Curs 2STRUCTURA $I ORGANIZAREA CELULANA A ADN

1. ADN . SUBSTRATUL MOLECULAR AL EREDITATIIin anul 1865, MENDEL a formulat ipoteza genei potivit cdreia fiecare caracter este

determinat de"a pereche de factori ereditarf' Pi a stabilit legile ereditifii.La inceputul secolului XX, in urma demonstrdrii rolului cromozomilor in ereditate, s-

a stabilit cd gena reprezintd un segment dintr-un cromozom, care determinl un caracter

specific, dar natura ei chimicd 9i structura rimdneau necunoscute.' in'1940, s-a stabilit cd in structura cromozomilor exist[ proteine si acizi nucleici,

ADN gi ARN. Mu$i cercetitori credeau atunci cd genele sunt formate din proteine, cele mai

complixe substanle chimice din celule. ADN-ul era considerat o moleculd prea simpld pentru

inmagazinarea informaliei ereditare gi tansmiterea ei in succesiunea generafiilor. Existau

totugiunele argwnente "indirecte" care pledau pentru rolul genetic al ADN-ului: localizarea

aproape exclusiv[ a ADN-ului in nucleu gi cromozomf, structuri cu rol important in ereditate;

iantitatea sa constantd ;i caracteristicd speciei, proporfionald cu num6ru1 cromozomilor 9i

stabilitatea metabolicd amoleculei de ADN.ln lgg,Avery et al. au demonstat experimental cd ADN-ul este substratul molecular al

ereditnfii. Faptul cd, transferul ADN de la un miwoorganism la altul produce transformdri

permanente gi ereditare ale primitorului a constituit dovada decisiv6 cE genele sunt alcltuite

din ADN.

2.DOur;Z:rIpERIMENTALE PRwIND ROLIIL ADN tN rnrmr,q.rBDemonstrarea rolului genetic al ADNului s-a realizat in decursul timpului prin mai

multe experimente:in 1928, microbiologul englez Griffith a ftcut o observafie remarcabib. El a studiat

morfologia gi patogenitatea diferitelor tulpini de pneumococus.lJnele tulpini aveau o capsuli

polizaharidic6-gi cultivate pe agar formau colonii "netede", fiind numite S (de la "smooth') iw

utt"t. erau necapsulate qi formau colonii "rugoase", fiind numite R (de la urough'). Griffith a

observat cE goarecii injectafi cu pneumococi S au murit iar cei injecta{i cu tulpina R au

supravietuit. Patogenitatea pneumococilor S, deteminati de prezenla capsulei, se transmite

oiait*. in mod surprinz6tor, un amestec de pneumococi R (nepatogeni) vii gi pneumococi S

(patogeni) inactivali prin c6ldur6 a avut un efect letal. De la animalele moarte s-au izolat

frruroro"i S vfi. Explicalia posibil[ a acestui fenomen era transforrnareo tulpinilor de

pr.rrorori R vii in tulpini S vii, sub influenla unor componente din structura pneumococilor

b omor4i; natura chimicE a substanlei care aprodus transformarea nu a putut fi ins[ stabilitS.

in l944,Avery et all. au reluat experientele lui Griffrth pi au demonshat experimental

cnADN-ut estefactorul transformanf. Autorii au ardtat cdtransferul ADN-ului extras de la o

tulpin6 de pneumococi S capsulali, patogeni, la pneumococi R necapsulali, nepatogeni,

determin6 transformarea lor in pneumococi patogeni (R -+ S); iar odat6 produs[,

modificarea se transmite la generaliile urm[toare, fiind deci dreditard. Pe aceasti bazd s-a

presupus cd ADN-ul este materialul genetic.

