|
|
|
ARHITECTURA MACROMOLECULARA A AND LA EUCARIOTE
Numarul moleculelor de ADN (cromosomilor) = caracteristica de specie = 2n
o organismele superioare primesc de la fiecare genitor n cromosomi =>
o set haploid de cromosomi = genomul - genomul uman = 23 de cromosomi
o setul diploid cuprinde 46 de cromosomi
contin 6 X 109 pb
lungimea lineara virtuala de 1,8 m (1.800.000 μm)
cromosomul 1 = 82 mm (82.000 μm)
cromosomul 21 = 14 mm (14.000 μm)
lungimea masurata la microscop
cromosomul 1 = 0,01 mm (10 μm)
cromosomul 21 = 0,002 mm (2 μm)
diametrul = 0,6 μm
o scurtare de ordinal a 7.000-8.000 de ori
o grad foarte mare de impachetare = arhitectura moleculara complexa
1. Unitatea structurala de baza a cromatinei: nucleosomul
Cromatina = structura observabila microscopic in nucleii interfazici
o compusa din ADN, ARN, proteine histonice si proteine nehistonice
o histone = proteine mici = 100-200 a.a., 20-30% reziduuri de Lis si Arg
caracter bazic = electric pozitiva - rol = legarea ADN
5 clase: H1, H2a, H2b, H3 si H4 ½ din masa moleculei de ADN
secvente a.a. conservate la H2a, H2b si inalt conservate la H3 si H4
exemplu diferenta de secventa vaca - mazare:
H3 = 4 a.a. din 135; H4 = 2 a.a. din 102
rata de mutatie = 0,6 a.a. / 100 a.a. / 100.000.000 ani
Nucleosomul
o miez = 8 molecule de histone, cate 2 molecule din H2a, H2b, H3 si H4
o pe miez se infasoara de doua ori dublul helix de ADN = 200 pb
o histona H1 poate fi indepartata fara a afecta structura nucleosomului
o digestia enzimatica => reduce lungimea ADN de pe nucleosomi la 146 pb
diferenta de 200 - 146 = 54 pb = ADN de legatura sau ADN linker
o digestia, extractia si separarea ADN din cromatina =>
fragmente multiplu al unui fragment de baza de 200 pb
fragmente de 200pb, 400 pb, 600 pb, 800 pb etc =>
nucleosomul = stuctura invarianta a cromatinei, indiferent ca este sub forma de heterocromatina, eucromatina sau cromosomi
o nucleosomul - forma unui sirag de margele
o particole cilindrice cu diametrul de 11 nm si inaltimea de 6 nm
4 nm = grosimea celor doua spire de ADN infasurate pe miez
Figura 3-11. Nucleosomul: 2½ spire de ADN infasurate pe miezul proteic. Din cele 2½ spire de ADN o parte pot fi digerete cu nucleaze, iar cealalta nu poate fi indepartata de pe miezul proteic.
Figura 3-12. ADN-nucleosomic ca unitate invarianta.
2. Impachetarea ADN in cromosomi
Impachetarea ADN are grade succesive prin care este posibila
o adaptaarea materialului genetic la volumul nucleului
o controlul exprimarii genelor de pe cromosomi
- 1. Fibra (subtire) ADN de 11 nm
o un sir de nucleosomi - interactiunea ADN-histone => tensiune =>
o tendinta de suprarasucire cu conservarea flexibilitatii ADN =>
o reducere a lungimii liniare a ADN circa 7 ori
o se gaseste in structura eucromatinei, heterocromatinei si a cromosomilor
- 2. Fibra (groasa) ADN de 30 nm
o rasucire sub forma de solenoid a fibrei de 11 nm stabilizata de histona H1
o se formeaza prin rasucirea a 6 nucleosomi / tura
o indice de impachetare de 40 (reduce lungimea de 40 ori)
o se gaseste in structura eucromatinei, heterocromatinei si a cromosomilor
- 3. Buclele de cromatina
o formate prin indoirea fibrelor de 30 nm intr-o structura cu lungimea de 300 nm (1/2 din grosimea unei cromatide)
o impachetarea: eucromatina = 1.000-2.000X; cromosomi = 7.000-8.000X
o o bucla = 75 kb - atasata la un ax proteic central prin sute de pb - AT
- 4. Cromatida
o una din cele doua jumatati simetrice ale unui cromosom metafazic
o reprezinta o molecula de ADN ce rezulta dupa replicare
o poate stoca in medie o secventa de 80 Mb
o cromatidele <= spiralizare ax proteic central de care sunt atasate buclele
grosime de circa 600nm - 2 cromatide = 1.400 nm
Figura 3-13. Fibra (subtire) de ADN de 11 nm.
