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Genetica 4

La replicazione del DNA

Griffiths et al., GENETICA 6/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006

Dalla struttura tridimensionale del DNA scoperta nel 1953, sipossono ipotizzare 3 tipi di replicazione:

http://it.wikipedia.org/wiki/Immagine:ADN_animation.gif

Pierce, GENETICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

Possibili Meccanismi di replicazione del DNA


Esperimento di Meselson e Stahl

Meselson e Stahl impiegarono la

centrifugazione in gradiente di densità

per distinguere DNA contenente 14N

(leggero) e DNA contenente 15N

(pesante). Batteri cresciuti in presenza

di 15N come unica fonte di azoto

incorporano 15N nelle basi puriniche e

pirimidiniche del loro DNA (basi azotate)

Replicazione nei batteri che hanno DNA circolare (E. coli per es.)

L’RNA E LA TRASCRIZIONE

La trascrizione comporta la sintesi di una catena di RNA che ha la stessa sequenza di un

filamento di una doppia elica di DNA.

• Il filamento di DNA identico in sequenza all’RNA è chiamato filamento codificante• il filamento codificante è ovviamente complementare all’altro filamento, che funge da stampo per la

sintesi dell’RNA e che è chiamato per questa ragione filamento stampo o filamento non

codificante.

• La sintesi della catena di RNA è catalizzata dall’enzima RNA polimerasi.

• La trascrizione comincia quando la RNA polimerasi si lega ad una particolare regione

di DNA, chiamata promotore, che si trova all’inizio del gene.• fa parte della sequenza del promotore la prima coppia di basi trascritta in RNA, chiamata sito di

inizio o punto di inizio della trascrizione.

• Partendo dal sito di inizio, la polimerasi si muove lungo lo stampo sintetizzando l’RNA,

fino a che non raggiunge una sequenza chiamata terminatore

• Quest’azione definisce l’unità di trascrizione, che si estende dal promotore al

terminatore; l’unità di trascrizione è quindi una sequenza di DNA che viene espressa

mediante la sintesi di una singola molecola di RNA

• una unità di trascrizione può codificare per più di una proteina.

La Trascrizione

Trascrizione

Sintesi di RNA a partire da un filamento di DNA stampo. Rappresenta il primo

passaggio nel trasferimento dell’informazione dal genotipo al fenotipo


Molecole di DNA in cui è in corso la trascrizione


La costituzione a singolo filamento permette alle

molecole di RNA di assumere varie conformazioni

secondarie. Dato che la struttura determina la

funzione, l’RNA può svolgere un’ampia gamma di

mansioni

Ribozimi: molecole di RNA ad attività catalitica

possibile grazie al fatto che essendo a singolo

filamento, la sua struttura secondaria puo’ variare

(nel DNA no perché a doppio filamento).


RNA ribosomale assieme alle subunità proteiche costituisce il ribosoma

Alcuni snRNA partecipano al processo di maturazione dell’RNA

Gli snoRNA processano l’rRNA

Classi di RNA

Classe di RNA Tipo cellulare Localizzazione della funzione

Funzione

RNA ribosomale (rRNA) Batterico ed eucariotico

Citoplasma Componenti funzionali e strutturali del ribosoma

RNA messaggero (mRNA) Batterico ed eucariotico

Nucleo e citoplasma Porta il codice genetico per le proteine

RNA transfer (tRNA) Batterico ed eucariotico

Citoplasma Aiuta a incorporare gli AA nella catena polipeptidica

RNA nucleare piccolo (snRNA) Eucariotico Nucleo processamento pre-mRNA

RNA nucleolare piccolo (snoRNA) Eucariotico Nucleo processamento e assemblaggio del'rRNA

RNA piccolo citoplasmatico (scRNA)

Eucariotico Citoplasma Il loro ruolo funzionale non è stato

ancora del tutto chiarito. Uno di

questi scRNA (RNA 7S) è coinvolto

nel processo di importazione co-

traduzionale nel reticolo

endoplasmatico delle proteine

destinate alla secrezione.

