Diapositiva 1 - Orientamento In Rete

Il cambiamento di un singolo aminoacido in una proteina può
comprometterne la funzione
La sequenza aminoacidica è determinante per la conformazione spaziale e
conseguentemente per la funzione di una proteina. Pertanto cambiamenti
anche di un singolo aminoacido possono determinare una conformazione
anomala con riduzione o perdita della funzione
La sostituzione di un singolo aminoacido nella catena β
dell’emoglobina ( 6° glu – val) causa la malattia EREDITARIA
“anemia falciforme”
Immagini al microscopio elettronico:
B ) eritrociti normali, C ) eritrociti falcemici
Quale è l’evento primario che causa la sostituzione
aminoacidica? E’ il cambiamento nella sequenza di DNA
del gene che codifica la β globina : MUTAZIONE
Sequenza nucleotidica parziale dell’emielica di DNA dell’allele normale
codificante β globina
Sequenza nucleotidica parziale dell’emielica di DNA dell’allele mutato
codificante β globina
La relazione DNA-Proteine
Genotipo-Fenotipo
Trascrizione
DNA
Traduzione
RNAm
RNAt
RNAr et al.
DNA
Replicazione
Mutazione
Ricombinazione
Riparazione
PROTEINA
CELLULE
AMBIENTE
ORGANISMO
DNA : informazione genetica
RNA coinvolti nel processo di
traduzione :
* RNA messaggero – mRNA
* RNA ribosomale – rRNA
* RNA transfer – tRNA
Acidi
nucleici
Altri tipi di RNA :
* Micro RNA – miRNA
(regolazione genica)
* Small Nuclear RNA - snRNA
(maturazione dell’RNA trascritto
primario nelle cellule
eucariotiche)
In riferimento a cellule e a organismi il termine GENOMA
indica l’insieme delle informazioni genetiche ovvero l’insieme
delle sequenze di DNA.
L’unità funzionale del genoma è il GENE : una sequenza di
DNA che codifica un polipeptide o un qualunque tipo di RNA
Il genoma è ripartito in un dato numero di molecole diverse di
DNA chiamate CROMOSOMI
Nelle cellule procariotiche il genoma è organizzato in un unico
cromosoma costituito da una doppia elica di DNA circolare,
associata a proteine, compattata nel NUCLEOIDE
Nelle cellule eucariotiche in genoma è organizzato :
- nel nucleo in cromosomi lineari costituiti ognuno da una doppia
elica di DNA complessata a proteine istoniche (cromatina)
-- nei mitocondri e nei cloroplasti da DNA a doppia elica circolare
presente in multicopie (teoria endosimbiontica)
nei virus il genoma è costituito da DNA o da RNA a singola o a doppia elica
La cromatina è il complesso di DNA, istoni e proteine non
istoniche che costituisce i cromosomi delle cellule
eucariotiche
La cromatina ha una struttura dinamica che
risponde alle esigenze funzionali della cellula :
nelle cellule di diversi tessuti vengono trascritte
sequenze diverse di DNA (differenziamento
cellulare)
Eucromatina : trascrizionalmente attiva
(struttura rilassata)
Eterocromatina : trascrizionalmente
Foto al m. elettronico del nucleo di una
cellula staminale del midollo osseo
inattiva (struttura compatta)
Esempi di modificazioni biochimiche (modificazioni EPIGENETICHE)
correlate allo stato funzionale della cromatina
Eterocromatina : metilazione isole CpG e ipoacetilazione degli istoni
Eucromatina : ipometilazione isole CpG e iperacetilazione degli istoni
Due tipi di Eterocromatina :
eterocromatina costitutiva composta da sequenze di DNA che
non sono mai trascritte come le sequenze di DNA altamente ripetute
dei centromeri e dei telomeri dei cromosomi eucariotici
Telomeri : Brevi sequenze di DNA
ripetute migliaia di volte la cui
Centromero: sede di
presenza permette di evitare la
attacco delle fibre del
perdita di informazioni genetiche
fuso per il movimento
durante la duplicazione del DNA dei
dei cromosomi nelle
cromosomi in quanto la DNA
divisioni cellulari
polimerasi non è in grado di
replicare il cromosoma fino alla sua
terminazione
eterocromatina facoltativa composta da sequenze non trascritte in
alcune cellule e variabile in relazione alle sequenze espresse in un
determinato tipo di cellule. Nelle cellule femminili di mammifero uno dei
due cromosomi X è composto da eterocromatina ovvero è inattivato
(non trascritto) e visibile come “corpo di Barr” nelle cellule in interfase
Struttura dei cromosomi eucariotici : a seconda del momento del
ciclo cellulare i cromosomi sono formati da un unico cromatidio (una
molecola di DNA) o due cromatidi (due molecole di DNA
Alberts
Il cariotipo umano normale
Metafase e cariotipo maschile 46,XY
Le metafasi possono
essere ottenute da diversi
tipi di colture cellulari,
p.e. linfociti periferici.