Aga cum se intdmplE adesea cu marile adeviruri, rolul genetic al ADN demonstrat de

Avery et al. a fost ins[ un timp negat.

in 1952, Hershey gi Chase @remiul Nobel, 1969) au demonstrat cdtransferul exclusiv al

ADN de la baceriofagi la Escherichia coli tansformi aceastl bacterie in celule producltoare

de particule fagice, cu o structur[ completE, inclusiv capsula proteici. Autorii au marcat

proieinele capsulare ale bacteriofagilor cu sulf radioactiv ('?S) iar ADN cu fosfor radioactiv

ttp). Cana bacteria E. coli a fost infectat[ cu bacteriofagi "marca!i", se observ6 c[ numai 35P

(aeci ADN-ul) pdtnmde in celulE (2S - proteinele capsulare rdmfln la exterior). Formarea

ulterioar[ a unor particule fagice noi, complete, demonstreazi clar cE ADN era unicul purtitor

al informaliei ereditare.

Demonskarea faptului cd transferul ADN de Ia un microorganism la altul produce

transformdri permanente gi ereditare ale primitorului a constituit dovada decisiv6 cI genele

sunt alcdtuite din ADN.

3. STRUCTT]RA ADNDescoperirea rolului genetic al ADN a concentrat atenlia cercetdtorilor asupra structurii

sale, intrucit desci&area ei reprezenta singura cale pentru in{elegerea naturii gifuncliei genei.

2.1. STRUCTT.]RA PRIMARA A ADNADN-ul este un macropolimer de "dezoxiribonucleotide'1 Lungimea gi geutatea

molecularl foarte mari permit.stocarea unei cantrtEfi uriage de informalie. Cantitatea de ADN

vaiazA de la specie la specie', dar este constantd la indivizii aceleiaqi specii, precum gi in

toate celulele somatice (diploide) de la acelaqi individ.Unitatea structural6 a ADN este dezoxiribonucleotidul, alc[tuit din trei elemente

distincte: m glucid cu cinci atomi de carbon (o pentoz[), o bazd azotatd Si o gnryare frsfrt 'unite prin legdturi covalente,puternice. (figura 1).

P entozo este reprezentat6 de D-2-dezoxiriboza. :

Baza azotatd poate fi purinici - adenina (A), guanina (G) - sau pirimidinici - timina (T),

citozina (C); se leag6 la Cl' al deoxiribozei, alcAtuind impreund un nucleozid.Gruparea fosfat care provine din acidul ortofosforic se leagi la C5' al dezoxiribozei,

formdnd cu aceasta gi baza azatatil un nucleotid, unitatea fundamentalE a structurii catenei de

ADN.in ADN, exist6 patru tipuri de dezoxiribonucleotide - acid dezoxiadenilic,

dezoxiguanilic, dezoxicitidilic, dezoxitimidilic - care se vor deosebi numai prin baza azotath;

gruparea fosfat gi deoxiriboza sunt elemente constante.

P olimerizarea mrcleotidelor, in molecula de ADN, se rcalizeazlprin leg6turi covalente

3'- 5' fosfodiester, formate intre gruparea OH a C3 al dezoxiribozei unui nucleotid pi restul

fosfat fxat la Cs al nucleotidului urm6tor. Se formeaz[ astfel o catend continud,lineard, care

reprezint5 structura primarE a ADN. Aceasti catend prezinti o parte "constantd",

fosfoglucidicl, ce formear.d axril catenei, gi o parte "variabil6", reprezentat6 de bazele azotato,

care se frxazi,perpendicular gi lateral pe "coloana vertebrald" fosfoglucidicd (bazele azotate

de pe aceeEi caten[ nu se leagd infre ele) (figura 2).

in catena de ADN pozitja unui nucleotid nu impune cu necesitate in vecin6tatea sa

prezenfaunui alt nucleotid; poziliile adiacente pot fi ocupate de oricare din cele patru tipuri de

ngcleotide. Acest lucru este esenlial deoarece secvenfa nucleotidelor in lungul catenei de ADNreprezintE informafia genetici codificatl, pebaza cdreia se stabilege ordinea aminoacizilor

I la om g.m.=3,5 x1012 daltoni

-l

in proteine. Sensul de "citire" al informaliei genetice este determinat de polaritatea 5' -+ 3' a

catenei de ADN; poziliile 5'-fosfat a primului nucleotid gi 3'-hidroxil a ultimului nucleotid al

catenei stnt libere, neangajate intr-o leg6tur6 chimic6. Orice secvenfa de nucleotide se

"cite$te" in direcfia 5'-+ 3'gi se scrie cu cap[tul 5' la stAng4 de ex. 5'-ATGCCTAGATCA-3'.Fiecare catend a ADN este deci o sectenld orientatd, definit6 prin inldnluirea nucleotidelor.

