1

Tema 1 Macromoleculele = biopolimerii

Tipuri Structură Biogeneză Proprietăţi Funcţii Localizare Interacţiuni

2

Acizii nucleici

ADN molecule bicatenare; deţine informaţia genetică codificată despre....

ARN – molecule monocatenare: ARNm

copia genelor structurale* matriţa pentru sinteza proteinelor

ARNt transportă aminoacizi translatori ai codului genetic*

ARNr component al ribozomilor controlul translaţiei

microARN – reglarea expresiei IG

3

4

ADNacid dezoxiribonucleic

Monomeri Structura

Primară Secundară Terţiară

Localizare Proprietăţi Funcţii Biogeneza Particularităţile ADN uman Studiul ADN

dNMP = monomeri ADN

Momomerul ADN

N

PPP

3’

C

CC

CC

O

2’

4’

5’

1’

α

β

γ

dNTP

dNMP

N – baza azotată- Pu – Adenina Guanina- Py – Timina Citozina

7

8

Structura ADN

I – catena polinucleotidică II – dublul helix = două catene

Complementare antiparalele spiralizate unite prin legături de hidrogen

III – DNP = dezoxiribonucleoproteid

9

10

James Watson şi Francis Crick alături de modelul structurii secundare a ADN.

Rosalind Franklin Maurice Wilkins

11

Complementaritatea bazelor azotate în mol.ADN asigură: stabilitatea moleculei ADN; mecanismul replicării; mecanismul transcripţiei; mecanismul recombinării; mecanismul reparării leziunilor ADN

12

Conformaţia spaţială a moleculelor de ADN liniar și flexibilitatea

Tip Lungimea spirei Baze/tur Înclinarea faţă de ax

A 24,6 Å ~11 +19°

B 33,2 Å ~10 -1,2°

Z 45,6 Å ~ 12 -9°

Proprietăţile ADN Replicare

dublarea IG Reparaţie

Identificarea, înlăturarea greşelilor Denaturare

ruperea legăturilor de H Renaturare

refacerea dublului helix Heterogenitate

varietatea secv. nucleotidice Flexibilitate

A↔B↔Z Fragilitate

sensibilitate la factori mutageni Migrare în câmpul electric (ADN are “—”) Hibridizare

molecule de diferită origine formează noi molecule

14

Funcţiile ADN Deţine IG codificată:

succesiunea b.a. în ADN determină succesiunea aminoacizilor în proteină

Păstrează IG: de acţiunea nucleazelor de citirea neautorizată de mutaţii

Transmite IG prin dublare=replicare:1ADN — replicare 2ADN

Realizează IGADN — transcripţie ARN — translaţie proteină

ADN conţine secvenţe codante = gene: Gene structurale p/u proteine ( ARNm) ~ 30 000 Gene preARNr ~ 250 copii Gene ARNr 5S ~ 2000 copii Gene ARNt ~ 1300 copii Gene p/u microARN

ADN conţine secvenţe necodante Secv. reglatoare Secv. spaţiatori Secv. satelit (cen, t) Secv. minisatelit (markeri crs) Secv. microsatelit (markeri individuali)

Funcţiile ADN

16

Localizarea ADN În nucleu 95 - 98%

molecule mari liniare de ADN asociate cu proteine histone sub formă de cromatină ↔ cromozomi

În mitocondrii 2-5% molecule mici inelare

17

Particularităţile ADN umanADN nuclear (nucleul celulei somatice, diploid)

cu o lungime de ~ 6,4x109p.n.; 7 picograme fragmentat în 46 de molecule; asociat cu proteine histone; extrem de eterogen:

secvenţe codificatoare şi necodificatoare; secvenţe repetitive şi unice; secvenţe active transcripţional şi inactive; secvenţe stabile şi instabile mutaţional;

conţine ~ 30000 perechi de gene; se replică numai în perioada S a ciclului celular; 50% este de origine maternă şi 50% de origine paternă.

18

ADN mitocondrial Are o lungime de 16,6 kb Este inelar Numărul moleculelor este variabil (2-10) Conţine 37 de gene Genele sunt dispuse compact Se replică în dependenţă de metabolismul celular Este de origine maternă

Particularităţile ADN uman

19

Particularităţile genomului uman

Genomul nuclearn=3,2 Gb / 2n=6,4 Gb(~ 30000 gene/perechi)

Genomul mitocondrial16,6 kb

37 de gene

ADN genic25%

ADN extragenic75%

ADN codant

10%

ADN necodant

90%

Secvenţe unice sau în număr mic de copii

60%

Secvenţe moderat sau

înalt repetitive40%

20

Genomul nuclearSECVENŢE OBLIGATORII SECVENŢE FACULTATIVE

- Gene structurale (codificatoare de proteine)

- Gene pentru ARNt, ARNr;

- Palindromi;

- ADN satelit (c,t…)

Elemente mobile

Pseudogene

ADN viral

21

Secvenţele necodificatoare ale genomului umanSINEs – transpozoni; situsuri de iniţiere a replicării

LINEs – retrotranspozoni; situsuri de împerechere corectă a crs în timpul meiozei I

