Nucleotide / aminoacido? 4 aa. 2 Nucleotide / aminoacido? 4 2 = 16 aa. 3 Nucleotide / aminoacido? 4 3 = 64 aa. UNIVERSALE e DEGENERATO

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1 La#scoperta#della#stru.ura#a#doppia#elica# nel#1953#ha#fa.o#immediatamente# sorgere#una#domanda:## come#l informazione#gene;ca#può#essere# codificata#dal#dna?# Nucleotide / aminoacido? 4 aa 2 Nucleotide / aminoacido? 4 2 = 16 aa 3 Nucleotide / aminoacido? 4 3 = 64 aa UNIVERSALE e DEGENERATO Il codice genetico è una sorta di linguaggio molecolare, basato sull'ordine in cui si susseguono nella molecola di DNA le quattro diverse basi azotate (i nucleotidi); In pratica, il DNA dispone di un alfabeto di quattro lettere per specificare i circa 20 amminoacidi da cui possono essere costituite, secondo un preciso ordine di successione, le proteine.

2 Pressocchè UNIVERSALE I diversi tipi di mutazioni Mutazioni geniche (o puntiformi) Mutazioni cromosomiche! Mutazioni nel numero dei cromosomi! Mutazioni nella struttura Mutazioni geniche Le mutazioni geniche o puntiformi sono modificazioni di una singola coppia di basi di DNA* o di un piccolo numero di coppie adiacenti, sono cioè mutazioni che mappano in in un unico punto del gene. Le mutazioni di nuova formazione sono classificate in indotte quelle che insorgono dopo trattamento intenzionale con agenti mutageni Spontanee quelle che insorgono in assenza di un trattamento mutagenico noto. La frequenza con cui insorgono le mutazioni spontanee è bassa: I principali tipi di mutazioni puntiformi nel DNA sono: Sostituzione Delezione Inserzione *Se la mutazione avviene nel RNA la conseguenza sono alcune centinaia di molecole di proteina alterata sulle migliaia di copie che esistono in ogni cellula

3 Sostituzione di una coppia di nucleotidi Le sostituzioni possono essere suddivise in due sottotipi: Transizioni sostituzione di una base con una base della stessa classe chimica (purina-purina A-G o G-A; pirimidinapirimidina T-C o C-T) Transversioni sostituzione di una base con una dell altra classe La sostituzione di una coppia di basi può avere conseguenze più o meno grandi sul prodotto finale (la proteina specificata da quel gene). In base alle conseguenze se ne distinguono tre tipi mutazioni silenti o sinonime mutazioni di senso mutazioni non senso Mutazioni silenti. Se in seguito alla sostituzione di una base si ottiene una tripletta che specifica per lo stesso aminoacido la proteina prodotta sarà la stessa Fino a quattro diverse triplette specificano lo stesso aminoacido (il codice genetico è degenerato) Mutazioni di senso. Nella maggior parte dei casi la nuova tripletta codifica per un diverso aminoacido CCU Prolina GCU Alanina La proteina avrà quindi lo stesso numero di aminoacidi ma una sequenza che differisce per un aminoacido Le sostituzioni silenti riguardano la terza base del codone, quella che varia tra codoni diversi che specificano lo stesso aminoacido

4 Come si è già detto, la gravità degli effetti di una sostituzione dipenderà dalla somiglianza tra l aminoacido sostituito e il nuovo e dalla posizione della sostituzione Mutazioni non senso. Se il nuovo codone che si forma dalla sostituzione codifica per il segnale di stop avremo una proteina più corta della precedente (dipende dal punto in cui è avvenuta la sostituzione) Se si compara la sequenza dell emoglobina dell uomo, del maiale, del cane o del cavallo si trova che differiscono tra loro per parecchi aminoacidi e pur tuttavia tutte queste emoglobine svolgono la funzione in modo efficiente. Alcune regioni della proteina sono molto simili anche tra specie filogeneticamente lontane (ad esempio nell emoglobina la regione dell eme) Si dice in gergo tecnico che questa è una regione ben conservata. AAG Lisina UAG Codone di stop D altra parte una singola sostituzione (la valina al posto di glutammato in posizione 6) che si ha nell anemia falciforme porta alla completa non funzionalità e alla morte del soggetto Delezione o inserzione di una base (mutazioni per spostamento della griglia di lettura) Talvolta l errore consiste nell inserire una base in più nella sequenza del DNA. Altre volte durante la replicazione o durante la riparazione del DNA si ha la perdita di una base In entrambi i casi la lettura di tutta la sequenza che segue viene completamente alterata A (inserzione) A U G A G G A C U C C C G G A U U A Met Arg Thr Pro Gly Leu A U G A G G A A C U C C C G G A U U A Mutazioni possono verificarsi anche nelle sequenze regolatrici e in altre sequenze non codificanti. In generale, le conseguenze funzionali di una qualsiasi mutazione puntiforme in una regione non codificante per la proteina dipendono dall eventuale distruzione o creazione di un sito di legame Asp Ser Arg Iso

