Globuli rossi normali e falciformi

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1 OGNI PAIO DI CROMOSOMI CONTIENE GLI STESSI GENI NELLO STESSO ORDINE MA NON NECESSARIAMENTE IN FORMA IDENTICA. ALLELI: FORME DIVERSE DI UNO STESSO GENE Daniela Sarnataro LOCUS: POSIZIONE OCCUPATA DA UN GENE SU UN CROMOSOMA GENE: UNITA EREDITARIA FONDAMENTALE Origine mutazionale dell emoglobina S Getipo-Fetipo Globuli ros rmali e falciformi Questa sostituzione è responsabile in una forma di globuli ros presente nell anemia falciforme Nell anemia falciforme le cellule diventa più fragili Osservazione del fetipo I metodi di indagine del fetipo so diver dipendo dal carattere che vuole esaminare: Anemia falciforme fetipo clinico fetipo cellulare (anali microscopica) fetipo molecolare (anali molecolare) GENOTIPO: costituzione genetica di un individuo, a riferito ad un ngolo gene, a all ineme dei suoi geni. FENOTIPO: manifestazione fica di un carattere genetico, che dipende dal getipo specifico e dalla sua interazione con l'ambiente CARATTERE: tutte le caratteristiche di un organismo rilevabili con un quala mezzo di indagine 1

2 ANALISI MENDELIANA Principi balari della trasmisone dei geni Non sapendo che. I geni controlla i caratteri I geni so localizzati sui cromosomi I geni segrega con i cromosomi (meio) La scelta del modello sperimentale da parte di Mendel fu importante ] Gregor Johann Mendel ( ), fu il primo che studiò scientificamente l eredità biologica; formulò l ipote dell estenza di qualche elemento responsabile della trasmisone dei caratteri. Egli formulò i princìpi fondamentali dell'ereditarietà grazie al suo approccio metodologico. ] Pianificò i suoi esperimenti con cura ed intelligenza, scegliendo di studiare solamente differenze ereditarie nette. ] Studiò i discendenti n solo della prima generazione e della seconda, ma anche delle generazioni succesve. ] Analizzò i suoi dati in modo tale da rendere la loro valutazione semplice ed oggettiva. Gli esperimenti stes furo descritti così chiaramente che potero essere ripetuti e controllati da altri scienziati 1. le piante di pisello (Pisum sativum) so facilmente reperibili, coltivabili e riproduco velocemente e più volte nell'an. 2. focalizzò la sua attenzione su sette caratteri alternativi e facilmente distinguibili. 3. selezionò linee pure, cioè piante che per autofecondazione dava sempre piante con lo stesso carattere dei genitori AUTOIMPOLLINAZIONE 4. effettuò un'anali statistica dei risultati ottenuti dei suoi incroci Numero caratteri vennero pre in esame da Mendel Numero caratteri vennero pre in esame da Mendel Mendel studiò 7 coppie di caratteri (contrastanti e ben definiti)della pianta del pisello odoroso : Colore dei fiori: viola o bianco Pozione dei fiori: asale o terminale Colore dei semi: giallo e verde Aspetto dei semi: liscio o rugoso Forma dei baccelli: semplice o con strozzature Colore dei baccelli: baccello giallo o verde Lunghezza del fusto: pianta alta o nana lavorò su LINEE PURE cioè su una popolazione che comporta in modo costante per il carattere in studio 2

3 I primi esperimenti di Mendel prendeva in conderazione un solo carattere alla volta. Si parla allora di incrocio moibrido: P semi lisci x semi grinzo X P P PISELLO SEME GIALLO X PISELLO SEME VERDE F1 PISELLO SEME GIALLO F1 inincrocio F1 X F1 PISELLO SEME GIALLO PISELLO SEME GIALLO F2 SEME GIALLO SEME GIALLO SEME GIALLO SEME VERDE F2 F2 à 3/4 SEME GIALLO ¼ SEME VERDE AUTOIMPOLLINAZIONE Da questi dati Mendel fece le seguenti deduzioni: 1. I caratteri so determinati da unità ereditarie che chiamò fattori o determinanti, portati dalle cellule germinali 2. Ogni fattore può estere in due stati alternativi o alleli, responsabili delle due forme del carattere 3. I membri delle diverse coppie alleliche separa (cioè segrega) durante la formazione delle cellule germinali e combina nuovamente al momento della fecondazione 1 Legge di Mendel o Principio della Segregazione I due membri di una coppia genica (alleli) segrega ( separa) l'u dall'altro durante la formazione dei gameti. Metà dei gameti contiene un allele, e l'altra metà l'altro allele. Ciascun gamete porta solo un ngolo allele di ogni gene; la progenie deriva dalla combinazione casuale dei gameti prodotti dai due genitori. P PISELLO SEME GIALLO X PISELLO SEME VERDE GG F1 PISELLO SEME GIALLO Gg F1 X F1 PISELLO SEME GIALLO PISELLO SEME GIALLO Gg Gg F2 SEME GIALLO SEME GIALLO SEME GIALLO SEME VERDE GG Gg Gg gg gg fetipo: 3:1 getipo: 1:2:1 F3 Interpretazione di Mendel dei risultati di un incrocio moibrido: la segregazione F1 F2 Aa X 1/3 2/3 Porpora Segregazione 3:1 1/3 2/3 Porpora 3 Bianco 1 Porpora Porpora Segregazione 3:1 Bianco Aa AA Aa Aa aa Bianco AA AA Aa Aa aa aa Bianco 1/4 delle piante F2 sarà AA perché la probabilità di A è ½ per i gameti maschili di F1 e ½ per quelli femminili : 1/2x1/2= 1/4 3

