curs 1 genetica oct 2009

GENETICA GENETICA

UMANĂ UMANĂ

CURS 1

GENETICA GENETICA

ŞTIINŢA ŞTIINŢA

EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢIIEREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII

GENETICA

ADN

VARIABILITATE EREDITATE

STOCARE

Codon

EXPRIMARE

Translaţie (ribosomi)

Transcripţie (nucleu)

ARNm

Peptid

REPLICAREA ADN (semiconservativ)

DIVIZIUNEA CELULEI

Mitoza (celule somatice)

Meioza (celule germinale)

Transmiterea informaţiei în succesiunea generaţiilor celulare

Ovare

Testiculi Spermatozoizi

Fecundare

Transmiterea informaţiei în succesiunea generaţiilor de organisme

Ovule

Zigot

RECOMBINARE GENETICĂ

Meioză

Recombinare intracromosomică

Recombinare genomică

Fecundare

Recombinare intercromosomică

MIGRAŢII

MUTAŢII

genice

cromosomice

genomice

mitocondriale

TRANSMITERE

A.A.CONŢINUTUL GENETICII UMANECONŢINUTUL GENETICII UMANE GENETICA GENETICA ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII

EREDITATEAEREDITATEA proprietatea unui individ deproprietatea unui individ de a transmite la a transmite la

urmaşiurmaşi caracterelecaracterele personale precum şi cele personale precum şi cele ale speciei sale.ale speciei sale.

Se transmit Se transmit informaţiileinformaţiile pentru realizarea pentru realizarea caracterelor. caracterelor.

Ereditatea = proces informaţional care Ereditatea = proces informaţional care presupune presupune stocarea, expresia şi transmitereastocarea, expresia şi transmiterea informaţiei necesare pentru realizarea informaţiei necesare pentru realizarea caracterelor unui individ.caracterelor unui individ.

Ereditatea este o Ereditatea este o FUNCŢIEFUNCŢIE..


Substratul molecularSubstratul molecular al eredităţii: al eredităţii:

acidul deoxi-ribonucleic (ADN)acidul deoxi-ribonucleic (ADN)

3 funcţii majore.3 funcţii majore.

deţinedeţine informaţia ereditară informaţia ereditară .. exprimăexprimă informaţia ereditară informaţia ereditară . . transmitetransmite informaţia ereditară informaţia ereditară ..


ADN ADN deţinedeţine informaţia ereditară informaţia ereditară

macropolimer de macropolimer de nucleotidenucleotidecodificată - unitate de cod: codificată - unitate de cod: CODONCODON (3 nucleotide învecinate) ↔ (3 nucleotide învecinate) ↔ AMINOACIDAMINOACID GENOMGENOM = totalitatea informaţiei din ADN. = totalitatea informaţiei din ADN.GENAGENA = unitatea de informaţie ereditară = unitatea de informaţie ereditară

""o genă o genă un caracter un caracter " " MUTAŢIEMUTAŢIE (modificare a structurii genice) (modificare a structurii genice) variantă genică normală sau anormală.variantă genică normală sau anormală.Mutaţiile = Mutaţiile = cauze majorecauze majore de boală sau de boală sau predispoziţie la boalăpredispoziţie la boală


ADN ADN deţinedeţine informaţia ereditară informaţia ereditară

ADN + proteine → ADN + proteine → cromosomi cromosomi (= fibre de (= fibre de cromatină)cromatină)cromosomi cromosomi – substratul morfologic al – substratul morfologic al eredităţii; eredităţii;

în celulele somatice → în celulele somatice → 46 de cromosomi46 de cromosomi ((2n2n= număr diploid); = număr diploid);

în celulele sexuale → în celulele sexuale → 23 de cromosomi23 de cromosomi ((nn= număr haploid).= număr haploid).

cromosom = cromosom = succesiunesuccesiune caracteristică de caracteristică de genegene


ADN ADN exprimăexprimă informaţia ereditară informaţia ereditară

Transcripţie + TranslaţieTranscripţie + Translaţie

Transcripţie - Transcripţie - copiereacopierea informaţiei informaţiei genetice corespunzătoare unei gene → genetice corespunzătoare unei gene → moleculă de moleculă de ARNmARNm (mesager): (mesager):

Translaţie – Translaţie – decodificareadecodificarea informaţiei informaţiei genetice dintr-o moleculă de ARNm → genetice dintr-o moleculă de ARNm → secvenţă peptidicăsecvenţă peptidică


ADN ADN transmitetransmite informaţia ereditară informaţia ereditară

Replicarea ADN + diviziunea celuleiReplicarea ADN + diviziunea celulei

Replicarea ADN - Replicarea ADN - autocopiereaautocopierea informaţiei informaţiei genetice a tuturor moleculelor de ADN → genetice a tuturor moleculelor de ADN → dublarea cantităţii de dublarea cantităţii de ADNADN

