Dalla genetica di Mendel alla teoria cromosomica: un viaggio nell'ereditarietà

scienza che studia leggi e meccanismi che permettono la trasmissione dei fattori ereditari

la genetica studia:

come i fattori determinano le caratteristiche dell’individuo

come i fattori sono trasmessi da una generazione ad un’altra

prima di lui era diffusa la teoria della mescolanza → i due genitori danno un uguale contributo alle caratteristiche della prole ( → in essa i fattori ereditari si mescolano)

mendel invece sostiene che questi fattori si mantengano e non si mescolano.

studia i piselli → riesce a guidarne la “riproduzione”, che è molto veloce, e a manipolare gli incroci

individua 7 caratteri (tutti presentano solo due alternative nette) → colore del fiore, colore del seme, forma del seme, …

mendel usa i seguenti termini:

carattere → indica la caratteristica fisica che stiamo studiando (es. colore del fiore)

tratto → le varianti del carattere e può variare da un individuo all'altro (es. viola e bianco) → in seguito verranno indicati come alleli

fattori → tratti ereditari, vengono trasmesse ai figli → in seguito verranno indicati con la parola gene

Teoria di Mendel

Mendel incrocia due linee pure, ossia piante che hanno un determinato aspetto perché derivano da piante che presentano sempre lo stesso tratto → ad esempio fiori bianchi e viola

→ dall’incrocio i figli (detti generazione F1) presentano solo 1 dei due tratti, ossia sono tutti viola (crolla la teoria della mescolanza → i due colori non si mescolano)

→ guida lui l’incrocio di due piante viola della generazione F1 e osserva che i figli (generazione F2) mostrano un carattere al 75% e ricompare il tratto che sembrava sparito (25%)

perciò secondo mendel ogni individuo ha per ogni carattere due tratti

P colore viola → per essere viola il fiore è indicato con PP

p colore bianco → per essere bianco il fiore è indicato con pp

quello che appare (fenotipo) dipende da questi fattori (genotipo)

quando l'individuo si riproduce cede solo un fattore → l’individuo PP può solo cedere P e l’individuo pp può cedere solo p

→ tutti i figli di prima generazione hanno un fattore P e uno p → elabora la legge della dominanza (quando l'individuo ha due fattori diversi ce n'è uno che domina sull’altro) → il fattore P è dominante (i figli di prima generazione appaiono tutti viola)

quando incrociamo due individui di prima generazione (Pp)

( → quadro di punnet usato per prevedere le possibili combinazioni di fattori) → ¾ sono viola (PP,pP,Pp) e ¼ sono bianchi (pp) → il carattere bianco è recessivo, quello viola è dominante

c’è una seconda legge → legge della segregazione (quando un individuo produce gameti le due coppie di fattori si separano cosicché ciascun gamete contiene un solo fattore per ogni carattere ereditario)

ogni individuo eredita due FATTORI per ogni carattere

quando i fattori sono uguali → omozigoti

quando hanno i fattori diversi → eterozigoti

test cross → se ho un fiore fenotipicamente viola non so genotipicamente che fattori presenta

se incrocio PP e pp “nasce” un Pp

i fattori si “spostano” indipendentemente gli uni dagli altri → legge dell'assortimento indipendente.

Teoria cromosomica dell’ereditarietà

Alcuni biologi cominciano a notare analogie tra il comportamento dei cromosomi in meiosi e quello dei fattori di Mendel teoria cromosomica dell’ereditarietà.

Nel 1903, Walter Sutton, laureato alla Columbia University, pubblica un articolo dove dichiara che i cromosomi erano i portatori fisici dei fattori genetici di Mendel → nasce la teoria cromosomica dell’ereditarietà.

I genitori trasmettono ai figli fattori ereditari (contenuti nei cromosomi).

ad ogni carattere (caratteristica che stiamo studiando) corrisponde un gene (unità ereditaria localizzata nei cromosomi, che attraverso l'interazione con ambiente interno ed esterno controlla lo sviluppo di un carattere o fenotipo) → ogni cromosoma contiene più geni.

In ogni individuo questi fattori esistono in forme alternative (chiamati alleli → le forme alternative che può assumere il gene).

Legato all’ereditarietà relativa al sesso.

E' la prima prova dei geni legati ai cromosomi.

