GENETICA. E la scienza che studia la trasmissione dei caratteri ereditari dai genitori ai figli EREDITARIETA

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1 GENETICA

2 GENETICA E la scienza che studia la trasmissione dei caratteri ereditari dai genitori ai figli EREDITARIETA

3 GENOMA E il corredo di informazioni genetiche di un organismo L unità fondamentale è il GENE Segmento di DNA dal quale dipende la sintesi di una determinata proteina e quindi la comparsa di un dato carattere ereditario I geni sono localizzati sui CROMOSOMI

4 Il numero di cromosomi nelle cellule diploidi è caratteristico di ogni speciecariotipo Le cellule umane contengono 46 cromosomi. 23 coppie di cromosomi omologhi (informazione genetica simile, stessa forma e lunghezza). Un cromosoma di ciascuna coppia è d'origine paterna mentre l altro è d origine materna. I cromosomi omologhi di ventidue coppie, detti AUTOSOMI, sono eguali sia nelle femmine sia nei maschi. I cromosomi presenti nella ventitreesima coppia sono diversi nei maschi e nelle femmine e sono responsabile della determinazione del sesso, per tale motivo denominati CROMOSOMI SESSUALI : X e Y.

5 POSIZIONE DEI GENI Ogni gene occupa una posizione ben precisa su un cromosoma specifico ed è detta LOCUS genico Su uno stesso cromosoma sono presenti più geni Forme diverse di uno stesso gene si chiamano ALLELI ed occupano sui cromosomi omologhi lo stesso locus

6 Se gli ALLELI sui cromosomi omologhi sono uguali l organismo si dice OMOZIGOTE Se sono diversi l organismo si dice ETEROZIGOTE

7 Genotipo costituzione genetica di un organismo Ciò che è scritto nel DNA Ambiente Fenotipo manifestazione fisica dei caratteri genetici di un individuo L aspetto

8 GLI ALLELI DOMINANTE A È sufficiente possederne una sola copia affinchè si manifesti sia negli omozigoti (AA) che negli eterozigoti (Aa). RECESSIVO a Si manifesta solo negli omozigoti (aa) per l allele in questione In alcuni casi gli eterozigoti manifestano fenotipicamente entrambi gli alleli che possiedono senza che quello dominante copra l espressione di quello recessivo, ma le due espressioni coesistono dando origine ad un fenotipo misto CODOMINANZA

9 Un po di storia La genetica classica nasce nella seconda metà dell 800 con gli studi compiuti dal monaco Gregor Mendel su piante di pisello e si sviluppa nei primi decenni del 900 grazie ad esperimenti condotti sul moscerino della frutta: Drosophila melanogaster

10 I sette caratteri studiati da Mendel Le sette coppie di caratteri del pisello da orto studiate da Mendel nei suoi esperimenti di incrocio.

11 1 ESPERIMENTO Incrocio di 2 linee pure di piante di pisello che differiscono per un solo carattere: il colore Le piante figlie presentano il carattere di uno solo dei due genitori

12 2 ESPERIMENTO incrociando tra loro le piante della prima generazione Mendel ottiene una seconda generazione costituita da piante che: per 3/4 esprimono il carattere della prima generazione (giallo) per 1/4 il carattere della generazione parentale apparentemente scomparso (verde)

13 ALTRI ESPERIMENTI CONSIDERANDO DUE CARATTERI Incrocio di individui che differiscono per due caratteri (colore e forma) Le piante figlie presentano i caratteri di uno solo dei due genitori (giallo-liscio)

14 incrociando tra loro le piante della prima generazione Mendel ottiene una seconda generazione costituita da piante: per 1/16 con entrambi i caratteri recessivi per 9/16 con entrambi i caratteri dominanti per 3/16 con un carattere dominante per 3/16 con l altro carattere dominante

15 ESPERIMENTI CONSIDERANDO L ALTEZZA

16 1 LEGGE LEGGE DELLA DOMINANZA DEI CARATTERI Mendel chiama DOMINANTE il carattere che compare alla prima generazione e RECESSIVO quello che compare alla seconda generazione

