Genetica CURS 3 14 Octombrie 2013

GENETICA MEDICINA DENTARA

CURS 3 14 octombrie 2013

AUTOR: PROF.DR. EMILIA SEVERIN

UMF “Carol Davila” Bucuresti

- molecule dublu-catenare,

circulare, neramificate, organizate in

crz. mitocondrial.

- o mitocondrie are 2-10

molecule ADN.

ADN MITOCONDRIAL

ADNmt

- molecule dublu-

catenare, liniare,

neramificate, organizate in

22 crz. autozomi, X si

Y.

ADN NUCLEAR

Source: Getty Images, Dorling Kindersley

2

NUCLEU

MITOCONDRIE

CELULA SOMATICA

ADN-ul din celula umana

GENETICA MD

CURS 3 - A nu se copia sau distribui fara copyright

B-ADN Z-ADN;

B-ADN A-ADN; 1. Structural este reprezentata de forma B-ADN dar in anumite

conditii fiziologice isi poate schimba conformatia

(modificari conformationale):

2. Respecta regulile lui Chargaff

ORGANISM

COMPOZITIA IN BAZE (%) RAPORTUL BAZELOR

A G T C A/T G/C A+T/G+C Homo sapiens 30,9 19,9 29,4 19,8 1,05 1,0 1,52

3.Se gaseste in cantitate

constanta in:

celula GAMETICA: 3,5x 10-9mg ADN

(C corespunde unui set haploid de

cromozomi, adica 23 crz.)

celula SOMATICA: 7 x 10-9mg ADN

(2C corespunde celor 2 seturi haploide de cromozomi, adica 46

crz.)

3

ADN-ul nuclear uman

GENETICA MD


4

MITOZA

INTERFAZA

2C

4C

4C ADN

2C ADN

2C ADN

ANAFAZA Separarea

cromatidelor

ANAFAZA Migrarea cromatidelor

spre polii fusului

MITOZA – redistribuie in mod egal cantitatea de ADN nuclear in celulele fiice

4.Cantitatea ADN per celula/nucleu este constanta: CADN=

3,5x10-9mg

CANTITATEA ADN in timpul MITOZEI: PROFAZA 4C METAFAZA 4C

ANAFAZA 2C / 2C TELOFAZA 2C / 2C

2C

2C

CENTRIOL CENTRIOL

GENETICA MD


- pe parcursul ciclului celular cantitatea de ADN este variabila dar mitoza repartizeaza in mod egal cantitatea 4C ADN in celulele fiice.

5. Cantitatea ADN per celula/nucleu este

constanta:

Can

tita

tea

de

AD

N

MITOZA

2C

4C

INTERFAZA G1 S G2 M

4C

2C

5

ADN-ul nuclear uman

GENETICA MD


6. Dimensiunea: Exprimata prin nr.de

perechi de baze 6x109 p.b. pentru cele 46

molec. ADN nuclear

Exprimata in mm este 106 mm / set haploid

de cromozomi

0,34 x 10-9 m x 3 x 109 = 1,02 m 1nm= 10-9 m= 10-6 mm

7.Masa moleculara : 2x1012 daltoni / celula haploida.

6

ADN-ul nuclear uman

GENETICA MD


- expunerea ADN nativ la temperaturi ridicate (peste 800C) produce ruperea leg. de H care

unesc p.b. complementare

generand doua catene.

8.DENATURARE - RENATURARE:

ADN nativ

t0

ADN denaturat

Racire lenta

ADN renaturat

7

ADN-ul nuclear uman

GENETICA MD


Prin denaturare (separarea catenelor)

molecula ADN isi pierde capacitatea de transformare.

Daca racirea se face brusc, cele 2 catene disociate

nu au la dispozitie un timp suficient pentru a-si putea gasi secventele

complementare si raman separate.

Daca racirea se face lent catenele

vor renatura.

Denaturarea / Renaturarea au loc in conditii naturale (replicare, transcriere) si

experimentale.

8

DENATURAREA/RENATURAREA ADN

GENETICA MD


HIBRIDIZAREA MOLECULARA

DENATURARE RENATURARE

ARN

DENATURARE; Adaugare de ARN

RENATURARE

9

HOMO-DUPLEX

ADN /ADN

HETERO-DUPLEX

ADN /ARN

GENETICA MD


ADN-ul celulei umane

CELULELE COPILULUI

ADN-ul nuclear provine de la ambii

parinti.

ADN-ul mitocondrial provine numai de

la mama.

