Adn Prezentare

20
ADN

description

ddddd

Transcript of Adn Prezentare

Page 1: Adn Prezentare

ADN

Page 2: Adn Prezentare

Cuprins

• Structura primara a acizilor nucleici• Structura secundara a AND• Fenomenul de denaturare-renaturare Hibri

zi moleculari

• Tipuri de ADN• Replicarea AND• Repararea AND• Bibliografie

Page 3: Adn Prezentare

Structura primara a acizilor nucleici

• Acizii nucleici sunt substante polimere, macromoleculare, alcatuite din unitati structurale care se repeta, numite nucleoide.

• O nucleoida este alcatuita dintr-o molecula baza azotata (purinica sau purimidinica), o molecula de glucid (pentoza) si o molecula de radical acid

fosforic.

Page 4: Adn Prezentare

• Nucleosidita, este alcatuita dintr-o molecula baza azotata si o molecula pentoza. Principalele tipuri de baze azotate purinice din molecula de acizi nucleici sunt adenina si guanina, iar dintre bazele azotate pirimidinice sunt citozina si uracilul la ARN si citozina si timina la ADN.

Page 5: Adn Prezentare

• Pentoza din ADN este 2’-dezoxi-riboza, obtinuta prin eliminarea unui atom de oxigen din pozitia C2’. In molecula de pentoza, atomii de carbon se noteaza cu specificarea prim, respectiv de la C1’ la C5’

• Deoarece in fiecare tip de acid nucleic exista 4 tipuri de baze azotate, rezulta ca fiecare tip de acid nucleic contine 4 tipuri de nucleotide. La nivelul bazelor azotate purinice sau purimidinice este prezent fenomenul de izomerie de pozitie –tautomerie. Bazele azotate purinice prezinta un atom de hidrogen la N9, iar bazele azotate pirimidinice prezinta un atom de hidrogen la N3. Aceasta dispozitie fovorizeaza formarea moleculei de nucleosida. In cazul unei baze azotate pirimidinice, formarea unei nucleoside are loc prin legarea atomului C1’ al pentozei la atomul N3 al bazei pirimidinice. In cazul bazei azotate purinice, formarea unei nuclesoide are loc prin legarea atomului C1’ al pentozei la atomul N9 al bazei azotate si eliminarea unei molecule de apa

• Nucleotida se obtine prin atasarea radicalului fosfat la atomul C5’ al pentozei sau la atomul C3’ al pentozei cu eliminarea unei molecule de apa.

Page 6: Adn Prezentare

• Legatura dintre doua nucleotide se realizeaza cu ajutorul grupului fosfat care uneste moleculele de pentoza a doua nucleotide alaturate in pozitiile C5’-C3’ sau C3’-C5’. Astfel daca radicalul fosfat este legat la propria pentoza in pozitia C5’, se leaga de atomul C3’ al nucleotidului vecin, iar daca este legat la atomul C3’ al pentozei proprii, se leaga la atomul C5’ al pentozei alaturate, cu eliminarea unei molecule de apa. Se obtin astfel catene macromoleculare.

• Acizii nucleici sunt polimeri de nucleotide, avand greutatea moleculara de 10000 daltoni.

Page 7: Adn Prezentare

Structura secundara a ADN• ADN-ul a fost descoperit in anul 1896, in

nucleii celulelor albe ale sangelui. Functia lui era necunoscuta. Acest compus, denumit acid nucleic, a fost izolat din nucleii diferitelor tipuri de celule. Analizele chimice, efectuate in anul 1910 au identificat doua clase de acizi nucleici ADN si ARN. In anul 1924, studiile micrascopice si utilizarea colorantilor specifici pentru ADN si proteine au demonstrat ca amandoua substantele se gasesc in cromozomi.

• Structura secundara a ADN a fost stabilita in anul 1953 de catre J.D. Watson, F.H.C. Crick si M.H.F. Wilkins si corespunde tipului B de ADN, prezent in regiunile de eucromatina, cu gene active metabolic. Conform acestui model, molecula de ADN este alctuita din doua catene macromoleculare, antiparalele cu directie diferita de inaintare, rasucite in jurul unui ax comun avand forma unei scari in spirala.