Figura 3-14. Fibra (groasa) de ADN de 30 nm.
Figura 3-15. Gradele de impachetare succesiva a ADN in cromosom.
3. Aspectul microscopic al ADN
variaza in functie de ciclul celular compozitia = constanta
aspectul diferit - datorat gradului diferit de impachetare
3.1. Aspectul ADN in interfaza
Intre diviziunile celulare - ADN = forma de corpusculi cu refringenta diferita
o reprezinta in ansamblu cromatina nucleara
o evidentiati cu coloranti bazici
1) eucromatina = fibre groase (300 nm) de ADN
o impachetare mai putin densa (1.000-2.000 ori) slab colorata
o relativ dispersata in nucleu - sub forma unor filamente foarte fine
o se condenseaza numai in timpul diviziunii celulare
o este activa genetic, dar nu toate genele sunt active simultan
2) heterocromatina = zone dens impachetate ale moleculei de ADN
o densitate comparabila cu cea a cromosomilor din diviziune
o vizibila sub forma unor corpusculi densi, refringenti
o este inactiva genetic
3.2.a. Aspectul ADN in diviziunea celulara
cromosomii = corpusculi filamentosi (cromatide) dens colorati
o pereche = identici (bicromatidici) in profaza si metafaza
o neimperecheati (monocromatidici) in anafaza si telofaza
o fiecare cromatida: un centromer + 2 brate + 2 telomere
centromer - constrictie primara
o constituit dintr-un complex proteic, numit kinetocor
o locul de atasare a fibrelor fusului de diviziune
o centromerul contine zone de heterocromatina constitutiva
la nivel molecular - secventa => segregarea cromatidelor surori
pierderea aceste secvente = pierderea capacitatii de segregare
o zonele centromerice 1, 9, 16 si Yq = heterocromatina constitutiva
polimorfism genetic = variatii de la individ la individ
bratele cromosomilor
o centromerul imparte cromatida in doua brate, lung (q) si scurt (p)
o clasificarea morfologica - functie de raportul lungimii bratelor cromosomiale
metacentrici q ≈ p
submetacentrici q > p
acrocentrici q >> p
telomere = structuri specializate - contin heterocromatina constitutiva
o compozitie specifica - secvente intre 250-1.500 pb bogate in GC
o roluri
mentinerea integritatii structurale impiedecand digestia prin nucleaze
asigurarea replicarii complete a moleculei de ADN
imperecherea cromosomilor omologi
stabilirea structurii tridimensionale a nucleului
3.2.b. Aspectul ADN in diviziunea celulara
gradul de impachetare = 7.000-8.000 ori - variaza in functie de:
o conformatia cromatinei,
o timpul de replicare
o compozitia in baze
o densitatea de gene
o numarul de secvente repetitive
marcajul in benzi - succesiune de benzi colorate si interbenzi mai putin colorate
o coloratii specifice pentru ADN si tratamente specifice
digestie enzimatica, denaturare termica, solutii hipertone
o aranjamente liniare specifice pentru fiecare cromosom
o tehnici diferite
bandarea G - benzi G pozitive si negative
colorant Giemsa = amestec de azur si eozina
coloreza slab secventele GC si inchis pe cele bogate in AT
o banda = 1,5 Mb
identifica 550 benzi pe un set hapliod (genom)
bandarea R - invers decat benzile G
bandare Q - similara cu benzile G - florocrom - quinacrina
bandare C - specifica pentru heterocromatina centromerica
bandare T - specifica pentru heterocromatina telomerica
o aplicabilitate medicala = cariotipul prin marcaj in benzi
functiile cromosomilor
o perpetuare ADN => mitoza => dezvoltare ontogenetica
o perpetuare ADN de la o generatie la alta <= gametogeneza
Figura 3-16. Morfologia cromosomului la eucariote.
Figura 3-17. Organizarea moleculara a cromosomilor eucariotici.
Figura 3-18. Marcajul cu benzi G al cromosomilor umani.