GENETICA MD


1.Dimensiune: ~16,6Kb;

2.Numar molecule: 100 – 10.000 copii/celula;

3.Structura: dublu-catenar, cu diferente de densitate intre cele doua catene; catena grea (H=heavy) bogata in guanina si catena usoara (L=light) bogata in citozina.

11

ADN-ul mitocondrial uman (ADNmt)

GENETICA MD


NUMARUL DE MITOCONDRII IN CELULA UMANA

TIPUL de CELULA §  Majoritatea celulelor somatice: 100-10.000 §  Limfocite: 1000 §  Ovocite: 100.000 §  Spermatozoid: cateva sute

§  Hematia si celulele diferentiate terminale ale

epidermei NU au mitocondrii.

13

ARN

BAZE

ADN

NUCLEOTIDE

RIBOZA

Baza

Grup fosfat

POLINUCLEOTIDE

DEZOXI- RIBOZA

Baza

Grup fosfat

Pirimidine Purine Purine Pirimidine

SURSA:http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/bioprop/rna.html

ARN-acidul ribonucleic

GENETICA MD


14

COMPONENTE STRUCTURALE ALE ADN si ARN

Exclusiv in ADN Exclusiv in ARN ADN si ARN

TIMINA ADENINA GUANINA CITOZINA URACIL

DEZOXIRIBOZA

GRUP FOSFAT

RIBOZA

ADN versus ARN

GENETICA MD


DEFINITIE: setul de

transcripte, molecule de

ARN codante si necodante,

produse intr-o celula /

tesut / organ, intr-un anumit

moment; reflecta genele

care sunt exprimate in acel moment.

ARN necodant (ARNnc) - molecule functionale netranslate in

proteine - Reprezinta 4/5 din transcriptom

1. Implicat in sinteza de proteine

( ARNr, ARNt)

2. Implicat in procesarea post-transcriptionala sau replicarea ADN (ARN-telomeraza)

3. Implicat in reglare genica (microARN sau ARNmi, ARN interferent mic sau ARNsi, ARN antisens sau ARNa)

15

TRANSCRIPTOM – ARN-omul

GENETICA MD


16

TIPUL DE ARN

LOCUL unde isi indeplineste functia

in celula

FUNCTIE

ARN mesager (ARNm)

Nucleu si citoplasma

Transcriptie – translatie Purtator al mesajului genetic al unei gene ADN din nucleu in citoplasma

ARN ribozomal (ARNr)

Citoplasma

Translatie Component structural si functional al ribozomilor (sinteza proteica)

ARN de transfer (ARNt)

Citoplasma

Translatie Transportul aminoac. din citoplasma la ribozomi (sinteza proteica)

ARN nuclear mic (ARNsn) Nucleu Matisare Prelucrarea ARNm precursor

ARN nucleolar mic (ARNsno) Nucleu Modificarea ARN-urilor Biogeneza si maturarea ARNr si ARNt

micro ARN (ARNmi) Citoplasma Reglare genica Inhiba translatia ARNm sau degradeaza ARNm

ARN interferent mic (ARNsi) Citoplasma Reglare genica Degradarea ARN

LOCALIZARE SI FUNCTII IN CELULA EUCARIOTA * Toate tipurile de ARN sunt transcrise in nucleu

ARN-urile CELULARE

GENETICA MD


17

GENE ARNr GENE ARNt GENE pt. sinteza proteinelor

T R A N S C R I P T I E

ARNr ARNt ARNm

NUCLEU

CITOPLASMA

LANT POLIPEPTIDIC

T R A N S L A T I E

ADN ADN

SINTEZA TIPURILOR MAJORE DE ARN CELULAR

GENETICA MD


18

Membrana celulara

RIBOZOM

NUCLEU

ADN

ARNm

CITOPLASMA

Proteine

Transcriptie

Translatie

ARNt

ARNm

ARN-urile in celula eucariota

GENETICA MD


19

Directia transcriptiei

ARN

MATRITA ADN-catena 3’ – 5’

Ribonucleotide

ARN polimeraza ADN-catena 5’ – 3’

SINTEZA ARN (transcriptie)

GENETICA MD


20

ADN

ARN

ARN-polimeraza

SINTEZA ARN (transcriptie)

GENETICA MD


PURTATOR DE MESAJ GENETIC :

- (transporta informatia genetica)

- se sintetizeaza in nucleu sub forma ARNhn.

- este prelucrat post-

transcriptional, MATISARE.