Page 8: Adn Prezentare

• Cele doua balustrade ale scarii sunt reprezentate printr-un schelet glucido-fosforic, treptele scarii fiind reprezentate prin bazele azotate intre care se stabilesc punti de hidrogen de tipul A=T, respectiv G≡C. Prin asezarea in interior a bazelor azotate, acestea sunt protejate la actiunea diferitilor factori de mediu, asigurandu-se stabilitatea moleculei si implicit a informatiei genetice, conferita de ordinea nucleotidelor dintr-o catena. Datorita faptului ca pot exista numai patru tipuri de legaturi de hidrogen, A=T, G≡C, respectiv T=A, C≡G, se asigura reproducerea cu mare fidelitate a informatiei genetice in urma procesului de replicare. Pasul elicei este de 34 Ǻ. Deoarece la un pas al elicei se afla 10 perechi de nucleotide, distanta dintre doua perechi alaturate de nucleotide este de 3,4 Ǻ. Diametrul elicei, la tipul B al ADN, este de 19 Ǻ fata de 20 Ǻ stabilita initial. Dublul helix prezinta rasucirea spre dreapta, fiind usor asimetric avand doua scobituri: cobitura mare si scobitura mica. Acestea reprezinta locurile unde actioneaza factiorii mutageni.

Page 9: Adn Prezentare

Fenomenul de denaturare-renaturare Hibrizi moleculari.

• Prin incalzirea unei solutii de ADN la o temperatura de 850-950oC, sau prin mentinerea la o concentratie mare de saruri, legaturile de hidrogen dintre cele doua catene complementare se pot rupe. Procesul este numit denaturare, rezultand ADN denaturat. Fig.1

• Renaturarea reprezinta capacitatea catenelor complementare de a reface dublul helix. Procesul are loc printr-o racire treptata, lenta, care permite refacerea puntilor de hidrogen si reasocierea catenelor rezultand ADN renaturat

• Temperatura de denaturare difera de la o specie la alta, fiind dependenta de procentul de legaturi triple de hidrogen, fiind proportionala cu procentul acestora in molecula de ADN. Fig.2

Page 10: Adn Prezentare

• Procesul de renaturare se produce in doua etape. In prima etapa, catena de ADN din solutie se imperecheaza cu alta catena, la intamplare, formandu-se scurte regiuni bicatenare. In etapa urmatoare regiunea de baze imperecheate se extinde de-a lungul moleculei, intreaga molecula devenind bicatenara.

• Hibridizarea implica refacerea unui dublu helix, pornind de la catene de ADN de origine diferita, sau de la o catena de ADN si o catena de ARN. Hibridizarea se poate realiza pe doua cai: hibridizare lichida si hibridizare de filtru

– Hibridizarea lichida, se face atunci cand doua preparate de ADN monocatenar sunt amestecate in solutie. Procesul de hibridizare poate fi stabilit prin determinarea schimbarilor in densitatea optica sau cu ajutorul unor izotopi radioactivi, prin determinarea cantitatii de ADN care contine izotopi radioactivi.

– Hibridizarea de filtru, se utilizeaza pentru a stabili daca una din catenele originale de ADN, hibridizeaza cu alte secvente. Pentru aceasta, dupa denaturarea ADN are loc imobilizarea unei catene pe un filtru de nitroceluloza. Apoi, o alta catena de ADN, marcata cu izotopi radioactivi este absorbita pe filtru. Aceasta va ramane pe filtru numai daca va forma legaturi de hidrogen cu prima catena. Hibridizarea are loc prin secvente complementare, fomandu-se duplexuri imperfecte, care sunt intrerupte in regiunile unde nu exista corespondenta de baze azotate.

• Pe baza acestor proprietati ale moleculei de ADN, se pot stabili relatiile filogenetice dintre specii, precum si modalitatile utilizate in tehnologia ADN- recombinat.

• Astfel s-a stabilit ca procentul de ADN comun dintre diferite specii este dependent de distanta separarii filogenetice dintre specii: omul are in comun cu cimpanzeul 75% din ADN, cu soarecele 25% si numai 5% cu pestii.

Page 11: Adn Prezentare

Tipuri de ADN • Forma clasica de ADN descrisa de Watson, Crick si Wilkins, reprezinta tipul B de

ADN. In alte conditii, duplexul de ADN se poate gasi si sub alte forme structurale.

Page 12: Adn Prezentare

• Tipul A• Este foarte apropiat de conformatia regiunilor dublu

catenate din molecula de ADN, unde prezenta grupului hidroxil-2’ impiedica adoptarea formei B Duplexurile hibride ADN-ARN apartin structural formei A.

• Tipul B• Reprezinta structura generala a macromoleculei de

ADN in celule active metabolic.Aceasta forma prezinta o scobitura principala mare si o scobitura mica. Diferentele dintre baze sunt de obicei usor de evidentiat in scobitura principala, care reprezinta locul principal de contact pentru proteine, care leaga specific secventekle de ADN.

