CURS 4-ORGANIZAREA ADN IN CELULA

Un cariotip standard are o rezolutie de aprox

350-550 benzi/set haploid, iar un cariotip prin inalta rezolutie are 800 sau 1000 de benzi/set haploid

forma nucleozom

Are forma unui segment de cilindru cu diametrul de 10 nm, iar inaltimea de 5,5 nm

histonele internucleozomale

H1

cum se formeaza banda G+

Pe masura ce cromozomul se condenseaza, cromomerele vecine se unesc si formeaza o structura mai mare, banda cromozomiala condensata si colorata G+

Proteinele din cromatina sunt

-Proteine histonice -Proteine nonhistonice

Nucleozomul este constituit din:

-Un miez octameric format din: 4 perechi de proteine histonice( H2A, H2B, H3, H4) -Un segment de ADN lung de 146 de nucleotide infasurat de 1 tur si ¾ ori in jurul octamerului, protejand miezul histonic

heterocromatina

-colorata intens -relativ condensata, compacta -genetic inactiva( are putine gene active) -se replica tardiv -inalt metilata -alcatuita predominant din ADN repetitiv, bogat in perechi de baze A-T si histone. Este de 2 tipuri: -constitutiva: se gaseste la nivelul centromerelor si telomerelor De obicei este formata din secvente repetitive, necodante -facultativa: Variaza, fiind prezenta in regiuni ale genomului care sunt exprimate diferit in functie de tesut si de momentul cronologic( X inactiv)

Centromerul( constrictie primara)

-este locul de unire al celor 2 cromatide surori -este compus din secvente ADN repetate in tandem, de un nr f mare de ori( ADN alfa satelit) -datorita pozitiei constante, centromerul cosntituie unul dintre markerii caracteristici pentru descrierea cromozomilor -Centromerul imparte cromozomul in 2 brate: Bratul p, mai scurt, orientat in partea superioara fata de un plan imaginar ce trece prin centromer Bratul q mai lung, situat in partea inferioara a planului de referinta In functie de lungimea bratelor cromozomilor, se poate calcula indicele centromeric, definit prin raportul p/p+q. Este un criteriu de identificare a perechilor de omologi

cromatidele

-fiecare cromozom are 2 cromatide surori -acestea sunt subunitati longitudinale, identice genetic, continand in structura lor cate o molecula de ADN -lungimea lor pentru un cromozom metafazic este cuprinsa intre 1,5-8 μm iar grosimea intre 0,5-1 μm -lungimea si forma relativa permit clasificarea cromozomilor

Proteinele histonice

-proteine bazice cu molecule mici, care au in compozitia lor un continut ridicat de lizina si arginina Functii importante in celula: -asigura stabilitatea moleculei de ADN -represori ai genelor Sunt de 2 tipuri: -histone nucleozomale: H2A,H2B, H3, H4 -histone internucleozomale: H1

Telomerele

-reprezinta extremitatile terminale rotunjite ale cromatidelor -contin ADN inalt repetitiv, unitati hexamerice( TTAGGG) repetate in peste 2000 de copii, pe o lungime de aproximativ 15 kb -au rol in mentinerea structurii cromozomilor, a individualitatii lor si previn fuzionarea capetelor cromozomilor -Cu fiecare ciclu celular, se pierd 50-150 pb din ADN-ul terminal de la nivelul acestora, determinand implicarea lor in mecanismele care intervin in durata de viata a fiecarei celule( apoptoza, moartea programata a celulei) -Datorita telomerazei, activa numai in celulele germinale si in celulele imortalizate, lungimea telomerelor este pastrata in cursul replicarii ADN-ului -Inactivarea telomerazei este fiziologica in celulele somatice si astfel intervine scurtarea acestora pana la senescenta celulara -Reactivarea telomerazei este prezenta in peste 90% din cancere

Satelitii

-situati in portiunea distala a bratului scurt la cromozomii acrocentrici -au forma rotunda sau ovala si contin ADN inalt repetitiv -marimea lor poate varia -mai multi cromozomi acrocentrici(2-5) se pot atasa prin sateliti, formand o asociatie satelitara, posibil factor predispozant pentru nondisjunctii cromozomiale in gametogeneza