Classi di RNA


Le molecole di RNA sintetizzate sono complementari e antiparallele al filamento stampo

Lo stampo per la sintesi dell’RNA (e anche del DNA) è un singolo filamento della doppia elica di

DNA.

A differenza della replicazione, la trascrizione interessa solamente uno dei due filamenti, detto

filamento stampo. L’altro filamento è detto filamento codificante (non stampo)


Un gene viene trascritto da un filamento, ma geni diversi possono essere trascritti da filamenti diversi


L’ unità di trascrizioneSegmento di DNA che codifica per una molecola di RNA e che contiene le sequenze necessarie alla sua trascrizione. Include 3 regioni: promotore, regione codificante e terminatore

Il promotore è la regione del DNA che segnala:

1. quale dei due filamenti di DNA deve essere trascritto2. qual è il sito di inizio della trascrizione

1. Promotori

2. RNA polimerasi batteriche

3. Terminatori

La trascrizione nei batteri

Promotori batterici

Hanno sequenze consenso a monte del sito di inizio, a -35 e a -10

La sequenza consenso a -10 è detta anche TATA-box. Essa è situata a circa -10 nei procarioti, e

a circa -30 negli eucarioti. È riconosciuta come la regione che facilita l'attacco della RNA polimerasi

e sulla quale la RNA polimerasi inizia ad aprire l'elica di DNA.

Le basi T ed A sono appaiate in modo da formare solo due legami idrogeno (regola

dell'appaiamento delle basi) in questo modo l'enzima RNA polimerasi è in grado di aprire la

bolla di replicazione senza grande dispendio energetico.

Alcuni promotori batterici contengono un terzo motivo di consenso, chiamato elemento a monte,

che contiene un certo numero di coppie A-T e si trova fra -40 e -60


Sequenze consenso dei promotori di

E. coli

Una sequenza consenso è costituita

da quei nucleotidi che si incontrano

più frequentemente in una

determinata posizione

Il fattore Sigma si lega a -35 e a -10

RNA polimerasi batterica

RNA pol batterica costituita da 4 subunità che formano il CORE enzimatico: due ALFA, una BETA e una BETA

PRIMO (B’).

Il CORE catalizza l’allungamento della molecola di RNA mediante l’addizione di nucleotidi.

Il fattore sigma controlla il legame del Core al promotore. Quando il fattore sigma si attacca al core, formando un

oloenzima, la RNA pol si lega stabilmente al promotore e inizia la trascrizione . Dopo la sintesi dei primi nucleotidi

il fattore si stacca dato che non è più necessario.

Ci sono molteplici fattori sigma: 28,32,54 e 70 sulla base del peso molecolare. Ogni sigma promuove il legame

della RNA pol ad una particolare serie di promotori

Un enzima privo del cofattore che ne rende possibile l'attività enzimatica è detto apoenzima. Il legame tra

cofattore ed apoenzima permette la formazione del cosiddetto oloenzima



Nei batteri

Sintesi RNA: circa 40

nucleotidi al secondo.

Molto piu’ lenta della

sintesi del DNA:

1500 nucleotidi al

secondo.

La trascrizione

avviene all’interno di

un breve tratto di 18

nucleotidi di DNA

svolto: la bolla di

trascrizione. In ogni

momento 8 nucleotidi

di RNA neosintetizzato

sono appaiati al DNA

stampo


TerminazioneRho dipendente

(attività elicasica che svolge

l’ibrido RNA-DNA nella bolla

di trascrizione)


Terminatori rho-indipendenti

Il terminatore contiene sequenze

ripetute invertite cosi’ che l’RNA

forma una forcina. Questa forcina

rallenta la RNA polimerasi. Seguono

6 A subito dopo la forcina, per

favorire il distacco dell’RNA dal DNA

stampo

La traduzione nei procarioti

Sequenza di Shine-Dalgarno: sequenza del filamento di mRNA presso cui il

complesso ribosomale dei batteri è in grado di ancorarsi. Tale sequenza permette al

ribosoma di posizionarsi correttamente e di iniziare la traduzione con il corretto

frame di lettura.