2.2.STRUCTURA SECI.JNDARA A ADNin elaborarea modelului stucturii ADN-ului, WATSON gi CRICK s-au bazat pe studiile

difracliei cu rar,e X a moleculelor de ADN (M. Wilkins, R. Franklin) precum gi pe analizele

chimice ale ADN (Chargraafl.

Prelucr0nd aceste date, Watson qi Crick au propus un model al moleculei de ADNalcftuit din dou[ catene polinucleotidice, legate intre ele prin bazele azotate, in mod

complementar (figura 3) pi infEgurate plectonemic pentru a forma o dubld spirald elicoidald (o

etici dubU; orientati spre dreapta, cu diametrul de 20 A 9i pasul elicei de 34 A (figura 3).

Pornind de la faptul ci raportul A"/T = G/C = 1, Watson gi Crick considerd cE in molecula de

ADN se produce o imperechere "preferenyiald" abaz,elor care unesc cele doui catene; bazele

azntzte (situate spre interiorul moleculei) se leagd complementar: o baz6 purinicE se unegte

cuobaz[pirimidinic[sau, mai exact A-T gi G- C formdndopereche deb1ze,prescurtatpb. Legdturile se realizeazhprinpunfi de hidrogen, leg6turielectrostatice slabe. in felul acesta

secventa nucleotidelor unei catene determind cu necesitate secvenla nucleotidelor celeilalte

catene. Deci, cele doui catene ale ADN nu sunt identice, ci complementare Si strictcodeterminate. Cunoagterea secventei nucleotidice a unei catene va permite automat

determinarea secvenlei nucleotidice a celeilalte catene. De exemplu:s'-ATGCCAG-3'3'-TACGGTC-s'.

Legea complementaritiifii bazelor stllabaza mecanismelor prin care se realizr'azL

funcliile genetice ale ADN: transcripfia, replicarea, repararea leziunilor, recombinarea.

Libertatea de aEezare a nucleotidelor in lungul catenelor de ADN ( pe verticalE) se

asociaza cu necesitafea dispozi{iei lor complementare (in planul orizontal al moleculei).L,egFrturile stereochimice / qpatiale necesare pentu imperecherea corectE dintre A-T gi

Q{ fac caorientarea (polnritatea) celor doud catene sd se dirijeze tn sensuri opuse, deci, sE fie

antiparalele. Acest lucru are consecinfe importante in "citirea' irfomaliei in procesul sintezei

proteice, precum qi in mecanismul replicdrii (sintezei unor noi molecule de ADN).Cele doud catene ale ADN se infEgoard plectonemic (una in jurul alteia pi am6ndou[

in jurul unui a:r central, imaginar al moleculei, form6nd o dubld spirald elicoidald coaxiald(o elice dubl6), orientati spre dreapta (dextrogir) (figura). Ea poate fi comparat6 cu o "scardin spiral6" in care axele fosfoglucidice formeazd, marginile scdrii iar perechile de baze,

treptele ei. Aceast6 structurE, asociatl funcliilor majore pe care le indeplinegte ADN, a fost

plastic numiti "elicea viefii", fiind un veritabil simbol al lumii vii.Structura ADN este, in ansamblul ei, perfect regulatd, ordonatE: diametrul moleculei 2

nm; o tur6 complet5 are 3600; pasul elicei 3,4 nm permite dispunerea a 10 perechi de baze

(figura). in configuralia ei spafiald, molecula de ADN prezintE dourt Sanluri laterale: unul

mai mic Ai altul mai mare. Ele sunt importante in recunoasterea stereochimic6 qi fixarea pe

ADN a histonelor (la nivelul ganiului mici) sau a unor molecule proteice reglatoare (lanivelulganlului mare), singurul loc in care bazele suint accesibile acestor proteine care vor regla

fincliile ADN-ului.