Proteinele non-histonice

-sunt bogate in acizii glutamic si aspartic, de aceea au caracter acid -se gasesc in cantitati mici in cromozom, o molecula la 3000 de nucleozomi si se sintetizeaza pe tot parcursul ciclului celular -mediaza cuplarea ADN-ului cu histonele

Kinetocorii

-sunt formatiuni proteice mici, complexe, rotund-ovalare, plasate la nivelul centromerului( cate unul pentru fiecare cromatida) -au rol in atasarea cromatidelor in microtubulii fusului de diviziune si mentinerea legaturilor intre cromatidele surori

Constrictiile secundare( elemente structurale facultative)

-sunt ingustari secundare ale cromatidelor observate numai la anumiti cromozomi -la cromozomii acrocentrici, constrictiile secundare sunt localizate terminal, in regiunea distala a bratelor scurte -la cromozomii acrocentrici, constrictiile secundare au rol de organizatori nucleolari( contin genele pentru ARNr din nucleol) Constrictiile secundare proximale, mai aproape de centromer se gasesc pe bratele lungi la cromozomii 1,9,16

formarea fibrei de cromatina de 10 nm necesita

ADN de legatura/linker intre 2 nucleozomi si histona H1 ADN linker contine 50-60 pb si este cel mai expus si cel mai sensibil la actiunea nucleazelor Fibra de cromatina de 10 nm este unitatea care se repeta, formandu-se un lant si are o rata de impachetare de 7 si reprezinta 1/7 din lungimea ADN

Al treilea nivel de impachetare ADN

Bucla Fibra de 30 nm formeaza bucle( domenii) in jurul unui schelet proteic celular, rezultand o fibra de 300 nm( 1/750 din lungimea ADN) Buclele sunt intinse atunci cand are loc transcriptia Buclele laterale, impreuna cu scheletul proteic se vor plicatura pentru a realiza un nivel superior care apare ca fibra de 700 nm din cromatida la inceputul profazei Aglomerarile de bucle sunt numite cromomere. Pe masura ce cromozomul se condenseaza, cromomerele vecine se unesc si formeaza o structura mai mare, banda cromozomiala condensata si colorata G+ Astfel, pe cromozom vor alterna benzi condensate si colorate G+ cu benzi mai putin condensate si colorate G- In timpul metafazei, condensarea este maxima si reprezinta 1/5000-1/20000 din lungimea totala a ADN

Elemente structurale facultative( neobligatorii)

Constrictii secundare Sateliti

ce este cromatina

Cromatina este structura vizibila in nucleii interfazici, fiind compusa din ADN, ARN, proteine histonice si nehistonice. la inceputul diviziunii celulare, cromatina se spiralizeaza si formeaza cromozomii Se gaseste sub 2 tipuri morfo-functionale distincte: -Heterocromatina -Eucromatina

cromozomii reprezinta

Cromozomii reprezinta forma de organizare a materialului genetic in timpul diviziunii celulare

Pentru a putea fi cuprinsa in spatiul nuclear, molecula ADN

Desfasurata, molecula de ADN are o lungime de 2 m sufera procese de plicaturare, impachetare, compactare.

elemente struct obligatorii cromozomi

Elemente structurale obligatorii Cromatide Centromerul Kinetocori Telomere

ex de heteromorfisme/polimorfisme sec

Elongarea regiunii subcentromerice a bratului q la cromozomii 1,9 si 16 Variatii in lungime ale bratelor scurte la cromozomii acrocentrici Variatii de marime si forma a satelitilor, prezenta satelitilor dubli Variatii in lungimea bratelor *q* ale cromozomului Y Variatii ale benzilor heterocromatinice si astfel ale lungimii omologilor