La colorazione dei
cromosomi con tecniche
dette di bandeggio
permette di distinguere le
diverse coppie
Come si riproducono le cellule
eucariotiche
Il ciclo cellulare (ciclo riproduttivo della cellula
eucariote) consiste nella sequenza di eventi che permettono alla
cellula di duplicare il suo DNA e di dividersi in due
La progressione attraverso
le fasi del ciclo cellulare o
per contro il blocco è
accuratamente
regolato
dalla
presenza
di
specifiche
proteine
(cicline, CDK , inibitori dei
complessi ciclina-CDK)
fase S: sintesi DNA
fase G1: cromosomi
monocromatidici
fase G2: cromosomi
dicromatidici
fase M : mitosi e
citodieresi
fecondazione
Oocita (23 cr)
meiosi
Zigote (46 cr)
Spermatozoi (23 cr)
meiosi
Il ciclo
vitale
dell’uomo
mitosi
La MITOSI è il processo di divisione delle cellule eucariotiche :
una divisione cellulare con formazione di due cellule figlie con lo
stesso numero di cromosomi (assetto cromosomico diploide) della
cellula madre e geneticamente identiche tra loro in quanto ognuna
riceve uno dei due cromatidi fratelli (identiche sequenze di DNA) di
ogni cromosoma.
La MEIOSI è il processo che porta alla formazione dei gameti: due
divisioni cellulari con formazione di cellule con numero dimezzato
di cromosomi (assetto cromosomico aploide ) rispetto alla cellula
madre e geneticamente diverse le une dalle altre
La meiosi comporta due
divisioni cellulari
2n (assetto
cromosomico
diploide )
Gametociti I
I divisione : riduzionale
n (assetto
cromosomico
aploide )
Gametociti II
II divisione :
equazionale
n
Gameti
p
m
All’inizio della meiosi i cromosomi sono
dicromatidici perché nella precedente
interfase è avvenuta sintesi di DNA
Prima
divisione
:
i
cromosomi
omologhi
si
separano e pertanto il numero
di cromosomi viene dimezzato
(formazione di due cellule
aploidi
con
cromosomi
dicromatidici )
Seconda divisione :
si separano i cromatidi
fratelli (formazione di 4
cellule aploidi con
cromosomi
monocromatidici)
Meiosi di un individuo con genotipo *
eterozigote Aa **
A
* Genotipo : il tipo/i di alleli per uno o più geni di una
cellula o di un individuo
** A e a rappresentano alleli diversi (diverse sequenze
nucleotidiche dello stesso gene ) che occupano loci
corrispondenti sui cromosomi omologhi
a
A
A
La segregazione (separazione)
degli alleli di un gene (Legge di
Mendel della segregazione) è
correlata al comportamento dei
cromosomi in meiosi
a
A
a
a
l’eterozigote per un gene forma due
tipi di gameti in uguale proporzione
ovvero con la stessa probabilità :
1/2 A, 1/2 a
a
A
A
A
a
a
a
ab
A
a
A
A
AB
A
Meiosi di un
individuo con
genotipo
eterozigote per
due geni
indipendenti
(localizzati su
cromosomi
diversi)
Vengono
prodotti 4 tipi di
gameti in
proporzioni
uguali ovvero
con la stessa
probabilità
1/4 AB
1/4 Ab
1/4 aB
1/4 ab
a
A
Ab
a
a
aB
L’assortimento indipendente di coppie di alleli di due o
più geni indipendenti (localizzati su cromosomi differenti)
(Legge di Mendel dell’assortimento indipendente) è
correlato al comportamento delle diverse coppie di
cromosomi alla I divisione meiotica
Le conseguenze dell’assortimento indipendente
sulla variabilità genetica dei gameti
In un ipotetico organismo in cui l’assetto cromosomico diploide è 2n =
4 si formano 22 = 4 combinazioni di cromosomi nei gameti.