Diviziunea celulei – procesul de Diviziunea celulei – procesul de împărţire împărţire a materialului genetic cu formarea a două a materialului genetic cu formarea a două celule fiicecelule fiice

GENETICA

ADN

VARIABILITATE EREDITATE

STOCARE

Codon

EXPRIMARE

Translaţie (ribosomi)

Transcripţie (nucleu)

ARNm

Peptid

REPLICAREA ADN (semiconservativ)

DIVIZIUNEA CELULEI

Mitoza (celule somatice)

Meioza (celule germinale)

Transmiterea informaţiei în succesiunea generaţiilor celulare

Ovare

Testiculi Spermatozoizi

Fecundare

Transmiterea informaţiei în succesiunea generaţiilor de organisme

Ovule

Zigot

RECOMBINARE GENETICĂ

Meioză

Recombinare intracromosomică

Recombinare genomică

Fecundare

Recombinare intercromosomică

MIGRAŢII

MUTAŢII

genice

cromosomice

genomice

mitocondriale

TRANSMITERE


VARIABILITATEAVARIABILITATEA

fenomenele care produc fenomenele care produc diferenţele diferenţele geneticegenetice dintre indivizii unei populaţii, dintre indivizii unei populaţii, precum şi între populaţii diferiteprecum şi între populaţii diferite ..

3 surse de variabilitate:3 surse de variabilitate: Recombinările geneticeRecombinările genetice – fenomene normale în – fenomene normale în

meioză şi fecundare.meioză şi fecundare. Mutaţiile geneticeMutaţiile genetice – fenomene anormale în cursul – fenomene anormale în cursul

diviziunilor celulare;diviziunilor celulare; Migraţiile populaţionaleMigraţiile populaţionale


VARIABILITATEAVARIABILITATEA

fiecare individ are o fiecare individ are o structură genetică structură genetică unică şi unică şi

specificăspecifică..

GENETICA UMANĂ

DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ

DISCIPLINĂ CLINICĂ

DISCIPLINĂ MEDICO-SOCIALĂ

B. CONŢINUTUL GENETICII UMANEB. CONŢINUTUL GENETICII UMANE GENETICA UMANĂ – DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ, GENETICA UMANĂ – DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ,

CLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂCLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂ

DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂDISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ

Genetica umană – disciplină Genetica umană – disciplină fundamentalăfundamentală → studiul → studiul structurilor, structurilor, mecanismele şi legile mecanismele şi legile de bază ale de bază ale eredităţiieredităţii. .

Ereditatea controlează toate Ereditatea controlează toate procesele vieţii → procesele vieţii → genetica umanăgenetica umană baza medicinii modernebaza medicinii moderne..



DISCIPLINĂ CLINICĂDISCIPLINĂ CLINICĂ Genetica umană → Genetica umană → genetica medicalăgenetica medicală relaţia ereditate ↔boalărelaţia ereditate ↔boală - - importanţaimportanţa mutaţiilor mutaţiilor

în producerea bolilor sau predispoziţiei la boli. în producerea bolilor sau predispoziţiei la boli. Genetica medicală - sGenetica medicală - specialitate distinctăpecialitate distinctă: :

diagnosticul şi îngrijirea diagnosticul şi îngrijirea pacienţilorpacienţilor cu boli genetice; cu boli genetice; îngrijirea îngrijirea familiilor familiilor bolnavilor prin: bolnavilor prin:

sfat genetic, sfat genetic, diagnostic prenatal, diagnostic prenatal, screening neonatal screening neonatal diagnostic presimptomaticdiagnostic presimptomatic. .

Importanţă în asistenţa medicală a populaţiei → Importanţă în asistenţa medicală a populaţiei → păstrarea stării de sănătate a generaţiilor păstrarea stării de sănătate a generaţiilor viitoare.viitoare.



DISCIPLINĂ MEDICO-SOCIALĂDISCIPLINĂ MEDICO-SOCIALĂ

bolile genetice bolile genetice = = problemă majoră de problemă majoră de sănătate publică:sănătate publică: afectează afectează peste 5%peste 5% din nou-născuţi, din nou-născuţi, interesează orice interesează orice ORGANORGAN si orice si orice VÂRSTAVÂRSTA boli boli cronicecronice şi şi invalidanteinvalidante, , cheltuieli importantecheltuieli importante de asistenţă medicală şi de asistenţă medicală şi

socialăsocială pot fi pot fi preveniteprevenite → genetica comunitară. → genetica comunitară.

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIULB. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL

1. INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI 1. INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ.BIOLOGICĂ.