4 L IPOTESI DI MENDEL: (in termini moderni) -I fattori responsabili della trasmisone ereditaria dei caratteri so unità discrete (geni) che compaio in coppie, esto in forme alternative (alleli) e separa (segrega) durante la formazione dei gameti. -Ogni pianta è provvista di due unità responsabili per ogni carattere, ognuna proveniente da ciascun genitore. Le linee pure contengo una coppia di fattori identici (getipo omozigote). -Le piante della F1 contengo entrambi i fattori, u per ciascu dei fattori alternativi (getipo eterozigote), dei quali u dominante (maschera l espresone dell altro) e il secondo recesvo GENOTIPO OMOZIGOTE: quando un individuo posede 2 alleli identici di un certo gene sui cromosomi omologhi GENOTIPO ETEROZIGOTE: quando un individuo posede 2 alleli differenti di un certo gene sui cromosomi omologhi DOMINANTE: quando il carattere risulta evidenziabile a nell omozigo che nell eterozigo (es. semi gialli GG, Gg) ß RECESSIVO: quando il carattere risulta evidenziabile solo nell omozigo (es. semi verdi gg) ß Mendel concluse che: -Incroci tra individui che differisco tra loro in quanto omozigoti per due alleli diver (AA e aa) dello stesso gene dan origine ad una progenie (F1) costituita da individui identici tra loro tutti eterozigoti (Aa) -Incroci tra eterozigoti F1 (Aa x Aa) dan origine ad una progenie (F2) in cui compaio getipi diver in rapporti definiti e costanti: ¼ omozigote per un allele (AA) ¼ omozigote per l altro allele (aa) ½ eterozigote (Aa) QUADRATO DI PUNNET E SCHEMA RAMIFICATO Rappresentazione semplificata delle posbili combinazioni gametiche per calcolare le frequenze attese dei posbili getipi. GENITORI: Aa X Aa ½ A ½ a ½ A ½ a ¼ AA ¼ Aa ¼ Aa ¼ aa F2: ¼ AA ½ Aa (¼ Aa + ¼ Aa) ¼ aa Il quadrato di Punnett ha lo scopo di calcolare le frequenze attese dei posbili getipi. 4

5 09/12/15 Reincrocio Un reincrocio è un incrocio tra un individuo di getipo igto, che manifesta generalmente il fetipo dominante, e un individuo omozigote recesvo. Un reincrocio è effettuato allo scopo di determinare il getipo scosciuto. I fetipi della progenie del reincrocio rivela il getipo dell individuo in esame. Se l individuo di cui vogliamo sapere il getipo (e che presenta fetipo dominante P=purple): - omozigote - eterozigote X PP pp P p Tutti Tutti Pp X fetipo getipi meio gameti posbili getipi posbili Se l individuo che vuole testare è omozigote dopo il testcross la progenie presenta tutta il fetipo dominante. pp Pp p P p ½Pe½p Tutti Se l individuo è eterozigote metà della progenie avrà fetipo dominante e l altra metà recesvo ½ Pp e ½ pp fetipi posbili 100 % 50% e 50% Mendel effettuò anche una serie di incroci in cui era implicate contemporaneamente due paia di caratteri:

6 NO INCROCIO FRA PIANTE CHE DIFFERIVANO PER DUE CARATTERI Diibrido (P) giallo liscio SSYY x verde grinzoso ssyy NO (F1) SsYy giallo liscio (quattro tipi di gameti ciascu con una frequenza di ¼) Nella F2 ottenne quattro combinazioni diverse dei caratteri: Giallo liscio 315 9/16 Giallo grinzoso 101 3/16 Verde liscio 108 3/16 Verde grinzoso 32 1/16 Questi quattro tipi di semi so atte nella proporzione 9:3:3:1 2 a Legge di Mendel Assortimento Indipendente Afferma che i geni che controlla caratteri diver distribuisco in modo indipendente l u dall altro durante la produzione dei gameti La meio è la base dell assortimento indipendente 6

7 Genitore A Semi lisci SS Semi gialli YY Fiori porpora CC INCROCIO A TRE FATTORI poliibrido Genitore B Semi grinzo Semi verdi Fiori bianchi ss yy cc F1 SsYyCc lisci/ gialli/porpora triibrido (triplo eterozigote) Se le tre coppie di geni assortisco indipendentemente il triibrido produrrà 8 tipi di gameti tutti con la stessa probabilità Per ogni gene la probabilità di ciascu dei due tipi di gameti è ½. Se i tre geni assortisco indipendentemente la probabilità di ciascun tipo di gamete sarà ½ x ½ x ½ = 1/8 SYC SYc Syc SyC syc syc syc syc Dall incrocio (o autofecondazione) degli ibridi di F1 otterremo 8 clas fetipiche così suddivise: Ci so 64 combinazioni degli 8 gameti materni, ma questi corrispondo a solo 27 differenti getipi. Se c è dominanza i 27 getipi riduco ad 8 fetipi differenti. 27/64 SYC 9/64 SYc 9/64 SyC 9/64 syc 3/64 syc 3/64 syc 3/64 Syc 1/64 syc 9:3:3:1 = (3+1)2 27:9:9:9:3:3:3:1 = (3+1)3 n caratteri = (3+1)n SsYyCc x SsYyCc Qual è la probabilità del getipo SsyyCc? ½ Ss ¼ yy ½ Cc dunque 1/16 Gli esperimenti di Mendel stabiliro tre principi genetici di base: 1) Alcuni alleli so dominanti, altri recesvi 2) Durante la formazione dei gameti, gli alleli differenti segrega l u dall altro Alla F2 ci so 2 n clas fetipiche, dove n è il numero di coppie alleliche in eterozigo che distribuisco in modo indipendente Iltre il numero delle clas getipiche è 3 n dove n è il numero di coppie di alleli in eterozigo che distribuisco in modo indipendente. 3) Geni diver assortisco indipendentemente RIASSUMENDO Secondo Mendel: 1. I determinanti dei caratteri so elementi materiali discreti e n divibili, che passa di generazione in generazione attraverso i gameti 2. La presenza nei gameti di una delle due forme alternative (alleli) è dovuta all assortimento indipendente, ed è quindi casuale 3. L incidenza numerica dei ngoli getipi per ogni generazione è determinata dal calcolo delle probabilità 4. Coscendo un getipo e i rapporti di dominanza fra gli alleli può prevedere il fetipo. Le leggi di Mendel so sempre corrette? ASSOCIAZIONE TRA GENI Geni associati INTERAZIONE FRA ALLELI DELLO STESSO GENE Dominanza incompleta Codominanza Alleli letali INTERAZIONE TRA GENI DI COPPIE ALLELICHE DIVERSE Geni complementari Epista (recesva, dominante, doppia dominante) Soppresone 7

8 Dominanza completa Pisello seme liscio x seme rugoso Dominanza incompleta Colore del fiore in Mirabilis jalapa (bocca di leone) P rosso x bianco fetipo eterozigoti tutti seme liscio F1 rosa x rosa F2 1: bianco : 2 rosa : 1 rosso I rapporti fetipici so uguali ai rapporti getipici. Ricev Don AB A B 0 Gruppi sanguigni nell uomo: stema AB0 I A I A oppure I A i gruppoa I B I B oppure I B i gruppob I A I B gruppo AB ii gruppo 0 AB Codominanza A B 0 AB: accettore universale, 0: donatore universale EREDITA DEI GRUPPI SANGUIGNI NELL UOMO I GRUPPI PRINCIPALI SONO: A,B,AB,0 SISTEMA A PIU ALLELI (A,B,0) GRUPPO A (omozigote AA oppure eterozigote A0) GRUPPO B (omozigote BB oppure eterozigote B0) GRUPPO AB (eterozigote AB) GRUPPO 0 (omozigote 00) VI E INOLTRE IL GRUPPO Rh 8

9 Le leggi di Mendel so sempre corrette? ASSOCIAZIONE TRA GENI Geni associati INTERAZIONE FRA ALLELI DELLO STESSO GENE Dominanza incompleta Codominanza Alleli letali INTERAZIONE TRA GENI DI COPPIE ALLELICHE DIVERSE Geni complementari Epista (recesva, dominante, doppia dominante) Soppresone 9

