADNun nivel superior de compactare a ADN‐‐uluiului

Următoarea etapă de compactare Următoarea etapă de compactare = FIBRA DE 30 nm= FIBRA DE 30 nm EvidenEvidențțiată iată şşi i in vitroin vitro

şşi i in vivoin vivo

2 m2 modele de structură a fibrei de odele de structură a fibrei de 30 nm30 nm

Modelul Modelul SOLENOIDSOLENOID Se formează un superhelix ce conSe formează un superhelix ce conțține 6 nine 6 nucleosomi per spiră ucleosomi per spiră 

ADNADN‐‐ul linker se găseul linker se găseşşte spre interiorul superhelixului, dar NU trece prin axul centrate spre interiorul superhelixului, dar NU trece prin axul central al acestuia l al acestuia Zonele de Zonele de ““intrareintrare””

şşi i ““ieieşşireire””

a ADN din nucleosomi NU sunt accesibilea ADN din nucleosomi NU sunt accesibile

Modelul Modelul ZIGZAGZIGZAG

ADNADN‐‐ul linker TRECE prin axul central al superhelixului ul linker TRECE prin axul central al superhelixului 

accesibileaccesibilemaimaia ADN din nucleosomi nu sunt a ADN din nucleosomi nu sunt ””ireireşşieie““i i şş””intrareintrare““Zonele de Zonele de 

Se formează un superhelix ce conSe formează un superhelix ce conțține 4 nine 4 nucleosomi per spiră ucleosomi per spiră 

Lungimea ADNLungimea ADN‐‐ului linker ului linker

 variază variază (distan(distanțța a 

dintre 2 nucleosomi)dintre 2 nucleosomi)

Regiunile cu linker mai lung Regiunile cu linker mai lung

 (deci (deci cu densitate mai cu densitate mai 

mică de nucleosomimică de nucleosomi) a) ai i 

fibrei de 30 nm fibrei de 30 nm au au 

structură ZIGZAGstructură ZIGZAG

ÎÎntrntr‐‐un acelaun acelaşşi nucleu se i nucleu se

 pot pot îîntâlni ntâlni îîn simultan n simultan 

ambele formeambele forme

Regiunile aminoRegiunile amino‐‐terminale ale histonelor sunt necesare ptr formarea fibrei 30 nmterminale ale histonelor sunt necesare ptr formarea fibrei 30 nm

Cozile aminoCozile amino‐‐terminale ale histonelor nucleosomale (H2A, H2B, H3, H4) interacterminale ale histonelor nucleosomale (H2A, H2B, H3, H4) interacțționează cu nucleosomii adiacenionează cu nucleosomii adiacențții

Următoarea etapă Următoarea etapă îîn compactarea ADN = formarea de bucle marin compactarea ADN = formarea de bucle mari

Formarea nucleosomilor + formarea fibrei 30 nm Formarea nucleosomilor + formarea fibrei 30 nm  compactarea ADN cu scurtare pcompactarea ADN cu scurtare pîînă la de nă la de 40 de ori40 de ori

Este Este îîncă insuficient ncă insuficient   este necesară compactarea mai puternică a ADN este necesară compactarea mai puternică a ADN

Model:Model: Fibra 30nm Fibra 30nm formează bucle mariformează bucle mari, de 40, de 40‐‐90 kpb, 90 kpb, țținute de o structură proteică  denumită  NUCLEAR SCAFFOLDinute de o structură proteică  denumită  NUCLEAR SCAFFOLD(traducere (traducere ad literamad literam: s: schelă nuclearăchelă nucleară))

2 clase de proteine:2 clase de proteine:‐‐ Topo II Topo II: l: la baza fiecărei buclea baza fiecărei bucle, men, mențține forma buclatăine forma buclată; buclele sunt topoizomeri; buclele sunt topoizomeri‐‐

Proteine SMC (Structural Maintenance of Chromosome)Proteine SMC (Structural Maintenance of Chromosome)

Se formează fibra de cromatină Se formează fibra de cromatină = s= structură de bază a cromozomilortructură de bază a cromozomilor

MBOG MBOG ––

Nucleosome AssemblyNucleosome Assembly

Structura cromozomilor se schimbă deStructura cromozomilor se schimbă de‐‐a lungul ciclului celulara lungul ciclului celular

