Genetica MD - Curs 9 - Decembrie 2013

GENETICA MEDICINA DENTARA

CURS 9 2 decembrie 2013

AUTOR: PROF.DR. EMILIA SEVERIN

UMF Carol Davila Bucuresti

GENETICA MD CURS 9 - A nu se copia sau distribui fara copyright ES

INTERACTIUNILE GENICE

(in conceptia clasica si in conceptia actuala)

2

GENETICA MD

CURS 9 - A nu se copia sau distribui fara copyright ES

GENOTIP (GENE)

MEDIU

Expresia fenotipica a unei gene depinde de:

- interactiunile cu gena alela. - influenta altor gene

nealele si/sau actiunea mediului.

INTERACTIUNEA DINTRE EREDITATE SI MEDIU

3

GENETICA MD


Intr-o serie alelica, alelele sunt ordonate in functie de relatiile care se stabilesc intre ele, relatii care determina

manifestarea fenotipica a genei la heterozigoti.

Relatia: DOMINANTA / RECESIVITATE

EXCEPTII de la relatia dominanta / recesivitate:

CO DOMINANTA

SEMI

DOMINANTA

PSEUDO

DOMINANTA

SUPRA

DOMINANTA

INTERACTIUNILE ALELICE

4

GENETICA MD


EXCEPTII DE LA DOMINANTA COMPLETA

CODOMINANTA

(relatia dintre doua alele diferite care in forma

heterozigota interactioneaza exprimand un fenotip nou; In

genetica umana se poate exemplifica cu grupul sanguin

AB si MN vezi lucrari practice)

SEMIDOMINANTA

SUPRADOMINANTA

(alela dominanta de la forma heterozigota Aa determina intensificarea caracterului

exprimat la forma homozigota dominanta AA in genetica

umana nu s-au gasit exemple.)

PSEUDODOMINANTA ALELELE LETALE

EXCEPTII

5

GENETICA MD


0

SEMIDOMINANTA :

relaia dintre dou alele diferite prin care la organismele heterozigote apare un fenotip intermediar ntre genitorii homozigoi.

Exemplu: talasemia minor beta / beta0.

0

0

00

Sanatos

Talasemie majora

Talasemie minora

Talasemie minora Talasemie minora

6

GENETICA MD


PSEUDODOMINANTA : poate fi observat sub dou aspecte:

1. Cazul n care un organism heterozigot are o gen recesiv pe unul dintre cromozomi, iar segmentul de cromozom omolog cu gena dominant lipsete (este deletat). se observ rar n genetica uman. Exemplu:

ALBINISMUL OCULOCUTANAT ; se transmite Ar, gena mutanta OCA1 este pe

cromozomul 11q.

11q14-q21

7

GENETICA MD


tt

PSEUDODOMINANTA :

2.Cazul cstoriei dintre un heterozigot sntos i un homozigot bolnav:

Nt x tt IMITA segregarea nn x Tn.

Nt Nt tt

tt Nt

Nt

tt tt

8

* n=normal T=gena mutanta

N=normal t=gena mutanta

Nt

GENETICA MD


ALELE LETALE :

alele care n stare homozigot determin moartea organismului nainte de vrsta reproducerii.

Exemplu: genotipul betaS / betaS determin un fenotip letal anemia falciform (sicklemia).

S

S

S

S S

S

Sicklemie

9

GENETICA MD


reprezinta o forma de interactiune intre gene nealele in care o gena mascheaza exprimarea fenotipica a altei gene situata pe un alt locus si pe un alt cromozom.

EPISTAZIA

GENA EPISTATICA suprima exprimarea unei gene dominante

cu care nu este alela.

GENA HIPOSTATICA este gena a carei

expresie fenotipica este suprimata.

INTERACTIUNI NEALELICE

10

EPISTAZIA poate fi demonstrata la nivel molecular prin actiunea coordonata a mai multor gene implicate in sinteza unui produs final.

