Genetica

Introduzione

La storia di Edipo

Inizia con Laio e Giocasta: l’oracolo gli aveva predetto che, se avesse fatto un figlio, lo avrebbe ucciso e avrebbe preso il potere, quindi il re evita di fare figli. La moglie voleva però un figlio e lo fa ubriacare così da rimanere incinta.

Il re affida il bambino ad un cacciatore che lo deve portare sul monte Cicerone con i piedi legati ed abbandonarlo. Nel percorso incontra però un pastore a cui dà il bambino perché non vuole ucciderlo. Il pastore porta il bambino a Polipo e Peridea, la famiglia reale di Corinto.

Edipo cresce come principe della città ma da grande, persone cattive lo offendono e gli dicono che lui è solo un trovatello. Edipo non capisce questa cosa ma va dall’oracolo di Delfi che, scandalizzato, gli dice che è una persona cattiva destinata ad uccidere il padre e giacere con la madre.

Egli non torna così a Corinto e se ne va e per strada incontra un carro con servitori e una persona importante che gli dicono di spostarsi. Edipo così uccide il guidatore e lega il signore importante alle redini del cavallo, uccidendolo, e poi torna a Tebe dove vi è la sfinge, un mostro mezza donna e mezzo leone con coda di serpente che poneva indovinelli alla popolazione. Se le persone sbagliavano la risposta, l’oracolo se li mangiava.

Edipo arriva in questa città in cui è morto il re e al suo posto c’è il fratello della madre. Quando arriva lui risponde bene agli indovinelli e la sfinge sparisce. Egli salva così la città e gli viene offerto di diventare re e sposare la regina Giocasta, con la quale ha 4 figli.

Ad un certo punto però le cose non funzionano perché si sente che c’è una maledizione sulla città. Edipo si rivolge ad un indovino, Tiresia, che però non vuole raccontargli la verità e l’oracolo gli dice che la città sarà salvata solo quando la morte del re sarà rivendicata.

Edipo però capisce tutto e capisce di aver ucciso nel carro suo padre e di aver fatto 4 figli con la vera madre. Peridea così si uccide ed Edipo si acceca e impazzisce. I figli lo accusano e vogliono che Creonte lo scacci dalla città, ma poi i suoi figli si uccidono l’uno con l’altro e le sue figlie lo accompagnano in un viaggio in tutta la Grecia fino a che non arrivano nel bosco di Ernini, ovvero dee alate che puniscono con il rimorso chi turba l’ordine morale.

Ad un certo punto arriva davanti alla porta degli inferi, si fa vestire dalle figlie e ad un certo punto c’è un grande fulmine e quando le figlie riaprono gli occhi il padre è scomparso. Tutta la sofferenza è provocata dal fatto che Edipo ha sposato la madre e fatto figli con ella.

I greci avevano disprezzo per l’incesto, loro lo codificano con tempeste, malattie, figli che si uccidono a vicenda, ovvero con tutto il peggio che poteva esserci all’epoca. Lo stigma per l’incesto si ritrova in tutte le culture, anche se culture diverse hanno riferimenti diversi.

Gli Asburgo e l’imbreeding

Gli Asburgo dal 500 al 700 sono una delle famiglie più importanti dell’Europa e sono tutti parenti tra loro. Carlo II viene descritto come malformato e questo perché ci fu un imbreeding.

Imbreeding significa incrociarsi con persone con cui abbiamo geni in comune, ovvero i parenti, e se ci si incrocia con essi vengono mostrati molti geni recessivi con deficit genetico, ovvero malattie genetiche. Il coefficiente di imbreeding va da 0 in su ed è indicato con F. I coefficienti crescono di generazione in generazione e nel passato lo facevano per evitare di condividere il potere con persone che vengono da altre generazioni. In passato si credeva che questi problemi erano dovuti alle maledizioni delle streghe.

Il primo accenno alle malattie genetiche è dato da Luis Mercado che era un medico e insegnante che si pose il problema dei caratteri che si ritrovano in famiglia. Lui era il medico del re a fine 500 e quindi poteva osservare gli effetti ereditari.

Lui affermò che la malattia normale può essere curata, mentre la malattia ereditaria non si può curare ma si possono solo alleviare i sintomi. Egli parlava di un carattere modificato nel corpo in maniera innaturale, lui credeva che i genitori avessero caratteri modificati che passavano ai figli e arriva a dire che persone con gli stessi difetti non devono procreare.

