Elementele moleculare care stau la baza
functiilor nucleului
• Nucleotid - Unitatea structurala a moleculelor de ADN si ARN
• Codon – Secvenţă din 3 nucleotide. Unitatea informaţionala a moleculei de ADN si ARN. – Sunt cunoscuţi 64 de codoni (61 codoni definesc 20
aminoacizi, 3 codoni au rol de STOP pentru sinteza proteică)
• Gena (cistron) – Unitatea funcţionala, care se transcre, a moleculei de ADN. – Este secventa de codoni, care contine informatia completa
privind secventa unui lant peptidic
• Genom – totalitatea genelor dintr-o celula
Cele doua functii ale AND-ului nuclear
• REPLICAREA ADN (functie autocatalitica) - mecanism molecular, prin care are loc sinteza unei copii de ADN, pe baza complementaritatii nucleotidelorin. Are loc in diviziunea celulara
• TRANSCRIPTIA (functia autocatalitica) - mecanism molecular, prin care are lor transcrierea unei molecule ADN intr-o molecula de ARN. Are loc, in principal, in nucleul interfazic si reprezinta fenomenul de “expresie genica”
Functia autocatalitica a ADN-ului
• Are loc inaintea unei diviziuni celulare
• Are loc in faza de sinteza a ciclului celular
• Are ca scop generarea unei copii fidele a genomului unei celule
• Este declansata/inhibata de semnale intrinseci/extracelulare, care activeaza/blocheaza functiile proteinelor reglatoare de gene
Mecanismul molecular de replicatie ADN • Replicaţia începe bidirecţional dintr-un
punct fix, origine, de la care se formează
două furci de replicare
• Dublul helix al ADN se desface prin
acţiunea enzimelor care rup punţile de
hidrogen dintre cele două catene
complementare
• ADNul despiralizat este stabilizat de
proteinele SSB (single strand binding
proteine)
• Sinteza ADN începe cu un primer ARN
(un scurt fragment, de 10 nucleotide, de
ARN complementar cu originea ADN.
Primerii sunt mai târziu înlocuiţi cu
secvenţa ADN de enzime specifice
• Sinteza are loc doar in directia 5' 3'.
• Procariotele – o singura origine de
replicare/cromozom
• Eucariote – multiple origini de replicare
Complexul enzimatic al replicarii
• ADN Primaza (polimeraza ARN specifică) sintetizează primul fragment (de tip ARN) nucleotidic la capatul 5'
• ADN-polimeraza I adăugâ prima dezoxiribonucleotidă la capătul 3’-OH al primerului ARN, alungeşte fragmentele Okazaki , are acţiune exonucleazică, realizând înlăturarea primerului ARN.
• ADN-polimeraza III - acţionează după ADN-polimeraza I, contribuind la alungirea lanţului de ADN nou-sintetizat. • În comparaţie cu ADN-polimeraza I, care polimerizează doar 10 nucleotide,
ADN-polimeraza III polimerizează circa 1000 nucleotide.
• ADN-ligazele catalizează formarea legături lor fosfodiesterice între un grup 3’-OH şi grupul 5’-fosfat ale aceluiaşi lanţ ADN . Ligazele sunt esenţiale în sinteza moleculelor normale de ADN, în mecanismele de reparare a ADN, cât şi pentru tăierea lanţului ADN în recombinarea genetică.
• Topoizomerazele I şi II exercită acţiunea de desfacere şi despiralizare a helixului de ADN, • topoizomeraza I taie doar o catena a dublului helix • topoizomeraza II taie ambele catenel ale dublexului helix ADN. • Topoizomerazele au câte două subunităţi: “nick-aza”, care taie catena
fosfodiesterică in lanţul de ADN, şi “giraza”, care resudează cele două capete libere ale ADN-ului
Fragmentele Okazaki
• ADN-polimeraza III alungeşte lanţul ADN doar în direcţia 5' la 3'.
• Sinteza ADN este continuă pe o catenă (catena timpurie) şi discontinuă pe cealaltă catena (catena târzie).
• Pe catena târzie se formează fragmente polinucleotidice, fragmente Okazaki
• Asamblarea fragmentelor este realizata de ligaze
Modelul semiconservativ de sinteza ADN
Fiecare molecula dublu-catenara de ADN, formata ca
urmare a procesului de replicatie, va contine o catena
noua si una veche, din molecula de ADN parental
Corectarea greselilor de replicatie
Deficiente in controlul
si repararea greselilor
de citire, pot duce la
acumularea rapida a
mutatiilor in celula.
Importanta biologică a mitozei şi meiozei • MITOZA
– Diviziunea celulelor somatice in crestere, regenerare
– Din celula diploidă 2n se genereaza 2 celule fiice diploide, fiecare 2n
– Transmiterea nealterată a informatiei genetice la toate celulele unui organism pluricelular
• MEIOZA
– Diviziunea celulalor germinale, 2n, cu formarea gametilor haploizi, n.
– Din celula diploida 2n, se formeaza 4 celule haploide, n.
– Fuziunea a doua celule haploide duce la formarea unei celule 2n – zigotul (prima celula diploida a unui organism pluricelular).
Expresia genică Transcriptia si translatia
• Transcriptia si translatia sunt functii ale nucleului
interfazic
• Transcripţia – fenomenul de transcriere a
informaţiei genetice din secventa ADN în secventa
ARN
• Doar o singură catenă de ADN este folosită ca
matrită pentru sinteza ARN
• Enzimele implicate in transcriere - ARN
polimerazele
– ARN-polimeraza I sintetizează ARN ribozomal (ARNr);
– ARN-polimeraza II sintetizează ARN mesager (ARNm)
– ARN-polimeraza III sintetizează ARN de transfer (ARNt).