Nel 1975 i ricercatori australiani John Shine e Lynn Dalgarno hanno individuato la

composizione di tale sequenza (AGGAGG) ed il suo posizionamento

immediatamente a monte del codone di inizio (AUG) della traduzione

1. Promotori

2. RNA polimerasi eucariotiche

3. Processamento (maturazione) dell’RNA

4. Terminatori

La trascrizione negli eucarioti

RNA polimerasi negli eucarioti

RNA polimerasi I rRNA (rRNA28S, 18S, 5.8S)

RNA polimerasi II pre-mRNA, snoRNA e alcuni snRNA

RNA polimerasi III tRNA, piccoli rRNA, snRNA

Trascrizione ad opera dei fattori di trascrizione + RNA pol

Promotori, enhancer, soppressori


Le RNA polimerasi negli eucarioti

La RNA polimerasi I sintetizza gli rRNA28S, 18S, 5.8S

Per terminare la trascrizione la RNA pol I richiede un fattore di terminazione

che si lega al DNA a valle del sito di terminazione bloccando l’avanzamento

della RNA pol

La RNA polimerasi II sintetizza gli mRNA, gli snoRNAe alcuni snRNA

La RNA pol II continua a trascrivere anche a valle del 3’ del gene. L’estremità

3’ del trascritto viene determinata da un taglio effettuato da un complesso

enzimatico specifico

La RNA polimerasi III sintetizza l’rRNA5S, i tRNAe alcuni snRNA

La RNA pol III termina la trascrizione dopo avere trascritto una fila di U che

destabilizzano l’ibrido DNA-RNA

I fattori di trascrizione sono una classe di proteine accessorie che

unitamente alle RNA polimerasi costituiscono l’apparato basale della

trascrizione

L’inizio della trascrizione negli eucarioti

Sono coinvolte due grandi classi di sequenze di DNA:

I promotori

Sono sempre adiacenti al gene che regolano, e mostrano una localizzazione

fissa rispetto al punto di inizio della trascrizione

Gli enhancer

Non sono necessariamente adiacenti al gene che regolano, e la loro

localizzazione rispetto al punto di inizio della trascrizione può variare


I promotori eucariotici

Nei promotori eucariotici sono presenti diverse sequenze consenso

Non tutte le sequenze mostrate si rilevano in qualsiasi promotore

TFIIB è un fattore di trascrizione. Al posto del TATA box, alcuni promotori possiedono un elemento

iniziatore (Inr). Questi, generalmente possiedono anche un elemento 30 basi a valle del promotore (DPE:

downstream promoter element).

Tutte queste sequenze sono riconosciute da fattori di trascrizione che si legano ad esse e che fungono da

supporto per l’assemblaggio dell’apparato trascrizionale

Y: T or C (pYrimidine)

N: G,A,T,C

http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lectf03am/eukprot.gif


TFIID è il fattore generale che riconosce il core promoter. Sui promotori riconosciuti dalla RNApol II, la

trascrizione inizia con il legame del fattore trascrizionale TFIID al TATA box, cui segue il legame dell’oloenzima

preassemblato che contiene fattori di trascrizione generali e da un complesso di proteine noto come

mediatore

Il promotore regolativo è localizzato immediatamente a monte del core promoter e contiene una vasta

gamma di sequenze consenso differenti, attivatori o repressori

Some transcription factors ("Enhancer”) bind to regions of DNA that may be eventhousands of base pairs away from the gene they control. Binding increases the rate oftranscription of the gene.

Enhancers can be located upstream, downstream, or even within the gene theycontrol.

How does the binding of a protein to an enhancer regulate the transcription of agene thousands of base pairs away? One possibility is that enhancer- in addition totheir DNA-binding site, have sites that bind to transcription factors ("TF") assembled atthe promoter of the gene.This would draw the DNA into a loop (as shown in the figure).• Enhancers can work even if their normal 5' to 3' orientation is flipped• Enhancers can work even if they are moved to a new location• Regulatory sequences with similar characteristics, but the opposite effect,exist. These are called silencers.