2. DETERMINISMUL CARACTERELOR 2. DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE FENOTIPICE ..

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIULB. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ

INDIVIDUALITATEA GENETICĂINDIVIDUALITATEA GENETICĂ totalitatea informaţiei genetice a unui individ = totalitatea informaţiei genetice a unui individ =

GENOTIP GENOTIP = = 2n cromosomi2n cromosomi.. genotipul se formează în timpul genotipul se formează în timpul fecundării:fecundării: n crs (ovul) + n crs (spermatozoid) = 2n crs n crs (ovul) + n crs (spermatozoid) = 2n crs

(zigot) → (zigot) → COMBINAŢIE GENETICĂ NOUĂ, COMBINAŢIE GENETICĂ NOUĂ, UNICĂ, CONSTANTĂ ŞI IREPETABILĂUNICĂ, CONSTANTĂ ŞI IREPETABILĂ

genotipul → genotipul → programul ontogenetic:programul ontogenetic: succesiune de etape de dezvoltare succesiune de etape de dezvoltare prestabilite exact, prestabilite exact,

diferite calitativ şi precis delimitate temporaldiferite calitativ şi precis delimitate temporal


INDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂINDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂ FENOTIPFENOTIP ansamblul ansamblul unicunic de caractere specifice, de caractere specifice,

produse prin interacţiunea permanentă şi în produse prin interacţiunea permanentă şi în proporţii diferite dintre proporţii diferite dintre genotip şi mediugenotip şi mediu

UNICITATE BIOLOGICĂ

GENOTIP MEDIU


INDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂINDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂ

vulnerabilitatea diferită la îmbolnăvire

manifestări variabile de boală

răspuns diferit la tratament

NU EXISTĂ BOLI,

CI NUMAI BOLNAVI

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIULB. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE

Caractere fenotipice:Caractere fenotipice:

ereditare (factori genetici);ereditare (factori genetici);

multifactoriale (factori genetici + de mediu);multifactoriale (factori genetici + de mediu);

ecologice (factori de mediu).ecologice (factori de mediu).


GENOTIP MEDIU

FENOTIP

CARACTERE EREDITARE

CARACTERE ECOLOGICE

CARACTERE MULTIFACTORIALE


CARACTERE EREDITARE

•Determinate 100% de genotip;

•Pot fi:

•de specie – numai ereditare:

•ex. număr specific de cromosomi → barieră reproductivă;

•ereditare normale;

•ereditare anormale.


CARACTERE EREDITARE NORMALECARACTERE EREDITARE NORMALE determinate determinate monogenicmonogenic,, transmise transmise mendelianmendelian; ; >30 >30 sisteme grupalesisteme grupale: :

grupe grupe sanguinesanguine (ABO, Rh, MN, etc.), (ABO, Rh, MN, etc.), grupe grupe sericeserice (haptoglobine, transferine, ş.a.), (haptoglobine, transferine, ş.a.), grupe grupe enzimticeenzimtice (fosfatază acidă, etc.), (fosfatază acidă, etc.), grupe grupe tisularetisulare (antigenele HLA); (antigenele HLA);

majoritatea polimorfe → majoritatea polimorfe → >> variante variante în populaţie:în populaţie: pentru sistemul de grup sanguin ABO → grupe A, B, AB şi O; pentru sistemul de grup sanguin ABO → grupe A, B, AB şi O;

fiecare individfiecare individ posedă posedă numai numai o anumită variantăo anumită variantă dintr-un sistem; dintr-un sistem; o o combinaţie specificăcombinaţie specifică de variante → de variante → unicat biologicunicat biologic


CARACTERE EREDITARE ANORMALECARACTERE EREDITARE ANORMALE determinate de determinate de mutaţiimutaţii,, prezente la prezente la unii indivizi → BOLI GENETICEunii indivizi → BOLI GENETICE: :

boli boli cromosomicecromosomice (sindrom Down = trisomia 21 etc.), (sindrom Down = trisomia 21 etc.), boli boli monogenicemonogenice (hemofilia ş.a.), (hemofilia ş.a.), boli boli mitocondrialemitocondriale (atrofia optică Leber), (atrofia optică Leber),

NB NB nu toate bolile genetice sunt ereditarenu toate bolile genetice sunt ereditare

unele boli genetice pot fi unele boli genetice pot fi influenţate de mediuinfluenţate de mediu → → posibilităţi de posibilităţi de profilaxie şi terapieprofilaxie şi terapie ex. ex. fenilcetonuriafenilcetonuria (deficit de fenilalanil-hidroxilază) → (deficit de fenilalanil-hidroxilază) → retard retard

mentalmental sever; sever; eliminareaeliminarea din alimentaţie a din alimentaţie a fenilalanineifenilalaninei → dezvoltare → dezvoltare

intelectuală normalăintelectuală normală


CARACTERE MULTIFACTORIALECARACTERE MULTIFACTORIALE

determinate de interacţiunea ereditate determinate de interacţiunea ereditate mediumediu

pot fi:pot fi: normale;normale; anormale.anormale.