. in cgndifii fiziologice, molecula de ADN are o mare stabilitate metabolicd, datorit6leg[turilor fizico-chimice dintre elementele unei catene precum gi dintre cele doue c."r.-r.Ele slnt sfifns legate una de alta gi de obicei nu se ptt rcpu*. Aceast6 stabilitate este ocondilie obligatorie pe care tebuie sE o indeplineasca ruU.trutut material al ereditalii. Totugi,sub acliunea unor enzime cele dou5 catene- ale .ADN se pot desface pa4ial, pi segmentelimitate, 9i func,tioneazd, ca "matril[' pentru sinteza unor molecule'roi, coirptementare(ARNm in procesul de transcriplie, sau o alt6 catene ADN, in cursul replicErii).

r-

4. DENATIIRAREA $I HIBRIDTZAREA ADN. in condifii experimentale se pot desface leglturile de hidrogen dintre cele dou6 catene,

prin denaturard termicd (incElzire la 63-100"C) sau chimica (tratament cu alcali etc.) (figura2'6)' Acest proces de conversie a ADN de la forma bicatenar[ la starea monocatenar5 senume$e denafurare. Prin ricirea lent5 a solufiei, monocatenele de ADN .. poi..*ocia pebaza complementaritSlii gi refac structura originala; procesul se numegte i"n"tu.".. ,uuhibridizare. Prin iacire brusc6 monocatenele ADN raman separate gi pot fi folosite pentrurealirarea unor hibrizi moleculari (p" b1a complementaritelii dinte.ut"nr ia"1ip ADN-ADN' fie intre doud molecule de ADN de la specii diferite, fie intre f.ug*"nt" de ADNobfinute artificial ("sonde", ce corespund unei gene) ii r.giun"u io*sfunzitoare,complementard din ADN nativ. Se pot obline de asemeni'trilrizi intre o catena ADN gi omolecul[ de ARN complementmr (de tip ARNm) rezultdnd tin heterodupt"*. i.rorenele dedenaurare 9i hibridare sunt amplu utilizate in biologia molecular5"' in tetrnicite anNrecombinant penuu identificarea sau localizarea unor g.re gi, mai recenq in terapia cuoligonucleotide antisens (in cancere, SIDA) care se fixezi pe secvenle de ADN sau pe ARN*gi blocheazd expresia genelor.

5. POLMOMISMIIL STRUCTT'RAL AL MOLECULEI DE ADNForrna clasic[ a sffucturii ADN, descris[-de Watson gi Crick, corespunde conformafiei

9t tip B, cme se realizsazA frecvent "in vivo" (in condif,i di umiditate crescut6 gi concentralieionicd joas6). S-au descris insd gi alte conformalii sau isoforme: A si C,mai frecven ts, D si E,mai rare. Ele au acelagi plan general de structurd: elice dubl6 oiientatd spre areapta dar sedeosebesc de tipul B..printr-o serie de particularitEli fizice (inclinarea bazelor Ap a. *"modificarea pasului elicei gi num[rul debaze per turd elice):forma A este mai scurtd si maiyoasd, iar celelalte mai lungi Si mai subliri.In organism, in anumite regiuni ale moleculei de ADN (cu o anumiti secvenfi nucleotidic6) seproduc frecvent modificari (tranzilii) conformalionale A <+ B <+C. Aceste modific6ri permitrecunoasterea segmentelor respective de citre anumite molecule exogene, carc regleazdexpresiqgenelor.

In 1979, Rich qi Dickerson descoper[ un tip particular de ADN-Z sau Al)N-senestra.El are o elice dubll, olieyyta spre stdnga, care igi pierde simetria caracteristic6 formei B,deoarece arul fosfo-glucidic ia o formd^nereguhta in zig-zag, produc6nd deformarea 6ialungirea moleculei de ADN (figura ). Conformafia anfi-z este o conformatie normald.