E' un esperimento fatto sul moscerino della frutta. (chiamati Drosophila)

Esperimenti di Morgan

Morgan studia il colore dei loro occhi → sa che ci sono gli occhi bianchi e quelli rossi.

primo incrocio (pensando alla genetica di mendel) → maschio (occhi bianchi) e femmina (occhi rossi) → escono tutti con gli occhi rossi.

Secondo incrocio → sempre rosso/bianco ma inverte i sessi → i risultati sono diversi.

Ipotizza che il carattere venga trasmesso in maniera diversa in base al sesso (le differenze tra i sessi sono legate a diversi cromosomi sessuali) → ipotizza che si trovi sul cromosoma X (è un cromosoma di per se come gli altri che presenta vari geni che determinano caratteristiche dell’individuo → è il cromosoma Y che determina il sesso (c’è nel maschio, non c’è nelle femmine).

Confronta i suoi risultati con i quadri di pannet → le sue ipotesi vengono verificate.

Femmina (omozigote) occhi rossi maschio (emizigote) occhi bianchi → tutti i figli hanno gli occhi rossi, perché tutta la progenie aveva ereditato dalla madre un cromosoma X di tipo selvatico e perché il rosso domina sul bianco. c’è il 50% che sia maschio (sono tutti emizigoti, ossia individui diploidi che possiedono una sola copia di un dato gene) e 50% che siano femmine (tutte eterozigote).

femmina ha gli occhi bianchi e il maschio ha gli occhi rossi → le femmine sono eterozigote e occhi rossi, i maschi ereditano il cromosoma X della mamma e hanno occhi bianchi (il maschio “genitore” contribuisce solo nel sesso → se c’è Y nasce figlio maschio e se c’è X nasce figlia femmina. La mamma contribuisce per le altre varie caratteristiche trasmettendo i suoi geni)

XX → femmina.

XY → maschio.

Caratteri legati al sesso

Anche nell’uomo ci sono dei caratteri sui cromosomi X.

Ci accorgiamo di ciò perché ci sono malattie che vengono ereditate in maniera diversa in base al sesso.

Sono il risultato dell’espressione di alleli recessivi di geni legati al sesso (al cromosoma X).

Emofilia → manca un enzima necessario per la corretta coagulazione del sangue. Malattia dovuta da un allele recessivo localizzato sul cromosoma X. La malattia si presenta soprattutto in maschi (al 50% possono risultare malati), cui viene trasmessa da femmine portatrici ma sane.

Daltonismo → consiste nella parziale incapacità di distinguere i colori. è molto più diffusa nei maschi (le femmine risultano malate se la mamma è portatrice e il papà è daltonico → affinché si esprima nei maschi è sufficiente una sola copia dell’allele raro, mentre nelle femmine ne servono 2). un maschio con la mutazione può trasmetterla soltanto alle figlie femmine, a tutti i figli maschi cede il cromosoma Y. Le femmine che ricevono un cromosoma X mutante sono portatrici fenotipicamente normali ma in grado di trasmettere l’X mutato sia ai figli sia alle figlie.

Distrofia muscolare di Duchenne.

Non si possono realizzare incroci programmati.

Non si possono avere numerosi conteggi sulla prole.

Si può contare solo sugli alberi genealogici dei fenotipi → maschi rappresentati da quadrati, donne da cerchi → è possibile capire se un determinato carattere sia recessivo o dominante e dedurre il genotipo di alcuni membri della famiglia

negli alberi genealogici i rapporti numerici tra i fenotipi non sono così netti come quelli osservati da Mendel.

Caratteri dominanti.

Lentiggini.

Attaccatura dei capelli a punta.

Lobo dell’orecchio staccato.

Caratteri recessivi.

Assenza di lentiggini.

Attaccatura dei capelli diritta.

Lobo dell’orecchio attaccato.

Ssono i cromosomi che non partecipano alla determinazione del sesso, che è determinato invece da una coppia di cromosomi Sessuali → nelle femmine una coppia di cromosomi X (→ XX) mentre nei maschi è presente un solo cromosoma X accompagnato da un introvabile nelle donne, l’Y ( → XY). perciò il sesso dipende dallo spermatozoo, quindi potrà nascere un maschio solo se uno spermatozoo con Y feconda una cellula uovo)

Recessive → solo gli omozigoti recessivi sono malati e i figli malati compaiono solo se nascono da due genitori Malati/portatori → sono meno gravi e quindi più diffuse (soprattutto con incroci tra consanguinei). Ad es. l’anemia → prima delle bonifiche c’era la malaria (chi è anemico ha globuli rossi falciformi e il protista della malaria lega meno facilmente → il gene non si è annullato ma esiste ancora perché era una protezione dalla malattia). inoltre Il fenotipo compare con la stessa frequenza nei due sessi.

