Appunti di Genetica - parte 1

ORGANIZZAZIONE E TRASMISSIONE DEL MATERIALE

GENETICO

L’aspetto principale in base al quale gli organismi viventi vengono distinti in eucarioti

e procarioti è l’organizzazione cellulare.

La cellula eucariotica è infatti caratterizzata da un sistema di membrane interne che

formano vari comparti, tra cui il più importante è il comparto nucleare che comprende

la maggior parte del materiale ereditario.

Le cellule dei procarioti non hanno separazioni interne per cui in esse non si riscontra

una struttura simile al nucleo eucariotico.

In questi organismi il materiale ereditario, si presenta come una massa irregolare

immersa nel citoplasma che, prende il nome di nucleoide.

La struttura base del materiale genetico prende il nome di cromosoma, che si riferisce

all’unità del corredo

ereditario nucleare degli eucarioti, ma viene utilizzato anche per indicare il materiale

genetico dei virus e dei batteri.

Mentre nelle cellule procariotiche è presente un’unica molecola di DNA circolare.

Nelle cellule eucariotiche è presente DNA anche nei mitocondri, nei vegetali il DNA è

contenuto anche nei plastidi.

IL GENOMA

L’insieme del materiale ereditario contenuto in una cellula costituisce il

genoma.

Negli eucarioti si distinguono i genomi nucleari, mitocondriali e plastidiali.

La quantità totale di DNA è caratteristica per ciascun procariote ed eucariote.

Nei procarioti il materiale genetico è organizzato in modo estremamente semplice se

paragonato a quello

eucariotico.

Negli eucarioti il DNA è contenuto nei gameti, in cui i cromosomi sono costituiti da un

singolo cromatidio.

I cromosomi sono costituiti da associazioni di DNA e proteine e nelle cellule

eucariotiche, le cellule somatiche hanno un numero diploide perché

derivano dall’unione di due gameti, uno maschile e uno femminile, dove nei

singoli gameti si trova il materiale genetico di quella specie ma dimezzato.

Lo zigote deriva dall’unione di un gamete maschile e di un gamete

femminile, quindi dall’unione delle due cellule gametiche, ripristinando il

numero cromosomico della specie, che nella specie umana, nelle cellule

somatiche sono contenuti 46 cromosomi e le cellule gametiche sono la metà

quindi 23.

Quindi negli eucarioti l’informazione genetica è contenuta in modo prevalente nel

nucleo in un numero variabile di cromosomi che nel loro insieme costituiscono il

genoma nucleare.

Il numero di cromosomi è un elemento che caratterizza il genoma nucleare delle

singole specie.

I cromosomi si rendono evidenti solo in particolari fasi del ciclo cellulare, e questo si

spiega con il fatto che essi vanno in contro a modificazioni periodiche del loro stato

fisico raggiungendo il massimo grado di condensazione durante la divisione cellulare e

soprattutto negli intervalli che vanno da una divisione all’altra essi rimangono in uno

stato di distensione che ne rende impossibile l’identificazione.

STRUTTURA E MORFOLOGIA DEL CROMOSOMA

EUCARIOTICO

Utilizzando opportune metodologie è possibile contare i cromosomi di una specie e

definire con precisione la morfologia.

Il numero e la morfologia dei cromosomi, cioè il cariotipo, cono costanti per ogni

specie.

Studiare il cariotipo, “carion” vuol dire nucleo, tipo vuol dire caratteristica del nucleo,

quindi indica tutte le

caratteristiche dei cromosomi che caratterizzano il nucleo della specie.

Generalmente viene fatto su cellule somatiche, e nel caso di una pianta si prendono i

tessuti somatici, che sono le radichette o i germogli, tessuti ottimali per studiare il

cariotipo perché sono tessuti in attiva di divisione ed è più facile studiare i cromosomi

durante la mitosi, ovvero la divisione cellulare delle cellule somatiche.

Sono in attiva divisione perché sono in accrescimento continuo e su queste

effettuiamo l’analisi, che ci saranno più cellule in divisione mitotica, e in particolare

studiamo la metafase della mitosi, dove i cromosomi sono fortemente spiralizzati,

mentre tra una mitosi e l’altra i cromosomi sono despiralizzati, ovvero il filamento di

DNA sarà più esteso e rilassato quindi più lungo, mentre durante la divisione mitotica

il DNA si compatta e i cromosomi diventano evidenti, mentre quando è despiralizzato

non sono visibili le estremità dei cromosomi.

La mitosi riguarda la divisione delle cellule somatiche, la meiosi invece è il ciclo

cellulare di divisione delle cellule germinali che origineranno i gameti.

Per studiare il cariotipo utilizzeremo il cariogramma, costruito fotografando i

cromosomi metafasici e

raggruppandoli in tante coppie di cromosomi omologhi disposti in ordine decrescente

di lunghezza.

Alla coppia di cromosomi omologhi più lunghi viene dato il numero 1 e le altre coppie

vengono numerate

progressivamente in ordine di lunghezza decrescente.

Il numero cromosomico di una specie si indica con 2n che indica il numero

somatico, cioè il numero di cromosomi che sono contenuti nelle cellule

somatiche di un organismo.

Con n si indica invece il numero gametico, cioè il numero di cromosomi

presenti negli spermi e nelle uova.