Terminazione

Terminazione della trascrizione è meno compresa che nei procarioti

Le differenti RNA polimerasi eucariotiche utilizzano meccanismi diversi per

la terminazione


Processamento dell’mRNAeucariotico

1. Aggiunta del cappuccio all’estremità 5’

2. Aggiunta della coda di poliA all’estremità 3’

3. Rimozione degli introni e giunzione degli esoni


Aggiunta del cap in 5’

Subito dopo l’inizio della trascrizione, la 7-metilguanina è aggiunta all’estremità 5’ del trascritto attraverso un legame covalente 5’-5’

Il cappuccio serve:

-a proteggere l’mRNA dalla degradazione

-a posizionare correttamente l’mRNA sui ribosomi


Aggiunta della coda poli A

La lunghezza della coda di poli A aggiunta varia tra le 50 e le 200 adenine

La coda di poli A conferisce stabilità agli mRNA, aumentandone la vita media

Gene della distrofina

Localizzato sul cromosoma X

Gene 2.000.000 basi

Proteina 4.000 AA = 12.000 basi

Per quale motivo è così voluminoso?


Concetto di COLINEARITA’: corrispondenza diretta DNA-proteina


Gli introni

Gli introni sono sequenze di un gene che

vengono trascritte ma che vengono

rimosse durante la maturazione dell’RNA.

Esse quindi non sono tradotte in proteine

Negli eucarioti la sequenza di un gene

contenente introni e quella del suo

mRNA maturo non sono colineari


Sono presenti quasi esclusivamente nei geni eucariotici

• Variano per numero (nell’uomo da 0 a 60 per gene)

• Variano per lunghezza (da 200 fino a 50.000 nucleotidi)

• Sono in genere più lunghi degli esoni

• Negli eucarioti superiori il numero medio di introni per gene aumenta

all’aumentare della complessità degli organismi

Gli INTRONI


Lo splicing avviene nel nucleo

Y = pirimidina, R= purina, N= qualsiasi base, A= adenina. Punto di ramificazione: A presente fra 18 e 40

basi dallo splicing 3’


L’RNA messaggero:


Gene → pre-mRNA → mRNA

http://jcs.biologists.org/cgi/reprint/117/26/6261


Da una molecola di pre-mRNA si

possono ottenere diverse

molecole di mRNA maturo in

seguito a combinazioni diverse

degli esoni


Da una molecola di pre-mRNA

si possono ottenere diverse

molecole di mRNA maturo in

seguito a combinazioni diverse

degli esoni


Pre-mRNA codificato dal gene della calcitonina


EDITING dell’RNA

Osservato per la prima volta nel 1986 quando

si è visto che la sequenza dell’RNA differiva da

quella del DNA stampo.

Avviene o mediante RNA guida o mediante la

deaminazione della citosina, che genera

uracile.

• RNA guida

• Deaminasi (C->U)

Differenze nella trascrizione tra procarioti ed eucarioti

Procarioti

1. Un unico tipo di RNA polimerasi

2. L’mRNA viene tradotto mentre la

trascrizione è in corso

3. I geni non sono interrotti

4. Gli mRNA sono spesso policistronici

Eucarioti

1. Tre diverse RNA polimerasi

2. L’ mRNA viene maturato, trasportato nel

citoplasma e poi tradotto

3. I geni contengono introni ed esoni

4. Gli mRNA sono monocistronici


• Un gene - un carattere

• Un gene - un enzima

• Un gene - una proteina

• Un gene - un polipeptide

• Un gene - un RNA

Gregor Mendel; seconda metà dell’800

Archibald Garrod; prima metà del 900

George Beadle ed Edward Tatum

(+ subunità per alcuni enzimi)

I geni

Il gene è l’unità di trascrizione, costituita da un segmento di DNA che

codifica per una molecola di RNA e dalle sequenze necessarie alla sua

trascrizione

Nuovo concetto di geneIl gene è l'unità ereditaria degli organismi viventi. I geni sono contenuti nel

genoma di un organismo, che può essere composto di DNA o di RNA, e dirigono lo

sviluppo fisico e comportamentale dell'organismo.

