10/19/2009

1

Evoluţia conceptului despre genăEvoluţia conceptului despre genă

ADN macromoleculă bicatenară;

secvenţe neîntrerupte de perechi de nucleotide;

deţine informaţia despre sinteza ARN şi

proteine.

Codul genetic - ADN:

Litere: A, G, C, T

Cuvinte (un codon un aminoacid): AAG - lys

AGC - ser

GCA - ala

TTC – phe

TAG – stop

Fraze: 5' AAGAGCGCATTCTAG 3'

lys – ser – ala – phe – stop

Expresia genelorExpresia genelor

ADN ADN ARNmARNm ProteinăProteină

55’’--ATTGCAATTGCAAAGATTACCATGTGATTACCATGT--3’ 3’ Catena Catena codogenăcodogenă (netranscrisă)(netranscrisă)

3’3’--TAACGTTCTAATGGTACATAACGTTCTAATGGTACA--5’5’ Catena Catena anticodogenăanticodogenă (transcrisă)(transcrisă)

Transcripţie (ARN-polimeraza)

55’’--AUUAUUGCAGCAAAGAGAUUAUUACCACCAUGUUGU--3’3’ ARNmARNm

Translaţie (ARNt, pe ribozomi)

Leu Leu –– Ala Ala –– Arg Arg –– Leu Leu –– Pro Pro –– Cys polipeptidCys polipeptid

10/19/2009

2

Gena: Definiţie

Localizare şi graniţe

Structură

Funcţii

Tipuri

Proprietăţi

Particularităţi

Definiţie:Gena – un fragment polinucleotidic din molecula de ADN care deţine informaţia despre sinteza:

unui lanţ polipeptidic sau

câtorva lanţuri polipeptidice înrudite sau

a unei molecule de ARN funcţional (ARNr, ARNt, ARNsn)

Expresia genelorExpresia genelor

ADNADN

ARNrARNr

ARNtARNt

ARNmARNm ProteinăProteină

Clasificarea genelor:

Gene clasa I - pentru ARNr 28S, 18S şi 5,8S;

Gene clasa II = structurale – pentru ARNm

proteine;

Gene clasa III – pentru ARNt, ARNr 5S.

Localizarea şi graniţele genelor: Genele sunt localizate de-a lungul moleculelor de

ADN;

Genele se prezintă sub formă de secvenţe unice sau repetate;

Genele unei molecule de ADN sunt separate prin secvenţe necodificatoare – spaţiatori (spacer);

Genele nu au graniţe fixe morfologice, doar graniţe funcţionale;

Lungimea genelor este variabilă.

10/19/2009

3

Numărul şi mărimea genelor la diferite organisme

Specia

Mărimea

genomului,

p.n.

Mărimea

medie a

genelor, kb

Numărul

aproximativ de

gene

Escherichia coli 4.2 x 106 1.2 2.350

Saccharomyces

cerevisiae1.3 x 107 1.7 5.200

Drosophila

melanogaster1.4 x 108 11.3 8.000

Homo sapiens 3.16 x 109 16.3 30.000

- Dimensiunile genomului uman – 3,164 x 109 pb

- 2% din genomul uman codifică pentru proteine

- Numărul genelor - 30000-40000

- Cromozomul 1 conţine cel mai multe gene – 2610

- Cromozomul Y conţine cel mai puţine gene – 255

- Funcţia cunoscută – la 50% dintre genele umane

studiate

- Dimensiunile genelor – în medie 3000 pb

- Gena β-globinei – 1,5 kb

- Gena insulinei – 1,7 kb

- Gena catalazei – 34 kb

- Gena distrofinei - 2,4 Mb

Lungimea, kb În % de la numărul total

până la 10 23,3

10-25 35,6

25-50 20,2

51-100 13,0

101-500 6,7

peste 500 1,2

Repartizarea genelor umane după lungimeRepartizarea genelor umane după lungime

Funcţia genelor: La nivel molecular – controlul biosintezei unui

polipeptid proteină funcţională;

La nivel celular – formarea unei structuri celulare,

lanţ metabolic, cale de semnalizare, etc.;

La nivel tisular şi de organe – realizarea unei funcţii

specifice (respiraţie, digestie, contracţie musculară,

etc.;)

La nivel de organism – caracter specific.

Fiecare celulă a organismului conţine setul complet de Fiecare celulă a organismului conţine setul complet de

gene (30gene (30--40000 perechi gene pentru 46 mol. ADN nuclear) 40000 perechi gene pentru 46 mol. ADN nuclear)

Expresia genică numai 10% din toate geneleExpresia genică numai 10% din toate genele

Expresie continuă

Gene ARNr

Gene ARNt

Gene house

keeping

Expresie temporală

dependentă:

- de ţesut;

- de perioada

ontogenetică;

- de perioada ciclului

celular;

- de factorii de mediu

Non-expresie

pseudogene

10/19/2009

4

Structura generală a unităţilor

transcripţionale

Regiune centrală – codificatoare;

Regiuni reglatoare:

proximală – PROMOTORUL

distală – TERMINATORUL

Secvenţe modulatoare

Gene cl.II = structurale(25% din ADN nuclear)

Codifică unul sau mai multe polipeptide;

Formează unităţi transcripţionale monocistronice;

Au structură mozaică (exon/intron);

Pot fi transcrise: în toate celulele organismului

cu specificitate de ţesut sau vârstă;

Sunt transcrise de ARN – polimeraza II într-un transcript primar – preARNm;

Sunt numeroase, de regulă, unice şi heterogene;

Pot forma familii multigenice repetitive sau nonrepetitive;

Prezintă polimorfism individual.