2 Degi leg6anile de hidrogen sunt legituri elecfrostatice slabe, multitudinea lor asigu{ ,,coeziunea,,catenelor.

existe "in vivo" pi apare, in anumite condi{ii fizico-chimice, in regiunile bogate in perechi debaze G-c, prin conversia formei B3; trarui{ia B <+ z este reversibild.

ADN-Z intervine foarte probabil in inactivarea unor gene gi, deci, in conholulexpresiei informaliei genetice. Conversia local[. B -> Z (mai ales in situsurile de reglare atranscripfiei) poate fi realizat5 prnfaarea mai intens[ a histonelor sau a altor molecule ceproduc represia genelor sau prin metilarea citozinei din situsurile GC. Astfel, * ,'ui*j l.stanga" la inceputul unei gene determini stoparea activitElii ei.

zifia B +> Z ar determina ins[ gi eviden]ierea unor situsuri din ADN in care sefixeaz[mai facil agenli mutageni sau cancerigeni.

in finalul acestei prezentEri este important de subliniat faptul cE tranzifia ADN B++Zca gi modificIrile conformafionale A *

-P ++ C care apar irr anumite regiuni ale ADN,

demonsfeazr faptul ci molecula de ADN nu are o stntcturdfixd, rigid;. in tnqi, a,condiliile de mediu, moleculele ADN s6nt/exibile,infrapermanent5 starJdinamicl"

3 sub acliunea unei to,poizomeraze, prin rotirea bazelor cu l g0o

Curs 3

ORGANIZAREA MATERIALULU GENETIC fN CELULA

1. APARATUL GENETIC AL CELULEIAparatul genetic al celulei este reprezentat de structurile celulare care con{in ADN, nucleul

gi mitocondriile, la care se adaugd structurile celulare care intervin in realizarea funcliilor ADN-ului: ribozomii pi centrul celular. Ribozomii reprezint6 sediul sintezei proteinelor in interiorulcelulei, iar centrozomul intrd in alcituirea fusului de diviziune.

Nucleul este elementul principal al aparatului genetic, este centrul de comand6 gi controlpentru toata activitatea celularE; confine pana la 99,5 yo din totalul ADN-ului celular. Structurasa este diferiti in func{ie de etapa ciclului celular in care se afl6 celula. in interfaz6 se descrienucleul ,,metabolic" care prezinti 4 componente: membrana nucleara, matricea nucleara,cromatina gi nucleolul;

La inceputul diviziunii, membrana nucleard gi nucleolispft alizeazdn se condense uF, Si form eaz 6 cromo zom i i.

La s$rgitul diviziunii, cromozomii se despiralizeazl gi

dispar, iar fibrele de cromatina se

se g6sesc in interfaza sub formafibrelor de cromatin[,

Cromatina reprezintS asocierea dintre ADN-ul nuclear gi proteine histonice, are grade{iferite de condensare in funcfie de etapele ciclului celular qi se prezinta sub 2 tipuri morfo-funclionale diferite: eucromatina.gi heterocromatina

=eucromatina confine ADN nerepetitiv in care predomind perechile de baze GC gi con{ineproteine nehistonice. Este putin condensat6 gi coloratd cu coloran{ibazici, dar este wtiv1 d.p.d.v.genetic, la nivelul siu are-loc transuiptia gi se replicd precoce la inceputul fazei S a interfaz;i.

-Ueterocromatina este alc6tuit6 din ADN repetitiv in care predomind perechile de baze ATgi din histone; este puternic condensati gi intens coloratd cu coloranli bazici. Este inactivdgenetic Ai se replic6 tardiv, la sffirgitul fazei S a interfazei.

Heterocromatina poate fi de doud tipuri: constitutiv6 gi facultativd'heterocromatina constitutivd se g6septe constant sub forma condensatd, nu conline gene

funcfionale gi este formatd din ADN inalt repetitiv. La nivelul cromozomilor se gasegte inregiunea centromerului, pe bralul lung al cromozomului Y, pe bralele scurte ale cromozomiloracrocentrici gi la nivelul constricfiilor secundare

'heterocromatina facultativd corespunde unor regiuni de la nivelul cromozomilor sexualisau a gonozomilor pi corespunde cromatinei sexuale X sau y.