GENETICA MD


FORMAREA ANTIGENELOR ERITROCITARE DE SUPRAFATA :

ABH

Genele H,h localizate pe crz.19q13.3 Genele A,B,0 localizate pe crz.9q34

INTERACTIUNI NEALELICE

11

GENETICA MD


FENOTIP BOMBAY (GRUP DE SANGE BOMBAY)

Este o forma rara de grupa sanguina a sistemului ABO, caz in care nu se

formeaza antigenii A si B.

O familie in care: sotul are grupa sanguina A iar sotia grupa sanguina aparent O (functional se comporta ca grupa O dar genetic este BO). Se naste un copil cu grupa AB. Este exclusa

infidelitatea.

A

AB O

Grupa de sange aparent O

MAMA TATAL

COPIL 1 COPIL 2 12

GENETICA MD


FENOTIP BOMBAY

Arborele genealogic al familiei din Bombay

Explicatia cazului Parintii mamei

I

II

I

II

III

13

GENETICA MD


MECANISMUL DE FORMARE A ANTIGENILOR DE GRUP SANGUIN A si B

LEGENDA Hematie

FUCOZA

GALACTOZA N acetil-glucozamina

N acetil-galactozamina

14

GENETICA MD


TATAL: genotipic HH sau Hh; AO MAMA: genotipic hh; BO

Copilul 1: genotipic Hh; AB Copilul 2: genotipic Hh; OO

FENOTIP BOMBAY

A

AB

O

Unde sunt localizate cele doua cupluri de gene: A,B,o si H,h ?

15

GENETICA MD


POLIGENIA

reprezinta un tip de interactiune intre gene nealele (situate in loci

diferiti), gene care impreuna determina un singur caracter

fenotipic.

caracterul fenotipic este rezultatul

cooperarii genelor nealele.

caracterele poligenice pot fi caractere

cantitative si nu se supun legilor mendeliane.

Gene multiple

EREDITATE POLIGENICA

CARACTER FENOTIPIC

16

GENETICA MD


RELAIA O GEN UN CARACTER

PLEIOTROPIA - caz in care o gena poate avea efecte fenotipice

multiple, distincte (polifenie). - Explicatia efectelor fenotipice multiple produse

de o singura gena este data de faptul ca, produsul de sinteza al genei este implicat in mai multe cai metabolice, in momente diferite ale dezvoltarii ontogenetice.

- In genetica clinica: 1. pleiotropie relaional (se observa o

succesiune ordonat de tulburari care duc la formarea unui anumit fenotip clinic)

2. Pleiotropie nerelaional sau n mozaic (se observ modificri care aparaent nu au nicio legtur cauzal ntre ele).

17

GENETICA MD


PLEIOTROPIE RELAIONAL

Gena beta a globinei umane (codon GAG)

Efect primar: acid glutamic, HbA solubila in conditii de hipoxie.

Efect secundar: hematie de forma normala, disc biconcav.

Efect tertiar: microcirculatie normala.

Gena beta a globinei umane Mutatie: GAG devine GTG Efect primar: valina, HbS

insolubila in conditii de hipoxie. Efect secundar: hematie in

forma de secera. Efect tertiar: microtromboze,

microinfarcte, dureri; la trecerea prin capilare membrana eritrocitului este lezata, se produce hemoliza si apare anemia.

NORMAL SICKLEMIE

Hb A normala Hb S patologica

HEMATII NORMALE

circula normal in capilarele sanguine.

HEMATII in forma de SECERA

blocheaza circulatia capilara.

18

PLEIOTROPIE N NERELAIONAL

- Se observ modificri care aparent nu au nicio legtur cauzal ntre ele.

De exemplu, OSTEOGENESIS IMPERFECTA - AD, gena mutant COL1A2 este localizat pe

cromozomul 7q21 - Afeciunea se manifest cu anomalii n 5 regiuni

majore: scheletic, muscular, ocular, auditiv i dentar. - Manifestri clinice: deformri scheletice, fracturi osoase n urma unor traumatisme minime, hipotonie muscular, sclere albastre, surditate, dini translucizi. - Explicaia diversitii manifestrilor clinice ar putea fi

dat de faptul c gena mutant acioneaz n momente diferite ale embriogenezei, n esuturi i primordii independente.

