De la ADN la cromozomi

Mărimea: px
Porniți afișarea la pagina:

Download "De la ADN la cromozomi"

Transcriere

1 De la ADN la cromozomi ADN monocatenar (mc) unele virusuri, de ex. parvovirusuri ADN dublucatenar (dc) circular Unele virusuri Cromozom bacterian, Plasmide bacteriene ADN mitocondrial, ADN cloroplastic ADN dc circular ADN dc circular de la virusul SV40 Plasmide la E.coli Plasmide la E.coli ADN dc circular ADN dc circular din mitocondrii umane Cromozom la E.coli Cromozom la E.coli Unele virusuri Cromozomi de la eucariote ADN dc uman in replicare

2

3 De la ADN la cromozomi În celule, moleculele de ADN sunt asociate cu proteine Fiecare moleculă ADN + proteinele asociate = cromozom, şi la PK, şi la EK Cuvântul cromozom : chroma = culoare, soma = corp Î cromozom = corp colorat Împachetarea ADN ului în cromozomi îndeplineşte mai multe funcții : ADN ul celular are dimensiune mai mare decât celula Î ptr a încăpea în celulă, ADN ul trebuie compactat Împachetarea ADN ului şi asocierea cu proteine protejează față de alterări ADN ul nud este destul de instabil în celule, spre deosebire de cromozomi, care sunt mult mai stabili Doar în formă compactată în cromozomi, ADN ul poate fi transmis eficient şi egal la cele celule fiice Crz conferă o organizare globală fiecărei molecule de ADN, organizare ce conferă şi accesibilitate către ADN ½ din masa unui crz EK = proteine Cromatină = regiuni din ADN asociate cu proteine Majoritatea proteinelor asociate cu moleculele de ADN = proteine cu g.m. mică, bazice HISTONE Alte proteine asociate cu ADN : NON HISTONE reglează replicarea, repararea, recobinarea şi transcrierea Primul rol improtant al proteinelor asociate cu ADN, în mod special al histonelor, este compactarea moleculelor de ADN De ex: grosimea medie a unei pb = 3,4 Å 1 celulă umană conține 3 x 109 pb / set haploid, ~ 1010 Å ~ 1 m 1 cel. are în nucleu ( φ =10 15mm) m de ADN

4 Fiecare celulă are un anumit număr, specie-specific, de cromozomi PK Nu există membrană nucleară Æ nu există nucleu Majoritatea PK au 1 cromozom = 1 moleculă de ADN d.c. circular Cromozomul bacterian nucleoid ADN extracromozomal: PK pot avea şi plasmide (molecule ADN dc, de obicei circulare) Organismele se înmulțesc prin diviziune celulară simplă fisiune binară EK Majoritatea celulelor EK sunt DIPLOIDE: au câte exemplare din fiecare crz, dar cele exemplare nu sunt identice Număr par de cromozomi în nucleu (n), fiecare crz = 1 moleculă ADN d.c. ADN extracromozomal: în mitocondrii, cloroplaste câte 10 molecule ADNdc circular ADN mt Diploidia asigură înmulțirea de tip sexuat a organismelor EK gameții au ½ nr.crz (câte 1 exemplar din fiecare tip de crz) Organismele EK (majoritatea) se înmulțesc prin reproducere sexuată Celule n meioză Gameți n fecundație unirea a gameț unirea a gameți Celule n

5 Cromozomul la procariote c r o m o so m b a cter ia n p l i er e c i r ca 5 0 d o m e n i i p e r c r o m o so m b a cter ia n REP su p r a r a su ci r e REP d o m en i i su p r a sp i r a l i z a t e n ega tiv A D N gir a za PK proteine histone-like : HU (Helix-Unwinding)

6 Cromozomul la eucariote

7

8

9 Nr.total crz Nr.seturi haploide Nr.crz. / set haploid Forma crz Dimensiune genom [Mpb] Escherichia coli circular 4,6 Staphylococcus aureus circular,8 Vibrio cholerae 1 circular Agrobacterium tumefaciens C, 1 L 5,7 Saccharomyces cerevisiae drojdia de bere 3 1 sau 16 1,1 Caenorhabditis elegans Arabidopsis thaliana Allium cepa Pisum sativum mazăre Drosophila melanogaster Mus musculus Felis catus pisica domestică Canis familiaris câine Sus scrofa porc domestic Ovis aries oaie Bos taurus vaca domestică Equus caballus cal Gorilla gorilla Pan troglodytes Homo sapiens SPECIE PROCARIOTE EUCARIOTE