Al doilea nivel de impachetare ADN Solenoidul

Este o rasucire sub forma de solenoid a fibrei de 10 nm Sub 6 nucleozomi per pas de spirala Aceasta structura este stabilizata de histona H1 Se formeaza fibra de 30 nm Fibra de 30 nm reprezinta 1/42 din lungimea ADN

histonele nucleozomale

H2A,H2B, H3, H4

indicele centromeric

In functie de lungimea bratelor cromozomilor, se poate calcula indicele centromeric, definit prin raportul p/p+q. Este un criteriu de identificare a perechilor de omologi

materialul genetic in interfaza

In nucleu, in timpul interfazei, fiecare molecula ADN este asociata cu proteine histonice, nehistonice si molecule de ARN formand un complex nucleo-proteic numit cromatina.

materialul genetic in diviziunea celulara

La inceputul diviziunii celulare, fibrele de cromatina se spiralizeaza, se condenseaza si formeaza cromozomii.

cromozomii pot fi

La om, in celulele somatice( diploide), cei 46 de cromozomi sunt dispusi in 23 de perechi( 2 garnituri 2n=46) Cromozomii unei perechi se numesc omologi, avand aceeasi marime, structura, distributie de nemzi, morfologie, pozitie a centromerului, continut in gene dar origini diferite: - unul matern( provenit din ovul) -unul patern( provenit din spermatozoid) In celulele somatice, la om, exista 22 de prechi de cromozomi autozomi 1 pereche de cromozomi sexuali( heterozomi sau gonozomi) Celulele sexuale mature( gametii) sunt celule haploide, fiecare detinand 23 de cromozomi( celule haploide: n=23 cromozomi)

Dupa pozitia centromerului,cromozomii pot fi

Metacentrici: cu centromerul situat in regiunea mediana a cromozomului si brate egale( p=q) Submetacentrici: cu centromerul situat submedian si brate inegale( p<q) Acrocentrici: cu centromerul situat in regiunea terminala a cromozomului si brate mult inegale( p<<q), aproape invizibile

Primul nivel de impachetare ADN

Nucleozomul Are forma unui segment de cilindru cu diametrul de 10 nm, iar inaltimea de 5,5 nm Nucleozomul este constituit din: -Un miez octameric format din: 4 perechi de proteine histonice( H2A, H2B, H3, H4) -Un segment de ADN lung de 146 de nucleotide infasurat de 1 tur si ¾ ori in jurul octamerului, protejand miezul histonic Nucleozomul este unitate de repetare, formandu-se un lant tip *sirag de margele* sau fibra de cromatina de 10 nm Constituirea acestui lant necesita ADN de legatura/linker intre 2 nucleozomi si histona H1 ADN linker contine 50-60 pb si este cel mai expus si cel mai sensibil la actiunea nucleazelor Fibra de cromatina de 10 nm este unitatea care se repeta, formandu-se un lant si are o rata de impachetare de 7 si reprezinta 1/7 din lungimea ADN

nucleozomul este o unitate repetitiva care formeaza

Nucleozomul este unitate de repetare, formandu-se un lant tip *sirag de margele* sau fibra de cromatina de 10 nm Constituirea acestui lant necesita ADN de legatura/linker intre 2 nucleozomi si histona H1 ADN linker contine 50-60 pb si este cel mai expus si cel mai sensibil la actiunea nucleazelor Fibra de cromatina de 10 nm este unitatea care se repeta, formandu-se un lant si are o rata de impachetare de 7 si reprezinta 1/7 din lungimea ADN

ce sunt cromomerele

aglomerari de bucle ADN( al treilea nivel impachetare) Pe masura ce cromozomul se condenseaza, cromomerele vecine se unesc si formeaza o structura mai mare, banda cromozomiala condensata si colorata G+ Astfel, pe cromozom vor alterna benzi condensate si colorate G+ cu benzi mai putin condensate si colorate G-

rata de impachetare fibra de cromatina de 10 nm

are o rata de impachetare de 7 si reprezinta 1/7 din lungimea ADN

este compus din secvente ADN repetate in tandem, de un nr f mare de ori( ADN alfa satelit)

centromerul

cromozomi acrocentrici

centromerul situat in regiunea terminala a cromozomului si brate mult inegale( p<<q), aproape invizibile

cromozomi submetacentrici

centromerul situat submedian si brate inegale( p<q)

eucromatina

colorata luminos -mai putin condensata -se replica precoce in faza S -este hipometilata -alcatuita predominant din ADN nerepetitiv, bogat in perechi de baze G-C si proteine nehistonice -are activitate transcriptionala -reprezinta partea activa genetic a cromatinei -ADN trebuie sa fie eucromatic ca sa fie activ, DAR nu toata eucromatina este activa genetic