La maggior parte dei geni codifica proteine, che sono le macromolecole

maggiormente coinvolte nei processi biochimici e metabolici della cellula. Molti

geni non codificano proteine, ma producono RNA non codificante, che può

giocare un ruolo fondamentale nella biosintesi delle proteine e nell'espressione

genica.

A modern working definition of a gene is "a locatable region of genomic sequence,

corresponding to a unit of inheritance, which is associated with regulatory regions,

transcribed regions, and or other functional sequence regions”

Rather than striving to reach a single definition — and coming to blows in

the process — most geneticists are instead incorporating less ambiguous

words into their vocabulary such as transcripts and exons. When it is used,

the word 'gene' is frequently preceded by 'protein-coding' or another

descriptor.

(http://www.nature.com/nature/journal/v441/n7092/full/441398a.html)

IL CODICE GENETICO E LA TRADUZIONE

Le molecole richieste per la traduzione

• mRNA

• Ribosomi

• tRNA + aa

• Enzimi vari

I ribosomi sono formati da tre molecole di RNA ribosomale e da proteine che si

associano a formare due subunità.

Il ribosoma batterico ha una massa di circa 2700 kDa ed un coefficiente di

sedimentazione di 70 S. Esso si può suddividere in due parti o subunità, una

più grande di 50 S ed una più piccola di 30 S:• la subunità grande di 50 S è costituita da almeno 34 proteine (L1-L34) e due molecole di RNA (23

S e 5 S),

• la subunità piccola di 30 S è costituita da almeno 21 proteine (S1-S21) ed un RNA di 16 S.

Il ribosoma eucariote (fatta eccezione per quelli contenuti nei mitocondri e nei

cloroplasti) ha una massa molecolare di 4000 kDa ed un coefficiente di

sedimentazione di 80 S. Anch'esso è composto da due subunità, maggiore di

60 S e minore di 40 S:• la subunità maggiore è costituita da tre molecole di rRNA, una di 28 S, una di 5,8 S e un'ultima di

5 S.

• la subunità minore è costituita di una sola catena di RNA 18 S.

Nel complesso le due subunità presentano più di 80 proteine.

I Ribosomi

I Ribosomi

rRNA Proteine Subunità Ribosomi

assemblati

The translation apparatus cannot go

past a nonsense codon (UAG in this

case), because there is no tRNA that can

recognize the UAG triplet. This leads to

the termination of protein synthesis and to

the subsequent release of the polypeptide

fragment

Solo quando una proteina assume la sua corretta struttura

tridimensionale, o conformazione, e’ in grado di

funzionare efficacemente. La funzione dipende dalla

struttura tridimensionale e la struttura tridimensionale e’

determinata dalla sequenza aminoacidica

Tutte le proteine presentano ad un’estremita’ un gruppo

aminico libero (–NH2) (estremità N-terminale) e all’altra un

gruppo carbossilico libero (-COOH) (estremità C-

terminale).

Le catene polipeptidiche si accrescono per aggiunta di

singoli residui aminoacidici a partire dalla metionina N-

terminale fino all’estremo C-terminale. Spesso enzimi

proteolitici eliminano poi questa metionina.

Ipotesi un gene – un enzima -> un gene – un polipeptide

Alcune proteine sono costituite da subunità codificate da geni diversi

Le caratteristiche del CODICE GENETICO

Il codice genetico rappresenta la corrispondenza fra una serie di sequenze di 3nucleotidi e gli specifici aminoacidi. Quasi tutti gli esseri viventi usano ilmedesimo codice genetico, chiamato codice genetico standard.

La sequenza di nucleotidi dell’mRNA si legge in gruppi di tre basi ciascuno, chiamaticodoni. Ad ogni codone corrisponde uno specifico aminoacido, si dice quindi che il codonecodifica per quell'aminoacido.