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11 Epista: (= che sta al di sopra) L'epista di fatto è una sorta di panacea con cui i genetisti della scorsa generazione spiegava quala stranezza "inspiegabile"! Il concetto di base risulta chiaro: se un carattere ha potere (sta sopra) ad un altro, sarà lui a decidere se il secondo carattere sarà vibile, indipendentemente dal fatto che questo (il carattere che "sta sotto") abbia u o più alleli posbili. Se i abbiamo tre alleli che conferisco code rispettivamente bianche, rosse o nere al geco leopardi, la presenza di un allele che n fa produrre la coda vanifica tutti gli altri! In questo caso quindi l'allele "che comanda" n codifica per il medemo carattere dell'allele che subisce l'epista. Anche altri esempi già citati so di fatto riconducibili all'epista: le rare raganelle blu so invariabilmente femmine perchè la perdita del pigmento giallo va di pari passo con l'espresone di un allele letale per il maschio. 11

12 PATOLOGIE MULTIFATTORIALI Infarto Diabete Malattia di Alzheimer Cardiopatie congenite Schizofrenia La codominanza è un evento genetico che riscontra quando due alleli manifesta entrambi in modo completo, e quindi entrambi so ricoscibili negli eterozigoti, dal punto di vista del fetipo. La codominanza manifesta negli individui diploidi o poliploidi. Un individuo diploide (come l'uomo) è dotato di un doppio assetto cromosomico, i due cromosomi di una stessa coppia cromosomica porteran due alleli (u per ogni cromosoma) per u stesso gene. Gli alleli posso essere uguali e dominanti (omozigote dominante), uguali e recesvi (omozigote recesvo) o diver (eterozigote). Nell'eterozigote un allele (dominante) può prevalere sull'altro (recesvo) ed il fetipo è determinato solo da un allele (quello dominante). In alcuni ca la dominanza può n essere completa ed in altri ca può manifestare la codominanza: entrambi gli alleli manifesta nel fetipo. Un esempio è il stema sanguig AB0, che è costituito da 3 alleli (Ia Ib e i), la cui combinazione determina 4 fetipi (gruppi sanguigni): tipo A (Ia-Ia o Ia-i), B (Ib-Ib o Ib-i), 0 (i-i) ed AB (Ia-IB). Ia e Ib so dominanti su i e codominanti fra loro. Ogni allele specifica per un antigene (gli individui A avran l'antigene A, i B l'antigene B, gli 0 nessun antigene e gli AB entrambi) che verrà ricosciuto da un anticorpo (tenendo presente che generalmente un individuo n produce anticorpi contro se stesso). Così un individuo A avrà l'antigene A, se il suo sangue viene trasferito in un individuo B, questo ricoscerà l'antigene come estraneo e svilupperà una azione immunitaria. I globuli ros verran agglutinati portando ad insufficienza nell'azione di alcuni organi ed anche la morte. Gli individui AB esprimo entrambi gli antigeni (codominanza) e quindi n sviluppa anticorpi, per questo so detti accettori universali. 12

13 Trasmisone dei geni ed espresone fetipica Colore del grasso nei conigli colore bianco colore giallo 1.Come agisco i geni per dare quel determinato fetipo? G YY x yy 2.Negli eterozigoti un allele impedisce l espresone dell allele alternativo? 3.Posamo trovare un meccanismo che spieghi la dominanza e la recesvità? F1 F2 Yy x Yy bianco YY Yy yy 1/4 2/4 1/4 bianco bianco giallo Come agisco i geni per dare quel determinato fetipo? Quando un coniglio mangia piante verdi, nei proces digestivi ha la scompozione di certi coloranti gialli xantofilla ad opera di un enzima presente nel fegato. Dalla degradazione deriva composti incolori e quindi il fetipo bianco del grasso. Se questo enzima manca, la xantofilla rimane inalterata, accumula nel grasso che avrà la colorazione gialla. L Perché negli eterozigoti un allele impedisce l espresone della sua alternativa? Nell eterozigote viene prodotta una quantità di enzima J sufficiente a determinare la scompozione di tutta la xantofilla ingerita. Quindi gli eterozigoti contengo metà enzima rispetto agli omozigoti M Consegue che, se cambiamo il stro approccio all aspetto del fetipo in osservazione, quantità di enzima versus colore del grasso, l allele Y n è dominante sull allele y perché l eterozigote Yy è distinguibile dall omozigote YY per la quantità di enzima. 13