19

GENETICA MD


HETEROGENITATEA GENETICA

Gene (genotipuri) diferite produc fenotipuri identice sau similare (clinic nu pot fi deosebite).

Poate fi produsa:

1. Mutatii in loci diferiti

(heterogenitate de locus sau non-alelica);

2. Mutatii diferite in acelasi locus (heterogenitate alelica).

Uneori, mutatii diferite ale aceleiasi gene produc fenotipuri diferite (heterogenitate clinica sau fenotipic).

20

HETEROGENITATEA GENETICA MUTAII IN GENE DIFERITE PRODUC ACELAI

FENOTIP.

Crz. 17 Crz.13

BRCA1 BRCA2

CANCERUL DE SAN SI CANCERUL OVARIAN GENETICA MD


21

GENETICA MD


FENOCOPIA

Caracterul fenotipic este produs de factorii ambientali (NON-GENETICI) si se manifesta identic

cu caracterul produs de factorii genetici.

22

GENETICA MD CURS 9 - A nu se copia sau distribui fara copyright ES

De exemplu, talidomida administrata intre a 35-a si a 50-a zi de sarcina produce FOCOMELIA.

23

PLEIOTROPIA HETEROGENITATEA GENETIC FENOCOPIA

Importana practic a acestor fenomene o reprezint: - acurateea diagnosticului clinic i etiologic; - tratamentul diferenial al unei manifestri clinice; - sfatul genetic.

24

EXPRESIA GENICA (FUNCTIA GENEI)

25


Curs 9 - A nu se copia sau distribi fara copyright

Genetica MD

Expresia informatiei genetice se realizeaza in toate celulele prin transferul informatiei de la:

ADN

PROTEINA

26



Genetica MD

Transferul informatiei

genetice de la nivelul genelor la

nivelul caracterelor fenotipice

corespunzatoare implica mai multe

ETAPE:

1. TRANSCRIPTIA genei structurale.

2. FORMAREA ARNm matur.

3. TRANSPORTUL ARNm matur din nucleu in citoplasma, la ribozomi.

4. TRANSLATIA.

5. PROCESAREA post-translationala si asamblarea proteinei intr-o structura cu

activitate biologica.

6. FINISAREA caracterelor fenotipice, proces la care participa pe langa

proteine si alte biomolecule.

27

EXPRESIA GENICA


Genetica MD

- Este un proces

molecular, biochimic;

- Este un proces

controlat genetic;

- In cursul fiecarei etape

se pot produce erori care perturba

transferul informatiei

genetice generand boli

genetice.

28

FLUXUL INFORMATIONAL


Genetica MD

29


Genetica MD

FLUXUL INFORMATIONAL

GENA STRUCTURALA (codifica un lant

polipeptidic)

PROTEINE STRUCTURALE

PROTEINE ENZIMATICE

HORMONI

CARACTERE FIZICE

CARACTERE METABOLICE

CONTROLUL CRESTERII SI DEZVOLTARII

ADN ARN PROTEINE CARACTER

30

Genetica MD


GENOM

CROMOZOMI

ADN

GE

NE

GENELE CONTIN INSTRUCTIUNILE

DE SINTEZA A PROTEINELOR

PROTEINE

PROTEINELE ACTIONEAZA

SINGURE SAU IN COMPLEXE

PROTEICE PENTRU A INDEPLINI FUNCTIILE CELULARE

TRANSCRIPTIE (n nucleu)

+ TRANSLATIE (n citoplasm)

