Appunti di Genetica

PARADOSSO DEL VALORE C

Il parametro biologico per stabilire la complessità di un organismo è il differenziamento cellulare, inoltre all'aumentare della complessità di un organismo aumenta anche il suo contenuto in DNA. Per misurare questo parametro, detto valore C, si valutano solo le cellule aploidi. Negli eucarioti quindi ci occupiamo di contenuto in DNA presente nei gameti. Esistono tantissimi livelli di contenuto in DNA, dai più semplici ai più complessi. Le dimensioni del genoma possono essere spesso collegate al livello di complessità dell'organismo. La concentrazione dei geni rispetto al genoma totale è ampiamente diversa per quanto riguarda i vari organismi. La maggior parte del genoma batterico è codificante, mentre negli eucarioti superiori è invece forte la presenza di parti non codificanti, dette introni. La percentuale di DNA codificante negli eucarioti superiori non supera il ⅔% del genoma totale.

La porzione esonica del genoma eucariotico viene trascritta e tradotta, la porzione intronica è quella che viene trascritta ma mai tradotta in proteine, perché durante il processo viene rimossa. Pur essendoci una correlazione tra complessità del genoma e numero di geni, esistono delle alterazioni che costituiscono il paradosso del valore C. Nell'ambito vegetale è molto presente la poliploidia, ovvero il genoma è presente anche in decine di copie. Nel genoma animale possiamo vedere un regolare aumento del contenuto di DNA in corrispondenza dell'aumento della complessità. Per dare una risposta al paradosso del valore C, prendiamo in considerazione alcuni esperimenti avvenuti nella metà del secolo scorso. Per analizzare il DNA, si sono basati sulla centrifugazione in gradiente che vuol dire estrarre il DNA, metterlo in una provetta e centrifugarlo in modo che in base alla densità siano posizionate in punti diversi della provetta.

Più è alta la densità più andrà in basso. La densitàdiversa è data dalla diversità delle basi.Con il DNA procariotico si notava una sola banda, mentre in quello eucariotico, eranopresenti varie bande con densità diverse, quindi ci sono frazioni che si differenziano per lacomposizione delle basi. Si distinguevano bande primarie e secondarie, le secondarievengono quindi chiamate DNA satellite. Nel DNA eucariotico sono presenti circa il 50% disequenze altamente ripetute che prendono il nome di DNA satellite.Solitamente, gli individui che hanno un contenuto in DNA che non corrisponde alla lorocomplessità, hanno un numero maggiore di sequenze altamente ripetute.Il DNA venne sottoposto ad esperimenti di naturazione e denaturazione dando vita allacinetica di riassociazione, ovvero un processo che stabilisce con la quale due eliche di DNAseparate associavano tra di loro.L’elemento chiave era la facilità con la quale le due eliche di DNA separate associavano tra di loro.po' più di tempo per raggiungere la massima velocità di appaiamento. Inoltre, la curva descritta dal processo di appaiamento del DNA eucariotico è più ripida rispetto a quella dei procarioti. Queste differenze possono essere spiegate dalla presenza di sequenze ripetute nel genoma eucariotico. Le sequenze ripetute possono facilitare l'appaiamento delle sequenze complementari, ma possono anche causare problemi durante il processo di appaiamento. Le sequenze satelliti, in particolare, sono sequenze ripetute che si trovano solo nel genoma eucariotico e possono influenzare il processo di appaiamento del DNA. In conclusione, l'appaiamento delle sequenze complementari e la presenza di sequenze ripetute sono importanti per comprendere la natura del genoma eucariotico.

tempo largamente maggiore per completare il processo di riassociazione. E' più veloce all'inizio perché è dotato di DNA altamente ripetuto e trova una sequenza complementare più facilmente. Mano a mano che procede, si completa in maniera più lenta perché dopo l'associazione delle sequenze ripetute rimangono quelle in singola copia e quindi è dotato di una maggiore complessità rispetto a quella di un procariote.

Classi di DNA.

Sulla base delle informazioni recuperate con la cinetica di riassociazione possono essere distinte varie classi di DNA:

• A riassociazione immediate: sono sequenze che si rinaturano immediatamente
• DNA altamente ripetitivo: hanno sequenze ripetute e possono essere divisi in tre categorie: satellite (circa centinaia di paia di basi), minisatellite (decine di paia si basi ripetute), microsatelliti (solo 2 o 3 basi ripetute).
• Sequenze mediamente ripetitive
• Geni presenti in più di una

Sono presenti in più copie per necessità di un grande prodotto. Sicuramente tra i ripetuti troviamo gli istoni, le globine, che partecipano al trasporto dell'ossigeno, RNA in varie categorie (ribosomico, transfer, 5S).

Sequenze uniche, ovvero in singola copia e costituiscono circa il 60% del genoma umano.

Il valore C per quanto riguarda l'uomo, ha una lunghezza di 2 metri a livello diploide. Il maggior lavoro di condensazione però, riguarda sicuramente le piante che hanno genomi lunghi anche centinaia di metri.

Il numero cromosomico è altamente variabile e svincolato dal livello di complessità dell'organismo. Parliamo sempre di cromosomi mitotici. In alcuni organismi esiste il fenomeno della politenia, ovvero una divisione cromosomica continua. Si ottengono quindici cromosomi.

