LE MUTAZIONI E L EVOLUZIONE

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1 UNITÀ BIOTEC. DIDATTICA DI ELEMENTI DI BIOLOGIA MOLECOLARE LE MUTAZIONI E L EVOLUZIONE Roberto Giacominelli Stuffler

2 LE MUTAZIONI 2

3 LE MUTAZIONI LE SOSTITUZIONI LE DELEZIONI LE INSERZIONI 3

4 LE MUTAZIONI La sostituzione è il più comune tipo di mutazione. Essa si distingue in: TRANSIZIONE sostituzione di una purina con un altra purina o di una pirimidina con un altra pirimidina, TRASVERSIONE sostituzione di una purina con una pirimidina o di una pirimidina con una purina. 4

5 LE MUTAZIONI LE TRANSIZIONI SPONTANEE Il tautomero iminico dell adenina si può accoppiare con la citosina A-T A-T A-C A-T A-T A-T G-C 5

6 LE MUTAZIONI L alterazione in un unica coppia di basi può determinare una mutazione puntiforme; una delezione o inserzione può determinare una mutazione dello schema di lettura. 6

7 L ALTERAZIONE DI UN UNICA COPPIA DI BASI CAUSA LE MUTAZIONI PUNTIFORMI. 7

8 LE MUTAZIONI DELLO SCHEMA DI LETTURA SONO CAUSATE DALLA INSERZIONE O DALLA DELEZIONE DI UNA BASE. 8

9 LE INSERZIONI Un esempio é l acridina che si intercala tra due coppie di basi di DNA, Essa è un agente mutageno simile ad una base purinica. 9

10 I DIMERI DI TIMINA In seguito ad irradiazione ultravioletta ( nm), si possono formare i dimeri di pirimidina. Le lesioni che si producono nel DNA vengono continuamente riparate, sia nei batteri irradiati con UV, sia nelle cellule cutanee di soggetti esposti senza protezione alla luce solare. 10

11 LA RIPARAZIONE DI UNA REGIONE DI DNA CONTENENTE UN DIMERO DI TIMINA 11

12 La decomposizione spontanea di un residuo di citosina del DNA ad uracile puó provocare una mutazione se non viene riparata. 12

13 LA RIPARAZIONE DI UNA CONVERSIONE SPONTANEA DELLA CITOSINA AD URACILE Il DNA contiene timina invece di uracile, per permettere la riparazione della citosina deaminata. 13

14 I MUTAGENI Sono agenti chimici che possono alterare la struttura delle basi puriniche o pirimidiniche del DNA ed i loro effetti sfuggono alla correzione. 14

15 I MUTAGENI 15

16 L ACIDO NITROSO L acido nitroso determina la deaminazione delle basi, quindi: Citosina Uracile Adenina Ipoxantina Guanina Xantina 16

17 GLI AGENTI ALCHILANTI La metilazione della guanina (forma enolica) da parte di un agente metilante (es. il dimetilsolfato) ha come conseguenza l incapacità di formare coppie di basi con la citosina. 17

18 GLI ANALOGHI DELLE BASI il Bromouracile ė l analogo della timina, il tautomero enolico si accoppia con la guanina AT GC la 2-Aminopurina di norma si accoppia con la timina, il suo tautomero si accoppia con la citosina AT GC 18

19 L EVOLUZIONE 19

20 LA TEORIA EVOLUTIVA DELLA CELLULA Essa afferma che tutti gli organismi e tutte le cellule che li costituiscono sono derivati da una cellula progenitrice in seguito ad una evoluzione per selezione naturale, ciò richiede la presenza di due processi essenziali: il verificarsi di una variazione (mutazione) casuale nell informazine genetica, trasmessa da un individuo ai suoi discendenti, una selezione che favorisce quell informazione genetica variata che aiuta chi la possiede a sopravvivere ed a propagarsi; l evoluzione è un principio fondamentale per descrivere scientificamente la grande varietà degli organismi viventi. 20