Gradul de condensare a materialului genetic variază Gradul de condensare a materialului genetic variază îîn timpul unui ciclu celularn timpul unui ciclu celular

Interfază Interfază –– condensare mai redusă a materialului genetic condensare mai redusă a materialului genetic, permite transcriere, replicare, reparare, permite transcriere, replicare, reparare

După replicareDupă replicare, moleculele fiice: , moleculele fiice: ‐‐

asamblare nucleosomiasamblare nucleosomi

‐‐

coeziunea cromatidelor surori coeziunea cromatidelor surori ––

complex proteic denumit complex proteic denumit coezinăcoezină

‐‐

formarea fibrei 30nmformarea fibrei 30nm

ÎÎn interfază nu se văd cromozomii ca entităn interfază nu se văd cromozomii ca entitățți distincte citologic; sunt vizibile doar blocuri cromatice i distincte citologic; sunt vizibile doar blocuri cromatice –– cromatină  cromatină , , 

unele colorate mai slab unele colorate mai slab –– eucromatină eucromatină, a, altele colorate mai intens ltele colorate mai intens ‐‐ heterocromatină heterocromatină

Profază Profază –– continuă condensarea cromatinei  continuă condensarea cromatinei (deci, a materialului genetic) (deci, a materialului genetic) →→

(procesul se mai nume(procesul se mai numeşşte te şşi i ““condensarea  cromozomilorcondensarea  cromozomilor””))

formarea cromozomilor ca entităformarea cromozomilor ca entitățți i

 vizibile la microscopvizibile la microscop

La sfârLa sfârşşitul diviziunii celulare reitul diviziunii celulare reîîncepe procesul de decondensare a ncepe procesul de decondensare a

 cromozomilor, pâna la gracromozomilor, pâna la gradul de fibră de cromatinădul de fibră de cromatină,,

şşi chiar până la fibra i chiar până la fibra 3030‐‐nm, 10nm, 10‐‐nmnm

DEZASAMBLAREA / ASAMBLAREA NUCLEOSOMILOR în replicarea ADN 

Nucleosomii sunt Nucleosomii sunt ‐‐

dezasambladezasamblațți pe molecula parentalăi pe molecula parentală, , îîn fan fațța bifurcaa bifurcațției de replicareiei de replicare

‐‐

asamblaasamblațți pe moleculele fiice, i pe moleculele fiice, îîn ordinea anterior prezentată n ordinea anterior prezentată 

Tetramerii H3Tetramerii H3‐‐H4 H4 vechivechi rămân asocia rămân asociațți cu i cu

 molecula ADN molecula ADN şşi  trec ca atare,i  trec ca atare, fie la una  fie la una 

din moleculele noi, fdin moleculele noi, fie la cealaltăie la cealaltă

Dimerii H2ADimerii H2A‐‐H2B H2B vechivechi

se desprind de pe se desprind de pe

 

ADN ADN şşi trec i trec îîntâi ntâi îîn solun soluțție.ie.

De reDe rețținut inut 

Diagram of a replicated and condensed metaphase

eukaryotic chromosome.(1)

Chromatid

–

one of the two identical parts of the chromosome after S phase. (2)

Centromere

–

the point where the two chromatids touch, and where the microtubules attach.(3)

Short arm.(4)

(4) Long arm.

Human chromosomes during metaphase.

G1 1 cromozom = 1 moleculă ADN = 1 cromatidă Cromozom monocromatidic

S Replicare ADN = dublarea cantităţii de ADN

G2 1 cromozom = 2 molecule ADN identice = 2 cromatide surori Cromozom bicromatidic

Molecula ADN este complexată cu proteine

Rolul histonelor

stabilitatea şi protecţia moleculelor de ADNÎmpachetarea moleculelor ADNStructurarea cromatinei şi a cromozomilorMediază acţiunea altor proteine pe molecula ADN –

proteine ptr replicarea, exprimarea ADN

Alfabet grecesc Alfabet grecesc

Se citeşteLiteră micăLiteră mareSe citeşteLiteră micăLiteră mare

niuνΝalfaαΑksiξΞbetaβΒomicronοΟgamaγΓpiπΠdeltaδΔrho (ro)ρΡepsilonεΕsigmaσΣzetaζΖtauτΤetaηΗipsilon υΥthetaθΘphi (fi)φΦiotaιΙchi (hi)χΧkappaκΚpsiψΨlambdaλΛomegaωΩmiuμΜ