Pertanto se l’assetto cromosomico è 2n le diverse combinazioni di
cromosomi nei gameti dovute all’assortimento indipendente sono 2 n
Quante sono le diverse combinazioni di cromosomi non omologhi
nei gameti di un organismo con 2n = 6?
Quante diverse combinazioni di cromosomi
23 = 8sono presenti nei
gameti di un individuo della specie umana per effetto della
segregazione indipendente ?
A
A
a
I geni localizzati sullo stesso
cromosoma (concatenati o
associati) tendono a essere
ereditati insieme
a
Meiosi I
AA
A
a
A
aa
a
L’eterozigote per due geni
concatenati forma due tipi
di gameti
Meiosi II
……..ma non solo !
A
A
a
a
gameti
A
a
A
a
chiasmi
A
I geni concatenati
possono essere
ricombinati grazie
al crossing-over
a
Meiosi I
A
A
a
Nella profase della I divisione
meiotica
i cromosomi
omologhi
si
appaiano
(formazione del complesso
sinaptinemale e processo di
sinapsi) e avviene crossingover tra i cromatidi di
cromosomi omologhi.
a
Meiosi II
gameti
A
AB parentale
A
a
Ab
aB
ricombinanti
a
Ab parentale
La frequenza di ricombinanti è
direttamente proporzionale alla
distanza fisica dei due geni sul
cromosoma
La frequenza dei ricombinanti è utilizzata per la
costruzione di mappe genetiche
Mappe genetiche o cromosomiche
rappresentazioni lineari della posizione di loci genici associati
sullo stesso cromosoma con indicazione della distanza tra essi
espressa in termini di frequenza di ricombinazione. L’unità di
misura delle mappe genetiche è il cM (centimorgan) equivalente a
1% di ricombinanti e la distanza tra due loci è direttamente
proporzionale alla frequenza di ricombinazione.
ERRORI MEIOTICI (non disgiunzione dei cromosomi in I
o in II divisione meiotica ) portano alla formazione di
gameti sbilanciati e quindi sono causa di variazione del
numero di cromosomi nella prole derivata da questi
gameti :MUTAZIONI CROMOSOMICHE
La Sindrome di Down è
dovuta a una mutazione
cromosomica causata da
non disgiunzione meiotica
materna o paterna dei
cromosomi 21
Cariotipo 47,XX,21+
Generazione P
Gli esperimenti di Mendel (1822-1884)
Risultati degli incroci
Generazione F1 : 100% semi lisci
Gli individui della F1 (filiale 1)
sono
monoibridi
(derivano
dall’incrocio di linee pure differenti per
un carattere) e hanno tutte lo
stesso fenotipo dominante (seme
liscio) : I legge di Mendel o legge
della dominanza
Alla generazione F2 ricompare il
carattere
recessivo
(seme
rugoso) in un rapporto fenotipico
3:1
Generazione F2
54735473
lisci lisci
1850
1850rugosi
rugosi
Rapporto FENOTIPICO F2
3
:
1
LISCI
RUGOSI
Interpretazione con i genotipi
P:
P
liscio x rugoso
Gameti
AA x
aa
A
a
F1
F1 :
100 % semi lisci
Gameti
Aa
A
Esperimenti di
Mendel :
interpretazione dei
risultati di incroci
riguardanti un solo
carattere
(monoibridismo)
a
Autofecondazione
♀
A
♂A
F2 :
5473 lisci 1850rugosi
a
AA
Aa
a
Aa
aa
F2 1 AA : 2 Aa : 1 aa
Rapporto FENOTIPICO F2
3
LISCI
:
1
RUGOSI
Rapporto GENOTIPICO F2
1AA
LISCI
2 Aa
1 aa
RUGOSI
Dagli esperimenti su piante che differiscono per un solo carattere
(monoibridismo) si deduce :
La II legge di Meendel o legge della segregazione : i
membri di una coppia di alleli segregano (si separano) l’uno dall’altro
nella formazione dei gameti ; pertanto ogni gamete contiene un solo
allele per ogni gene
Il principio della segregazione di
Mendel è correlato agli eventi
della meiosi : la separazione dei
cromosomi omologhi nella I
divisione meiotica comporta la
segregazione degli alleli e
pertanto un eterozigote forma due
tipi di gameti
Eredità autosomica recessiva nella
specie umana
Albero genealogico per β talassemia o
anemia mediterranea : malattia ereditaria
autosomica
recessiva causata da
mutazione del gene per la catena β
dell’emoglobina (aplosufficienza)
Femmina sana
maschio sano
malata
malato
Quale è la probabilità che la coppia di
genitori abbia un successivo figlio affetto
da anemia mediterranea ?
