GENETICA MOLECULARA I. Compozitia chimica a acizilor nucleici II. Structura primara si secundara a ADN’ului III. Functia autocatalitica si heterocatalitica a ADN’ului I.
Compozitia chimica a acizilor nucleici
1. ADN=acid dezoxiribonucleic 2. ARN= acid ribonucleic Acizii nucleici sunt subst. chimice macromoleculare formate din unitati repetitive numite nucleotide, formand catene polinucleotidice. O nucleotide are 3 componente: 1. O baza azotata 2. Un zahar 3. Un radical fosfat 1. Bazele azotate sunt de 2 tipuri: - Purinice: adenine(A) guaninaG) - Pirimidinice: Citozina(C) Timina(T) Citozina(C) Uracil(U) 4 b.a ADN: A, G, C, T ARN: A, G, C , U
Sunt prezente: ADN; ARN
ADN ARN
2. 1 Zahar = un glucid = un monozaharid = o pentoza(5C) o La ARN = RIBOZA o La ADN = DEZOXIRIBOZA 3. Radicalul fosfat leaga 2 nucleotide intre ele B. a. purinice se leaga intotdeauna intre ele prin punti e hydrogen cu b. a. pirimidinice. Puntile de H sunt: Duble: A=T; T=A (ADN); A=U; U=A (ARN) Triple : G C; C G (ADN si ARN) 1
II.
-
-
Structura primara si secundara a acizilor nucleici
Str. primara: Structura monocatenara 1 catena= 1 inlantuire de nucleotide care se leaga intre ele prin acidul radical fosfat ARNm; ARNt ADN denaturant Str. secundara: Structura bicatenara 2 catene ADN ARNt Structura bicatenara a ADN’ului
ADN’ul are str bicatenara fiind format din 2 catene care se infasoara elicoidal in jurul unui ax imaginar comun formand un dublu helix. ADN’ul are 2 catene antiparalele la un capat avem 5’ 3’; la celalalt avem 3’ 5’. ADN’ul are2 catene complementare; intotdeauna 1 b. a. purinica se leaga de 1 b. a. pirimidinica si invers prin punti de H duble si triple. Leg. duble de H sunt slabe si se desfac mai usor decat cele triple. ADN’ul are forma de scara fiind format din 2 balustrade de natura glucido-fosforica si de trepre reprezentate de puntile de H. B.a. sunt situate in interiorul moleculei de ADN Denaturarea si renaturarea ADN’ului: Daca fierbem solutia cu ADN la temp de 80⁰-100⁰C puntile de H se desfac si ADN’ul devine monocatenar adica se denatureaza. a. Daca sol. cu ADN se raceste treptat puntile de H se refac iar b. a. sunt atrase electrostatic: ADN’ul devine bicatenar adica se Renatureaza. b. Daca sol. cu ADN se raceste brusc ADN’ul ramane monocatenar adica Denaturat. Importanta: - Crearea de hibrizi moleculari ADN-ARN, ADN-ADN pt. stabilirea leg. filogenetice/ gradului de inrudire dintre 2 specii. procesul de incrucisare intre 2 specii diferite(2 molec. diferite) se numeste Hibridare. Hibridizarea implica refacerea unui dublu helix pornind de la catena de ADN de origine diferita sau chiar de la o catena de ADN si o catena de ARN.
2
Tipuri de ARN 1. 2. 3. 4. 5.
