Organizarea si exprimarea materialului genetic la procariote

Organizarea si exprimarea materialului genetic la procariote.

Biosinteza proteinelor la eucariote. Organizarea materialului genetic, ADN-ul la procariote, cromosom si plasmide.

Materialul genetic aflat sub forma de ADN, se constituie la nivelul cromosomilor si a plasmidelor ca elemente genetice de baza care au proprietatea de a transmite informatia genetica de la ADN spre ribozomi realizindu-se sinteza de proteine in organismele cu nucleu individualizat.

La procariote cromosomi au o sturctura circulara sub forma unui inel pe care se pot insera genele intr-o anumita succesiune.

La bacterii- organisme cu o structura inferioara, molecula de ADN se afla inpachetata sub forma unei structuri - NUCLEOID-, structura nucleolului din corpul bacteriei este sub forma unor bucle radiare, care maresc suprafata nucleoidului astfel incit prin atasarea cromatinei pe aceste bucle, confera bacteriei proprietatea de diviziune. Pe baza acestor structuri a bacterilor se poate intocmi harta genetica a unor procariote iar unele dintre acestea realizeaza si procese de conjugare, un tip primitiv de reproducere- cand cromosomul circular si unic de ADN se poate fragmenta si sa realizeze un proces de diviziune primitiva.

Plasmidele- sunt unitati de ADN sub forma unui alt inel - mai mic- care se replica in mod autonom pe baza proprietatilor ADN-ului si care se poate sa apara in mai multe copii identice intr-o celula.

Fiecare plasmid poate sa contina inserat in structura lui 20-200 - ceea ce il acrediteaza ca o forma intermediara de legatura intre cromosom bacterian si organismele eucariote.

Unele plasmide se pot integra in cadrul unui cromosom si poarta denumirea de epizom.

Plasmidele au improtanta practica deoarece pot contine gene care confera rezistenta la antibiotice , gene ce pot fi transferate de la o bacterie la alta bacterie sise poate realiza un proces de inginerie genetica (de inseminare a unor gene de la un organ la un alt organism care primeste calitatile ce au fost transferate in gena.).

Reglarea biosintezei proteinelor si reglarea exprimarii genelor.

Genele actioneaza in transmiterea informatiei genetice prin 2 procese

1. transcrierea- preluarea informatiei de la nivelul ADN-ului
2. transductia- procesul de transmitere sau de transport ai informatiei genetice spre ribozomi, unde are loc biosinteaza proteinelor, prin rectiile dintre ribozomi si aminoacizi.

Reglarea la niveleul transcrierii. Modelul operonului.

Primul model care a explicat corect reglarea genetica la nivelul transcrierii sau preluarii informatiei genetice a fost modelul operonului, descoperit la bacterii, de Jacob-Monod-Lwoff. Modelul a fost elaborat pt a explica modelul de inductie sau de propagare sau de represie (incetinire sau stagnare) a unui proces ce se realizeaza cu ajutorul enzimelor- denumit represie enzimatica.

Modelul operonului a fost cerceta pornind de la principiul ca exista enzime care sunt sintetizate cu aceeasi viteza indiferent de mediul in care actioneaza- aceasta fiind denumita enzime constitutive.

In schimb alte enzime sunt sintetizate numai in prezenta    unor substante ce constituie inductorul - enzime inductibile- deoarece actiunea lor depinde de activitatea acestor substante (inductorul e un metabolit care are capacitatea ca intr-o anumita reactie sa intervina la o anumita secventa de gena si sa transforma mersul normal intr-o alta reactie.

Enzimele constitutive si inductibile actioneaza asupra mediului de cultura si pot sa determine anumite modificari ale valorilor de reglaj la nivelul transcrierii informatiei genetice.

Exista inca al III tip de enzime cind activitatea lor descreste la actiunea unor metaboliti - enzime represibile- si metabolitul care incetineste activitatea lor - corepresor.

Cei trei cercetatori distinsi cu premiul Nobel- in adoptarea modului operonului au plecat de la un experiment- inductie beta galactozidazei, sub actiunea lactozei,, a determinat un proces inductibil de crestere (de sinteza marita) a acestei substante, in celula. s-a descoperit ca acest proces de inductie este determinat de enzimele galactozit-permeaza si galactozit-transacetilaza, care impreuna cu beta-galactozidaza, determina aparitia unor gene stucturale. Continuind experimentul sa constatat ca pe linga genenle constitutive controlul acestora se realizeaza de alte 2 gene- gena reglatoare (i) si gena operatoare (o). Acestea constituie operonul lactozei (lactoza fiind un metabolit). Gena operatoare este legata de un promotor (p) cu care face o unitate comuna.

Mecanismul de functionare a operonului in cazul enzimelor inductibile.

Gena reglatoare (i) secreta o proteina represor care inpiedica legarea de gena opertoare si de promotor activitatea genelor constitutive (z, y, g), este represata si nu are loc procesul de transcriere genetica.- lipsa exprimarii operonului (ARNm nu poate functiona).

Mecanismul de functionare a operonului in cazul enzimelor represibile.

In cadrul operonului (i) gena reglatoare secreta o proteina represoare- dar proteina represor actioneaza asupra ei un inductor care nu favorizeaza legarea de promotor si gena operatoare - genele constitutive actioneaza asupra ARNm si are loc procesul de preluare a materialului genetic si transmiterea lui spre ribozom.

In procesul de activitate a operonului dupa exprimarea genelor prin transcrierea genetica prin preluarea ARNm informatia genetica ajunge la ribozom care sunt constituiti tot din ADN, ca sa ajunga la nivelul ribozomilor intervine ARN polimeraza care are rolul de a activa genele.

Recombinarea ADN. Technica recombinarii, enzimele de restrictie. Aplicatii medicale.

Prin recombinarea ADN-ului se intelege formarea unei molecule noi de ADN din fragmente ce apartin unor molecule diferite, sau prin manipulare genetica (inginerie genetica) in cazul technologiei ADN-ului recombinant.

Technologie ADN-ului recombinant se bazeaza pe enzimele de restrictie care au un rol de protectie in sensul ca in noul ADN recombinat sa faca parte numai structuri celulare care sunt compatibile intre ele (ca sa nu se lege si ADN-uri nedorite se intervine cu enzime de restrictie).

Technologia ADN-ului recombinat se realizeaza in mai multe etape in felul urmator.

1. integrarea ADN ului strain intr-un nou ADN- printr-un proces de clivare- existind si o clivare si in ADN-ul gazda
2. dupa clivarea ADN-ului strain in ADN-ul nou are loc procesul de inelare, de refacere si integrare prin inserarea genelor ADN-ului strain in noul ADN.
3. rezulta un proces de transformare sau de asimilare a genelor ADN-ului strain in ADN-ul nou - formarea unui ADN recombinat, care aduce pe linga specificul ADN-ului initial noi gene ale ADN-ului strain care ii schimba structura genetica.

Aceasta technica deschide perspective mari medininei deoareace permite modificarea mecanismelor de reglare a genelor la mamifere- si la om, dar mai ales permite prepararea in cantitati nelimitate intr-o forma usor de purificat a caror gene pot da produsi noi- se deschide posibilitatea de preparare a unor proteine umante de interes medical (hormoni, factori de coagulare, anticorpi, interferon, vitamine, medicamente, antibiotice).