ADN minisatelit – markeri genetici ai crs

ADN satelit – rol structural, formează regiunile de heterocromatină constitutivă (c, t, h, s)

ADN microsatelit – markeri genetici individuali

SINEs (Short interspersed elements) – 11%LINEs (Long interspersed elements) – 16%

22

Stabilirea structurii genelor normale şi mutante

Depistarea mutaţiilor Diagnosticul bolilor genice Analiza polimorfismului individual

Studiul ADN pentru:

23

ARN –acid ribonucleic Monomeri – NTP (ATP, GTP, CTP, UTP); Structura primară – catena polinucleotidică; Structura secundară – bucle; Structura terţiară – RNP (ARN+proteine)

24

25

ARNm ARNr ARNt ARNm

!!! Toate tipurile de ARN sunt transcrise de pe ADN

!!! ARN - este complementar unei catene de ADN- este identic cu cealaltă catenă

Transcripţie

Processing

1 2 3 4

ARNm ARNr ARNt

Transcripţie

Processing

1 2 3

ADN

ARN precursor

ARNtARNr ARNm

ARNr + proteine ribozomale = ribozomi

• Copia codului genetic despre structura proteinei

• Matriţă pentru sinteza proteinei în timpul translaţiei

Sediul sintezei proteinelor

• Transportă aminoacizi spre ribozomi

• Translează codul genetic din ARNm

transcripţie

processing

preARNmpreARNrpreARNt

ARNhn

funcţie

funcţie

ARNm – ARN mesager (informaţional, matricial)

Molecule monocatenare, heterogene Se obţin prin transcrierea catenei anticodogene a

genei structurale şi processing-ului pre-ARNm Conţine informaţia despre un polipeptid şi serveşte

ca matriţă p/u sinteza polipeptidului

ARNt

Structura secundară Conformația spațială

Structura primară, lineară

ARNt

31

• Molecule monocatenare;• Forma – 3 bucle funcţionale (anticodon, D,

Ѱ);• Se sintetizează prin transcripţia genelor

ARNt, • Conţin nucleotide cu baze azotate

obişnuite şi minore (timina, pseudouracil, dihidrouridina)

• Asigură transportarea aminoacizilor spre locul

de sinteză a proteinelor• Reprezintă translatori ai codului genetic

Structura secundară a ARNr

ARNr – ARN ribozomal

Molecule monocatenare ARNr se sintetizează prin transcripţia genelor

ARNr, în regiunea nucleolului Intră în componenţa ribozomilor

ARNr 18S + 33 proteine = 40S ARNr 5S + 5,8S + 28S + 49 proteine = 60S

Asigură interacţiunea dintre subunităţile ribozomale, ribozom-ARNm, ribozom-ARNt.

34

microARN

ARNsn ARN-primer ARN-telomerazic ARN din componenţa spliceosomei

ARNsc Ribozime ARN de interferenţă

ProteineMonomeri – 20 tipuri de aminoacizi Primară – lanţul polipeptidic de aminoacizi (ordinea a-a controlată de codul

genetic ADN) Secundară – a-spirale şi b-structuri Terţiară – globulară Cuaternară - mai multe polipeptide formează

o proteină complexă!!! pot forma complexe cu alte proteine sau alte

molecule (AN, glucide, lipide)

Formarea polipeptidului

Structura proteinelor

Proprietăţile majore ale proteinelor

Heterogenitate; Pot fi bazice, acide sau neutre; Interacţionează specific cu alte molecule; Catalizatori eficienţi; Adaptabilitate Denaturare ↔ renaturare ....

!!! Substratul moilecular al tuturor structurilor, fucţiilor şi însuşirilor organisnului viu

Functii ale proteinelor

Clasa Functia Exemple

Proteine dinamice

enzime Proteaze, lipaze, nucleaze, polimeraze....

transport Hb, transferina

contractia musculara actina, miozina

semnale, hormoni insulina, STH

protectie Ig, IFN

reglarea exprimarii genelor

factori de transcripţie

Proteine structurale

matricea tisulara elastina,colagen

Structura primară a ribonucleazei A (RNase A)

Structura secundară a ribonucleazei A (RNase A)

Tranzitii conformationale ale hexokinazei

• Domeniu: regiune compacta de 100-400 AA, specificata de un exon al genei, care determină o funcţie

Tranzitii conformationale ale hexokinazei

• Proteina poate avea 1 sau mai multe domenii funcţionale

• Domeniu - regiune compacta de 100-400 AA care determină o funcţie

• Configuraţia domeniului corespunde configuraţiei mol cu care interacţonează

Factorii de mediu –to, pH, P, h, cofactori, etc.

Structura chimică –primară

Configuraţia spaţială –Conformaţia (forma moleculei)

Proprietăţile moleculei

Funcţiile moleculei

Relaţia: structură – mediu – funcţie

Calitatea ADN

Calitatea sau cantitatea proteinelor celulare şi

extracelulare

Calitatea şi longevitatea vieţiiCunoaşterea --- cheia

succesului medicului sec XXI