CARACTERE MULTIFACTORIALE NORMALECARACTERE MULTIFACTORIALE NORMALE

numeroase caractere numeroase caractere normalenormale:: talia;talia; greutatea;greutatea; inteligenţa;inteligenţa; tensiunea arterială;tensiunea arterială;

contribuţia ereditară este contribuţia ereditară este poligenicăpoligenică;; genotipul determină:genotipul determină:

un procent din caracter = un procent din caracter = HERITABILITATEHERITABILITATE;; limita limita maximămaximă de dezvoltare a caracterului; de dezvoltare a caracterului; norme de reacţiinorme de reacţii la factorii de mediu. la factorii de mediu.



Heritabilitate

GENOTIP

Limită maximă

MEDIU



GENOTIP

FENOTIP 1

FENOTIP 2Mediu 2

Mediu 1

NORMA DE REACŢIE


CARACTERE MULTIFACTORIALE ANORMALECARACTERE MULTIFACTORIALE ANORMALE

boli multifactoriale (B)boli multifactoriale (B) tipuritipuri::

anomaliile congenitale izolate – anencefalia, DSV;anomaliile congenitale izolate – anencefalia, DSV; bolile comune ale adultului – HTA, DZ;bolile comune ale adultului – HTA, DZ; boli prin mutaţii somatice – cancere, boli autoimune;boli prin mutaţii somatice – cancere, boli autoimune;

contribuţia ereditară este contribuţia ereditară este poligenică → poligenică → au caracter au caracter familialfamilial, fără transmitere mendeliană;, fără transmitere mendeliană;

genotipul → genotipul → PREDISPOZIŢIE LA BOALĂ PREDISPOZIŢIE LA BOALĂ (PG);(PG); B = PG + M → B = PG + M → măsuri de profilaxie:măsuri de profilaxie:

identificareidentificare persoanelor cu predispoziţie geneticăpersoanelor cu predispoziţie genetică;; evitareaevitarea factorilor nocivi de mediufactorilor nocivi de mediu


CARACTERE MULTIFACTORIALE ANORMALECARACTERE MULTIFACTORIALE ANORMALE

Factori nocivi de mediu

BOLNAVI

SĂNĂTOŞI

Predispoziţie genetică


CARACTERE ECOLOGICECARACTERE ECOLOGICE

agenţi fizici, chimici sau biologici → agresiuni → boli agenţi fizici, chimici sau biologici → agresiuni → boli aparent aparent negeneticenegenetice..

efectele agresiunilorefectele agresiunilor exogene influenţate de exogene influenţate de GENOTIPGENOTIP mod specific de răspuns mod specific de răspuns la agresiunila agresiuni → → ECOGENETICAECOGENETICA

studiază studiază variaţiile individuale determinate geneticvariaţiile individuale determinate genetic la acţiunea factorilor la acţiunea factorilor externi;externi;

alergenii, alcoolul, fumatul, infecţiile → efecte diferite la persoane diferitealergenii, alcoolul, fumatul, infecţiile → efecte diferite la persoane diferite manifestarea şi gravitateamanifestarea şi gravitatea îmbolnăvirilor → îmbolnăvirilor → FARMACOGENETICAFARMACOGENETICA

studiază studiază diferenţele genetice individualediferenţele genetice individuale în răspunsul organismelor la în răspunsul organismelor la acţiunea medicamentelor;acţiunea medicamentelor;

medicamente oxidante → la persoane cu medicamente oxidante → la persoane cu deficienţa în G6PDdeficienţa în G6PD (asimptomatice) → anemie hemolitică(asimptomatice) → anemie hemolitică

factorii de mediu → factorii de mediu → Fenocopii:Fenocopii: manifestări de boală similare cu boli geneticemanifestări de boală similare cu boli geneticeimportante în sfat genetic → riscuri de recurenţă diferite (ex., importante în sfat genetic → riscuri de recurenţă diferite (ex., microcefalia)microcefalia)..

DOGMA FUNDAMENTALĂ A GENETICIIDOGMA FUNDAMENTALĂ A GENETICII

GENOTIPGENOTIP FENOTIPFENOTIP

MEDIUMEDIU

ADNADN ARNmARNm PROTEINĂPROTEINĂtransmiteretransmitere transcripţie translaţietranscripţie translaţie

ereditarăereditară

ADNADN

Descifrarea Descifrarea structurii ADNstructurii ADN= singura cale pentru înţelegerea = singura cale pentru înţelegerea naturii şi funcţiei GENEI:naturii şi funcţiei GENEI:

stocarea, expresia şi transmiterea informaţiei geneticestocarea, expresia şi transmiterea informaţiei genetice