Procesul de transcriptie in celula eucariota
• Capat 5' - modificat GTP. Participa la
recunoasterea semnalelor de legare la
ribizomi.
• Capat 3‘ - capat Poli –A, aprox. 150 sau
mai multe nucleotide adenozinice. Are rol
de stabilizare a moleculei de mARN.
Mecanismul transcriptiei • Initierea
– Recunoasterea promotorului de catre ARN polimeraza • Promotor – secventa ADN, situată inaintea situsului de
start al sintezei ARN • La procariote promotorul este reprezentat din secventa
TATAAT, iar la eucariote, TATA-box, formată din 7 nucleotide cu reziduuri A şi T
– Legarea ARN polimerazei de regiunea promotor • Alungirea catenei de ARN
– Alungirea catenei in directia 5' - 3‘ sub actiunea ARN polimerazei
– Formarea legăturilor de hidrogen dintre catena ADN si catena ARN in sinteza (hibrid temporar)
• Terminarea sintezei – recunoasterea secventelor repetitive de la capătul terminal al genei
Aparatul de translatie
• Ribozomii - complexe riboproteice multienzimatice
• ARN de transfer (ARNt) – transporta aminoacizii la locul sintezei
• Enzime aminoacil-sintetaze - realizează legătura dintre aminoacid şi molecula de ARNt
• Aminoacizii - cei 20 de aminoacizi naturali, pentru care există cel putin o moleculă de ARNt.
• Factori de transcripţie specifici (de initiere - IF , de elongare - EF şi terminatori - TF), care participă la reglarea procesului de sinteză.
Codul genetic universal 43 = 64 codoni
Prima nucleotidă a A doua nucleotidă a codonului A treia nucleotidă a
codonului 5' U C A G codonului 3'
U
UUU Fenilalanină
UUC Fenilalanină
UUA Leucină
UUG Leucină
UCU Serină
UCC Serină
UCA Serină
UCG Serină
UAU Tirozină
UAC Tirozină
UAA STOP
UAG STOP
UGU Cisteină
UGC Cisteină
UGA STOP
UGG Triptofan
U
C
A
G
C
CUU Leucină
CUC Leucină
CUA Leucină
CUG Leucină
CCU Prolină
CCC Prolină
CCA Prolină
CCG Prolină
CAU Histidină
CAC Histidină
CAA Glutamină
CAG Glutamină
CGU Arginină
CGC Arginină
CGA Arginină
CGG Arginină
U
C
A
G
A
AUU Izoleucină
AUC Izoleucină
AUA Izoleucină
AUG Metionină
ACU Treonină
ACC Treonină
ACA Treonină
ACG Treonină
AAU Asparagină
AAC Asparagină
AAA Lizină
AAG Lizină
AGU Serină
AGC Serină
AGA Arginină
AGG Arginină
U
C
A
G
G
GUU Valină
GUC Valină
GUA Valină
GUG Valină
GCU Alanină
GCC Alanină
GCA Alanină
GCG Alanină
GAU Acid aspartic
GAC Acid aspartic
GAA Acid glutamic
GAG Acid glutamic
GGU Glicină
GGC Glicină
GGA Glicină
GGG Glicină
U
C
A
G
Caracteristicile codului genetic
• Degenerat: numeroase triplete (codoni) sunt sinonime, codificând acelaşi aminoacid.
• Nesuprapus: doi codoni succesivi nu au nucleotide comune, iar citirea informaţiei genetice se face continuu, fără reveniri.
• Fără virgule: între codoni nu există nucleotide sau codoni de separare care să marcheze începutul sau sfârşitul unui codon, informaţia genetică citindu-se continuu.
• Universal: codul genetic cu triplete este valabil la toate organismele vii, aceleaşi triplete codificând aceiaşi aminoacizi (excepţie face genomul mitocondrial, unde există mici modificări în codificarea unor triplete).
Mecanismul translatiei 1. Initierea sintezei proteice
– ARNm migrează în citoplasmă, unde impreuna cu ribozomii formeaza polizomii
– Activarea primului aminoacid din lantul polipeptidic (metionina) în urma reacţiei cu molecula de ATP, in prezenta aminoacil-sintetazei
AA + ATP --- aminoacil sintetaze AA -AMP + P-P
– Legarea aminoacizilor activaţi la ARNt in prezenta aceleiasi enzime
AA-AMP + ARNt ---aminoacil sintetaze AA-ARNt + AMP
– Initial se formează complexul ARNm-AA1-ARNt1-subunitatea mica ribozomala
• Complexul de initiere interactioneaza cu subunitatea mare ribozomală, astfel incat AA1-ARNt1 (cu metionina) va fi pozitionata in situsul P al subunitatii mari ribozomale
• Urmează aditia celuli de al doilea AA2 in situsul A al subunitatii mari ribozomale
• Formarea legaturii peptidice dintre cei doi aminoacizi (din situsul P si A) in prezenta enzimei peptidiltransferazei
• Translocarea complexului ribozomal de-a lungul moleculei de ARNm cu un codon (se elibereaza situsul A, iar situsul P va fi ocupat de polipeptidul in crestere)
AA1-ARNt1 + AA2-ARNt2---peptidil transferazaAA1-AA2 + ARNt1 + ARNt2
3. Terminarea sintezei proteice
• Sinteza polipeptidelor se termină atunci când în situsul A apare unul din cei trei codoni stop
• La codonul stop, are loc interactiunea polipeptidului cu molecula H2O si completarea capatului carboxilic COOH,
• Desfacerea complexelor ribozomale in subunitati, eliberarea moleculei ARNm si a polipeptidului
• La terminarea sintezei polipeptidice participa factorii terminatori TF
Top Related