FLU

XU

L IN

FOR

MA

TIO

NA

L

31

ADN

GENETICA MD

TRANSCRIPTIE

TRANSLATIE

PROTEINA

ARNm

De la GENA la PROTEINA

CATENA ADN

matrita

32

EUCARIOTE PROCARIOTE

CITOPLASMA

GENETICA MD

CURS 9 - A nu se copia sau distribui fara copyright

ADN

Nucleu

ARN hn

MATISARE

ARNm

SINTEZA PROTEICA

ASEMANARI si DEOSEBIRI intre Pk si Ek

33


Genetica MD

EXPRESIA GENICA la Ek

(etape) ADN

TRANSCRIPTIA NUCLEARA

formarea ARNm

TRANSLATIA CITOPLASMATICA

Lant polipeptidic

Arginina Tirozina Triptofan

34

TRANSCRIPTIA


Genetica MD

Directia transcriptiei

ARN polimeraza

ADN-catena 3 5, matrita

ARN

ADN-catena 5 3

ribonucleotide

35

PROCESAREA ARN inaintea TRANSLATIEI

ADN

ARNm

ARNhn

5 3

Intron Intron Exon 1 Exon 2 Exon 3

Exon 1

Exon 1

Exon 2 Exon 3

Exon 2 Exon 3

MATISARE

TRANSCRIPTIE

TRANSLATIE

Proteina

37 GENETICA MD

ARN mesar precursor

ARN mesager matur

GENETICA FIM

38

ARNm matur (monocistronic)


Genetica MD

5Cap UTR AUG Exon 1 UTR POLI-A 3

7 metil-guanina (m7Gpp) asigura stabilitatea

ARNm,protectie impotriva degradarii sale in citoplasma si

faciliteazarecunoasterea si fixarea la ribozom.

coada de adenozine asigura stabilitatea ARNm si transportul

din nucleu in citoplasma.

Exon 2 Exon 3

5Cap

POLI-A 3

39

Genetica MD


MATISAREA ALTERNATIVA

MATISARE ALTERNATIVA

TRANSLATIE TRANSLATIE TRANSLATIE

PROTEINA A PROTEINA B PROTEINA C

ADN

ARNhn

ARNm

40

STRUCTURA UNEI GENE CARE CODIFICA O PROTEINA


Genetica MD

REGIUNEA CENTRALA

(cadrul de lectura a informatiei genetice)

1. este flancata de 2 regiuni laterale sau

secvente de reglare a genei

(regiunea laterala 5 si regiunea laterala 3).

2. este transcrisa integral in ARNhn.

3. contine mai multe tipuri de secvente cu functie

diferita.

4. TIPURI de SECVENTE:

S.S.T. = situs de initiere a transcriptiei

5 UTR= untranslated region

ATG=codon initiator EXON1 INTRON1 (5GT AG3) EXON2 TAA, TAG, TGA =codoni

stop 3UTR S.T.T., AATAAA= situsul de

terminare a transcriptiei, semnal al poliadenilarii

41

STRUCTURA UNEI GENE CARE CODIFICA O PROTEINA


Genetica MD

REGIUNI LATERALE:

1. regiunea laterala

5 (promotorul genei implicat

in initierea transcriptiei este format

din TATA-box, CAAT-box si

GC-box).

2. regiunea laterala 3 ( imprecis

delimitata si putin

cunoscuta).

42

PROMOTORUL

TATA box Contine secventa 5-TATAAAA-3 situata la 25 pb amonte de S.S.T - Locul unde se fixeaza ARN polimeraza - Implicata in demararea exacta a transcriptiei - Asigura transcriptia la nivel bazal; - Prezenta in majoritatea genelor specifice de tesut.

GC box Contine secventa 5-GGGCGG-3 in mai multe exemplare, al caror numar si

pozitie variaza in functie de gena, situate intre 50-100 pb in amonte fata de S.S.T;

- Moduleaza transcriptia bazala a genelor specifice;

CAAT box Contine secventa 5-GGCCAAT-3 situata in amonte de TATA box , circa 80 pb

fata de S.S.T ; - Este locul de legare al unor factori de transcriptie; - Moduleaza transcriptia bazala.