U.M.F IAŞI

ORGANIZAREA ORGANIZAREA MATERIALULUI GENETICMATERIALULUI GENETIC

STRUCTURA ADNSTRUCTURA ADN

GENOMUL UMANGENOMUL UMAN

J.D. WATSON F. CRICKJ.D. WATSON F. CRICK

1953, Cavendish Lab, Cambridge1953, Cavendish Lab, Cambridge

-A-T-C-G-C-G-A-T-T-A-C-G-A-T-

-T-A-G-C-G-C-T-A-A-T-G-C-T-A-

În anul 1953, În anul 1953, J.D.J.D. WATSON WATSON şi Fşi F.. CRICK CRICK au propus un au propus un modelmodel al al structuriistructurii ADN ADN::

alcătuit alcătuit din din două două catene catene polinucleotidicepolinucleotidice (A, G, T,C)(A, G, T,C), ,

legate complementarlegate complementar prin prin bazele bazele azotateazotate: A-T; G-C: A-T; G-C, ,

înfăşurate într-o înfăşurate într-o elice dublăelice dublă, , răsucită spre răsucită spre dreaptadreapta..

A). STRUCTURA ADNA). STRUCTURA ADN

U.M.F IAŞI

STRUCTURA ADNSTRUCTURA ADN

În anul În anul 19621962, , James James Watson şi Francis Watson şi Francis CrickCrick au au primit primit premiul Nobelpremiul Nobel

Modelul structurii ADN Modelul structurii ADN → → universal universal valabil în valabil în lumea vie.lumea vie.

U.M.F IAŞI

1.1. STRUCTURA PRIMARĂ ŞI SECUNDARĂ STRUCTURA PRIMARĂ ŞI SECUNDARĂ A ADNA ADN

1.1. STRUCTURA PRIMARĂ1.1. STRUCTURA PRIMARĂ ADN este un ADN este un macromacro--polimer polimer

de de dezoxiribonucleotidedezoxiribonucleotide;;

[[PP – – 55dRdR11 - - NN]]nn

Pentoză

D-2-dezoxiriboza

Bază azotată:

Pur – A, G

Pir – T, C

Grup fosfat

(ac.ortofosforic)

U.M.F IAŞI

Polimerizarea nucleotidelorPolimerizarea nucleotidelor: legături : legături covalente covalente (puternice) (puternice) 3’- 5’ fosfodiester3’- 5’ fosfodiester**

Se formează Se formează o o catenăcatenă (lanţ): (lanţ):- - continuăcontinuă, , - - linearălineară (neramificată!) (neramificată!) • o parte "o parte "constantăconstantă" (ax) → " (ax) → fosfofosfo--

glucidicăglucidică şi şi • o parte “o parte “variabilăvariabilă” → ” → bazele bazele

azotate *azotate *,,• polaritatepolaritate 5’ →3’5’ →3’

Această catenă = Această catenă = structura PRIMARĂ a structura PRIMARĂ a ADN - ADN - ce deţine informaţia ereditară ce deţine informaţia ereditară codificatăcodificată

1.1. Structura primară a ADNU.M.F IAŞI

IInformaţia genetică nformaţia genetică codificatăcodificată = = ssecvenţa (ordinea) ecvenţa (ordinea) nucleotidelor → nucleotidelor → determină determină ordinea aminoacizilor ordinea aminoacizilor în proteineîn proteine. .

5'-5'- ATGATGCCTCCTAGAAGATCATCA -- 3'3' aa1aa1- - aa2aa2--aa3aa3- aa4- aa4

““alfabet nucleicalfabet nucleic” ” = patru = patru ""literelitere"": : A, T, G, CA, T, G, C

""cuvintecuvinte"" de trei litere de trei litere = = triplet sau triplet sau codoncodon → → aminoacidaminoacid ATGATG →→ Met Met

asamblate într-o asamblate într-o ""frazăfrază"" = = o o genă genă = unitatea de informaţie = unitatea de informaţie geneticăgenetică; ; secvenţa nucleotidesecvenţa nucleotide → → secvenţasecvenţa AA în AA în proteină.proteină.

ATG TGT AAA CCAATG TGT AAA CCA Met cis lys proMet cis lys pro

1.1. Structura primară a ADNU.M.F IAŞI

Sensul de "citire"Sensul de "citire" al informaţiei genetice este determinat al informaţiei genetice este determinat de de polaritatea 5' polaritatea 5' 3' 3' a catenei de ADN a catenei de ADN

5'-5'- ATGATGCCTCCTAGAAGATCATCA -- 3'3' aa1aa1- - aa2aa2 --aa3aa3-aa4-aa4

1.1. Structura primară a ADN

Informaţia NU poate fi citită corect decât într-un singur sens:

ROMA

U.M.F IAŞI

MMutaţiautaţia geneigenei → → substituţiasubstituţia unui unui nucleotid → nucleotid → modificarea unui codonmodificarea unui codon → → înlocuirea unui înlocuirea unui aminoacidaminoacid →→ modificareamodificarea structurii şi funcţiei structurii şi funcţiei proteineiproteinei sintetizate sintetizate..