Fra il 200 e il 500 d.C. Talmud, che è un testo sacro della religione ebraica. Gli ebrei venivano circoncisi, ovvero il bambino ad una settimana di età subisce un’operazione di circoncisione, ma ogni tanto qualche bambino, raramente, moriva dissanguato.

Il Talmud afferma che un bambino è esonerato dalla circoncisione se 2 fratelli più grandi sono morti dissanguati durante la circoncisione, ma si esentano anche i fratellastri di deceduti ma solo se figli della stessa madre, i figli di donne le cui sorelle hanno figli morti dissanguati. Ma si può capire che se vennero modificate regole così precise doveva esserci sicuramente qualcosa per farlo.

Emofilia

Il problema che si pone del bambino che muore dissanguato è l’emofilia, in cui manca qualche fattore di coagulazione. Oggi questa malattia si può curare perché il fattore mancante può essere iniettato tramite farmaci. L’emofilia è legata al cromosoma X.

• Quadrati = uomini
• Cerchi = donne

Un padre e una madre hanno avuto 2 figli, due rossi morti dissanguati e un altro figlio. X è il cromosoma portatore di emofilia. Y proviene dal padre, mentre X proviene dalla madre che era sana quindi aveva un solo cromosoma X. Il risultato del quadrato di Pannè è 50%, ovvero il 50% di possibilità porta ad un maschio sano e il 50% della probabilità porta ad un maschio malato.

La probabilità di essere emofiliaco è 1/10000, mentre il fatto che c’erano 2 fratelli morti per emofilia sposta la probabilità ad ½.

Il rischio è di nuovo ½ a destra.

Se i figli avessero in comune il padre, sono sani sia il padre che la madre quindi il figlio è sano, anzi ha la probabilità 1/10000° a sinistra.

Il bambino avrà una probabilità di ¾ di essere sano e di ¼ di essere malato.

Se sono i fratelli ad avere un figlio morto dissanguato, la probabilità che sia malato è quella basale ovvero 1/10000.

In passato a ciò si arrivò grazie all’esperienza perché questi calcoli si iniziarono a fare nel 900. Quindi anche se la genetica nasce nella metà dell’800 con Mendel, in realtà, l’interesse e l’attenzione a tutti questi caratteri c’erano già in passato.

Albinismo

La cultura può influenzare la genetica, e si può vedere con l’albinismo che è una malattia ereditaria genetica in cui non c’è produzione di melanina e quindi l’individuo è depigmentato. Molti animali sono albini come topi, leoni, canguri, ma anche l’uomo può essere albino.

Nell’800 quando gli antropologi esplorano gli Stati Uniti, trovano una popolazione di Hopi in cui c’è una frequenza di albini spropositata. A livello mondiale è 1/20000, mentre sui topi è 1/200.

Gli Hopi sono una popolazione che vivono in una zona desertica con montagne in cui vi sono i campi da coltivare alla base della montagna. Gli Hopi coltivano tutto il giorno esposti ai raggi solari mentre le donne rimangono al villaggio.

In questa cultura l’albino è considerato bello, pulito ed intelligente e vengono sottratti dal lavoro, ovvero gli albini non vanno a lavorare nei campi ma stanno in un villaggio isolato dove fanno figli con molte donne per far aumentare il numero di albini. Qui c’è l’interazione tra cultura e genetica così da avere una probabilità 1/200.

Mitosi e meiosi: ripasso

Procarioti ed eucarioti

Procarioti: “prima del nucleo”, ovvero senza nucleo, sono i batteri o eubatteri e gli archeobatteri. Hanno materiale ereditario che è il DNA che però non sta nel nucleo vero e proprio.

Eucarioti: “nucleo ben formato”, sono tutti gli organismi cellulari cioè protozoi, alghe, funghi, piante e animali.

I virus e i prioni non rientrano in nessuna di queste categorie.

Comune a tutti gli organismi viventi è la capacità di dividersi e differenziarsi, sono 2 funzioni diverse, nell’uomo accadono nello stesso momento, ma nei batteri non sempre avvengono insieme. Qualunque specie ha comunque la necessità di:

• Dividersi: aumentare di numero, se sono organismi unicellulari si dividono per aumentare in numero, se sono organismi pluricellulari oltre a fare ciò si accrescono, cioè aumenta il numero di cellule in un organismo e quindi si accresce.
• Differenziarsi: tutti gli individui di una specie sono diversi dal punto di vista genetico e ciò è importante non tanto nel breve periodo ma nel lungo periodo una specie che non ha variabilità genetica non si può evolvere, una specie che non si può evolvere è destinata all’estinzione.