17 eccezione CODOMINANZA Nessuno degli alleli domina sull altro per cui gli eterozigoti li manifestano entrambi (non sono uguali ai genitori, ma hanno un colore intermedio)

18 2 LEGGE LEGGE DELLA SEGREGAZIONE I 2 alleli che controllano un particolare carattere si separano (segregano) l uno dall altro durante la formazione dei gameti e vengono trasmessi a gameti differenti

19 SEGREGAZIONE DEGLI ALLELI gametocita Aa Separazione dei due alleli durante la formazione dei gameti. duplicazione meiosi AAaa Quando l eterozigote si riproduce genera gameti che portano un allele oppure l altro in numero uguale A A a a gameti

20 3 LEGGE LEGGE DELL ASSORTIMENTO INDIPENDENTE Incrociando individui che differiscono per due o più caratteri, ogni coppia di alleli per ciascun carattere viene ereditata in maniera indipendente dall altra

21 SE INCROCIO UN OMOZIGOTE dominante CON UN OMOZIGOTE recessivo dominante recessivo gameti ETEROZIGOTE Tutta la discendenza manifesta fenotipicamente i caratteri dominanti

22 SE INCROCIO UN ETEROZIGOTE CON UN OMOZIGOTE recessivo gameti Il 50% della discendenza manifesta fenotipicamente il carattere recessivo e il 50% quello dominante

23 SE INCROCIO DUE ETEROZIGOTI (legge della segregazione) si ottiene una generazione costituita da piante che: per 1/4 esprimono il carattere recessivo (omozigoti recessivi) per 3/4 esprimono il carattere dominante 2/3 eterozigoti 1/3 omozigote dominante

24 Incrociando due eterozigoti A A AA a Aa 3 genotipi: AA, Aa, aa a Aa aa 2 fenotipi: A = viola, a = giallo

25 SE INCROCIO DUE ETEROZIGOTI PER DUE CARATTERI DIVERSI (legge dell assortimento indipendente)

26 Correlazione tra geni e cromosomi I geni esistono come paia di alleli e ciascun membro del paio deriva da ciascun genitore. Quindi il numero diploide (2n, 46 cromosomi nella specie umana) deriva dal contributo aploide di ciascun genitore (n, 23 cromosomi dello spermatozoo o dell uovo umano).

27 Correlazione tra geni e cromosomi I geni esistono come paia di alleli e ciascun membro del paio deriva da ciascun genitore. Quindi il numero diploide (2n, 46 cromosomi nella specie umana) deriva dal contributo aploide di ciascun genitore (n, 23 cromosomi dello spermatozoo o dell uovo umano).

28 LEGGE DELL INDIPENDENZA Parentali: S e Y sono dominanti SSYY ssyy gameti SY sy Doppio eterozigote: generazione ibrida F1. Vengono espressi solo i caratteri dominanti Ss Yy gameti possibili SY Sy sy sy

29 Incrocio di due genitori che differiscono rispetto a due geni QUADRATO DI PUNNETT Genotipi materni SY Sy sy sy SY SSYY SSYy SsYY SsYy Genotipi paterni Sy sy SSYy SSyy SsYy Ssyy SsYY SsYy ssyy ssyy 9/16 SY 3/16 Sy 3/16 sy 1/16 sy sy SsYy Ssyy ssyy ssyy

30 E possibile associare un determinato gene per un carattere ad un cromosoma? Il genetista Morgan tentò di dare una risposta a tale domanda, utilizzando come modello animale per i suoi esperimenti il comune moscerino della frutta Drosophila melanogaster). Poiché gli individui di tale specie si riproducono nel breve tempo di 12 giorni gli fu possibile esaminare in un anno parecchie generazioni ed un gran numero di individui per generazione. Utilizzò un moscerino mutante con gli occhi bianchi comparso per mutazione spontanea in una popolazione di moscerini normali(selvatici) dagli occhi rossi.