ATG TGT AAA CCA ATG TGT AAA CCA ATG ATG AAGGT AAA CCAT AAA CCA Met cis lys proMet cis lys pro Met Met serser lys pro lys pro

Informaţia genetică Informaţia genetică

U.M.F IAŞI

1.2. STRUCTURA SECUNDARĂ a ADN1.2. STRUCTURA SECUNDARĂ a ADN

două catenedouă catene polinucleotidicepolinucleotidice, ,

legatelegate între ele între ele prin prin bazele azotatebazele azotate,,

în mod în mod complementarcomplementar ::• b. b. ppurinurin.. –– bb.. ppirimidirimid..• AA − − TT şi şi GG − − CC **

cele două catene sunt cele două catene sunt strict codeterminatestrict codeterminate. .

De exemplu: De exemplu: 5'-A5'-ACGTCGTCAG-3‘CAG-3‘ 3'-T3'-TGCAGCAGTC-5‘GTC-5‘ * *

U.M.F IAŞI

LLegea egea complementarităţiicomplementarităţii bazelorbazelor explicăexplică mecanismel mecanismelee prin care se prin care se realizează realizează funcţiilefuncţiile genetice ale ADN genetice ale ADN: : • transcripţia, transcripţia, • replicarea, replicarea, • repararea leziunilor, repararea leziunilor, • rrecombinareaecombinarea

Pentru aceste funcţiiPentru aceste funcţii c catenele se atenele se pot pot desface parţialdesface parţial → “→ “matriţematriţe” ” → → pt sinteza unor pt sinteza unor noi molecule noi molecule complementarecomplementare (ARNm sau ADN).(ARNm sau ADN).

1.2. Structura secundară a ADNU.M.F IAŞI

catenele ADN sunt catenele ADN sunt antiparaleleantiparalele ((↓↑↓↑))

catenele ADN se catenele ADN se înfăşoară înfăşoară plectonemicplectonemic → → dublă spiralădublă spirală elicoidală elicoidală coaxială - dextrogirăcoaxială - dextrogiră..

Structura ADN este Structura ADN este perfect perfect regulată ! regulată ! ((ØØ 2 nm; 2 nm; pas=3,4nm)pas=3,4nm)

Două Două şanţuri lateraleşanţuri laterale: : mic mic (←histone) şi (←histone) şi mare mare (← (← proteine proteine reglatoarereglatoare))

În condiţii fiziologice - În condiţii fiziologice - molecula ADN are o mare molecula ADN are o mare stabilitatestabilitate metabolică. metabolică.

1.2. Structura secundară a ADN

HISTONE

PROTEINE REGLATOARE

10 pb

U.M.F IAŞI

1.3. Denaturarea şi hibridizarea ADN1.3. Denaturarea şi hibridizarea ADN

În În condiţii condiţii experimentaleexperimentale ((tratare termică sau chimicătratare termică sau chimică)) → → ruperearuperea (desfacerea) (desfacerea) legăturilor de hidrogen = legăturilor de hidrogen = denaturaredenaturare→→ monocatene *monocatene *. .

• monocatenele de ADN monocatenele de ADN răcite răcite lentlent se pot reasocia pe baza se pot reasocia pe baza complementarităţii = complementarităţii = renaturarerenaturare sau sau hibridhibridizizareare..

• răcire răcire bruscăbruscă – – monocatene monocatene

separateseparate

U.M.F IAŞI

DENATURAREA ŞI HIBRIDIZAREA ADNDENATURAREA ŞI HIBRIDIZAREA ADN

MMonocateneleonocatenele ADN separateADN separate se se pot pot uniuni,, pe bază de complementaritatepe bază de complementaritate, , cu cu alte monocatenealte monocatene dede ADN ADN sau sau ARNARN – formând – formând hibrizi molecularihibrizi moleculari;;

HMHM folosiţi în folosiţi în diagnostic şi diagnostic şi tratamenttratament::

• hibridizarehibridizare întreîntre o o monocatenă de ADNmonocatenă de ADN nativnativ şi şi o o ""sondsondăă““ de ADNde ADN (secvenţă (secvenţă de ADNde ADN obţinut obţinutăă artificial) ce artificial) ce corespundcorespundee unei unei genegene, , marcată fluorescentmarcată fluorescent::- hibridizarea sondei → hibridizarea sondei → prezenţa prezenţa

semnalului semnalului →→ prezenţa geneiprezenţa genei;;- absenţa semnal = absenţa semnal = deleţia geneideleţia genei

del

U.M.F IAŞI

B. STRUCTURA GENOMULUI UMANB. STRUCTURA GENOMULUI UMAN

Genomul umanGenomul uman ( (GUGU) =) = – – conţinutul conţinutul ADN celularADN celular sau sau