Histonele sunt proteinebazice prezente in toate celulele eucariote, cu mare afinitate pentruADN gi care se fixeazd la nivelul incizurii mici a moleculei de ADN.

Raportul dintre ADN si histone = 1 $i in funclie de numirul gi tipul de aminoacizi existi 5tipuri de histone la eucariote:Hl, H2A, H2B, H3 gi H4

Cu excepfia lui H l, celelalte tipuri au o structuri stabilS pi bine conservata. Ele intrl inalcdtuirea nucleozomilor, care sunt particule fundamentale din structura fibrelor de cromatina.'. Alflturi de rolul structural, histonele prezint6 gi un rol funclional fiind implicate in reglareaexpresiei genelor.

Proteinele nehistonice sunt acide gi neutre, sunt numeroase, heterogene qi prezente cu ofrecvenld mai mici decdt histonele. Unele proteine nehistonice intrd in alcatuirea matriceicromozomilor, dar majoritatea au rol funclional intervenind in reglarea activitalii genelor.Proteinele nehistonice se fixeazd Ia nivelul moleculei de ADN in marea incizura laterald.

2. STRUCTURA SUPRAMOLECULARA A CROMATINEIln urma analizei la ME a cromatingi, ,-u- *ia.rfi", un sistem ierarhizat de fibre decromatinE de dimensiuni diferite , alcrtuite din ADN, histone gi proteine nehistonice.

Primul nivel de organizare supramolecular[ a cromatinei este filamentul cu nucleozomi,care are diametrul de 10 nm. Nucleozomul este alcituit dintr-un complex de ADN gi histone,adic[ un segment de ADN cu lungime de.146 de perechi de baze r. inafo*a in;u*r unui miezhistonic, format din 8 molecule de histone,

"et" 2 molecule oi, rize, Hzg, Hs gi H4.Nucleozomii sunt legali intre ei printr-un segment de ADN liber, format ain oo de perechi debaze' Astfel se formeazi filamentul cu nucleoiomi asemdn[tor unui qirag de .e.g.t.. stabilitateaacestei structuri este menlinuti de c6tre Hl, iar rata de impachetare a ADN-ului din dublu helixeste de l0:1.

Al doilea nivel de organizare supramoleculard a cromatinei este fibra de cromatinl cudiametrul de 30 or: !1 rezulta din spiralizarea in solenoid a filamentului cu 6 nucleozomi.Histona I stabiliznazd fibra de cromatini, rata de compactare este de 5:1. Fibra de cromatin[ de30 nm este unitatea fundamentalI de organizare acromatinei in nucleul interfazic.

Al treilea nivel de organizare rezulti, prin plierea fibrei de cromatina de 30 nm in buclelaterale, rezultdnd astfel o fibri pliatr in- bucie laterale cu diametrul de 300 nm. Buclelelaterale sunt atagate la un schelet sau matrice proteic6 nonhistonic[. Se consider6 cE fiecare bucl6sau domeniu, care conline cdteva gene, este o unitate funcfionala a. t *r".ipiie pi o" replicare aADN-ului. ----^-ri'-

Fibra pliati in bucle laterale formeaza la inceputul diviziunii,'printr-o putemic6 spiralizare-9i .oondensare

cromatida unui uomozom, care are o grosime d. 70d;; fiiJi.ezint6 cel maiinalt grad de compactare a fibrei de cromatina de 30 nmlFiecare cromatidr a unui cromozom confine astfel o singura moleculi de ADN, organizat|tin mai multe structuri succesive, ierarhizate in funcfie de gradril ae impactrei";;.

"

La inceputul diviziunii, cromatina se organizeazdi;oomozomi, care indeplinesc 2 func{iiimportante:a' transportul materialului genetic de la p[rin[i la descenden]i, precum gi de la o celulamamr la celulele fiice, asigurAnd stabilitatea proceselor ereditare;b' cromozomii realizeazd amestecul materialului ereditar intre generafii succesive prinprocesele de recombinare care au loc in meioz6 gi care reprezinta prin.ip?fu *.ra de variabilitategenetic6.