Genetica MD


43

MODULAREA ACTIVITATII PROMOTORULUI


Genetica MD

ACTIVATOR (ENHANCER)

stimuleaza transcriptia

INHIBITOR

(SILENCER)

suprima transcriptia

44

TRANSLAIA

(decodificarea informatiei genetice)

Curs 9 - A nu se copia sau distribi fara copyright Genetica MD

1. are loc in citoplasma, la nivelul ribozomilor;

2. este necesara prezenta apartului de translatie;

3. intre secventa de nucleotide a ARNm matur si secventa aminoacizilor din lantul polipeptidic exista un sistem de corespondenta reprezentat de CODUL GENETIC.

45


APARATUL TRANSLATIEI

1.ARNm matur 2.Ribozomii 3.ARNt

4.Proteine

(factori de initiere, elongatie si eliberare)

5.Surse de energie

(ATP, GTP)

46


Genetica MD

ADN

Transcriptul ARN

TRANSCRIPTIE

TRANSLATIE Lant

polipeptidic

ARN polimeraza

SCHEMA SINTEZEI PROTEICE

5 Catena transcrisa

3Catena netranscrisa

47


UUU

TRIPLET ARNm

RIBOZOM

CODUL GENETIC

Este un sistem de corespondenta intre o anumita secventa de nucleotide din ARNm si un anumit aminoacid din structura lantului polipeptidic.

AAA

Phe ARNt

48


Este codul tripletelor de baze azotate din ARNm care poart informaia genetic

necesar sintezei aminoacizilor din catena polipeptidic a proteinei

primare.

La Pk este o relaie direct ntre ordinea

nucleotidelor ARNm i ordinea aminoacizilor.

La Ek, numai ARNm matur este coliniar cu proteina, adic, lipsesc

pauzele sau ntreruperile n secvena ARNm.

CODUL GENETIC

49

DESCIFRAREA CODULUI GENETIC


Genetica MD

Experimentul s-a realizat in vitro

S-a folosit un sistem celular liber (cell-free

system) din care fac parte componente ale celulei E.coli reprezentate de:

RIBOZOMI ARNt cu aminoacizi activai Factori proteici

necesari translaiei

ARN

CODUL GENETIC a fost descifrat experimental.

50

Marshall NIRENBERG (1961) National Institute for Health, USA

eprubeta


SISTEM CELULAR LIBER

(cell-free system)

RIBOZOMI ARNt

AMINOACIZI ENZIME ATP, GTP

+ ARNm 5-UUU-3 = PROTEINA

51


Curs 9 - A nu se copia sau distribi fara copyright Genetica MD 52



Experimentele au fost realizate de NIRENBERG, 1961.

R.HOLLEY si H.G.KHORANA au adus contributii importante la descifrarea codului genetic.

Primul pas n descifrarea codului genetic a precizat numrul exact de nucleotide care specific un aminoacid.

S-a utilizat drept mesaj pentru translatie un ARNm sintetizat artificial avand o secventa nucleotidica cunoscuta.

S-a realizat sinteza unei proteine n prezena unui HOMOPOLIMER (ARNm format din nucleotide sintetice de un

singur tip) sau HETEROPOLIMER (ARNm format din polinucleotide sintetice cu secventa cunoscuta).

53


De exemplu,

1. ARNm sintetic poliuracil un ARNm sintetizat artificial format numai din uracil a fost introdus ntr-un sistem celular liber realizndu-se sinteza unui lan polipeptidic format numai din fenilalanin; Concluzia, 5- UUU -3 este codonul pentru PHE (fenilalanin).

2. poli(A) - 5- AAA -3 este codonul pentru LYS (lizin).

3. poli(C) - 5- CCC -3este codonul pentru PRO (prolin).

4. poli(G) - 5- GGG -3este codonul pentru GLY (glicin).

Curs 9 - A nu se copia sau distribi fara copyright Genetica MD 54


Genetica MD

1.Numrului de baze necesare pentru specificarea unui aminoacid ( 3 baze azotate, un triplet);

2.Tipurilor de nucleotide care formeaz codonul;

3.Ordinea acestor nucleotide n codon.