10 Organismele mai complexe au densitate genică scăzută

11 NUCLEOZOMUL În celulele EK, majoritatea cantității ADN este împachetat în NUCLEOSOMI Nucleosom = miez de 8 proteine histonice + regiunea ADN înfăşurată în jurul lor Aspect de mărgele pe un fir ADN ul dintre nucleosomi adiacenți = ADN linker (de legătură) Asamblarea/împachetarea în nucleosomi = prima etapă şi esențială în compactarea ADN ului Prin asamblare/împachetare în nucleosomi, ADN ul se scurtează de 6 ori ADN înfăşurat în jurul unui octamer histonic ~ 147 pb, de 1,7 ori HA HB H3 H4

12 Histonele = proteine mici, încărcate pozitiv Histonele = cele mai abundente proteine asociate cu ADN la EK proteine mici, încărcate pozitiv (conținut ridicat în AA încărcat pozitiv) KDa H H4 1 KDa H1 5 tipuri: H1, HA, HB, H3, H4 x [ HA, HB, H3, H4 ] = MIEZUL NUCLEOSOMULUI 1 x H1 se leagă la ADN ul linker, dintre nucleosomi histonele miez

13 Miezul proteic al nucleosomului are formă de disc În soluție, cele 4 tipuri de histone se asamblează astfel: HA + HB heterodimer HA HB H3 + H4 heterodimer H3 H4 heterodimeri H3 H4 tetramer H3 H4

14 HA HB Asamblarea unui nucleosom este realizată într o anumită ordine: 1. Dimerizarea histonelor H3 H4 H3 + H4 Æ heterodimer [H3 H4] x [H3 H4] Æ tetramer 4[H3 H4] HA + HB Æ heterodimer [HA HB]. Inițierea nucleosomului 1 tetramer 4[H3 H4] se ataşează la ADN 3. Terminarea formării nucleosomului heterodimeri [HA HB] se ataşează la acest complex NUCLEOSOM

15

16 STRUCTURA CROMATINEI Eucromatina şi Heterocromatina În interfază materialul genetic : - este structurat sub formă de CROMATINĂ - cromozomii nu sunt vizibili la microscop Cele 3 de perechi de cromozomi umani ocupă anumite teritorii în nucleu Chiar şi în interfază, nu toată cromatina are acelaşi grad de condensare : EUCROMATINA HETEROCROMATINA se colorează mai slab este mai activă ca rată de transcriere se colorează mai intens este mai puțin activă ca rată de transcriere Histona H1 seleagă la ADN linker dintre nucleosomi Odată formați nucleosomii, următarea etapă în împachetarea moleculelor mpachetarea moleculelor de ADN = legarea histonei H1 H1 = o proteină mică, încărcată pozitiv, se leagă la ADN ul dintre nucleosomi Se leagă la ADN în zone: o zonă este exact în afara unui nucleosom o zonă este regiunea centrală de înfăşurare a ADN în jurul histonelor miez În acest mod, H1 stabilizează asocierea ADN ului cu proteinele nucleosomale şi deci, stabilizează structura nucleosomului

17 Adăugarea histonei H1 Æ un nivel superior de compactare a ADN ului

18 Următoarea etapă de compactare = FIBRA DE 30 nm Modelul SOLENOID Evidențiată şi in vitro şi in vivo modele de structură a fibrei de 30 nm Se formează un superhelix ce conține 6 nucleosomi per spiră ADN ul linker se găseşte spre interiorul superhelixului, dar NU trece prin axul central al acestuia Zonele de intrare şi ieşire a ADN din nucleosomi NU sunt accesibile Lungimea ADN ului linker variază (distanța dintre nucleosomi) Modelul ZIGZAG Se formează un superhelix ce conține 4 nucleosomi per spiră ADN ul linker TRECE prin axul central al superhelixului Zonele de intrare şi ieşire a ADN din nucleosomi nu sunt mai accesibile Regiunile cu linker mai lung (deci cu densitate mai mică de nucleosomi) ai fibrei de 30 nm au structură ZIGZAG Într un acelaşi nucleu se pot întâlni în simultan ambele forme