5 Da che cosa sono causate le mutazioni? Un certo numero di errori durante la replicazione del DNA avviene spontaneamente. Il tasso di mutazione può essere enormemente a u m e n t a t o dall esposizione ad agenti mutageni Agenti fisici (ad es raggi X o UV) Agenti mutageni chimici I mutageni chimici sono molecole che si combinano con il DNA oppure causano cambiamenti chimici nelle basi nucleotidiche oppure sono simili alle basi nucleotidiche e vengono incorporate al loro posto causando però errori di appaiamento Ogni agente mutageno è caratterizzato da una propria specificità mutazionale o preferenza per un certo tipo di mutazione (ad esempio transizione) e per alcuni siti di mutazione chiamati hot spot. I mutageni possono: Sostituire una base nel DNA Alterare una base in modo che si vada ad appaiare con un altra base Danneggiare una base che così non sarà più in grado di appaiarsi con altre basi Mutazioni nella struttura dei cromosomi Per i cromosomi possiamo avere due tipi di mutazioni: MUTAZIONI NELLA STRUTTURA DEI CROMOSOMI Esistono 4 tipi principali di mutazione della struttura dei cromosomi MUTAZIONI NEL NUMERO DI CROMOSOMI delezione duplicazione inversione traslocazione

6 Delezione. Parte del cromosoma (e quindi delle basi del DNA) viene perduta. Tutti i geni contenuti nella parte interessata dalla delezione vanno perduti e quindi non possono esprimersi nel fenotipo 1) 2) a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z a b c d e f g h i l m n o p q r s v z Duplicazione. Parte del cromosoma viene duplicata. I geni contenuti nella parte interessata sono duplicati. Perciò la cellula contiene tre o quattro copie di ciascun gene. In qualche caso ciò può danneggiare la cellula in quanto i sistemi di regolazione possono essere alterati 1) 2) a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z a b c d e f g e f g h i l m n o p q r s t u v z Inversione. In seguito ad una rottura, una parte del cromosoma viene riunita in posizione invertita. A parte i geni che si possono trovare nel punto di rottura, non ci sono gravi conseguenze per la cellula. Tuttavia non può avvenire crossing over in questa regione in quanto essa non si appaia con quella del cromosoma omologo 1) a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z Traslocazione. In seguito ad una rottura, una parte del cromosoma (es n 6) si stacca e viene inserito in un cromosoma diverso (es n 12). Le traslocazione possono rendere complicato l appaiamento dei cromosomi durante la meiosi 1) a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z A B C D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z 2) a b c d e f g h i l m n o s t u v z 2) a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z 3) a b c d e f g h i l m n o r q p s t u v z A B C D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z

7 Mutazioni nel numero dei cromosomi Poliploidia Monosomie e trisomie. Accade talvolta che alla meiosi i due omologhi anziché separarsi, migrino entrambi nella stessa cellula figlia (non disgiunzione). In questo modo si creano due cellule figlie, una con un cromosoma in meno e una con un cromosoma in più Meiosi 1 Meiosi 2 Aneuploidie: Monosomie Trisomie Dopo la fecondazione un tipo di zigote avrà 1 cromosoma omologo, l altro 3 cromosomi omologhi Monosomia Trisomia

8 Le piante (ma non gli animali) sono in grado di sopravvivere ad un raddoppio completo di tutto il cariotipo (e quindi anche ad un raddoppio dei geni), una condizione nota come poliploidia Alcune varietà della stessa specie possono avere corredo cromosomico 2n, 3n, 4n (ad es o 120 cromosomi) Mutazioni nel numero dei cromosomi sessuali La non-disgiunzione dei cromosomi sessuali umani provoca varie malattie da aneuploidia. Nonostante il cromosoma X sia tra i più grandi sembra che l aneuploidia degli eterocromosomi causi un minor perturbamento dell equilibrio genetico Nelle piante la poliploidia è un importante fattore di speciazione in quanto individui con numero cromosomico differente non possono fare tra loro figli fertili Fenotipicamente femmine tuttavia gli organi sessuali non maturano alla pubertà e i caratteri sessuali secondari non si sviluppano. Statura inferiore alla media Il fenotipo non è molto diverso da quello delle normali femmine XX ma hanno fertilità limitata Fenotipicamente maschi con testicoli più piccoli del normale. Sterili e a volte con caratteri sessuali femminili (es. seno ) Indistinguibili dai maschi XX. Tendono ad avere altezza maggiore e caratteri maschili più sviluppati

9 Per quel che riguarda gli autosomi, nella specie umana nessuna monosomia permette lo sviluppo dell embrione In questa condizione infatti molti geni recessivi letali manifestano la loro azione L unico tipo di trisomia autosomica compatibile con la sopravvivenza è quella del cromosoma 21 (il più piccolo). Altre trisomie a carico di cromosomi piccoli (18, 13) comportano mortalità precoce (entro un anno) La trisomia del 21 determina la sindrome di Down La frequenza di aneuploidia è sorprendentemente alta Si calcola che all incirca due gravidanze su dieci abbiano termine molto precocemente a causa di aneuploidie o di altre malattie genetiche