21 L EVOLUZIONE MOLECOLARE LA PRODUZIONE DI MOLECOLE ORGANICHE SEMPLICI 3-4 miliardi di anni fa, la terra era un luogo ricco di eruzioni vulcaniche, lampi, piogge torrenziali, non esisteva O 2 libero e non era presente lo strato di ozono che assorbisse le radiazioni UV del sole; in queste condizioni, l atmosfera era ricca di molecole reattive (oltre che di H 2 O, CH 4, NH 3, H 2, ecc.) e lontana dall equilibrio chimico. 21

22 LA PRODUZIONE DI MOLECOLE BIOLOGICHE SEMPLICI IN CONDIZIONI PREBIOTICHE (MILLER E UREY 1953) Scaldando miscele di gas come CO 2, CH 4, NH 3 e H 2 in H 2 O in presenza di scariche di energia e radiazioni UV, questi reagiscono formando piccole molecole organiche: amminoacidi, zuccheri, purine e pirimidine necessarie per formare i nucleotidi. 22

23 L EVOLUZIONE CHIMICA La presenza di diversi gruppi funzionali in una molecola molto grande, aumenta la versatilità di quella molecola che acquisisce proprietà chimiche non possibili per i composti semplici. 23

24 LE MOLECOLE ORGANICHE SEMPLICI SI POSSONO ASSOCIARE PER FORMARE I POLIMERI Un amminoacido, mediante opportune reazioni chimiche, si può unire ad un altro, formando un legame peptidico, mentre due nucleotidi si possono unire insieme mediante un legame fosfodiestere; la ripetizione di queste reazioni porta a polimeri noti rispettivamente come polipeptidi (polimeri di amminoacidi: proteine) e polinucleotidi, sotto forma di acidi ribonucleotidici (RNA) e deossiribonucleotidici (DNA). 24

25 LA REPLICAZIONE MEDIANTE LA COMPLEMENTARIETÀ L accoppiamento specifico tra gruppi funzionali complementari consente a una macromolecola di replicare o copiare se stessa, dirigendo la costruzione di una nuova molecola, a partire da unità complementari semplici. 25

26 I POLINUCLEOTIDI HANNO LA CAPACITÀ DI DIRIGERE LA PROPRIA SINTESI I polinucleotidi hanno limitate capacità catalitiche, ma possono dare originea copieesattedellalorosequenza; questa capacità dipende dall accoppiamento complementare delle subunità nucleotidiche, che permette ad un polinucleotide di agire da stampo per la formazione di un nuovo filamento. 26

27 TUTTE LE CELLULE ODIERNE USANO IL DNA COME MATERIALE EREDITARIO Il DNA agisce come deposito permanente dell informazione genetica, l RNA precedette il DNA nell evoluzione, riunendo capacità genetiche e catalitiche; in seguito il DNA assunse le funzioni genetiche primarie e le proteine divennero i catalizzatori principali, mentre l RNA rimase soprattutto come l intermediario che li connetteva; il DNA può contenere un informazione genetica maggiore di quella che può essere mantenuta stabilmente nell RNA. 27

28 LO SVILUPPO DELLA MEMBRANA CELLULARE Con la compartimentalizzazione, risulta possibile la selezione di molecole di RNA, in base alla loro capacità di guidare la sintesi di nuove proteine. 28

29 LA COMPARTIMENTALIZZAZIONE CELLULARE 29

30 L EVOLUZIONE DEGLI ORGANISMI 30

31 I PROCARIOTI DNA nudo Geni continui Replicazione monocentrica del DNA (due forcelle replicative) Assenza di sequenze ripetitive nel DNA DNA-polimerasi I, II, III mrna policistronici subito maturi e tradotti mentre vengono trascritti GLI EUCARIOTI DNA strettamente legato a istoni Geni discontinui (esoni ed introni) Replicazione multicentrica del DNA (migliaia di forcelle replicative) Presenza di sequenze ripetitive nel DNA DNA-polimerasi,,,, mrna monocistronici che originano da trascritti primari nucleari (hnrna)) e che subiscono processi di riarrangiamento e maturazione prima di raggiungere i ribosomi 31

32 DIFFERENZE FRA ORGANISMI PROCARIOTI ED EUCARIOTI 32

33 33

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