19 Regiunile amino terminale ale histonelor sunt necesare ptr formarea fibrei 30 nm Cozile amino terminale ale histonelor nucleosomale (HA, HB, H3, H4) interacționează cu nucleosomii adiacenți

20 Următoarea etapă în compactarea ADN = formarea de bucle mari Formarea nucleosomilor + formarea fibrei 30 nm Æ compactarea ADN cu scurtare pînă la de 40 de ori Este încă insuficient Æ este necesară compactarea mai puternică a ADN Model: Fibra 30nm formează bucle mari, de kpb, ținute de o structură proteică denumită NUCLEAR SCAFFOLD (traducere ad literam : schelă nucleară chelă nucleară)) (traducere ad literam: s clase de proteine: Topo II: la baza fiecărei bucle, menține forma buclată; buclele sunt topoizomeri Proteine SMC (Structural Maintenance of Chromosome) Se formează fibra de cromatină = structură de bază a cromozomilor MBOG Nucleosome Assembly

21 Structura cromozomilor se schimbă de a lungul ciclului celular Gradul de condensare a materialului genetic variază în timpul unui ciclu celular Interfază condensare mai redusă a materialului genetic, permite transcriere, replicare, reparare După replicare, moleculele fiice: asamblare nucleosomi formarea fibrei 30nm coeziunea cromatidelor surori complex proteic denumit coezină În interfază nu se văd cromozomii ca entități distincte citologic; sunt vizibile doar blocuri cromatice cromatină, unele colorate mai slab eucromatină, altele colorate mai intens heterocromatină

22 Profază continuă condensarea cromatinei (deci, a materialului genetic) formarea cromozomilor ca entității vizibile la microscop (procesul se mai numeş (procesul se mai numeşte ş te şi condensarea cromozomilor condensarea cromozomilor ) La sfârşitul diviziunii celulare reîncepe procesul de decondensare a cromozomilor, pâna la gradul de fibră de cromatină, şi chiar până la fibra 30 nm, 10 nm

23

24 DEZASAMBLAREA / ASAMBLAREA NUCLEOSOMILOR în replicarea ADN Nucleosomii sunt dezasamblați pe molecula parentală, în fața bifurcației de replicare asamblați pe moleculele fiice, în ordinea anterior prezentată Tetramerii H3 H4 vechi rămân asociați cu molecula ADN şi trec ca atare, fie la una din moleculele noi, fie la cealaltă Dimerii HA HB vechi se desprind de pe ADN şi trec întâi în soluție.

25 De reținut

26

27

28 Cromozom monocromatidic G1 1 cromozom = 1 moleculă ADN = 1 cromatidă S Replicare ADN = dublarea cantităţii de ADN G 1 cromozom = molecule ADN identice = cromatide surori Cromozom bicromatidic Diagram of a replicated and condensed metaphase eukaryotic chromosome. Human chromosomes during metaphase. (1) Chromatid one of the two identical parts of the chromosome after S phase. () Centromere the point where the two chromatids touch, and where the microtubules attach. (3) Short arm. (4) (4) Long arm.

29 Molecula ADN este complexată cu proteine Rolul histonelor stabilitatea şi protecţia moleculelor de ADN Împachetarea moleculelor ADN Structurarea cromatinei şi a cromozomilor Mediază acţiunea altor proteine pe molecula ADN proteine ptr replicarea, exprimarea ADN

30

31 Alfabet grecesc Literă mare Literă mică Α α Β Literă mare Literă mică alfa Ν ν niu β beta Ξ ξ ksi Γ γ gama Ο ο omicron Δ δ delta Π π pi Ε ε epsilon Ρ ρ rho (ro) Ζ ζ zeta Σ σ sigma Η η eta Τ τ tau Θ θ theta Υ υ ipsilon Ι ι iota Φ φ phi (fi) Κ κ kappa Χ χ chi (hi) Λ λ lambda Ψ ψ psi Μ μ miu Ω ω omega Copy protected with Online-PDF-No-Copy.com Se citeşte Se citeşte