Il codice genetico è:

• Degenerato

• Non sovrapposto

• Universale (o quasi)


CODICE DEGENERATO

20 aminoacidi64 possibili codoni

Ogni amminoacido è codificato dauna sequenza di tre nucleotidiconsecutivi detta codone. Il codicegenetico è costituito da 64 codoni,di cui 61 sono senso, ossiacorrispondono ad amminoacidi, e 3codoni sono non senso: segnali diterminazione della traduzione

Degenerato significa che gliaminoacidi possono esserecodificati da più di un codone(codoni sinonimi).

Solo il triptofano e la metioninasono codificati da una sola tripletta


Il vacillamento

Ci sono 30-50 tRNA diversi nelle cellule, ma 64 triplette possibili: vacillamento.

Es. Alanina codificata da GC + U,A,C o G. I legami a idrogeno delle prime due basi

sono forti abbastanza da permettere un appaiamento non convenzionale sulla terza

base


CODICE NON SOVRAPPOSTO

Il codice genetico è (quasi) UNIVERSALE

Il codice genetico per il DNA cromosomale e’ universale, cioè, è comune dai

procarioti piu’ semplici agli eucarioti piu’ complessi. Fa parzialmente

eccezione il DNA mitocondriale nel quale il codone UGA viene letto come

Triptofano (invece che stop) e il codone AUA come Metionina (invece che

Isoleucina).

Il codice genetico è (quasi) universale

Negli eucarioti, l’mRNA prodotto nel nucleo è trasportato nel citoplasma per la traduzione


DNA mitocondriale

DNA cloroplastico

Il DNA contenuto negli organelli cellulari

I genomi degli organuli

• Piccoli, ma essenziali

• Elevato numero di copie

• Organizzati in complessi nucleoproteici (nucleoidi)

• Eredità non mendeliana

• Informazione genetica necessaria ma non sufficiente per la completa

funzionalità dell’organulo

• Interazione fra i sistemi genetici degli organuli e del nucleo. Per es.,

geni per molte proteine ed enzimi strutturali dei mitocondri sono in realtà

codificati da DNA nucleare, tradotti dai ribosomi e trasportati nei

mitocondri


16.569 bp

Codifica per 37 geni (che codificanoper 13 proteine, 22 tRNA e 2 rRNA),coinvolti nella produzione di proteinenecessarie alla respirazione cellulare

Le mutazioni del DNA mitocondriale possono

portare ad un gran numero di malattie, tra le quali

l'exercise intolerance e la sindrome di Kearns-

Sayre (KISS), che causa la perdita della piena

funzionalità nei movimenti di cuore, occhi e

muscoli.

DNA mitocondriale umano


78.000 bp

Codifica per 2 rRNA, 25 tRNA e 16 proteine

DNA mitocondriale di lievito


IL GENOMA CLOROPLASTICO

120-160 kbp

Due sequenze ripetute invertite (6-76

kbp), assenti nelle Conifere e alcune

Leguminose

Circa 100 geni suddivisi in due gruppi:• Geni per trascrizione,

traduzione• Geni per le proteine dei

complessi delle membrane tilacoidali

DNA cloroplastico


Si definisce eteroplasmia la coesistenza di

diversi genomi mitocondriali (un genoma

"selvatico" o "wild-type", cioè senza

mutazioni, ed uno o più genomi mutati)

all'interno dei mitocondri di cellule diverse

(eteroplasmia intercellulare) o, addirittura,

all'interno di una stessa cellula

(eteroplasmia intracellulare).

Si definisce omoplasmia la presenza,

all'interno di una cellula, del solo DNA

mitocondriale normale o del solo DNA

mitocondriale mutato.

Omoplasmia ed eteroplasmia


Virtualmente tutti i mitocondri dello zigote derivano

dall’oocita e perciò la modalità di trasmissione delle

mutazioni mt differisce dalla trasmissione mendeliana

classica:

madre portatrice → trasmissione a tutta la progenie, ma

solo le figlie femmine possono trasmettere la mutazione

ai loro figli.