Tipurile genelor structurale House keeping – gene ce codifică proteine celulare

indispensabile, active în toate tipurile de cel., în toate perioadele vieţii;

Ţesut – specifice – gene ce codifică proteine necesare specializării tisulare;

Reglatoare ale ontogenezei;

Dependente de factorii de mediu.

Familiile de gene pentru globine

Particularităţile structurii genelor de clasa II

-10-20-30-40 +1 +10 +20 +30

TAFs

TFIID

TFIIA

TFIIB

ARN-Polimeraza II

TFIIF

TFIIE

Iniţierea transcripţiei genelor de clasa II

10/19/2009

5

Regiunile genelor cl.II Promotor:

boxa TATA (-20, -30)

boxa CAAT (-70, - 100)

boxe ţesut – specifice ( - )

Regiunea codificatoare:

SIT - +1, secvenţa lider

exon1/intron/exon2/intron/.../exonn

Terminatorul

Situs de poliadenilare

Enhancers şi silencers

Promotorul genelor cl.II Reglează iniţierea transcripţiei:

Activarea genei ţintă;

Fixarea TF şi ARN – polimerazei II;

Identificarea (+1) şi catenei transcrise;

Direcţionarea ARN – polimerazei II.

Nu se transcrie;

Promotorii diferitor gene se deosebesc prin

combinarea diferitor boxe;

Mutaţiile în secvenţa de nucleotide a

promotorului poate duce la inactivarea genei.

Elemente structurale din compoziţia Elemente structurale din compoziţia

promotorilor la eucariotepromotorilor la eucariote

Structura Secvenţa Poziţia

Dimensiunile

ADN-ului

legat

Factorii de

transcripţie

TATA-box TATAAAA - 30 10 p.n. TBP

CAAT-box GGCCAATCT - 75 22 p.n. CTF/NF1

GC-box GGGCGG - 90 20 p.n. SP1

Octamer ATTTGCAT 20 p.n. Oct1, Oct2

Structura promotorului genelor structurale la eucariote

(gene de clasa II)

Structura promotorului genelor structurale la procariote

Interacţiunea enhancer-promotor ExoniSecvenţe polinucleotidice ale genelor

structurale ce codifică secvenţe polipeptidice;

Se regăsesc în preARNm, ARNm;

Se transcriu şi se translează;

Fiecare exon codifică un domeniu proteic;

În timpul splicing-ului alternativ unii exoni pot fi înlăturaţi.

10/19/2009

6

Introni

Secvenţe polinucleotidice necodificatoare ale genelor structurale ce separă exonii;

Se regăsesc în preARNm, dar nu în ARNm;

Se transcriu, dar nu se translează;

În timpul splicing-ului alternativ intronii sunt înlăturaţi;

Asigură posibilitatea splicing-ului alternativ (combinării diferite ale exonilor) – sursa polimorfismului proteinelor codificate de aceeaşi genă.

Structura terminatorului

Structura unităţilor transcripţionale

ale genelor ribozomale la eucariote

(gene clasa I)

• Promotor (-45 ... +20)

• Gena 18S

• Gena 5,8S

• Gena 28S

• terminator

n

Organizarea genelor pentru ARNr 5S

Organizarea genelor de clasa III

•Promotor - boxa A (+ 55) şi boxa B (+ 80)

•Gene ARNt / ARNr5S

•Terminator

n

10/19/2009

7

Structura operonului la procariote

Genomul mitocondrial uman

Elemente genetice mobile =

TRANSPOZONI

TipulGena

principale

Modul de

transpoziţieExemple

Transpozoni

ADNTranspozaza

Transferul secvenţei

de ADN prin excizie

sau replicaţie

Tn (bacterii)

P (Drosophila)

Transpozoni de

tip retroviralRevers-

transcriptaza

Transfer prin

intermediul ARN

produs pe baza

promotorilor din LTR

THE-1 (uman)

Tz (drojdii)

Retro-

transpozoniRevers-

transcriptaza

Transfer prin

intermediul ARN pe

baza promotorilor

alăturaţi

L1 din grupul

LINEs

Rolul biologic al transpozonilor

Recombinarea situs-specifică

Polimorfismul individual al ADN

Mutageneza inserţională

Instabilitate genomică produc situsuri fragile în ADN

Evoluţia genomurilor

10/19/2009

8

Rolul medical al transpozonilor

Modificarea structurii / funcţiei genelor structurale

apariţia bolilor genetice (hemofilia B, epilepsia, retinita

pigmentosum, etc)

Asigură variabilitatea agenţilor patogeni rezistenţă la

antibiotici şi la acţiunea sistemului imun