ARN viral ARN nuclear mic ARN de transport ARN mesager ARN ribosomal
1. ARN v- constitue materialul geneti al unor virusuri cu ARN-RIBOVIRUSURI- v. rabiei, v. gripal; 2. ARN nm- situate in nucleul celulelor eucariote - contribuie la functionarea nucleului in procesele de sinteza proteica si in sintezele de transcriptie. 3. ARNt – cel mai mic - contine 70-90 nucleotide - forma unei Frunze de trifoi avand 4 brate bicatenare si 3 bucle monocatenare - bratul central are * la un pol un “ciot” de care se fixeaza aminoacidul * la polul opus are 3 nucleotide care formeaza un anticodon - rolul: de a transporta a.a. la locul sintezei proteice=ribozomi. 4. ARN m: - are forma liniara - este prezent in cel. procariota si in cel. eucariota - rol: copie informatia genetica de pe o catena a ADN’ului si o transporta la ribozomi unde este decodificata si transformata intr-o succesiune de a.a. –o proteina - ARN m copie informatia genetica de pe o catena a ADN’ului process numit TRANSCRIPTIE (process care se petrece in nucleu); - ARN m care contine INTRONI(secvente non-informationale) si EXONI (secvente informationale) formeaza ARN m precursor sau premature(enzima ARN polimeraza) - ARN m care contine doar EXONI se numeste ARN m matur; acesta se formeaza prin indepartarea intronilor si asamblarea exonilor cu ajutorul unei enzime numuta ligaza
ARN m- procariote ARN m- se afla in citoplasma - este matur si contine doar EXONI - are mai multe gene care det. sinteza mai multor proteine
5.
ARN m- eucariote ARN m – se afla in nucleu, in citoplasma - precursor(prematur) contine EXONI si INTRONI - matur contine doar EXONI - are o singura gena care det. sinteza unei singure proteine
ARNr – intra in structura ribozomilor - ARN+proteina= ribozomi=sediul sintezei proteice
3
III.
Functia autocatalitica si heterocatalitica a AND’ului
1. Heterocatalitica 2. Autocatalitica 1. Functia heterocatalitica a mat. genetic este exprimata prin dogma centrala a geneticii prin care se arata circuitul informatiei genetice in celula. Transcriptie
Translatie
ARNm ARNt ARNr ARN nm
ADN In citoplasma
Proteine In nucleu
1) Transcriptia informatiei genetice: copierea informatiei genetice de pe o catena a ADN’ului pe catena ARN’ului mesager; se desfasoara in nucleu la eucariote si in citoplasma la procariote. 2) Translatia: traducerea unei secvente de nucleotide din ARN m intr-o secventa de AA din molecula proteica. Locul translatiei este in citoplasma la nivelul ribozomilor. ADN- succeciune de nucleotide(AGCT……) aARN m- succesiune de nucleotide (AGTU…..) T A C C T A 5’
3’ ADN/ catena polinucleotidica A U G G A U …….
ARNm / catena polinucleotidica complementara catena polipeptidica
O scuccesiune de 3 nucleotide formeaza un codon. Pt. decodificarea mat. genetic din ARN m intr-o proteina respective AA avem nevoie de 3 nucleotide pt. un AA. Sinteza proteinelor se desfasoara in 2 faze:
Transcriptia Initierea transciptiei Alungirea catenei polinucleotidice Terminarea transcriptiei Translatia Initierea sintezei proteice Alungirea catenei polipeptidice Terminarea sintezei proteice
4
Sinteza proteinelor: Transcriptia 1) Initierea- copierea inf de pe ADN-ARN; 2) Alungirea- formarea ARN’ului prematur 3) Terminarea – formarea ARN’ului matur
Translatia 1) Initierea 2) Alungirea 3) Terminarea
3 reactii
ETAPELE TRANSLATIEI: a. Activarea aminoacizilor cu ajutorul ATP si a enzimei aminoacil sintetaza. AA + ATP => Aminoacil sintetaza => AA~AMP + P~P b. Transferul aminoacizilor activati de ARNt AA~AMP + ARNt => Aminoacil sintetaza => AA~ARNt + AMP c. Ansamblul aminoacizilor in lantul protidic AA1~ARNt1 + AA2~ARNt2 => Peptid polimeraza => AA1~AA2 + ARNt + ARNt2 ATP= adenozintrifosfat = ADP(adenozindifosfat)+ AMP(adenozinmonofosfat) ATP= subst. macroergica purtatoare de energie pe care o elibereaza in functie de necesitatile celulei
2. Functia autocatalitica consta in replicarea ADN’ului dupa modelul semiconservativ. Se cunosc 3 metode : Conservative Depresiv Semiconservativ
Modelul semiconservative consta in ruperea puntilor de H rezultand ADN monocatenar. Ulterior, fiecare catena originala serveste ca model pt. sinteza unei catene noi. Vor rezulta doua molecule noi, fiecare avand o catena veche si o catena nou sintetizata deoarece puntile de H complementare intre b.a. din cele 2 catene pot fi numai de tipul A=T; G ; T=A; ; secventa nucleotidelor in cele 2 molec rezultate este identica cu secventa de nucleotide din molec. originala. Astefel cele 2 molecule respective cele 2 fice rezultate vor avea aceeasi constructie genetica cu molecula/ celula initiala.