a. 0
b. ½ c. ¼ d. ¾ e. 1
Esempi di alberi genealogici per malattie con
eredità autosomica recessiva
Griffith
et al. Genetica
Zanichelli
Esempi :, anemia falciforme , talassemia, fibrosi
cistica
, errori
congeniti del metabolismo (p.e. fenilchetonuria) ecc
Le basi molecolari dell’eredità autosomica recessiva
L’allele “a” è il risultato di una MUTAZIONE GENICA , p.e. :
Sostituzione di 1 nucleotide che può comportare il
cambiamento di un aminoacido nel polipeptide codificato
(p.e. mutazione di senso o “missenso” ) o la sintesi di un
polipeptide più corto (mutazione non senso )
Delezione/inserzione di 1-2 o più nucleotidi
Eredità autosomica dominante nella specie umana :
l’esempio della polidattilia
Aa
aa
Aa
aa
Quale è la probabilità che la
coppia di genitori abbia un
successivo
figlio
con
polidattilia ?
Aa
a. 0
b. ½ c. ¼ d. ¾ e. 1
Risultati degli esperimenti di Mendel riferiti a incroci
tra piante di pisello linee pure che differiscono per due
caratteri (diibridismo)
III legge di
Mendel o legge
dell’Assortimento
Indipendente
P
F1
Gli alleli di geni per
caratteri diversi
assortiscono (si
distribuiscono) nei
gameti l’uno
indipendentemente
(a caso) dall’altro
Alla F2 rapporto fenotipico è 9:3:3:1
9 GL, 3 GR, 3 VL, 1 VR
Eredità legata al sesso ovvero eredità di geni
localizzati sul cromosoma X
EREDITA’ XLINKED
RECESSIVA
L’albero genealogico della Regina Vittoria. Molti
discendenti maschi sono affetti da Emofilia A:
deficit del fattore VIII della coagulazione del sangue
La Regina
Vittoria
(1819-1901)
* l’incidenza del carattere è più frequente nei maschi che nelle femmine
* l’allele mutato è trasmesso ai maschi affetti dalle madri portatrici della
mutazione (eterozigoti)
* i maschi emizigoti per la mutazione trasmettono a tutte le figlie la
mutazione
EREDITA’ XLINKED
RECESSIVA
XeY
XE Xe
XE XE
XEY
Quale è la probabilità
che un successivo figlio
maschio di Alice sia
malato ?
1/2
Quale è la probabilità
che la prima figlia di
Alice sia portatrice di
emofilia ?
1/2
I Caratteri Multifattoriali sono
determinati dall’interazione di :
- più GENI ciascuno dei quali
presenta due o più alleli che
agiscono con effetto additivo sul
fenotipo
- fattori AMBIENTALI
Caratteri SOGLIA
Singole malformazioni
congenite (p.e. labbro
leporino, difetti di chiusura
del tubo neurale come
spina bifida
Disordini complessi degli
adulti (p.e coronopatie,
ipertensione,
diabete,
schizofrenia)
Nella popolazione generale circa 1 individuo su
2 è affetto da una patologia multifattoriale !
Caratteri QUANTITATIVI
(p.e. statura, peso, colore
della pelle ,
Q.I.)
caratterizzati
da
una
variazione continua di
fenotipi in quanto ad ogni
genotipo corrisponde una
serie continua di fenotipi