– – ansamblul ansamblul integratintegrat al celor al celor 25 de molecule diferite de ADN25 de molecule diferite de ADN (24 în (24 în

nucleu: 22 autosomi+X+Y şi 1 în mitocondrii), = nucleu: 22 autosomi+X+Y şi 1 în mitocondrii), = 3,2 miliarde de pb3,2 miliarde de pb GUGU = un = un genom genom nuclearnuclear (complex, 99,5% ADN) + un (complex, 99,5% ADN) + un

genom genom mitocondrialmitocondrial (simplu şi mic, 0,5%)(simplu şi mic, 0,5%). .

U.M.F IAŞI

2. STRUCTURA GENOMULUI UMAN2. STRUCTURA GENOMULUI UMAN

GUGU = un genom nuclear (complex, 99,5% ADN) +

un genom mitocondrial (simplu şi mic, 0,5%).

U.M.F IAŞI

25.000 gene

2.1. GENOMUL NUCLEAR2.1. GENOMUL NUCLEAR

EnormEnorm (3,2 miliarde pb), (3,2 miliarde pb), FragmentatFragmentat: (22A+X+Y) molecule de ADN + proteine : (22A+X+Y) molecule de ADN + proteine

→ → cromozomicromozomi Complex, Complex, heterogenheterogen::

• ADN nerepetitivADN nerepetitiv• ADN moderat repetitivADN moderat repetitiv• ADN înalt repetitivADN înalt repetitiv

ADN genicADN genic (25%) + (25%) + ADN extragenicADN extragenic (75%) (75%)

U.M.F IAŞI

2.1. Genomul nuclear 2.1. Genomul nuclear a) ADN GENIC (25%)a) ADN GENIC (25%)

Gena = unitatea de Gena = unitatea de informaţie geneticăinformaţie genetică → → codifică un codifică un produs produs primar specificprimar specific ((proteineproteine sau sau ARNARN))

Structura genelor este Structura genelor este foarte foarte complexăcomplexă - - ADN ADN genic:genic:

ADN codantADN codant = exoni = exoni (10%)(10%)

ADN necodantADN necodant (90%) = (90%) = introni, secvenţe reglare, introni, secvenţe reglare, gene nefuncţionale gene nefuncţionale (pseudogene) sau (pseudogene) sau fragmente de genefragmente de gene

- Gene ce codifică proteine (1,5%),

- Gene ce codifică ARN

U.M.F IAŞI

25.000 gene

b) ADN b) ADN EXTRAEXTRAGENIC (75%)GENIC (75%)

Secvenţe Secvenţe netrasncrise netrasncrise (necodante);(necodante);

Funcţii puţin cunoscuteFuncţii puţin cunoscute::

- - rol rol ““tampontampon” a mutaţiilor” a mutaţiilor;;

- - împerecherea corectăîmperecherea corectă a a cromozomilor omologi în meiozăcromozomilor omologi în meioză şi şi schimbul egalschimbul egal (CO) de segmente (CO) de segmente cromozomiale → cromozomiale → recombinare recombinare genică genică – sursă de variabilitate !!!.– sursă de variabilitate !!!.

Alcătuit din:Alcătuit din: ADN nerepetitivADN nerepetitiv = = secvenţe secvenţe

uniceunice sau un nr mic de copii sau un nr mic de copii (60%) (60%)

ADN ADN repetitivrepetitiv (40%). (40%).

U.M.F IAŞI

(1) ADN EXTRAGENIC(1) ADN EXTRAGENIC NENEREPETITIVREPETITIV (60%) (60%)

SECVENŢELESECVENŢELE UNICE UNICE sau sauSECVENŢE ÎNTR-UNSECVENŢE ÎNTR-UN NR MIC NR MIC DE COPIIDE COPII

DUPLICAŢII DUPLICAŢII SEGMENTALESEGMENTALE ((5% GU5% GU)) – – blocuri blocuri ((~~10Kb) ce 10Kb) ce flanchează geneleflanchează genele (pe (pe acelaşi cromozom) ; acelaşi cromozom) ;

rol în rol în sinapsa corectă a sinapsa corectă a omologilor in meiozăomologilor in meioză * * ..