3. STRUCTURA GENOMULUI UMAN

-Termgnul de genom desemna ansamblul genelor unui organism, dar descoperirea ulterioar6

a ADN-ului necodant gi a diferitelor clase ae AoN repetitiv, au condus la semnific a[ia actual' atermenului de genom gi anume: ansamblul secvenleLr de ADN ale unui individ sau ale uneispecii.Cantitatea totald de ADN din celulele umane diploide este de aproximativ 7pg.Mdrimea total6 estimati a genomului uman este de 3"2 Gb.Genomul este alcdtuit dintr-un genom nuclear compiex care confine majoritatea ADN-uluicelular gi are o m6rime aproximativd de 3.2 Gb gi dintr,un g"ro, mitocondiial mai mic ai maisimplu organizat cu m6rimea de 16,6 Kb.

i**"*@detipuridistinctedemoleculeliniaredeADNcareprinasocierecuproteinele formeaz[ cromozomii. 22 de tipuri distincte de autozomi gi 2 tipuri de oomozomisexuali X gi Y.

in genomul uman exist6 mai multe clase de ADN, diferite intre ele prin repeti{ia

secventelor nucleotidice :

- ADN-ul nerepetitiv;- ADN-ul moderat repetitiv;- ADN-ul inalt repetitiv.

ADN-ul nerepetitiv reprezinti 60% din total de ADN gi este alcdtuit din secvenle unice

sau din secvenle care prezint6 un numSr foarte mic de repetilii nucleotidice. Acesta se gdsegte

mai frecvent in regiunile cromozomice active transcripfional.ADN-ul moderat repetitiv reprezint6 30% din totalul ADN-ului gi este alcdtuit din

secvenle scurte de 300-1000 perechi debaze care se repeti de zeci si sute de mii de ori gi sunt

dispersate in genom, la nivelul genelor ribozomale, genele care codificd ARNt qi la nivelul unor

secven{e particulare de ADN, cu funclie necunoscuti: SINEs ("short interspersed repeated

sequences") gi LINEs ("long interspersed repeated sequences").

ADN-ul inalt repetitiv reprezinti l0%o din genom gi este alc[tuit din secvenle foarte scurte

de perechi de baze repetate in tandem, de milioane de ori. Secvenlele nu sunt transcrise gi intr6 inalcituirea heterocromatinei. Se cunosc trei tipuri de ADN inalt repetitiv:

- ADN satelit. (alphoid) alc5hrit din heterocromatina constitutiv6, specificl pentu fiecare

cromozom, in anumite regiuni: centomer, telomere, consticfii secundare, benzile G, etc; cu rol

sffuctural. :.

- minisatelifii hipervariabili sau VNTR de la "variable number of tandem repeats".

- microsatelili sau STR formate de regul[ din repetilia unui dinucleotid.

Genomul nuclear este alcEtuit in proporlie de 25% din ADN-ul genic Ai 75 % din ADN-ulextragenic.

ADN-ul genic este reprezentat de secven{ele codante gi necodante din structura genelor

active, a fragmentelor de gen6 sau a genelor inactive sau pseudogene. ADN-ul genic este

reprezentat in propor,tie de 10% de ADN-ul codant, care reprezintd exonii din cele 35.000 de

gene gi 90% este alcdtuit din ADN-ul necodant, adic6 secvenlele ce alc6tuiesc intronii sau genele

nefunclionale.ADN-ul extragenic este alc6tuit din secvenfe inactive transcripfional, care pot fi unice sau

repetitive. Secvenlele repetitive au fost grupate in 2 categorii:

1. ADN-ul repetat in tandem gi grupat in blocuri de heterocromatin6. Se numegte ADN-ulsatelit gi se imparte in 4 clase: megasatelit, satelit, minisatelit gi microsatelit.

2. ADN-ul repetat gi dispersat in numeroase situsuri in spaliul dintre gene reprezentat de

secvenlele SIMs gi LINEs.