4.Mecanismului si a consecintelor unor mutatii genice punctiforme ce produc insertia/deletia unui nucleotid.

DESCIFRAREA CODULUI GENETIC a facilitat cunoaterea:

55


1. codonul este alctuit din 3 nucleotide adiacente i corespunde unui aminoacid din lanul polipeptidic.

2. numrul de codoni este 64; dintre acetia 61 codific aminoacizi i se numesc codoni sens, 3 sunt codoni nonsens.

3. codul are semnale de nceput AUG codon iniiator i de sfrit UAA,UAG, UGA codoni stop.

4. codul genetic este nesuprapus, adic, doi codoni succesivi nu au nucleotide comune.

CARACTERISTICILE CODULUI GENETIC

56

CODUL GENETIC si CODONII


Un CODON este format din 3 nucleotide ARNm. Codul genetic are 64 de codoni.

Codonul (AUG) semnifica metionine si initiaza translatia

(codon initiator)

61 codoni codifica 20 amino acids (codoni sens)

3 codoni stop (codoni nonsens)

AUG GCA UAA UAG UGA

Metionina Alanina 57


Genetica MD

5.citirea codului genetic se face ntr-un singur sens, unidirecional de la 5- la -3 ; citirea se face continuu fr semne de separare ntre codoni.

6.codul genetic este specific fiecare codon are o anumit ordine a nucleotidelor si semnifica totdeauna acelasi aminoacid.

7.codul genetic este degenerat (redundant) toi aminoacizii, cu excepia metionnei i triptofanului, sunt specificai de mai mult de un codon. Un acelai aminoacid este codat de mai muli codoni.

8.codul genetic este universal aceiai codoni specific aceiai aminoacizi indiferent se specie.

CARACTERISTICILE CODULUI GENETIC


Codul genetic NUCLEAR se deosebete de cel MITOCONDRIAL prin:

*EXCEPTIE,

CODONI standard / NUCLEU Mamifere

TABEL

MITOCONDRIE

Drosophila Neurospora Drojdie Plante

58


*CONVENTIONAL, fiecare codon este

indicat n ARNm;

In realitate, codonii sunt n secventa ADN. De exemplu,

ARNm 5- AUG -3 ADN 3- TAC -5 ADN 5- ATG -3

TRANSLAIA


- este complex i implic mai multe componente celulare diferite (ARNm,

ribozomi, ARNt, aminoacizi, enzime i cofactori proteici factori de iniiere, elongaie,

de terminare).

- are loc formarea complexului ARNm ribozomi (complex

poliribozomic).

- fiecare aminoacid este recunoscut de ctre o molecul

de ARNt specific i se fixeaz la captul

CCA -3 al acestuia cu ajutorul unei enzime (complexul

aminoacid-ARNt).

- codonul ARNm este recunoscut de anticodonul complementar din ARNt. - etapele translaiei sunt :

iniierea, elongaia i terminarea i se desfoar

n citoplasm.

- se formeaz o protein primar care sufer un

proces post-translaional de transformri pn apare

proteina final, funcional.

Subunitate mare

Subunitate mica

Lant polipeptidic in crestere

ARNt

ARNm

Decodificarea: CODON- AMINOACID

TRANSLAIA

E situs de ieire P situs peptidil A situs aminoacil

GENETICA MD

Pentru ilusrarea experimentelor si a mecanismelor moleculare prezentate s-au preluat imagini de pe

site-ul: http://images.google.com www.google.com Pentru clarificarea unor probleme legate de

tematica predata la curs se pot trimite intrebari la adresa:

[email protected]

REFERINTE ELECTRONICE

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/N/Nucleus.html

Artwork originally created for the National Cancer Institute. Used here with the permission of the artist, Jeanne Kelly. Copyright Jeanne Kelly 2011."

NE REVEDEM SAPTAMANA VIITOARE !

Luni 9

decembrie

Documents

Genetica MD - Curs 9 - Decembrie 2013