MIHAELA SERBAN-Lectia nr. 12-Organizarea materialului genetic

0
414

Virusurile sunt entitati infectioase de nivel subcelular cu dimensiuni cuprinse intre 80 si 2500 mA.
Ele sunt parazite intracelulare lipsite de organizare celulara, enzime si metabolism.
Stiinta care se ocupa cu studiul virusurilor se numeste virusologie.
Virusurile se prezinta in 3 stari: virion, virus vegetativ si provirus.
Virionul este virusul matur infectios si este alcatuit din invelis proteic numit capsida virala si miez, numit genom viral (reprezentat de un singur tip de acid nucleic: ADN sau ARN).
Virusul vegetativ este acidul nucleic aflat liber in citoplasma celulei gazda.

In functie de acidul nucleic continut in genom, virusurile se clasifica in: dezoxiribovirusuri si ribovirusuri.

  • La dezoxiribovirusuri materialul genetic este reprezentat de ADN.Moleculele de ADN pot fi:

-monocatenare (de exemplu: bacteriofagul phi X174)
-bicatenare (de exemplu: virusul herpetic care produce herpesul, virusul varicelei, variolei, majoritatea bacteriofagilor).

  • La ribovirusuri, materialul genetic este reprezentat de ARN.Moleculele de ARN pot fi:

-monocatenare (de exemplu: virusul gripal, virusul turbarii, virusul mozaicul tutunului, virusul imunodeficientei  umane                  dobandite HIV)
-bicatenare (reovirusuri)

Multiplicarea virusurilor
Virusurile nu se multiplica, nu se inmultesc, sunt reproduse de celula gazda pe care o paraziteaza.Virusurile ofera informatia ereditara pentru a fi reproduse iar celula gazda asigura substanta, echipamentul enzimatic si energia necesara.
Genomul viral patrunde in celula gazda si deviaza procesele de biosinteza caracteristice acesteia.Celula gazda va efectua sinteze noi dupa modelul furnizat de virionul decapsidat (numit virus vegetativ).Se vor sintetiza acid nucleic viral si proteine virale.Dupa aceea se vor asambla noile componente intr-un numar mare de virioni.Prin lizarea (distrugerea) celulei gazda se vor elibera noii virioni.
Replicarea materialului genetic viral se realizeaza tot pe baza complementaritatii bazelor azotate, dar cu unele particularitati:
-la dezoxiribovirusuri catena de ADN serveste ca matrita pentru sinteza alteia complementare
-la ribovirusuri catena de ARN serveste ca matrita pentru sinteza alteia complementare, care la randul ei devine matrita pentru sinteza ARN-ului initial
-la HIV molecula de ARN serveste ca matrita pentru sinteza unei catene de ADN sub actiunea enzimei reverstranscriptaza aflata in echipamentul virusului.

                           Organizarea materialului genetic la procariote (PK)

Procariotele sunt reprezentate de bacterii si cianobacterii (alge albastre-verzi).Ele sunt organisme unicelulare sau coloniale lipsite de nucleu adevarat, mitocondrii si aparat Golgi.
O celula procariota este alcatuita din urmatoarele componente:
-perete celular
-membrana celulara
-citoplasma
-nucleoid (nucleu fals sau pseudonucleu)
Nucleoidul este materialul nuclear raspandit in citoplasma fara a fi delimitat de membrana nucleara.El este reprezentat de o molecula circulara de ADN care formeaza un singur cromozom.
Materialul genetic la procariote este reprezentat de cromozomul bacterian.El este fixat de membrana celulara prin mezozom.
Mezozomul este un pliu al membranei celulare care are rol in respiratie.
Cromozomul bacterian are forma circulara fiind reprezentat de o molecula de ADN bicatenara cu 40-50 de bucle care isi pastreaza structura cu ajutorul unor molecule de ARN.Fiecare bucla prezinta superrasuciri secundare alcatuite din aproximativ 400 perechi de nucleotide.
Cromozomul bacterian contine intre 2000 si 3000 de gene care se transmit inlantuite de la bacteria mama la bacteriile fiice in timpul diviziunii celulare.
Unele bacterii prezinta si un material genetic accesor sau aditional.Materialul genetic accesor sau aditional este reprezentat de plasmide.
Plasmidele sunt molecule circulare de ADN bicatenar care se replica independent de cromozomul bacterian.
Plasmidele reprezinta un minicromozom deoarece contin 6-8 gene.
Plasmida reprezinta 1% din cromozomul bacterian.
Exemplu de plasmide:
-factorul F (factorul de sex)
-factorul R (factorul de rezistenta la antibiotice) contine gene de rezistenta la antibiotice, toxine si metale grele
Importanta plasmidelor:

  • Au rol in recombinarea genetica, determinan cresterea variabilitatii genetice in cadrul speciei, populatia bacteriana are o mare heterogenitate, ceea ce reprezinta un avantaj selectiv pentru adaptarea la mediu a bacteriilor
  • Asigura rezistenta la antibiotice, toxine si metale grele a bacteriilor care le contin
  • Sunt utilizate in ingineria genetica ca vectori cu ajutorul carora pot fi transferate gene de la eucariote in celulele bacteriene
  • Reprezinta un element esential in tehnologia ADN-ului recombinat

                             Organizarea materialului genetic la eucariote (EK)

Eucariotele sunt reprezentate de protiste, fungi, plante si animale.Ele sunt organisme unicelulare sau pluricelulare ale caror celule prezinta nucleu adevarat, cu membrana nucleara dubla, mitocondrii si aparat Golgi.
La eucariote materialul genetic se afla in nucleu (materialul genetic nuclear) dar si in citoplasma, mai precis in mitocondrii si cloroplaste (material genetic extranuclear).