• Tipul C• Nu se afla in conditii in vivo. • A lte doua forme, tipul D si E pot reprezenta

variante extreme ale aceleiasi forme. Ele contin mai putine elemente pe pas ale elicei, fiind prezente in vivo numai la secventele de ADN din care lipseste guanina.

• Tipul Z, singurul cu rasucire la stanga, este in contrast cu forma clasica, respectiv cu tipul B. Este o forma compacta, avand cele mai multe perechi de baze pe rotatie. Numele ii este dat de la forma in zig-zag a catenei fosfo-glucidice. Scobitura mica este adanca si ingusta, iar scobitua mare este practic absenta. Este intalnit la polimerii care au secvente de baze purinice si pirimidinice alterate.

Page 13: Adn Prezentare

Replicarea ADNReplicarea ADN bicatenar.

• Procesul de replicare a ADN, constituie functia autocatalitica a materialului genetic, care are loc in timpul fazei S a ciclului celular mitotic. Watson si Crick, au emis ipoteza replicarii ADN dupa modelul semiconservator. Initial are loc ruperea puntilor de hidrogen, rezultand ADN monocatenar. Ulterior, fiecare catena originala serveste ca matrita pentru sinteza unei catene noi. Vor rezulta doua molecule noi, fiecare avand o catena veche si o catena nou sintetizata.

• Datorita puntilor de hidrogen complementare de tipul A=T, G≡C si invers, secventa nucleotidelor din cele doua molecule rezultate, este identica cu secventa de nucleotide din molecula originala. Astfel, cele doua molecule, respectiv cele doua fiice, vor avea aceeasi baza ereditara.

• Replicarea ADN incepe de la punctul de origine al repliconului.

• Aceasta constituie o regiune in care are loc o trecere de la duplexul parental la noile duplexuri fiice replicate.

Page 14: Adn Prezentare

• Originea replicarii este reprezentata printr-o secventa scurta de ADN, pana la 300 perechi de baze, constituind furca de replicare, bogata in A=T. Apoi actioneaza enzima helicaza, care desface puntile de hidrogen dintre cele doua catene. Regiunea monocatera rezultata, este camplexata cu o proteina denumita single-standard binding-protein, care stabilizeaza regiunea cu ADN-monocatenar, impiedicand refacerea puntilor de hidrogen. Sinteza celor doua catene fiice noi, este diferita de cele doua catene matrita.

• Catena veche 3’-5’, serveste ca matrita pentru sinteza unei catene complementare noi, 5’-3’, denumita catena leading. Catena initiala 3’-5’, are liber grupul 3’-OH, la care se pot adauga nucleotide complementare noi. Sinteza unei catene noi, are loc la capatul 3’-OH, sub actiunea enzimei ADN-polimeraza III. Sub actiunea enzmei ADN-giraza are loc rasucirea catenei nou formate fata de cea originala formand structura bicatemara.

• Catena initiala 5’-3’, serveste ca matrita pentru sinteza unei catene noi, catena 3’-5’, denumita catena lagging (catena discontinua, segmantara sau intatziata). Intrucat catena matrita nu are liber capatul 3’-OH, siteza este discontinua, avand loc dupa un alt mecanism, de la furca de replicare spre capatul liber al catenei.

Page 15: Adn Prezentare

• Primaza este inlocuita cu ADN-polimeraza III, sub actiunea careia se ataseaza nucleotide noi, de la furca de replicare spre capatul liber al catenei lagging, formandu-se un fragment Okazaki.

• Fragmentul Okazaki este un fragment de ADN, alcatuit din cateva mii de nucleoide la procariote si 100-200 nucleoide la eucariote. Dupa sinteza unui fragment Okazaki, ADN-polimeraza III este inlaturata. Imediat actioneaza ADN-polimeraza I,avand loc atasarea ultimului nucleoid. Dupa aceasta sub actiunea unei exonucleaza are loc indepartarea primerului ARN, proces umat d indepartarea ADN-polimeraza I. Doua fragmente Okazaki alaturate sunt legate sub actiunea enzimei AND-ligaza, dupa care sub actiunea girazei, are loc rasucirea fragmentului nou format in jurul matritei.