31 DROSOPHILA GEN 16 F 1 rosse x bianchi tutti rossi XX XX x + x XY XY X X Y cromosomi portatori dell allele rosso (dominante) cromosomi portatori dell allele bianco (recessivo) cromosoma privo di allele F 2 tutte rosse 50% rossi occhio rosso occhio bianco 50% bianchi XX XX XY XY Il colore degli occhi di Drosophila dipende da un gene situato su un cromosoma sessuale.

32 DROSOPHILA GEN 16 F 1 bianca x rosso rosse bianchi XX XX x + x XY XY X X Y cromosomi portatori dell allele rosso (dominante) cromosomi portatori dell allele bianco (recessivo) cromosoma privo di allele occhio rosso F 2 e occhio bianco 50% rossi 50% bianchi XX XX XY XY Il colore degli occhi di Drosophila dipende da un gene situato su un cromosoma sessuale.

33 Incrociando moscerini dagli occhi bianchi con moscerini dagli occhi rossi e seguendo il carattere mutato nelle varie generazioni, Morgan stabilì che il gene per il colore degli occhi è situato su un cromosoma sessuale. Da quel momento fu possibile associare i geni ai cromosomi e attraverso il metodo dei mutanti, geni per diversi caratteri vengono associati ad un preciso cromosoma. Ma poiché il numero dei geni è più elevato di quello dei cromosomi, si concluse che su ogni cromosoma dovevano essere presenti più geni.

34 GRUPPO SANGUIGNO E determinato da più di due alleli: I A I B I 0 codominanti recessivo GENOTIPO FENOTIPO I A I A gruppo A I A I 0 gruppo A I B I B gruppo B I B I 0 gruppo B I A I B gruppo AB I 0 I 0 gruppo 0

35 I soggetti di gruppo A presentano sulla superficie dei globuli rossi una sostanza antigenica denominata A e nello stesso tempo producono anticorpi diretti contro la sostanza B, presente sui globuli rossi dei soggetti di gruppo B: (dona ad A ed AB, riceve da A e da 0). I soggetti di gruppo B presentano la combinazione opposta: sostanza B sulla superficie dei globuli rossi e anticorpi diretti contro la sostanza A: (dona a B e AB, riceve da B e 0). Il sangue dei soggetti di gruppo AB presenta entrambe le sostanze A e B sulla superficie dei globuli rossi, ma non produce anticorpi né contro A, né contro B: (donano solo ad AB ma sono riceventi universali). I soggetti di gruppo 0 hanno globuli rossi privi di entrambe le sostanze, ma producono anticorpi rivolti sia contro A che contro B: (donatori universali ma ricevono solo da 0).

36 SCHEMA DI COMPATIBILITA Rh = fattore Rhesus: altro antigene presente sulla superficie della maggior parte dei globuli rossi umani. Se presente i gruppi sanguigni vengono definiti Rh-positivi, se assente Rh-negativi.

37 ALTERAZIONE DEL MATERIALE GENETICO MUTAZIONI PUNTIFORMI ABERRAZIONI CROMOSOMICHE

38 1. MUTAZIONI PUNTIFORMI SOSTITUZIONE E coinvolto 1 solo nucleotide SENSO (sostituzione di 1 aa) - nessun effetto: se la nuova tripletta viene tradotta nello stesso amminoacido, senza effetti sulla proteina prodotta - effetto scarso: se l'amminoacido viene sostituito con uno simile e/o non si trova in un tratto importante della proteina - effetto notevole: se il nuovo amminoacido è molto diverso e/o si trova in posizione importante nella proteina NON SENSO se trasforma una tripletta codificante in una delle tre triplette che indicano la fine della catena amminoacidica, con accorciamento della proteina prodotta INSERZIONE O DELEZIONE raggruppamento dei nucleotidi successivi in triplette diverse da quelle originali.