- se formeaza ARNm matur

- trece din nucleu in citoplasma

unde participa la sinteza proteica.

21

ARNm-acidul ribonucleic mesager

GENETICA MD


Monocatenar, cu regiuni bicatenare.

Localizat in nucleol (locul de sinteza si

asamblare al subunitatilor ).

Rol in translatie.

22

Punti de hidrogen

Coloana fosfoglucidica

ARNr-acidul ribonucleic ribozomal

Baze azotate

GENETICA MD


ARNr proteine subunitate Ribozomi asamblati

E U C A R I O T E

P R O C A R I O T E

23

GENETICA MD


-

- micropolimer,

monocatenar, cu regiuni bicatenare, adopta forma literei

alpha.

- CCA – loc de legare al

aminoacizilor.

- anticodon: complem. unui

codon ARNm, rol in translatie.

24

Modelul molecular 3D al ARNt

Regiuni bicatenare

Diagrama structurii ARNt

Loc de legare al aac. Brat

acceptor

Anticodon

Brat DHU

Baze rare

Brat TψC

ARNt-acidul ribonucleic de transfer

GENETICA MD


ARNm

25

ARNt-acidul ribonucleic de transfer

GENETICA MD


26

Sinonime:

Duplicatia ADN

Biosinteza sau sinteza ADN

REPLICAREA moleculei ADN

GENETICA MD


27

DEFINITIE:

Procesul prin care este duplicata

molecula de ADN bicatenara.

REPLICAREA moleculei ADN

GENETICA MD


28

REPLICAREA ADN

18 -24 ORE

MITOZA Diviziune celulara

Crestere celulara Pregatirea

REPLICARII ADN

Crestere celulara Pregatirea

DIVIZIUNII celulare

2C ADN

4C ADN

2C ADN

4C ADN

REPLICAREA ADN si CICLUL CELULAR

GENETICA MD


29

Modelul DISPERSIV

Modelul CONSERVATIV

Modelul SEMICONSERVATIV

MODELE TEORETICE DE REPLICARE A MOLECULEI ADN EK

GENETICA MD


30

Molec.ADN inainte de REPLICARE Dupa prima REPLICARE Model semiconservativ

Model conservativ

Model dispersiv

Molec.ADN inainte de REPLICARE

IPOTEZE (MODELE TEORETICE) DE REPLICARE A MOLECULEI ADN Ek

GENETICA MD


31

Molec.ADN inainte de REPLICARE

prima REPLICARE

a doua REPLICARE

IPOTEZE (MODELE TEORETICE) DE REPLICARE A MOLECULEI ADN Ek

Model conservativ Model dispersiv Model semiconservativ

GENETICA MD


32

Au experimentat pe Escherichia coli

EXPERIMENTUL LUI MESELSON & STAHL, 1958

GENETICA MD


33

ETAPE:

Au crescut bacteriile pe un mediu de cultura cu

NH4Cl in care azotul era marcat cu 15N (izotopul

greu si stabil al azotului).

Dupa mai multe generatii, bacteriile devin mai

dense.

Prin centrifugare se separa 15N de 14N.

Extrag ADN-ul bacteriilor si il centrifugheaza.

Dupa mai multe generatii trec bacteriile pe un

mediu cu azot normal (14N).

La intervale de timp, 20’-30’, se extrage ADN si

se separa prin centrifugare.

EXPERIMENTUL LUI MESELSON & STAHL

GENETICA MD


34

Mediu de cultura cu 15N

Transfer pe un mediu cu 14N si

REPLICARE REPLICARE in mediu cu 14N

CENTRIFUGARE CENTRIFUGARE CENTRIFUGARE

14N

15N

ADN initial

Catena VECHE

Catena NOUA

INTERPRETAREA REZULTATELOR


GENETICA MD


35

METODA

REZULTATE

INTERPRETARE

Concluzie: ADN se replica SEMICONSERVATIV

Extractie ADN

Extractie ADN dupa 20’ dupa 40’

ADN original

ADN usor

ADN intermediar

ADN greu

ADN se replica semiconservativ sau prin alte modele?

Prima replicare

A doua replicare


GENETICA MD


ADN usor

ADN greu

ADN intermediar

ADN usor

ADN intermediar

Solutie (clorura de

cesiu)

EXPERIMENTUL lui MESELSON&STAHL,

1958

Separarea moleculelor ADN prin centrifugare in functie de greutatea lor

moleculara.

