Organizarea Materialului Genetic

ORGANIZAREA MATERIALULUI GENETIC

CEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

FORMELE ACELULARE f r metabolism propriu; - strict parazite (viroizii, virusurile, prionii ) sau simbionte (plasmidele). FORMELE CELULARE Procariote - bacterii, alge albastre-verzi - au nucleoid, o molecula de ADNdc circular, complexat cu proteine similare celor histonice (E.coli, Anabaena, Aphanocapsa) - citoplasma necompartimentata - nu se divid prin mitoz , meioz - nu au ciclu de condensare a cromozomilor Eucariote - protoctiste, fungi, plante, animale - invelis nuclear dublu - Cromatina, ADN complexat cu proteine - Citoplasma compartimentata - Mitoza, meioza, ciclu de condensare a cromozomilor


VIROIZII

-

contin o molecula de ARN mc, circular, de aproximativ 240-350 nucleotide; - pot prezenta o structura secundara cu portiuni bicatenare, corespunzatoare regiunilor complementare,cu capetele legate; - Sunt replicati de ARN polimeraza celulei gazda - Detemina boli ca : boala tuberculilor fusiformi de cartof Kadang Kadang a palmierilor marmorarea clorotica a crizantemelor


Boala tuberculilor fusiformi de cartof

Tuberculi normaliCEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

VIRUSURILE

Entitati infectioase cu dimensiuni cuprinse intre 80-250 Forme de existenta : Virion virus matur, format din capsida proteica si genomul viral; Virus vegetativ materialul genetic viral decapsidat si inclus in celula parazitata; Provirus genomul viral inclus in genomul celulei gazda.


MATERIALUL GENETIC VIRAL ARN - la ribovirusuri sau ADN - la dezoxiribovirusuri, niciodata ambele; - monocatenar sau bicatenar; linear, circular (rar) sau segmentar. - 4-250 de gene ; 3 200-1,2milioane p.b. Ribovirusuri cu ARN mc - Circular vs. encefalomielitei soarecilor

- Liniar Bacteriofagul MS 2 (27-34 nm) 3569 nucleotide, 4 gene. Primul organism (virus) caruia i s-a efectuat secventierea genomului (1976) fig.2

Virusurile hepatitei A,C,ECEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

Ribovirusuri cu genom ARN mc liniar

Virusul poliomielitei (polio)

Virusul turbarii


Ribovirusuri cu genom ARNmc liniarVMT fig. 1 Virusul gripal Anvelopa - apartine celulei gazda, contine hemaglutinina (cu rol in fixarea pe celula ce va fi parazitata) si neuraminidaza (cu rol in eliberarea noilor virioni din celula gazda); Capsida - cu antigene; Genomul segmentat 7 sau 8 molecule de ARNmc, in aceeasi capsida (virus izocapsidic) sau in capside diferite (vs. heterocapsidic). ARN polimeraza


Ribovirusuri cu genom ARN mc liniar HIV fig.1 Este un retrovirus ribovirusuri la care replicarea ARNv se realizeaza cu ajurorul enzimei reverstranscriptaza (fig.2), o ADN polimeraza care foloseste ca matrita ARN pentru sinteza ADN. Se formeaza un hibrid ARN-ADN. ARN este hidrolizat, ADNmc isi sintetizeaza catena complementara si se insera in cromozomul celulei parazitate (limfocite).CEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA


REPLICAREA RETROVIRUSURILOR


Virusuri cu genom ARN bicatenar

Reovirusuri - 11 segmente de ARNbc paraziteaza tractul respirator si gastrointestinal


VIRUSURI CU GENOM ADN Dezoxiribovirusuri cu ADN monocatenar -Bacteriofagul X174 - fig.1 - genomul secventiat in 1977

-Parvovirusuri fig.2 cele mai mici virusuri - produc diaree, urticarie


DEZOXIRIBOVIRUSURI CU GENOM ADN BICATENAR

Bacteriofagi -Fagul T4 135 gene


VIRUSURI CU GENOM ADN BICATENAR

Virusul hepatitei B

Virusul mozaicului conopidei


VIRUSURI CU GENOM ADN BICATENAR

Virusul herpesului ADN liniar

SV 40 ADN circular

MULTIPLICAREA VIRUSURILOR - Niciodata o particula virala nu provine din diviziunea unei particule virale preexistente. - Sunt paraziti absoluti la nivel genetic, fiind total dependenti de o celula bacteriana, vegetala sau animala, care le multiplica. - Genomul viral decapsidat (virusul vegetativ) ofera instructiunile pe baza carora celula gazda inmulteste componentele virale (proteine si genom viral) folosindu-si propriul echipament enzimatic si propria energie. REPLICAREA GENOMULUI VIRAL ADN ADN (bacteriofagi) ARNARN+ ARN- (virusul gripal, Ebola); ARN este complementar cu ARNm ; ARN+ este identic cu ARNm ARN ADN ARN (retrovirusuri - HIV)