Eredità materna

I mitocondri contenuti nello sperma dei mammiferi non entrano nella cellula uovo, in

quanto le modalità di penetrazione dello spermatozoo e la costituzione anatomica dello stesso

consentono l'ingresso della sola testa, pertanto i mitocondri che hanno sede nel corpo non

vengono inseriti. In alcuni casi alcuni mitocondri paterni possono penetrare tuttavia vengono

distrutti dalla cellula uovo subito dopo la fecondazione.

In rari casi i mitocondri possono essere ereditati dal padre, ad esempio nelle banane

L'ipotesi che il DNA mitocondriale umano fosse ereditato dalla madre, spinse i ricercatori a

tracciare la linea uterina già molto tempo fa (anche il cromosoma Y, ereditato dal padre, viene

utilizzato in un modo analogo per studiare la linea maschile). Questo è completato, negli esseri

umani, dal sequenziamento di una o più regioni ipervariabili (HVR1 o HVR2) del mtDNA.

Il tentativo della teoria dell'Eva mitocondriale di scoprire l'origine dell'umanità si basa sullo

stesso tipo di analisi. In particolare, studi sul DNA mitocondriale umano hanno permesso al

genetista inglese Bryan Sykes di chiarire le modalità con cui le popolazioni agricole si sono

diffuse dal Medio oriente all'Europa preistorica popolata da cacciatori raccoglitori, oltre all'origine

delle popolazioni polinesiane, dimostrata essere nel sud est asiatico: questi e molti altri risultati

della tecnica del mtDNA sono esposti nel volume "Le sette figlie di Eva. Le comuni origini

genetiche dell'umanità". Saggi Mondadori 2003.

Pierce: per mutazione si intende il cambiamento dell’informazione genetica che

viene ereditato (? No way!). Per mutazione genetica si intende ogni modifica

stabile ed ereditabile nella sequenza nucleotidica di un genoma o più

generalmente di materiale genetico

• Mutazioni somatiche

• Mutazioni della linea germinale

MUTAZIONI GENICHE

Nel corpo umano vi sono circa 1014 cellule, freq mutazione 1 ogni c.a. 10-6 divisioni

Per mutazione si intende la modificazione della sequenza codificante di un gene.

• Sostituzioni: quando una base viene sostituita da un’ altra

• Inserzioni: aggiunta di una o più basi

• Delezioni: rimozione di una o più basi

MUTAZIONI PUNTIFORMI

Transizione e Trasversione

Le mutazioni per sostituzione di basi sono dette transizioni quando una purina è

sostituita da un’altra purina o una pirimidina è sostituita da un’altra pirimidina; sono

dette trasversioni quando una purina è sostituita da una pirimidina o viceversa.

Single Nucleotide Polymorphism (SNP)


InDel in fase se riguarda intere triplette


Espansione della ripetizione di trinucleotidi

Causa mutazioni in FMR-1, responsabile della sindrome del cromosoma X fragile (causa

del ritardo mentale) ripetizione di CGG: 60 ripetizioni nel normale, centinaia/migliaia

nel mutato

La Sindrome dell’ X-Fragile è la causa di ritardo mentale ereditario più frequente. Circa 1:4000

maschi nella popolazione generale sono affetti dalla sindrome.

E’ meno frequente nelle femmine: infatti queste ultime possedendo 2 cromosomi X hanno

anche una copia del gene che può funzionare correttamente. Lo sviluppo mentale delle persone

affette da FraX è molto vario. Alcune mostrano capacità cognitive quasi normali, altre un lieve

ritardo mentale, altre ancora un ritardo mentale più grave.


Lo slittamento dei filamenti

durante la replicazione è alla

base dell’espansione della

ripetizione dei trinucleotidi

scavarespalarescolareskalare

scalare

s-alare-calare

scaldarescalmarescalzarescalpare

DelezioneSostituzione Inserzione

QU3570 M3554GG10 53RV3 4 PR0V4R3 CH3 L3N057R3 M3N71 P0550N0 F4R3 GR4ND1 C053!C053 1MPR35510N4N71!4LL'1N1Z10 3R4 D1FF1C1L3, M4 G14' 1N QU3574R1G4, L4 7U4 M3N73 574 L3GG3ND04U70M471C4M3N73 53NZ4 P3N54RC1 5U, 5110RG0GL1050!