1) Prin centrifugarea in solutie de CsCl2 a ADN nemarcat se

formeaza o banda caracteristica la varful tubului de centrifuga.

2) Prin centrifugarea in solutie de CsCl2 a ADN marcat cu 15N se formeaza o banda caracteristica

la baza tubului de centrifuga.

3) Prin centrifugarea in solutie de CsCl2 a ADN hibrid (o catana marcata si una nemarcata) se formeaza o banda cu pozitie

intermediara, la mijlocul tubului de centrifuga.

4) Prin centrifugarea in solutie de CsCl2 a moleculelor ADN

nemarcate si hibride se formeaza benzi distincte

caracteristice fiecarui tip de molecula.

36

GENETICA MD


37

Arthur KORNBERG, 1956

Izoleaza o enzima numita

ADN POLIMERAZA din bacteria E.coli

ADN POLIMERAZA:

1) produce elongatia in directia 5’-3’

2) reduce frecventa erorilor (proofreading)

3) excizeaza primer-ul (actiune exonucleazica)

SINTEZA ENZIMATICA A ACIZILOR NUCLEICI “IN VITRO”

GENETICA MD


38

FAMILIA ADN – polimerazelor (Pol): -  Pol α are rol de ARN primaza;

-  Pol β intervine in repararea ADN; - Pol δ si ε realizeaza elongatia ADN.

1. Polimerizarea nucleotidelor extinzand catena ADN dar nu pot initia sinteza unei catene.

2. Reduce frecventa erorilor de replicare (autocorectie sau proofreading) prin verificarea corectitudinii ultimului nucleotid inserat in timpul replicarii ( activitate exonucleazica 3’-5’).

3. Corectarea bazelor modificate sau alterate dupa replicare prin activitate exonucleazica 5’-3’.

ADN POLIMERAZELE la Ek:

- familie de proteine cu activitati diferite: replicarea, repararea si recombinarea ADN.

GENETICA MD


39

Foloseste un “sistem celular liber” format din: 1.  Catena matrita (amorsa) ADN;

2.  toate cele 4 dezoxiribonucleozide trifosfate (dATP, dTTP, dGTP, dCTP); 3.  enzima ADN POLIMERAZA.

REPLICAREA ADN “IN VITRO” –Kornberg,1956

GENETICA MD


40

2) ADN polimeraza permite

polimerizarea nucleotidelor numai

in directia 5’ – 3’.

1) Enzima ADN polimeraza NU poate

initia sinteza;

Modelul are in vedere caracteristicile

ADN POLIMERAZEI:

Reiji si Tsunako OKAZAKI

SINTEZA ADN “ in vivo” Modelul OKAZAKI (1968) foloseste E.coli

GENETICA MD


41

REPLICAREA

ADN

“in vivo”

Procesul de replicare incepe din punctele de origine a

replicarii numite ORI;

De la ORI cele doua catene se separa

formand o structura in forma de Y sau

furculita de replicare;

De la ORI replicarea progreseaza in

ambele directii pana cand ADN este

complet duplicat;

La nivelul ORI se fixeaza pe ADN

proteinele de initiere a replicarii;

Replicarea este initiata prin aparitia unui

PRIMER;

ADN polimeraza adauga nucleotide la extremitatea

3’ OH a primer-ului.

MECANISMUL MOLECULAR AL REPLICARII ADN

GENETICA MD


42

FRAGMENTE OKAZAKI formate pe CATENA INTARZIATA

CATENA AVANSATA

FURCA DE REPLICARE

DIRECTIA REPLICARII ADN

CATENA ADN AMORSA

CATENA ADN AMORSA

MODELUL REPLICARII ADN

GENETICA MD


43

a – catena amorsa 3’-5’; b – catena nou sintetizata continuu (CATENA AVANSATA); c – catena nou sintetizata discontinuu (CATENA INTARZIATA); d – furca de replicare; e – primer; f – fragment (piesa) OKAZAKI

MECANISMUL REPLICARII ADN

GENETICA MD


44

( la Ek are intre 100 – 200 nucleotide fiind de 10X mai scurta

comparativ cu piesa Okazaki de la Pk).

- scurta secventa ADN sintetizata pe catena intarziata in timpul

replicarii ADN.

FRAGMENT (piesa) OKAZAKI

GENETICA MD


NE REVEDEM PESTE DOUĂ SĂPTĂMÂNI , același loc și

aceeași oră

LUNI 28

octombrie

Documents

Genetica CURS 3 14 Octombrie 2013