Curs 2 - 2024 PDF

DISCIPLINA GENETICĂ MEDICALĂ DEPARTAMENTUL CLINIC 7 PEDIATRIE FACULTATEA DE MEDICINĂ UMF “CAROL DAVILA”  Replicarea ADN ADN-ul mitocondrial Acizii ribonucleici  Replicarea ADN Replicarea ADN-ului este procesul prin care se sintetizează ADN-ul. A fost descris de către...

DISCIPLINA GENETICĂ MEDICALĂ DEPARTAMENTUL CLINIC 7 PEDIATRIE FACULTATEA DE MEDICINĂ UMF “CAROL DAVILA”  Replicarea ADN ADN-ul mitocondrial Acizii ribonucleici  Replicarea ADN Replicarea ADN-ului este procesul prin care se sintetizează ADN-ul. A fost descris de către Watson-Crick: fiecare catenă a unei molecule de ADN se comportă ca o matriţă pentru sinteza unei noi molecule de ADN, iar secvenţa de nucleotide din catena nou formată este determinată de complementaritatea bazelor. Are loc în timpul fazei S a diviziunii celulare. Pentru ca procesul replicării să se desfăşoare într-o perioadă de timp rezonabilă sunt necesare mai multe puncte de start ale replicării (denumite repliconi). Schematic, dubla spirală a ADN se separă în cele două catene componente formând o structură în formă de Y numită “furcă de replicare”.  Replicarea ADN Etapele replicării: Iniţierea implică recunoaşterea regiunii de pe o moleculă ADN unde va începe procesul de replicare. Elongarea cuprinde evenimetele ce se desfăşoară la o bifurcaţie de replicare, unde catenele parentale sunt copiate în catene fiice. Terminarea presupune încheierea procesului atunci când molecula parentală a fost complet replicată.  Replicarea ADN Mecanismele replicării: Iniţierea Sub acţiunea unor enzime numite topoizomeraze ADN-ul este despiralizat Catenele sunt separate de către alte enzime numite helicaze, iar proteinele SSB (strand binding proteins) stabilizează catenele şi împiedică respiralizarea lor Desfacerea ADN-ului are loc simultan în mai multe puncte denumite repliconi, la aceste nivele apărând “furcile de replicare” sau bifurcaţiile de replicare în formă de Y  Replicarea ADN Mecanismele replicării: ADN-ul devine monocatenar, iar ambele catene se replică simultan, servind ca matriţe pentru catenele nou formate Pentru iniţierea replicării este nevoie de enzima ARN primaza care va aşeza primul nucleotid (ARN primer), iar apoi enzimele necesare replicării numite ADN polimeraze (Pol δ şi Pol α) vor elonga catenele ADN polimerazele prezintă două caracteristici generale: -toate ADN polimerazele sintetizează ADN numai în direcţia 5’→3’ -“nu ştiu” să înceapă sinteza unei catene ci numai să o alungească, adăugând un nucleotid la extremitatea 3’OH  Replicarea ADN Mecanismele replicării: Polimerizarea celor două catene care sunt antiparalele se va face diferit, deoarece ADN polimeraza se poate deplasa doar în direcţia 5'-3': 1. pentru catena matriţă 3'-5' sinteza catenei noi (denumită leadding strand sau catenă avansată) se realizează continu, ARN primaza find necesară doar la începutul replicării, iar apoi ADN polimeraza va adăuga nucleotid cu nucleotid la capătul 3'-OH. 2. pentru catena matriţă 5'-3' sinteza catenei noi (denumită lagging strand sau catenă întârziată) se va face discontinu cu ajutorul Pol δ, începând din punctul mai îndepărtat al furcii de replicare, prin sinteza unor fragmente de 100-1000 nucleotide numite fragmente Okazaki, care apoi sunt legate cu ajutorul ADN ligazei.  Replicarea ADN Mecanismele replicării: Într-o fază mai avansată a replicării primerii sunt îndepărtaţi atât din structura catenei avansate, cât şi din cea întârziată, după care golurile sunt umplute de ADN polimerază α Replicarea este bidirecţională, având loc în ambele sensuri, terminându-se când ADN polimeraza ajunge la capătul repliconului Replicarea este semiconservativă, moleculele de ADN fiice fiind formate dintr-o catenă veche şi una nouă  ADN-ul mitocondrial Mitocondriile sunt organite celulare a căror funcţie este producerea de energie. Cu toate că majoritatea ADN-ului se regăseşte în nucleul celulei (98%), mitocondriile prezintă şi ele ADN-ul propriu. Acest material genetic este denumit ADN mitocondrial (ADNmt).  ADN-ul mitocondrial Caracteristicile ADN-ului mitocondrial Genomul mitocondrial are un ADN circular, bicatenar format din 16.569 pb. Este format din două catene: catena H (grea) şi catena L (uşoară) Într-o regiune mică denumită bucla CR/D în care se află situsul de iniţiere al transcripţiei şi replicării, ADN-ul este alcătuiţi din trei catene: catena H, catena L şi o secvenţă ADN 7S Genomul mitocondrial este compact şi conţine 37 de gene (28 pe catena H şi 9 pe catena L): - 13 gene codifică enzime implicate în fosforilarea oxidativă - 22 gene codifică ARNt (de transfer) - 2 gene codifică ARNr (ribozomal)  ADN-ul mitocondrial Caracteristicile ADN-ului mitocondrial Genele ADNmt nu conţin introni ADNmt nu este asociat cu proteine şi nu conţine ADN repetitiv Numărul copiilor de ADN variază de la o mitocondrie la alta, fiind între 2 şi 20 Codul genetic mitocondrial are o semnificaţie diferită ADNmt se transmite exclusiv pe cale maternă  ADN-ul mitocondrial Caracteristicile ADN-ului mitocondrial Rata mutaţiilor în ADNmt este de 10-15 ori mai mare ca în ADN nuclear şi deobicei se produce fenomenul de heteroplasmie, într-o mitocondrie existând atât ADN nomal cât şi cu mutaţie Homoplasmia este situaţia în care o celulă conţine o populaţie pură de ADNmt normal sau mutant Mutaţile ADNmt produc boli neurodegenerative severe cu un debut tardiv şi evoluţie progresivă precum: miopatia mitocondrială, sindromul Kearns-Sayre, neuropatia optică ereditară Leber.  