Integrarea AND viral in cromozomul gazda



VARIABILITATEA GENETICA A VIRUSURILOR Mutatiile in special la ribovirusuri Recombinarea genetica - comuna virusurilor ARN si ADN; - apare cand o celula este infectata simultan de mai multe virusuri. Consta in ruperea unei secvente de ADN care va fi atasata la o alta molecula de ADN. La virusul gripal exista: - driftul antigenic acumularea de mutatii ce afecteaza situsurile de legare la anticorp. Ca urmare virusul poate ocoli sistemul imun, fiind necesare noi vaccinuri in fiecare an; - shiftul antigenic combinarea a segmentelor de ARN de la doua tulpini de virus gripal (de la pasari si de la om) , formand un subtip nou, care va avea un amestec de antigeni de suprafata proveniti de la cele doua tulpini initiale. Este cauza unor pandemii ca cea de gripa spaniola din 1918-1919 care provocat 20 miloane de morti.


MATERIALUL GENETIC AL PROCARIOTELOR - Cromozomul bacterian - Plasmidele Cromozomul bacterian - Genofor, nucleoid - ADNdc circular (Pseudomonas are ADN liniar) - atasat de plasmalema (mezozom) in aprox. 20 de puncte - asociat cu proteine histon-like enzime cu rol in condensarea sa (ADN giraza) - 1000 12 -13 mil. pb - 2000 3000 gene - 1400 m Escherichia coli 3000 gene, 4,7 mil pb, 1mm lungime ADN in cea mai mare parte codificator, fiecare gena aflandu-se intr-un singur exemplar/genom. Amplificare genica doar pentru genele ce codifica ARNr si ARNtCEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA


ETAPELE CONDENSARII CROMOZOMULUI BACTERIAN

A. B.

350 m 30 m 40-50bucle C. 2-3 m Superrasuciri secundare (400 500 pb / rasucire) -In sensul acelor de ceasornic (+) -In sens opus acelor de ceasornic (-) asigura despiralizareanecesara in replicatie sau transcriere



REPLICAREA CROMOZOMULUI BACTERIAN Precede diviziunea Incepe din Ori C = originea replicarii si se termina in regiunea Ter Au un singur replicon

ADN in cea mai mare parte codificator,fiecare gena aflandu-se intr-un singur exemplar/genom. Amplificare genica doar pentru genele ce codifica ARNr si ARNt. Fata de eucariote -genele sunt organizate in operoni, mai multe gene au un singur promotor, fiind cotranscrise pornind de la acesta regiune; -Genele sunt alcatuite doar din ADN non repetitiv (exoni secvente informationale)

-CEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA


PLASMIDELE

-

ADN circular sau linear, dublu catenar, comun eucariotelor si procariotelor; Dimensiuni de la 1- 400 perechi de kilobaze,prin mai multe mecanisme, in functie de tipul de plasmid; - Replicare autonoma de cromozomul celulei gazda; - Descoperite la procariote, dar exista si la eucariote (asociate nucleului, in mitocondrii sau cloroplaste); - Pot fi transferate de la o celula la alta prin transfer orizontal (HGT) Plasmidele bacteriilor - 10-200 copii ale aceluiasi plasmid/celula; - 0,5-2% din materialul genetic; - Contin 6-10 gene; - Sunt transferate de la o bacterie la alta prin : conjugare, transductie, transformare; - Exemple : factorul F, R, colicinogenic (col), plasmide care asigura rezistenta la antibiotice bacteriocine, plasmidu Ti.CEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

Exemple de plasmide bacteriene :

-

factorul F de fertilitate rol in conjugarea bacteriana (fig.); factorul R rezistenta la antibiotice sau otravuri; factorul colicinogenic (col) contine gene care produc colicine, toxice pentru alte bacterii; plasmide care asigura rezistenta la antibiotice bacteriocine; Plasmide degradative degradeaza diferite substante (acid salicilic); Plasmide virulente transforma bacteria intr-una patogena Plasmidul Ti folosit in tehnicile de inginerie genetica, pentru obtinerea de organisme transgenice


Exemple de plasmide bacteriene

-

Plasmide degradative degradeaza diferite substante (acid salicilic); Plasmide virulente transforma bacteria intr-una patogena Plasmidul Ti tumor inducing - folosit in tehnicile de inginerie genetica, pentru obtinerea de organisme transgenice (fig)


Obtinerea tutunului transgenic ce sintetizeaza hemoblobina umana folosind plasmidul Ti1. Tehnica ADN recombinat.