Procarioti

Dal punto di vista genetico le informazioni sono contenute in 2 molecole, strutture, 2 comparti genetici diversi:

1. Cromosoma batterico (nucleoide): è quello più grande, comprende geni che codificano per funzioni basilari della vita di un batterio come nutrirsi, dividersi, fabbricare la parete, le componenti cellulari ecc. È nei batteri il comparto più grande nell’ordine delle Mb, megabasi, si trova in singola copia o poche e la duplicazione del nucleoide è coordinata con la duplicazione della cellula batterica ovvero quando il batterio si deve dividere duplica il nucleoide e poi i nucleoidi figli vanno uno in una cellula e uno nell’altra in maniera coordinata.
2. Plasmidi: non sono necessari, non tutti i batteri ce l’hanno anche se sono ubiquitari, sono piccoli, l’ordine di grandezza è Kb, codificano per pochi geni legati a funzioni utili ma accessorie come la possibilità di metabolizzare un tipo di zucchero o amminoacido per cui i geni non sono nel nucleoide, o la capacità di sopravvivere ad un antibiotico grazie alla detossificazione. Si trovano in copie multiple e quando il batterio si divide, la duplicazione dei plasmidi non è così strettamente coordinata alla divisione del batterio perché di plasmidi ce ne sono tante copie, si moltiplicano continuamente e quando un batterio si divide finiscono un po’ di qua e un po’ di là quindi vengono conservate, vanno a entrambi i batteri figli ma non in maniera coordinata.

Eucarioti

Negli eucarioti si hanno 2 comparti che contengono informazione genetica:

1. Nucleo: contiene i cromosomi che contengono DNA, c’è una grande massa di DNA che codifica per le funzioni basilari per la vita della cellula. È un comparto grande, Gb, il DNA non è organizzato in una singola molecola ma in cromosomi multipli che spesso si trovano in doppia copia e questo viene associato al fatto di essere diploide, il genoma del nucleo si duplica con la cellula in maniera coordinata e questa coordinazione è garantita dal meccanismo di mitosi e meiosi.
2. Genoma di mitocondri e cloroplasti: sono organelli, i mitocondri sono praticamente in tutte le cellule e servono per la produzione di ATP, mentre i cloroplasti ce l’hanno le alghe, le piante e servono a fare fotosintesi. Questi 2 organelli hanno il proprio DNA che è piccolo, Kb, e codifica per pochi geni usati dall’organello per le proprie funzioni, molti geni stanno nel genoma nucleare ma l’organello ne conserva una piccola parte, si trovano in copie multiple, si moltiplicano in maniera indipendente dal genoma della cellula ma in maniera coordinata.

Procarioti ed eucarioti, differenze

I temi cambiano…

Il DNA batterico era sempre stato visto come una cosa molto semplice, un DNA nudo a bagno nel citoplasma, passivo, che finiva nell’una o nell’altra cellula in maniera un po’ casuale, in realtà si stanno accumulando evidenze per cui il processo potrebbe essere controllato perché si osservano già forme di coordinamento nei batteri, quindi un DNA che non è nudo e viene guidato nell’una o nell’altra cellula al momento della duplicazione.

Cromosomi

Negli eucarioti è formato da una serie di molecole lineari, una per ogni cromosoma che sono ben organizzate e compattate a formare il cromosoma con proteine istoniche e altre proteine strutturali o regolatrici. Se si prende un cromosoma più o meno la metà è DNA e la metà sono proteine.

Nell’immagine si nota un cariogramma cioè una rappresentazione grafica dei cromosomi di un individuo e nel caso dell’uomo ci sono 46 cromosomi che sono organizzati a coppie, ovvero c’è il cromosoma 1 in 1 coppia, il cromosoma 2 in 1 coppia, quindi questi 46 cromosomi sono 23 coppie e i 2 cromosomi di una coppia sono cromosomi omologhi che portano le stesse informazioni.

I cromosomi hanno un nome e il nome è 1, 2, 3, 4, 5… sono in ordine dal più grande al più piccolo quindi i più grandi sono il cromosoma 1 ecc. In realtà il 22 è più grande del 21. Esistono anche 2 cromosomi sessuali che non sono nominati con un numero ma con lettere X e Y e si definiscono omologhi anche se X e Y sono diversi ma hanno regioni omologhe per cui alla meiosi si comportano come se fossero omologhi.

I cromosomi sono di grandezza diversa, nell’immagine sono mostrati sia in termini di paia di basi, sia in termini di geni. C’è una corrispondenza, cromosomi più grandi hanno più geni, cromosomi più piccoli hanno meno geni, però in realtà non è una corrispondenza così stretta.