5
1) Cetena veche 3’-5’ serveste ca matrita pt sinteza unei catene complementare 5’-3’ care se numeste catena noua directoare principal sau continua. 2) Deoarece catena 3’-5’ prezinta liber capatul OH la care pot fi adaugate noi nucleotide, sinteza are loc continuu sub actiunea enzimei ADN polimeraza III, pe baza ordinii dictate de succesiunea nucleotidelor din catena matrita dar si a leg. de H de tip A=T; 𝐺 𝐶; 3) Dupa sinteza are loc rasucirea catenei nou formate fata de cea prncipala, formandu-se structura bicatenara
1) Catena veche 5’-3’ serveste ca matrita pt. sinteza unei catene noi complementare, catena 3’-5’ discontinua. 2) Deoarece catena 5’-3’ nu prezinta liber capatul OH sinteza noii catene se realizeaza invers de la furca de bifurcare spre capatul libere. Sinteza are loc discontinu fiind formata din fragmente Okazaki. 3) Enzima de initiere a sintezei este ARN primaza care sintetizeaza un primer ARN cu cateva nucleotide. De acest primer se leaga nucleotide cu ajutorul enzimei ADN polimeraza III. ADN’ul polimeraza I ataseaza ultimul nucleotid, ADN ‘ul ligaza leaga fragmentele Okazaki=> o catena noua care se va rasuci in jurul catenei vechi formandu-se o struct. bicatenara
6
Materialul genetic la virusuri, procariote si eucariote 1. 2. 3. 4.
Def notiunilor de virusuri, procariote, eucariote Precizarea mat. genetic la virusuri, procariote si eucariote Descrierea mat. geneti la virusuri, procariote si eucariote Asemanari si deosebiri intre mat. genetic la virusuri, procariote si eucariote i.
Materialul denetic la virusuri
1. Def: Virusurile sunt entitati infectioase strict parazite strict intracelulare. Virusurile sunt subst. macromolec.nucleoproteice(invelis proteic+acid nucleic). Virusurile nu au struct. celulara, sunt formate din capsida proteica+ acid nucleic(ARN sau ADN) niciodata ambele.
Virusurile se gasesc sub 3 stari: *Virion= virus matur = virus aflat in afara cel. parazitate *Virus vegetativ = virus integrat in genomul cel. parazitate *Provirus = genom viral atasat cromozomului celulei gazda 2. Mat. genetic al virusurilor este o molecula de ADN sau ARN cu struct. Monocatenara sau bicatenara de forma liniara sau circular. Virusuri cu ARN= ribovirusuri: VMT, HIV, gripal, rabiei,poliomielitei. VMT= virusul mozaicului tutunului Ribovirusuri monocatenare: HIV, VMT, gripl Ribovirusuri bicatenare: reovirusuri Virusuri cu ADN= dezoxiribovirusuri: hepatitei, herpesului, variolei Adenovirusuri monocatenare: bacteriofagul phi 174 Adenovirusuri bicatenare: T4, hepatitei, herpesului, variolei
7
ii.