39 2. ABERRAZIONI CROMOSOMICHE Alterazione della struttura dei cromosomi INVERSIONE Rottura del cromosoma e saldatura dalla parte opposta DELEZIONE Perdita di un tratto del DNA TRASLOCAZIONE Rotture che vengono saldate in cromosomi sbagliati (intercromosomiche) o in posizioni sbagliate dello stesso cromosoma (intracromosomiche). DUPLICAZIONE Raddoppiamento di un tratto di un cromosoma.

40 3. VARIAZIONE DEL n DEI CROMOSOMI La presenza di un cromosoma soprannumerario è detta TRISOMIA (es. trisomia 21 o sindrome di Down) La mancanza di un cromosoma è detta MONOSOMIA (es. sindrome di Turner)

41 EREDITA DELLE MUTAZIONI Ereditarietà autosomica dominante Possono essere affetti sia i maschi che le femmine. Sono affetti gli eterozigoti Gli affetti possono essere presenti in tutte le generazioni Ereditarietà autosomica recessiva Possono essere affetti sia i maschi che le femmine. Sono affetti gli omozigoti Una coppia di portatori sani avrà una probabilità del 25%, ad ogni gravidanza, di concepire un figlio o una figlia malati, del 50% di avere un figlio o una figlia portatori sani, del 25% di avere un figlio o una figlia sani e non portatori. Ereditarietà recessiva legata al cromosoma X Possono essere affetti solo i maschi, le femmine possono essere portatrici sane. Una donna portatrice sana presenta un rischio del 50% di generare un figlio maschio affetto dalla malattia ed un rischio del 50% di generare una figlia a sua volta portatrice sana.

42 MUTAZIONE RECESSIVA AUTOSOMICA A a* A AA Aa* a* Aa* aa* 25% AA= sano 50% Aa*= portatore sano 25% aa*= malato Probabilità di progenie derivante da una coppia di portatori sani (Aa*)

43 A a* A a AA Aa Aa* aa* Probabilità di progenie derivante da un solo genitore portatore sano (Aa*) ed un genitore sano (Aa). 25% AA= sano (omozigote dominante) 25% Aa*= portatore sano (eterozigote) 25% Aa = sano (eterozigote) 25% aa*= malato (omozigote recessivo)

44 MUTAZIONE RECESSIVA LEGATA AL CROMOSOMA X X Y X XX XY Xd XdX XdY XX= femmina sana XdX= femmina portatrice sana XY= maschio sano XdY= maschio malato

45 MALATTIE EREDITARIE o GENETICHE Malattie ereditarie o genetiche sono chiamate quelle anomalie di strutture o funzioni presenti dalla nascita che derivano da un'anomalia presente in un singolo gene oppure da un assetto anomalo dei cromosomi. Le malattie genetiche multifattoriali, sono causate dall interazione tra più geni e molteplici fattori esogeni o ambientali (es. psoriasi, ipertiroidismo, diabete mellito, epilessia, cardiopatie congenite).

46 ESEMPI DI MALATTIE GENETICHE SINDROME DI DOWN (trisomia 21) SINDROME DI TURNER (mancanza o alterazione di un cromosoma X) FIBROSI CISTICA (cromosoma 7 recessiva) DISTROFIA MUSCOLARE (cromosoma X recessiva) DALTONISMO (cromosoma X recessiva) ALBINISMO (cromosoma 11 recessiva) EMOFILIA (cromosoma X recessiva) FAVISMO (cromosoma X recessiva) ANEMIA MEDITERRANEA (Talassemia) (cromosoma 11 o 16) FELINCHETONURIA (cromosoma 12 recessiva)

47 Come agisce la selezione naturale? Mutazione dominante: gli effetti della selezione naturale sono ben visibili (es. Biston betularis o farfalla delle betulle) Mutazione recessiva: gli effetti della selezione naturale sono visibili solo sugli organismi omozigoti; mentre il gene mutato può rimanere nascosto negli eterozigoti non affetti, ma portatori sani che continueranno a trasmetterlo alle generazioni successive.

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