Valore minore animali: 2n=4, in una formica.

Valore maggiore animali: ipodotteri.

Valore minimo piante: 2n=4.

Valore maggiore di piante: felce con dimensioni largamente.

superiori ai 1000 cromosomi. Perché in alcuni casi si raggiungono numeri così elevati? I numeri così elevati si hanno quando i cromosomi di questi organismi non hanno una forma classica con due cromatidi in contatto nel centromero, ma i due cromatidi corrono paralleli l'uno all'altro, senza prendere contatto. I cromosomi sono quindi monocentrici, che caratterizzano la maggior parte degli eucarioti, e ci sono poi cromosomi olocentrici che non hanno una costrizione primaria, ma i due cromatidi decorrono paralleli l'uno all'altro. Le fibre del fuso durante la meiosi non prendono contatto solo con il centromero, ma si attaccano lungo tutto l'asse cromosomico. Questo porta al fatto che se avviene una frammentazione a livello di un cromosoma monocentrico la porzione viene eliminata e quindi la cellula muore. Se succede la stessa cosa negli olocentrici, tenuto conto che ogni porzione funge da attacco alle fibre, la frammentazione comporta

l'aumento del numero di cromosomi. Hanno maggiore possibilità di difendersi da attacchi, per esempio da parte di radiazioni, ecc. METABOLISMO E ATTIVITÀ DEL DNA. Replicazione. Inizialmente esistevano 3 tipi di ipotesi sulla replicazione del DNA: - Modello semiconservativo: stabilito che il DNA è a doppia elica, le due eliche si separano e poi durante la replicazione vengono utilizzate come stampo per la sintesi di due nuovi filamenti, grazie ad un enzima detto DNA polimerasi. - Modello conservativo: prevede la possibilità che dopo la replicazione una delle due eliche sia di tipo parentale e una invece completamente di nuova sintesi. - Modello dispersivo: prevede una sorta di rimescolamento continuo tra frammenti e frazioni di eliche parentali e di nuova sintesi. Nel 1958, Meselson e Stahl misero a punto l'esperimento che permise di capire quale delle tre modalità di replicazione del DNA fosse quella vera. Innanzitutto, necessitavano di rendereidentificabile il DNA parentale. Hanno così pensato di utilizzare un marcatore del DNA, ovvero un isotopo radioattivo dell'azoto, presente nelle basi azotate. Fase 1. Utilizzarono colonie di Escherichia Coli coltivate per un certo periodo di tempo in un terreno di coltura in cui al posto dell'azoto 14, è stato inserito l'isotopo 15 dell'azoto, che possedeva un protone in più, in modo che il loro DNA contenesse solo azoto 15. Estraendo il DNA lo sottoposero a centrifugazione e infine facendo scorrere una radiazione luminosa lungo l'asse della provetta veniva identificata una singola banda che identificava un'unica tipologia di DNA. La posizione è molto vicina al fondo della provetta. Fase 2. I batteri, marcati con azoto 15, vengono messi in un terreno di coltura con azoto 14 e lasciati nel terreno di coltura solo per una generazione, dopo di ché bisognava procedere all'estrazione del DNA e la centrifugazione del DNA.

Seguito della centrifugazione si osservava la posizione del DNA nella provetta. Si ottiene una banda vicina alla superficie. Anche dopo un ciclo replicativo è presente una sola banda e quindi ci permette già di escludere il modello conservativo.

Fase 3. I batteri vennero lasciati per 2 cicli replicativi (circa 40 minuti) e poi estrazione del DNA, centrifugazione in gradiente e verifica della posizione del DNA. In questo caso otteniamo due bande in due posizioni diverse e quindi due spettri di assorbimento. Il secondo esperimento ci permette di escludere che la replicazione del DNA sia dispersiva, perché altrimenti avremmo dovuto sempre trovare una sola banda. Sono presenti due bande con due densità diverse perché una delle due è marcata con azoto 15 e una, quella nuova, contiene azoto 14. Mano a mano che si procede con le altre generazioni di escherichia coli, aumenta sempre di più la quantità di DNA con azoto 14, mentre piano piano scompare.

semiconservativo. Durante questo processo, i filamenti di DNA si separano e vengono utilizzati come stampo per la sintesi di nuovi filamenti complementari. Questo modello è stato inizialmente dimostrato utilizzando il DNA marcato con azoto 15 su batteri. Successivamente, è stato confermato che anche negli eucarioti valeva il modello semiconservativo. In questo caso, il DNA è stato marcato con una 5-bromodeossiuridina (BUdR), un analogo della timina. Dopo l'incorporazione di questo analogo di base, i tratti di DNA che lo contengono si colorano meno intensamente con un colorante. Dopo il primo ciclo replicativo, si ottengono molecole ibride con colorazione scarsa. Dopo il secondo ciclo replicativo, si ottiene ancora una molecola ibrida, ma la colorazione permette di distinguere tra un filamento parentale (più chiaro) e uno nuovo (più marcato). Lo studio delle cellule in coltura ha permesso di evidenziare una conseguenza della replicazione del DNA, che è un processo detto semiconservativo.

Sister chromatid exchange, sono anche icosiddetti cr.