Dominanti → sono più rare perché anche l’eterozigote è malato → non esiste il portatore sano. Ogni persona malata ha un genitore malato e circa la metà dei figli di un genitore malato è malato. inoltre Il fenotipo compare con la stessa frequenza nei due sessi.

Mutazioni e poliallelia

Una mutazione pur essendo un evento raro può dare origine a un nuovo allele di un gene.

Le mutazioni sono fenomeni casuali; copie diverse di un alleli possono andare incontro a cambiamenti differenti.

Esistono più alleli per lo stesso gene. Inizialmente non esistevano le varianti e il dominante era quello d’origine → allele wild (o selvatico) → I genetisti lo definiscono così in quanto è quel particolare allele di un gene che un natura è presente nella maggior parte degli individui. Esso dà origine a un tratto (fenotipo) atteso, mentre gli altri alleli del gene ,detti alleli mutanti, producono un effetto diverso → L'allele mutato sono le variazioni che si sono verificate nel corso del tempo → In alcuni casi quelli mutati causano malattie.

Gene polimorfico → se l’allele mutato è presente oltre l’1%.

Le mutazioni hanno anche permesso l’evoluzione.

A differenza della genetica classica, nell’uomo abbiamo la condizione di poliallelia → ovvero possono esistere più di 2 alleli di un certo gene.

Uno dei casi principali è quello dei gruppi sanguigni → sono anche codominanti → l’individuo eterozigote esprime entrambi gli alleli.

Le persone di gruppo 0 non hanno le glicoproteine, le A hanno le proteine A, le B hanno le B e le persone AB le hanno entrambe. Questo funziona se ammettiamo l’esistenza di 3 alleli: 0, A, B. Un individuo 0 è omozigote recessivo, un individuo A può essere omozigote o eterozigote.

Se sei negativo puoi ricevere da un negativo, se sei positivo da entrambi.

A non riceve da B o AB.

B non riceve da A o AB.

AB riceve da chiunque, ma dona solo da AB.

0 dona a tutti, ma riceve solo da 0.

Gli eterozigoti (Ll) mostrano una dominanza completa. Molti geni però, hanno alleli che non sono né dominanti né recessivi l'uno rispetto all'altro e gli eterozigoti presentano un fenotipo intermedio. Quando gli eterozigoti mostrano un fenotipo intermedio, si dice che il gene segue la regola della dominanza incompleta, ovvero nessuno dei due alleli è completamente dominante.

Nella codominanza si esprimono entrambi gli alleli in locus.

Talvolta i due alleli di un locus producono due diversi fenotipi che compaiono entrambi negli eterozigoti , un fenomeno → " Codominanza " → un esempio sono i gruppi sanguigni.

Pleiotropia → un gene causa l’assenza di una proteina e conseguenze fenotipiche. La mancanza di proteine causano malattie genetiche.

Anemia falciforme → mutazione di un singolo amminoacido nell’emoglobina. Causa il cambiamento della forma dei globuli rossi. Nella maggior parte dei casi soltanto gli individui omozigoti per l’allele dei globuli rossi falciformi soffrono della malattia. Se l’individuo riceve un gene normale ed uno difettoso, nel 50% dei casi il figlio nascerà portatore sano. Se riceve entrambi i geni difettosi, il figlio nascerà affetto da anemia.

Fenilchetonuria → causata dall’assenza di un enzima che trasforma la fenilalanina (amminoacido) in tirosina. La fenilalanina si accumula nei tessuti e nel sistema nervoso e causa un ritardo mentale. La tirosina è precursore degli ormoni tiroidei, quindi le persone affette da queste malattie non producono ormoni tiroidei, melanina ( → le persone affette da questa malattia hanno la pelle chiara) e adrenalina.

Eredità poligenica

La scienza che studia l’influenza dell’ambiente sulle caratteristiche degli esseri viventi è chiamata epigenetica.