Importanţă:Importanţă:fiind identice - pot generafiind identice - pot genera erori de împerechereerori de împerechere a a cromozomilor omologicromozomilor omologi → → CO inegal → mutaţiiCO inegal → mutaţii: : duplicaţii /deleţiiduplicaţii /deleţii genice genice → → BOLI GENOMICEBOLI GENOMICE

HMSN = neuropatie ereditară motorie şi senzorialăHLPP = neuropatie ereditară cu predispoziţie la pareze presionale

CO inegal

genă

Duplicaţie genică

Deleţie genică

U.M.F IAŞI

(2) ADN EXTRAGENIC(2) ADN EXTRAGENIC REPETITIVREPETITIV (40%) (40%)

ADN moderat repetitivADN moderat repetitiv ( (~~30%): 30%): secvenţe secvenţe scurtescurte repetate de repetate de sute sute de de miimii de ori, de ori, dispersatedispersate în genom în genom (ex SINEs şi LINEs)(ex SINEs şi LINEs)

ADN înalt repetitivADN înalt repetitiv ( (~~10%): 10%): secvenţe secvenţe foarte scurtefoarte scurte, repetate în , repetate în tandemtandem →→→, de →→→, de milioanemilioane de ori; de ori; 3 tipuri:3 tipuri: ADN satelitADN satelit

((blocuriblocuri HCRTHCRT la centromer, la centromer, telomere, CS) = telomere, CS) = rol structuralrol structural;;

ADN minisatelitADN minisatelit (minisateliţi hipervariabili), (minisateliţi hipervariabili), dispersatdispersat în toţi cromozomii = în toţi cromozomii = markeri genetici individualimarkeri genetici individuali = = folosiţifolosiţi în în ““amprenta geneticăamprenta genetică””

ADN microsatelitADN microsatelit AMPRENTA GENETICĂ

(DNA fingerprint)

U.M.F IAŞI

3. GENOMUL MITOCONDRIAL3. GENOMUL MITOCONDRIAL

ADNmtADNmt – câteva mii de copii – câteva mii de copii per celulă = per celulă = 0,5%0,5%

Genomul mitocondrial Genomul mitocondrial diferădiferă de genomul nuclear: de genomul nuclear: • micmic (16.569 pb(16.569 pb));;• circularcircular;;• neneasociatasociat cu proteinecu proteine;;• fărăfără ADN repetitivADN repetitiv;;• compactcompact: 97%: 97%==secvenţe secvenţe

codantecodante• 37 de gene37 de gene::

• ccontigueontigue, , • fărăfără introni introni. .

• Codul geneticCodul genetic mitocondrial mitocondrial diferădiferă puţin de cel nuclearpuţin de cel nuclear

U.M.F IAŞI

GENOMUL MITOCONDRIALGENOMUL MITOCONDRIAL

Genomul mitocondrial al Genomul mitocondrial al zigotului zigotului provine, prin ovul, provine, prin ovul,

exclusiv de la exclusiv de la mamămamă..

ADNmt poate suferi ADNmt poate suferi mutaţiimutaţii germinale sau somaticegerminale sau somatice

Mutaţiile germinaleMutaţiile germinale produc o produc o serie de serie de boli degenerative în boli degenerative în SNC, SNP, muşchi, etcSNC, SNP, muşchi, etc, ,

care secare se transmittransmit maternalmaternal::• de la mamă la toţi descendenţii; de la mamă la toţi descendenţii;

• bărbaţii bolnavi nu transmit boalabărbaţii bolnavi nu transmit boala

U.M.F IAŞI

ADNmt poate suferi ADNmt poate suferi mutaţii somaticemutaţii somatice, , după după naştere:naştere: produse deproduse de radicalii liberi de Oradicalii liberi de O2 2

(generaţi în mitocondrii);(generaţi în mitocondrii); favorizate de structura ADNmitfavorizate de structura ADNmit

(absenţa histonelor; densitate mare de gene; etc)(absenţa histonelor; densitate mare de gene; etc) Mutaţiile Mutaţiile se acumulează rapidse acumulează rapid datorită datorită absenţei absenţei

mecanismelor de repararemecanismelor de reparare Determină Determină scăderea producţiei de energiescăderea producţiei de energie → → boli boli

degenerative, cancerdegenerative, cancer şi şi senescenţăsenescenţă

U.M.F IAŞI

19531953: descifrarea : descifrarea structurii structurii ADNADN a permis – în mare a permis – în mare măsură măsură elucidarea elucidarea eenigmelor şi mecanismelor nigmelor şi mecanismelor eredităţii şi vieţiieredităţii şi vieţii..

ADN (“elicea vieţii”)ADN (“elicea vieţii”) devenit devenit ““o icoană”o icoană” a ştiinţei / medicinii a ştiinţei / medicinii

modernemoderne

20032003: descifrarea structurii : descifrarea structurii genomului umangenomului uman a a revoluţionat medicina → revoluţionat medicina → medicină genomicămedicină genomică (moleculară)(moleculară)

CONCLUZII

U.M.F IAŞI

curs 1 genetica oct 2009

Documents