Il numero somatico contiene pertanto due serie complete di cromosomi: n di origine

paterna ed n di origine materna, dove ogni cromosoma di origine paterna ha un

proprio omologo di origine materna.

I cromosomi omologhi hanno le stesse dimensioni, la stessa morfologia e gli stessi

geni nella stessa posizione, la posizione occupata da un gene è chiamato locus.

I singoli cromosomi vengono distinti:

• dalla lunghezza totale del cromosoma;

• dalla posizione del centromero.

Il centromero detto anche costrizione primaria, è una regione altamente

specializzata del cromosoma eucariotico.

Il centromero svolge una funzione di fondamentale importanza durante le divisioni

mitotiche e meiotiche in quanto interagisce con i microtubuli del fuso e attraverso il

movimento contrattile delle cellule del fuso i

cromatiti si staccheranno, rivolgendosi ognuno verso i due poli, determinando un

corretto allineamento metafasico e una regolare separazione dei cromosomi durante

la metafase, e per tale motivo viene anche considerato come centro locomotore del

cromosoma e viene indicato anche con il termine di cinetocoro.

Il centromero divide il cromosoma in due bracci di lunghezza variabile e in base alla

lunghezza del cromosoma e quindi alla posizione del centromero possiamo

distinguere:

• cromosomi metacentrici: hanno il centromero in posizione mediana e quindi i

bracci sono di uguale

lunghezza;

• cromosomi sub-metacentrici: quando il centromero è spostato verso

un’estremità per cui si ha un braccio più lungo ed un braccio più corto;

• cromosomi acrocentrici: quando il centromero è in posizione sub-terminale e quindi

uno dei due bracci è di dimensioni molto ridotte;

• cromosomi telocentrici: quando il centromero è in posizione terminale, dove in

questo caso il cromosoma sembra costituito da un solo braccio, ma esiste comunque,

anche se ridottissimo l’altro braccio.

In questo modo è possibile misurare la lunghezza in micron dei bracci e il rapporto tra

braccio lungo e braccio corto va a determinare il tipo di cromosoma in base a dei

range di valori, dove nei metacentrici il rapporto è 1, perché i bracci cromosomici

avranno le stesse dimensioni, nei sub-metacentrici il rapporto è maggiore di 1,

nell’acrocentrico sarà più elevato rispetto all’unità.

Altre caratteristiche strutturali e morfologiche del cromosoma oltre al centromero

sono:

• l’organizzatore nucleolare e il satellite:

che è una regione differenziata del cromosoma il cui compito è quello di provvedere

alla formazione del nucleolo e alla sintesi dell’RNA ribosomale, e il segmento

cromosomico che segue la costrizione secondaria prende il nome di satellite,

ottenendo un cromosoma satellifero, ma ovviamente quando l’organizzatore

nucleolare è in posizione terminale non si osserva né restrizione secondaria e né

satellite.

Dopodiché lungo il cromosoma troviamo cromomeri e telomeri:

• cromomeri: nei primi stadi della divisione cellulare si può notare che il filamento

cromosomico non è uniforme, ma presenta zone più sottili ed altre più inspessite.

Le zone più inspessite prendono il nome di cromomeri, che è possibile osservare

chiaramente durante la profase meiotica, e nelle specie con cromosomi molto grandi

possono essere identificati durante la profase mitotica.

I cromomeri rappresentano regioni dove il filamento cromatidico è più compatto e le

dimensioni e la posizione dei cromomeri lungo il cromosoma sono caratteristiche

costanti e tipiche per ciascun cromosoma.

È una porzione del cromosoma che serve per far separare i due cromatidi di cui è

costituito il cromosoma.

• Telomeri: sono le parti terminali del cromosoma, e sono dotati di particolari

proprietà perché impediscono che le estremità cromosomiche si saldino tra di loro o

che una estremità cromosomica si unisca ad un segmento cromosomico prodotto a

seguito di una rottura.

• Eterocromatina: lungo il cromosoma sono presenti regioni cromatiche distinte,

dove si succedono zone in cui la compattazione della cromatina è limitata alle fasi di

divisione cellulare, dette eucromatiche, e zone

in cui la cromatina resta condensata anche durante l’interfase dette eterocromatiche.

L’eterocromatina costitutiva è quella che si trova sempre nello stato condensato,

mentre quella facoltativa la condensazione durante l’interfase ha carattere transitorio.

L’eterocromatina è presente quasi sempre in corrispondenza dei centromeri, dei

telomeri e dell’organizzatore nucleolare e contiene pochi geni.

Una differenza sostanziale tra eucromatina ed eterocromatina riguarda il grado di

spiralizzazione e di condensazione del filamento cromatinico, maggiori nelle zone

eterocromatiche.

STUDIO DEL CARIOTIPO

Per lo studio del cariogramma si sono effettuati dei preparati citologici, preparati di

cellula, dove si distinguono cromosomi omologhi a due a due, uno di derivazione

materna ed uno di derivazione paterna, e i centromeri compaiono come interruzioni

della colorazione.

Questa clorazione ha due fasi:

1. Trattamento delle radici con acido cloridrico per 10 minuti a 60 gradi, dove si vanno

a rompere i legami tra le basi azotate e lo zucchero nei nucleotidi;

2. Si estraggono le radichette dall’acido cloridrico e si aggiunge la fuxina in modo tale

da colorare di un rosa

intenso solo il DNA, perché la fuxina si va legare lì dove l’acido cl