Negli Stati Uniti c’è stato un enorme progetto sul sequenziamento dei geni → scoprire le basi azotate per capire il genoma umano. Hanno capito che solo il 2% del DNA è formato da geni e che l’ambiente influenza l’espressione genica (→ come i geni vengono tradotti in proteine).

Ad esempio il colore della pelle è influenzato molto dall’ambiente, mentre il gruppo sanguigno dipende solamente dai geni. Anche le ortensie sono influenzate dall’ambiente, in base all’acqua in cui crescono.

Il pelo dei gatti siamesi è influenzato dalla temperatura → nelle zone più fredde sono scuri, nelle zone calde sono più chiari (a temperature alte la proteina del gene “pelo scuro” viene denaturalizzata).

Eredità poligenica → tanti geni hanno effetto sullo stesso carattere. Ad esempio influenzano l’altezza, il colore dei capelli e il colore degli occhi → sono detti caratteri fenotipici quantitativi. Non c’è dualità (come negli esperimenti di Mendel → in questo caso si parlava di caratteri fenotipici qualitativi), ma diversi caratteri. A formulare la teoria poligenica dei caratteri quantitativi è stato Fischer, sostenendo che questo tipo di caratteri subisce una variazione continua spiegabile dall’azione mendeliana di un gruppo di geni, ciascuno dei quali non ne determina la presenza o l’assenza, ma fornisce un contributo alla sua intensità.

(ad esempio la distribuzione dell’altezza è gaussiana ( → tutti i valori compresi tra i due estremi dell’intervallo sono ammessi, nessuno escluso) → esistono poche persone molto alte e molto basse, ma ne esistono molti di altezze intermedie )

Esistono gli alleli mutati → proteine che hanno amminoacidi diversi a causa del fatto che il messaggio sul DNA è mutato.

La mutazione è causata da errori della duplicazione del DNA, mentre altre compaiono perchè ci esponiamo ad agenti mutageni (sostanze e radiazioni) che danneggiano il DNA. Le polimerasi intervengono, ma comunque compaiono mutazioni.

Sia le sostanze sia le radiazioni possono essere naturali o artificiali. Una delle variazioni artificiali più comuni sono le radiazioni che derivano da bombe atomiche o centrali nucleari.

Anche alcune muffe (aspergillus) producono tossine mutagene. I nitriti e i nitrati che si usano per conservare gli affettati o il fumo sono dannosi.

Le mutazioni hanno effetti diversi sulle cellule somatiche e su quelle germinali: se vengono colpite le prime, compaiono tumori e non si trasmettono alle generazioni successive. Le cellule germinali vengono colpite e causano malformazioni anche nelle generazioni successive, a causa di ovuli e spermatozoi danneggiati.

Alcune mutazioni sono silenti → non ha effetto sul fenotipo. Viene comunque prodotta una proteina funzionante.

Altre portano ad una proteina che non funziona. Noi abbiamo due alleli, quindi quello funzionante copre l’altro in caso di eterozigosi. In caso di omozigosi gli alleli sono entrambi malati.

Altre volte compare una proteina con una nuova funzione, che intralcia la proteina di un altro allele.

Esistono 3 tipi di mutazioni:

puntiformi → coinvolgono una sola coppia di basi azotate. Si dividono in 2 gruppi:

per sostituzione → un nucleotide è stato sostituito da un altro. Possono essere:

silenti → anche con una tripletta diversa, codifica lo stesso amminoacido quindi non crea danni;

di senso → con una tripletta diversa codifica un amminoacido diverso;

non senso → prima della fine della proteina si inserisce un codone di stop e non sarà più funzionante;

per scorrimento → c’è un nucleotide in più o in meno. Da quel punto in poi sfasano le triplette e gli amminoacidi saranno sbagliati.

cromosomiche → riguarda l’alterazione di un pezzo di cromosoma

del cariotipo → riguardano il numero di cromosomi → ad esempio sindrome di Down

Le mutazioni possono causare anche tumori, come ad esempio quello del colon.

Inoltre la nostra suscettibilità alle malattie è anche determinata dalle interazioni con i fattori ambientali, come il cibo che mangiamo.

Le mutazioni non sono tutte negative poichè hanno portato all’evoluzione. Per questo le mutazioni possono essere dannose, neutre o vantaggiose.