• Viteza de atasare a noilor nucleotide, respectiv viteza de replicare a AND este de 1000 nucleotide pe secunda. La aceasta viteza au loc erori de imperechere, respectiv de atasare a unor nucleotide noi, intr-un procent de 1eroare/100000 perechi de nucleotide. In acest fel, bacteriile care au 3x106 perechi de baze azotate in molecula de ADN, contin 300 erori pe celula.ADN-ul din celula umana contine circa 3x109 perechi de baze, numarul de erori fiind 30000 nucleotide pe celula.

• Topoizomerazele, sunt enzime care regleaza procesul de de replicare. Ele au rolin taierea uneia dintre catenele moleculei de ADN.

Page 16: Adn Prezentare

Repararea ADN• Cand procesele de replicare si reparare a ADN

esueaza, apar schimbari permanente in structura si functiile ADN. Aceste schimbari nucleotidice permanente sunt numite mutatii. Uneori o mutatie care afecteaza o singura pereche de nucleotide poate sa distruga un organism, daca are loc intr-o pozitie vitala a secventei ADN.

• Celula are un sistem de siguranta numit sistem de reparare a nepotrivirilor ADN, care corecteaza eventualele graseli de copiere. Dispozitivul de reparare face o greseala la 107 nucleodide copiate; sistemul de reparare a nepotrivirilor corecteaza 99% dintre aceste erori, crescand precizia totala la o eroare din 109 nucleotide copiate (Kolodner 1995).

• Ori de cate ori masina de replicare lasa un nucletid gresit imperecheat. Daca aceasta nepotrivire nu este corectata la urmatoarea replicare a ADN se va transforma in mutatie. Fig.1

• Un complex de reparare recunoaste aceste nepotriviri, indeparteaza una sin cele doua catene ADN implicate si reinsereaza catena lipsa. Fig.2

Page 17: Adn Prezentare

• Mecanismele de deteriorare a ADN• Ca orice alta molecula a celulei, ADN sufera

continuu coliziuni termice cu alte molecule. Acestea determina modificari chimice importante la ADN. Reactia de depurinare nu rupe scheletul fosfodiesteric, dar da nastere unor leziuni care seamana cu dintii lipsa. O alta schimbare majora este dezaminare consta in pierderea spontana a unor grupari amino, din citoza ADN care se transforma in uracil. Unii produsi de metabolism reactioneaza cu bazele ADN alterandu-le, astfel incat proprietatile lor de imperechere se modifica. Daca aceste modificari n-ar fi reparate multe dintre ele ar duce – dupa replicarea ADN - fie la substituirea unei perechi de baze, ca rezultat al imperecherii incorecte a bazelor in timpul replicarii, fie la deletia unora sau mai multor perechi nucleotidice din catena ADN fiica.

Page 18: Adn Prezentare

Etapele mecanismului de reparare a ADN• Majoritatea mecanismelor de reparare sunt

dependente de existenta a doua copii ale informatiei genetice, cate una in fiecare catena a dublului helix de ADN. Mecanismul de baza pentru repararea ADN implica trei etape :

• ADN deteriorat este recunoscut si indepartat de catre o nucleaza, care cliveaza legaturile covalente ce leaga nucleotidele « avariate» de restul moleculei de ADN lasand un mic spatiu intr-o catena din dublul helix al ADN din aceasta zona ;

• O ADN polimeraza reparatorie se leaga la capatul lui 3’OH al catenei de ADN taiat. Apoi ea umple spatiul gol prin sinteza unei copii complementare a informatiei din catena intacta.

• Cand ADN polimeraza reparatorie a umplut spatiul gol, in scheletul dezoxiriboza-fosfat al catenei reparate ramane o crapatura care este astupata de catre AND ligaza.

Page 19: Adn Prezentare

• Datorita mecanismelor de reparare care conserva secventa ADN, modificarile in molecula ADN se acumuleaza extrem de incet in cursul evolutiei. Rata de modificari in ADN-ul unei specii depinde de selectia naturala: erorile de copiere ale ADN – care au un rezultat daunator pentru organism – sunt eliminate din populatie prin moartea sau infertilitatea indivizilor care poarta ADN replicat gresit. Multumita acuratetei replicarii si repararii ADN, in peste o suta de milioane de ani s-a schimbat foarte putin in continutul acestor procese esentiale. Deci, in genomurile noastre, noi si animalele inrudite purtam sau primim un mesaj din timpuri stravechi.

Page 20: Adn Prezentare

Bibliografie

• Colectia Hipocrate 25– Mihai Cruce, Biologie celulara si moleculara

• Mihaela Corneanu, Genetica

• Manual Biologie clasa a XII-a