Se si srotola un cromosoma fino ad avere una molecola di DNA dritta, le molecole di DNA di cromosomi umani sono lunghe da 1,7 a 8,5 cm e hanno un diametro della struttura della doppia elica di 2,2 nm e questo è in contrasto con l’osservazione che il nucleo della cellula dove stanno i cromosomi ha un diametro di 10-15 micron. Nella figura si vedono varie fasi di un impacchettamento.

1. Molecola di DNA con doppia elica, è la forma più lunga, meno impacchettata e più sottile.
2. Molecola di DNA arrotolata intorno agli istoni con 2 giri e la molecola di DNA diventa più corta e più larga.
3. La struttura a collana di perle si ripiega su sé stessa.
4. Il ripiegamento si ripiega a destra-sinistra, destra-sinistra ecc.
5. Si impacchetta di più per formare un cromosoma migliaia di volte più corto ma un diametro più grande rispetto alla molecola di partenza. Hanno un diametro di 1400 nm.

Istoni

La forma di impacchettamento più compresa è quella degli istoni, ovvero la collana di perle. Un istone è formato da 8 proteine diverse rappresentate come spicchi di torta che prendono il nome di H1, H2… H3B ecc. Queste 8 proteine si compattano per formare un istone che si chiama ottamero istonico sul quale si arrotola la molecola di DNA che fa quasi 2 giri e poi passa oltre.

Quindi il DNA è avvolto per 1,67 giri all’istone, poi c’è un pezzetto di DNA non avvolto a istone lungo 54 paia di basi quindi ci sono 54 paia di basi tra istone e istone e 146 paia di basi sono occupate dal giro che il DNA fa nell’istone. Questa fibra poi subisce altri ripiegamenti per arrivare alla forma definitiva del cromosoma.

Eu- ed eterocromatina

Questo mix di DNA e tante proteine diverse prende il nome di cromatina perché si colora al microscopio. Il livello di impacchettamento dell’eterocromatina è variabile nel ciclo cellulare:

• Eucromatina: poco impacchettata, il DNA è accessibile e disponibile per la trascrizione perché è in una forma poco impacchettata quindi può fare un lavoro ma non può essere trasportato, spostato.
• Cromatina: molto impacchettata durante la mitosi, durante la metafase della mitosi con DNA non accessibile. Questo è facilmente spostabile perché è in forma di cromosomi.

I cromosomi sono fatti come bastoncini, prendono un significato importante le parti terminali, ovvero i telomeri che sono zone di DNA ripetuto, cioè ci sono delle sequenze abbastanza brevi ripetute uguali a sé stesse. Quello che si osserva è che se a un cromosoma mancano i telomeri, il DNA di tutto il cromosoma viene degradato perché la funzione del telomero potrebbe essere quella di proteggere gli estremi dei cromosomi in un contesto cellulare nel quale un DNA nudo viene digerito.

Sono stati anche legati all’invecchiamento delle cellule, cellule più giovani proteggono i loro telomeri e quindi possono riprodursi, ma via via che la cellula si riproduce, i telomeri si accorciano ed accorciandosi si raggiunge un punto in cui non ci sono più telomeri e il DNA è soggetto ad essere degradato.

Nella parte centrale si trova il centromero con funzione strutturale, è la zona in cui i 2 cromatidi si legano fra sé quando devono essere legati e il punto in cui si legano le fibre del fuso attraverso i cinetocori al momento della divisione, in cui cioè i 2 cromatidi devono essere separati e portati uno in ogni cellula figlia. Se un cromosoma rimane senza centromero resiste ma al momento della divisione non viene spostato e quindi si perde e scompare.

I geni stanno lungo i bracci di un cromosoma, i telomeri e i centromeri hanno invece una valenza strutturale e non codificano per geni.

Ciclo cellulare

Prendiamo una cellula che si sta dividendo, il ciclo cellulare è la sequenza di eventi che va da una cellula che si è appena divisa alla divisione successiva. La gran parte di ciclo cellulare prende il nome di interfase, ma il momento più interessante si ha quando una cellula si sta dividendo ed è quindi in mitosi, il termine viene dal fatto che è un evento interessante mentre nel resto della vita della cellula sembra che non stia facendo niente e da qui il termine di interfase.

Quando una cellula è in interfase fa il suo lavoro di cellula, ci sono cellule per esempio che si contraggono nel muscolo che sono in interfase G1 e fanno il proprio lavoro nel corpo, quando è in mitosi si sta dividendo ma è una cellula in pausa che si sta riproducendo ma non sta lavorando.