EFFETTI FENOTIPICI DELLE MUTAZIONI PUNTIFORMI


Mutazione in avanti: altera il fenotipo selvatico

Mutazione inversa: (retromutazione): ripristina il fenotipo selvatico

Mutazione soppressiva: rispristina il fenotipo selvatico con una seconda

mutazione


Mutazione soppressiva intragenica

E’ una mutazione (v.) che sopprime il fenotipo dovuto ad un’altra mutazione, così che

le due insieme danno luogo ad un fenotipo normale. Entrambe le mutazioni sono a

carico dello stesso gene


Mutazione soppressiva intergenica

The amber mutation (Alteration of a codon to UAG, one of the three codons that result in premature polypeptide chain

termination in all living organism) replaces a wild-type codon with the chain-terminating nonsense codon UAG. The

suppressor mutation in this case produces a tRNATyr with an anticodon that recognizes the mutant UAG stop codon. The

suppressed mutant thus contains tyrosine at that position in the protein.

Mutazione nonsenso (amber): mutazione puntiforme che converte un

codone qualsiasi in un codone di stop e quindi si produce l’interruzione prematuradella catena polipeptidica. A volte può essere eliminata da geni soppressori che codificano per

tRNA mutanti. Affinche’ le cellule sopravvivano devono pero’ essere presenti anche i tRNA normali.

Mutazione missenso: a seguito di una sostituzione nucleotidica viene

codificato un aminoacido differente. La funzione della proteina può però non esserecompromessa (mutazione neutra)

Mutazione sinonima: la sostituzione nucleotidica non varia l’aminoacido

codificato (codice degenerato)

Mutazione neutra: a seguito di una sostituzione viene inserito un aminoacido

differente senza però alterare la funzionalità della proteina

Mutazione con perdita di funzione: recessiva, altera il fenotipo selvatico

Mutazione con acquisto di funzione: dominante, altera il fenotipo

selvatico

Mutazione condizionale: espressa solo in determinate condizioni

Mutazione letale: causa la morte

Cause delle mutazioni

• Mutazioni spontanee: dovute a cambiamenti naturali nella struttura del DNA

• Mutazioni indotte: causate da agenti chimici (bromuro di etidio, UV) o radiazioni

Tasso di mutazione

Frequenza con cui il gene cambia da tipo selvatico a mutante. E’ espressa come

numero di mutazioni per unità biologica (divisone cellulare, gamete o ciclo di

replicazione. Es. 1 ogni 100.000 gameti)

Frequenza di mutazione

Incidenza di un tipo specifico di mutazioni all’interno di un gruppo di organismi (es.

1 persona su 20.000)


The Ames test uses a battery of strains ofSalmonella typhimurium, all of which carry adifferent kind of mutation in the histidine (his)biosynthetic pathway. Hence these strains ofSalmonella are auxotrophs because they requirethe amino acid histidine in the medium in order togrow.The mutations that affects the his gene are avariety of in-frame mutations (such as base-pairsubstitutions) and frameshift mutations (such asbase-pair deletions or insertions). Since there isalways a low level of mutations occurring thesestrains can revert to his + at a low frequency (backto its prototroph). This type of reversion is called aback mutation. If cells are exposed to a mutagen,the frequency of mutation increases. Hence onecan easily measure the frequency of reversion ofSalmonella typhimurium from his- to his+ todetermine if an unknown chemical is a possiblemutagen. A mutagen will increase thefrequency of reversion

Il test di Ames

From The RED BOOK BULLETIN of

Current Protocols in Molecular Biology:

genetica 4 - profs.sci.univr.itprofs.sci.univr.it/delledonne/insegnamenti/genetica 4.pdf · •...

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