Aglomerarile de bucle sunt numite

cromomere. Pe masura ce cromozomul se condenseaza, cromomerele vecine se unesc si formeaza o structura mai mare, banda cromozomiala condensata si colorata G+ Astfel, pe cromozom vor alterna benzi condensate si colorate G+ cu benzi mai putin condensate si colorate G-

Pe masura ce cromozomul se condenseaza,

cromomerele vecine se unesc si formeaza o structura mai mare, banda cromozomiala condensata si colorata G+

cromozomi metacentrici

cu centromerul situat in regiunea mediana a cromozomului si brate egale( p=q)

centromerul contine ADN

este compus din secvente ADN repetate in tandem, de un nr f mare de ori( ADN alfa satelit)

alcatuita predominant din ADN nerepetitiv, bogat in perechi de baze G-C si proteine nehistonice

eucromatina

reprezinta partea activa genetic a cromatinei

eucromatina ADN trebuie sa fie eucromatic ca sa fie activ, DAR nu toata eucromatina este activa genetic

in urma celui de-al doilea nivel de impachetare ADN se formeaza

formeaza fibra de 30 nm Fibra de 30 nm reprezinta 1/42 din lungimea ADN

alcatuita predominant din ADN repetitiv, bogat in perechi de baze A-T si histone.

heterocromatina

cromatina se gaseste in urmatoarele forme

heterocromatina eucromatina

cromatina inalt metilata

heterocromatina alcatuita predominant din ADN repetitiv, bogat in perechi de baze A-T si histone.

proteinele histonice pot fi

histone nucleozomale: H2A,H2B, H3, H4 -histone internucleozomale: H1

Materialul genetic este organizat diferit

in interfaza fata de diviziunea celulara

-contin ADN

inalt repetitiv, unitati hexamerice( TTAGGG) repetate in peste 2000 de copii, pe o lungime de aproximativ 15 kb

-au rol in atasarea cromatidelor in microtubulii fusului de diviziune si mentinerea legaturilor intre cromatidele surori

kinetocorii

dimensiuni cromatide intr-un cromozom metafazic

lungimea lor pentru un cromozom metafazic este cuprinsa intre 1,5-8 μm iar grosimea intre 0,5-1 μm

-la cromozomii acrocentrici, constrictiile secundare au rol de

organizatori nucleolari( contin genele pentru ARNr din nucleol)

Constrictiile secundare proximale, mai aproape de centromer se gasesc

pe bratele lungi la cromozomii 1,9,16

-proteine bazice cu molecule mici, care au in compozitia lor un continut ridicat de lizina si arginina

proteinele histonice

au rol in stabilitatea moleculei de ADN

proteinele histonice

sunt represori ai genelor

proteinele histonice

-mediaza cuplarea ADN-ului cu histonele

proteinele non histonice

proteine cu caracter acid

proteinele non histonice bogate in acizii glutamic si aspartic, de aceea au caracter acid

structura stabilizata de histona H1

solenoidul

HETEROMORFISMELE/POLIMORFISMELE CROMOZOMIALE-

sunt variante morfologice normale, mostenite mendelian, markeri citogenetici fara nicio semnificatie patologica -apar in cariotip la persoane fenotipic normale si se datoreaza cantitatii si statusului diferit de condensare al heterocromatinei sau modificarilor in localizarea ADN repetitiv Acestea se pot observa prin coloratii specifice pentru ADN, obtinandu-se o succesiune de zone intens colorate( benzi) si mai putin colorate( interbenzi) Acestea au aranjamente liniare specifice pentru fiecare cromozom, fiecare din ele stocand in medie 1,5 Mb Un cariotip standard are o rezolutie de aprox 350-550 benzi/set haploid, iar un cariotip prin inalta rezolutie are 800 sau 1000 de benzi/set haploid