3.2. Genomul mitocondrialGenomul mitocondrial este definit printr-un singur tip de ADN circular,bicatenar, format

din 16.569 pb. Secvenla sa nucleotidicd a fost complet descifrat6 (Anderson et al, 1981) gi se

cxacterizearA printr-o mare densitate de secvenle codante. Cele dou[ catene ale ADN

mitocondrial au o compozi[iebazici' diferitii: o caten[ "grea" (H) este mai bogat6 in guanin6 imcealaltE catend "ugoar6" (L) in citozin[. intr-o micd ,.giune, biucla D, ADN elte alcatuit din treicatene, prin sinteza unei piese scurte adifionale la catena H, cunoscuti ca ADN 75.

Fiecare celul[ umand conline c6teva-mii de copii ale ADN mitocondrial (ADNmt) qi deaceea cantitatea lui totaH, raportat6 la ADN unei celule somatice, poate reprezentap ana ta (j.5%.in cursul diviziunilor celulare mitotice, moleculele de ADN mitocondrial ale celulei initialesegreg[ la tntdmplare in celulele fiice.

Genomul mitocondrial al zigotului provine exclusiv de la ovul, deci de la mamd, fapt cedetermin[ un tip particular de transmitere maternald a genelor mitocondriale: de la mam6 la toticopiii sii.

Genomul mitocondrial nu este asociat cu proteine histonice sau nehistonice gi nu con{ineADN repetitiv. Genomul mitocondrial este exffem de compact: circa 93o/o dinADN este formaf dinsecven{e codante (absente doar in bucla D), ce formeaz6 37 de gene (28 pe catena H gi 9 pe catenaL): 13 gene codific6polipepide (constituienfi ai sistemului ae foJforilare oxidativd),22 genicodific[ARNt gi 2 gene ARNr . Resml proteinelor mitocondriale sunt codificate de gene nucleare, sintetizatein citoplasmfl 9i importate in mitocondrii. Genele mitocondriale sunt aproape totdeauna contigue iawrclechiw sttprapuse; elenu confin introni.

Transcriplia incepe in promotorii (PH gi PL) aflafi in bucla D, este continud (decimultigenicd)'gi se desfEpoar[ in direclii diferite pe cele dou6 catene, gener6nd un transcriptmultigenic mare (ce va fi ulterior secfionat in mai multe molecule ae en$. Codul g.n.ii.mitocondrial diferd putin de cel nuclear. El are patru codoni stop (nonsens) din .ur. doi suntcodoni sens in ADN nuclear; codonpl stop UGA din ADN nuciea, este codon sens in ADNmitocondrial. Replicarea este unidireclio"nita gi incepe in puncte diferite de-;;r" (O) pentrucele dou6 catene.

ADN mitocondrial poate suferi mutalii produc6nd o serie de boli degenerative, care sunttransmise intr-un mod specific, de la mamd la to{i descendenfii; bdrbalii botnavi nu transmit boala.Atunci cdnd se produce o mutatie in ADN mitocondrial rezulta in mitocondrie un amestec demolecule mutante pi normale, numit heteroplasmie. C?nd o celula se divide ADN mitocondrialmutant va fi impirfit la intdmplare intre celulele fiice qi astfel, in timp, procentajul de ADNmitocondrial mutant inte diferite linii celulare pi lesuturi va fi diferit, fenomen numit segregarereplicativd. Studiul familiilor in care existi heteroplasmie cu ADN mitocondrial mutan! relevd c6procentajul ADNmt mutant cre$e gi produc{ia de energie scade treptat, p6n6 sub un prag minimumneceMr funcfion[rii normale a lesutului, moment in care manifestarile'clinice devin evidente. Deaceea bolile mitocondriale au un debut tardiv gi o evolufie progresivd.

S-a demonstrat c[ ADN mitocondrial poate sufert mutalii son-tatice, in celulelecorpului dupi nagtere ) care se acumuleazl rapid datoriti absenlei unor mecanisme de reparare.Agtfel, acgste trutalii somatice au probabil un,rol important atat in debutul gi progresia toiilormitocondriale, a unor boli degenerative precum pi in procesul de senescen!6.