1.Materialul genetic extranuclear
Este localizat in cloroplaste, unde este reprezentat de ADN-ul cloroplastic si in mitocondrii, unde este reprezentat de ADN-ul mitocondrial.
Materialul genetic extranuclear este reprezentat de o molecula de ADN de forma circulara.
ADN-ul extranuclear prezinta o serie de particularitati:
-se replica dupa modelul semiconservativ, dar nu in perioada de sinteza S a ciclului celular, ci independent de ADN-ul nuclear
-greutatea moleculara si raportul A+T/G+C sunt diferite de ADN-ul nuclear
-viteza cu care se realizeaza denaturarea-renaturarea este diferita
-nu se obtin hibrizi moleculari intre ADN-ul extranuclear si ADN-ul nuclear.

2.Materialul genetic nuclear
Este localizat in nucleu si este reprezentat de o substanta numita cromatina.
Cromatina este forma interfazica a cromozomilor.
Cromozomii sunt structuri permanente in nucleu, insa sunt vizibili la microscop numai in timpul diviziunii nucleului.
Cromozomii se formeaza prin spiralizarea, condensarea si fragmentarea fibrei de cromatina.

La eucariote cromozomii au o arhitectura complexa fiind alcatuiti din:
a) 13-15% ADN
b) 12-13% ARN
c) 68-72% proteine histonice si nonhistonice
d) mici cantitati de lipide
e) ioni de calciu si de magneziu

Cea mai importanta componenta a cromozomului eucariot este ADN-ul.
ADN-ul poate fi impartit in doua categorii de secvente:
-secvente unice de nucleotide, in care sunt incluse genele si care se numesc exoni
-secvente repetitive, in care anumite secvente de nucleotide se repeta de un numar variabil de ori si care formeaza intronii cu rol in reglajul genetic
La eucariote secventele unice de nucleotide sunt intercalate cu secventele repetitive.ADN-ul repetitiv este de obicei non-informational, adica nu contine gene structurale ci are rol in reglajul genetic, diferentierea celulara si evolutia materialului genetic.

Cromatina prezinta doua stari functionale, alternative si reversibile: eucromatina si heterocromatina.
Eucromatina este partea activa a cromatinei, care se condenseaza in timpul diviziunii celulare, ea fiind forma mai putin condensata a cromatinei.Ea se coloreaza normal cu coloranti bazici si se replica de-a lungul fazei de sinteza a ciclului celular.
Eucromatina contine cea mai mare parte a proteinelor nonhistonice care actioneaza materialul genetic.
Eucromatina contine secvente unice numite exoni, care au rol informational.
Heterocromatina este partea inactiva a cromatinei, care este mai condensata.
Se coloreaza mai intens si se replica la sfarsitul fazei S a ciclului celular.
Heterocromatina contine secvente repetitive numite introni care au rol non-informational.

Cromatina se prezinta ca un lant flexibil alcatuit din unitati numite nucleosomi.Nucleosomul are forma unui cilindru turtit, format dintr-un octamer de proteine histonice (8 proteine histonice) inconjurat la exterior de un segment de ADN format din 140 perechi de nucleotide.Acest segment de ADN formeaza o pereche de inele la varful si la baza cilindrului.
Legatura dintre doi nucleosomi se realizeaza cu ajutorul unei secvente de ADN formata din cateva zeci de nucleotide care se gasesc unite cu un alt tip de histone.
ADN-ul impreuna cu histonele formeaza complexul nucleohistonic care alcatuieste fibra de cromatina.
La inceputul diviziunii celulare se formeaza cromozomii prin spiralizarea si condensarea fibrei de cromatina.
Cromozomii pot fi cel mai bine studiati in metafaza, deoarece atunci sunt cel mai bine spiralizati si condensati.
Cromozomul metafazic este format din doua fibre de cromatina, numite cromatide surori.
Fiecare cromatida este alcatuita dintr-o molecula de ADN bicatenara.Cele doua fibre de cromatina se intersecteaza intr-un punct numit centromer.
Centromerul este o constrictie primara care delimiteaza intr-un cromozom doua brate egale sau inegale.

Pozitia centromerului este un criteriu de clasificare a cromozomilor:
a) cromozomi metacentrici
-au centromerul plasat median
-au doua brate cromozomiale egale
b) cromozomi submetacentrici
-au centromerul plasat submedian
-au doua brate cromozomiale inegale
c) cromozomi acrocentrici
-au centromerul plasat aproape de unul din capetele cromozomului
-prezinta constrictie secundara care delimiteaza sateliti
d) cromozomi telocentrici (lipsesc la om)
-au centromerul plasat la capatul cromozomului
-au un singur brat cromozomal; capetele cromozomului se numesc telomere

LĂSAȚI UN MESAJ