Acizii ribonucleici Acizii ribonucleici sunt macromolecule prin intermediul cărora informaţia genetică este exprimată şi vehiculată în organismul uman. Structura lor moleculară este foarte asemănătoare cu a ADN-ului cu diferenţele că glucidul din compoziţie este reprezentat de riboză în loc de dezoxiriboră, iar timina este înlocuită cu uracilul. ARN-ul se regăseste în majoritate sub formă monocatenară, însă poate forma şi dublu helix în anumite condiţii. Din totalitatea moleculelor de ARN regăsite într-o celulă care este activă din punct de vedere metabolic, ARNm reprezintă 3-5%, ARNr reprezintă 90%, iar ARNt aproximativ 4%.  Acizii ribonucleici Tipuri principale de ARN 1. ARN mesager (ARNm) 2. ARN de transfer (ARNt) 3. ARN ribozomal (ARNr) 4. Alte tipuri de ARN  Acizii ribonucleici ARN mesager (ARNm) 1. rezultă din ARN mesager precursor (pre-ARNm) printr-un proces de maturare (matisare) care presupune înlăturarea intronilor şi protejarea extremităţilor. 2. este o copie a secvenţei codante a unei gene şi serveşte ca şi matriţă pentru sinteza unei proteine. 3. este exportat din nucleu în citoplasmă unde se leagă de ribozomi şi translatat în proteină cu ajutorul ARNt 4. o secvenţă de trei nucleotite reprezintă un codon care este apoi tradus printr-un aminoacid în proteină  Acizii ribonucleici ARN mesager (ARNm) 5. mărimea moleculei ARNm este direct proporţională cu dimensiunea peptidului pe care îl codifică, de exemplu o secvenţă codană de 1000 pb va determina formarea unei proteine cu 333 aminoacizi. 6. unele ARNm sunt comune tuturor celulelor specificând proteine house-keeping, iar altele sunt specifice anumitor celule, de exemplu hemoglobina regăsită doar în hematii 7. într-o celulă există câteva sute de molecule de ARNm diferite  Acizii ribonucleici ARN de transfer (ARNt) 1. se găseşte în citoplasma celulelor 2. este o moleculă mică de ARN formată din 70-93 de nucleotide care transferă la situsul ribozomal în timpul translaţiei un aminoacid specific lanţului polipeptidic în formare 3. într-o celulă care sintetizează activ proteine se regăsesc simultan cel puţin 50 de tipuri de ARNt 4. există cel puţin un ARNt pentru fiecare dintre cele 20 de tipuri de amnioacizi regăsiţi în proteine  Acizii ribonucleici ARN de transfer (ARNt) 5. are o structură particulară, prezentând un sit pentru ataşarea aminoacidului şi trei bucle, dintre care una prezintă o regiune de trei nucleotide denumită anticodon pentru recunoaşterea codonului din ARNm de care se leagă prin legături de hidrogen 6. secvenţa anticodonului ARNt este esenţială pentru formarea lanţului de aminoacizi ai proteinei.  Acizii ribonucleici ARN ribozomal (ARNr) 1. Este sintetizat în nucleu 2. În citoplasmă se combină cu proteine fiind elementul majoritar din structura ribozomului având atât rol catalizator cât şi structural în sinteza proteinelor prin procesul translaţiei 3. Ribozomii umani conţin patru tipuri de ARNr: 5S, 5,8S, 18S şi 28S care intră în componenţa celor două subunităţi (mare şi mică) 4. Ribozomii leagă ARNm şi realizează sinteza proteinelor 5. Mai mulţi ribozomi pot fi ataşaţi simultan la o moleculă de ARNm 6. ARNr este regăsit în cantitate mare în citoplasmă reprezentând 90% din totalitatea ARN-ului  Acizii ribonucleici Alte tipuri de ARN a) ARN mic nuclear (ARNsn) (small nuclear) ▪ reprezintă un grup heterogen de ARN de 60-360 nucleotide ▪ intră în constituţia spliceozomului participând la convertirea pre-ARNm în ARNm prin secţionarea şi îndepărtarea intronilor ▪ participă la procesarea altor clase de ARN ▪ reglează factorii de transcripţie b) ARN mic nucleolar ARNsno (small nucleolar) ▪ reprezintă un grup heterogen de ARN de 60-360 nucleotide ▪ participă la biogeneza ARNr şi ARNt ▪ participă la reglarea matisării alternative a unor gene  Acizii ribonucleici Alte tipuri de ARN c) Micro ARN (ARNmi) ▪ este o moleculă de ARN de 21-22 nucleotide ▪ blochează translaţia sau produce degradarea ARNm prin fenomenul de „interferenţă ARN” d) ARN interferent mic (ARNsi) (small interfering) ▪ este o moleculă de ARN de 20-25 nucleotide ▪ este utilizat posttranscripţional e) ARN necodant lung ▪ este o moleculă de ARN cu o lungime ce depăşeşte 200 de nucleotide ▪ este implicat în reglarea expresiei genelor prin modificarea cromatinei, biologia telomerelor, amprentare, inactivarea cromozomului X. Va mulţumesc pentru atenţia acordată! Dr. Strugaru Cristian Răzvan