Introducerea celor doua gene pentru hemoglobina umana in plasmidul Ti. 2. Inserarea plasmidului Ti recombinat in Agrobacterium tumefaciens pentru multiplicare. 3. Infectarea celulelor de tutun cu bacterii ce contin genele umane. 4. Separarea celulelor de tutun in al caror cromozomi s-au inserat cele doua gene. 5. Regenerarea de plante de tutun transgenice, producatoare de hemoglobina.CEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

MATERIALUL GENETIC AL EUCARIOTELORGenomul eucariotelor include : - Genele nucleare (cromogene) - Genele extranucleare (plasmagene) GENELE NUCLEARE Materialul nuclear este organizat in cromatina in interfaza cu aspect de filamente cu granulatii din care, in timpul diviziunii, se individualizeaza cromozomii. Compozitie chimica : - 68-72% proteine histonice si non-histonice - 13-15 (16)% ADN - 12 13% ARN cromozomial - Lipide, polizaharide, ioni de calciu si magneziuCEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

ADN-ul - Secvente unice care contin genele - Secvente repetitive : - cea mai mare parte a ADN-ului - este non-informational - 1-n fractii de ADN in care anumite secvente de nucleotide se repeta de un nr. mare de ori; - sunt variabile, difera de la o persoana la alta, si pot suferi rearanjamente (nu au localizare fixa); - roluri in reglajul genetic (activarea/ inactivarea genelor; in celulele inalt specializare 3-5%din gene sunt active) - in diferentierea celulara - in evolutia materialului genetic controleaza rata mutatiilor; - lipsesc la procariote si la formele acelulare


PROTEINELE HISTONICE- Cele mai numeroase - Rol in condensare cromatinei, ADN-ul devenind inaccesibil enzimelor replicarii sau transcriptiei genele sunt inactivate - Asigura stabilitatea AND-ului - Sunt incarcate pozitiv, fiind atrase de molecula de ADN, negativa datorita gruparilor fosfat - Prin acetilare, care le incarca negativ, lor are loc desprinderea de ADN si activarea genelor


PROTEINELE NONHISTONICE

- Mai putine, foarte heterogene, au specificitate de tesut si de specie - Activeaza genele, permitand transcrierea, deoarece recunosc sI se fixeaza specific de anumite regiuni ale ADN - Prin fosforilarea lor se mareste rata de transcriere.



NUCLEOSOMUL


ETAPELE CONDENSARII CROMATINEI





EUCROMATINA

- In nucleul interfazic formeaza zone mai lumonoase fiind mai putin condensata, mai laxa - Contine predominant proteine nonhistonice - Se coloreaza normal cu coloranti bazici - Are ciclul de condensare standard : condensare in diviziune, decondensare in interfaza.

HETEROCROMATINA- In nucleul interfazic formneaza regiuni (cromocentri) cu coloratie intunecata, fiind intens condensata. - Contine proteine histonice - Nu este accesibila enzimelor transcriptiei contine ADN repetitiv - Are ciclu atipic de condensare si replicare intarziata, la finalul fazei S - Rol 1. reglator, 2. in diferentierea celulara, 3. in evolutia materialului geneticCEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

GENA EUCARIOTELOR

- Structura discontinua / in mozaic exoni (secvente codificatoare / informationale) si introni (secvente necodificatoare / noninformationale) Contine : 1. Segmentul transcris regiunea START zona de initiere a transcrierii; precedata de promotor recunoscut de ARNpolimeraza - succesiunea de introni si exoni - codonii terminali 2. Segment cu rol reglator plasat, de regula, inaintea segmentului transcris. Se pot intalni si alte elemente cu rol reglator situate dupa segmentul transcris Ca si la procariote este prezent fenomenul de amplificare genica


GENELE EXTRANUCLEARE - PLASMONUL

1% din ADN-ul celulei eucariote In cloroplaste, mitocondrii, simbionti intracelulari O molecula de ADNdc circular inchisa sau deschisa una din catene este intrerupta pentru ca in mitocondrie se poate afle un plasmid - Se transmit pe linie materna ereditate extranucleara sau uniparentala - Difera de ADN-ul nuclear prin raportul A+T/G+C si greutatea moleculara; nu se pot obtine hibrizi moleculari ADN nuclear - ADN extranuclear - Se replica dupa modelul semiconservativ dau nu in faza S, ci independent de ADN-ul nuclearCEX BIOLOGIE PROF. ADINA IMBRIA

-


CROMOZOMUL


Organizarea Materialului Genetic

Documents

Transcript of Organizarea Materialului Genetic