Materialul genetic la procariote
Materialul genetic este situat in citoplasma. La procariote mat. genetic este reprezentat de o molec de ADN dublu catenara circular care formeaza un cromozom= genom bacterian care se numeste nucleoid. Genom=tot. genelor din ADN(4-250gene) O gena= un fragment de ADN= o succesiune de nucleotide Deoarece lungimea molecule de ADN este de 1000 de ori mai mare decat dimensiunea cel bacteriene, molec de ADN formeaza 40-50 bucle sub forma unui cerc, bucle sustinute la baza de un ARN. Molec. de ADN sufera procese de impachetare si condensare formand super-rasuciri poz. si neg. cu rol in transcriptie si translatie. Unele bacterii prezinta ADN extracromozomial= plasmid. Rolul plasmidelor 1. Introduce fenomene de parasexualitate: Factorul F/ Plasmidul F 2. Induc rezistenta la unele antibiotice si factor de stres: Factorul R/ Plasmidul R 3. Plasmidele sunt folosite ca vectori, pt. ca pot fi transferate de la un org. la altul=>org. mod. genetic.
8
iii.
Materialul genetic la eucariote
Eucariotele sunt org. cu str. celulata de tip eucariot, prezinta nucleu bine individualizat.
Nucleul, plastidele si mitocondriile cu ADN, ARN si proteine sunt autodivizibile. Nucleul este format din: a. Membrane nucleara dubla cu pori b. Nucleoplasma = carioplasma = cromatina care prin condensre formeaza cromozomii Compozitia chimica: ADN 13-16% ARN 12-13% Protein histonice si nonhistonice: 68-70% Ioni de Ca, Mg 1-2% Lipide c. Unul sau mai multi nucleoli cu rol in biogeneza ribozomilor Materialul genetic la eucariote este: I. Nuclear= in nucleu Cromozomial = in cromozomi II. Extranuclear
in citoplasma
Extracromozomial 1) ADN mitochondrial(in CA si CV)-> Energetic 2) ADN plastidial(pld)-> in plastid(coar in CV)/ cloroplastidic (clp)->cloropaste ->Fotosinteza 3) ADN plasmidial / in plasmid (in CA si CV) 9
Stuctura cromozomului la eucariote
Cromatina din nucleu se condenseaza si formeaza cromozomii. Cromozomii sunt: Monocromatidici Bicromatidici – dupa replicarea materialului genetic Un cromozom este format din: 1) 2 brate numite cromatide
2) 3) 4) 5)
Un punct de legatura numit constrictie primara (centromer)
2 molec de ADN numite cromoneme un invelis nucleoproteic o substanta numita matrice (un amestec de ARN, ADN, protein, lipide, ioni de Ca si Mg) 6) constrictie secundara care delimiteaza o formatiune numita satelit
7) Capete numite telomere
De-a lungul cromozomilor se evidentiaza niste benzi mai intunecate si mai luminoase. Cromatina formeaza benzi intrunecoase si luminoase Cromatina se afla sub doua stari: 1. Eucromatina 2. Heterocromatina
Eucromatina -mai luminoasa -mai laxa, relaxata -este functionala, intervine in sistemul de sinteza proteica -> transcriptia -contine gene active d.p.d.v metabolic -contine gene nonrepetitive
Heterocromatina -mai intunecoasa -mai condensate -nefunctionala -cu gene inactive, repetitive -blocheaza sinteza proteica 10
Cromatina este reversibila- poate trece dintr-o stare in alta(eucromatina <-> heterocromatina). Cromozomul la eucariote este format prin impachetarea fibrei de cromatina al carui elem. structural este nucleozomul. Nucleozomul rep. elem. Structural al fibrei de cromatina. Un nucleozom are forma unui cilindru fiind format din 8 proteine histonice + 2 spire de ADN. D. p.d.v. chimic este un optamer format din 2H2A, 2H2B, 2H3, 2H4. 2 nucleozomi se leaga intre ei printr-un fragment de ADN si o proteina histonica H1 linker. 6 nucleozomi pe spira formeaza o formatiune numita solenoid.
Procese de impachetare a cromatidelor: Cromozomul Fibra de comatina Solenoid
11
