Biologia - Unità 4

L’INSORGENZA DELLE MUTAZIONI E LE CONSEGUENZE

Si può avere una mutazione e ripararla; avere tante mutazioni e la cellula va in

apoptosi; oppure avere mutazioni che mandano la cellula in senescenza oppure

avere mutazioni che hanno impattato su geni importanti e porta la cellula in

carcinogenesi.

Senescenza

La senescenza cellulare può essere di due tipi: replicativa, dovuta

all’accorciamento dei telomeri, oppure un meccanismo di senescenza che si

instaura a seguito di danni che possono aver causato alterazioni del DNA,

accumulo di molecole… comunque la cellula smette di dividersi. Quindi per una

cellula si può parlare di senescenza per diversi tipi di stimoli.

La senescenza è uno stato stabile e permanente di arresto del ciclo cellulare,

in cui la cellula non si divide più, ma rimane metabolicamente attiva e

secerne vari fattori che influenzano l’ambiente circostante.

• 1) Replicativa: dipende dall’accorciamento dei telomeri.

• 2) Non replicativa.

P53 è un fattore di trascrizione che richiama l’RNA polimerasi per la trascrizione di

proteine che bloccano la progressione del ciclo cellulare, legandosi ai complessi

ciclina-chinasi, dipendenti da cicline, come il p21. P21 viene trascritto a seguito di

p53 e blocca la progressione del ciclo cellulare.

Le cellule se stanno bene, l’ambiente è favorevole e ci sono i fattori di crescita,

crescono abbastanza rapidamente, in modo esponenziale. Dopo un po’ si

duplicano a metà: ogni cellula possederà un proprio taglio interno, che è dovuto

all’accorciamento dei telomeri. L’accorciamento dei telemori viene recepito come un

segnale di danno; conseguentemente verranno espresse quelle proteine, come p21

e p16, che bloccano il complesso delle ciclina-chinasi, ossia bloccano l’azione del

CDK e la cellula si arresta. Questo è un tipo di senescenza replicativa.

Ci possono essere anche vari tipi di stress, che possono essere dovuti

all’attivazione di geni, o allo stesso ossidativo, che causa comunque il blocco della

cellula, perché vengono prodotte queste proteine p21 (grazie a p53) e 16 (trascritta

da vari tipi di stress). Si ha una senescenza indotta da stress.

Una cellula senescente non è inutile, perché è una cellula metabolicamente attiva e

forma una serie di molecole, che vengono rilasciate nell’ambiente. La senescenza

è molto studiata perché ha due volti: da una parte, prendendo una cellula tumorale,

è una cellula che non si riesce a riparare, non va in apoptosi e va in senescenza;

non si duplica più, quindi non può causare un tumore (non si riproduce), ma in

questo caso la senescenza ha un fattore protettivo per la produzione tumorale.

D’altra parte le cellule senescenti producono dei fattori infiammatori, che possono

creare un ambiente favorevole alla produzione dei tumori, permettendogli una

maggiore proliferazione e aggressione. 10

⁃ La genetica e le leggi di Mendel

Definizione di gene: è una regione di un genoma (costituita da DNA) composta da

sequenze trascritte e sequenze regolatorie, che portano le informazioni dei caratteri

ereditari degli organismi viventi. La sua trascrizione porta alla formazione di un

prodotto funzionale (RNA o proteina). I geni si trovano in regioni ben precise sui

cromosomi. Ogni gene ha una posizione definita ed unica su un determinato

cromosoma chiamata locus.

Definizione di Allele: due o più forme alternative di un gene che occupano la

stessa posizione su cromosomi omologhi e che controllano variazioni dello stesso

carattere. Alleli identici si parla di omozigosi; alleli diversi si parla di eterozigosi.

Cromosomi omologhi=possiedono geni uguali sui stessi loci.

Cromosomi non omologhi=possiedono geni diversi.

Omozigosi è la condizione in cui un individuo possiede due alleli identici per un

determinato gene.

Eterozigosi è la condizione in cui un individuo possiede due alleli differenti per un

determinato gene.

In alcuni casi si possono verificare delle condizioni che si discostano da quelle

«normali»: eterozigosi composta si verifica quando un individuo possiede due

diverse mutazioni dello stesso gene, invece di due copie identiche (omozigote) o di

una copia mutata e una normale (eterozigote per una singola mutazione).

Un individuo eterozigote composto ha ereditato due alleli differenti, entrambi mutati,

per un determinato gene. L’eterozigosi composta è presente in alcune patologie

come la fibrosi cistica e le β-talassemie. Nella fibrosi cistica c’è l’omozigote normale

con due alleli normali; ma ci sono casi in cui un allele è mutata nella fenilanalina

508 e l’altro presenta un codone di stop, e la proteina che si produce è tronca.

Quindi i due alleli non sono uguali, ma il tipo di mutazione è diversa tra i due

alleli; quindi l’individuo si ammala comunque, perché entrambe le mutazioni

rendono inefficiente la proteina.

L’insieme degli alleli che determinano un certo carattere è definito genotipo.

La caratteristica fisica che essi determinano viene detta fenotipo. Il fenotipo è

molto complesso, perché viene determinato anche dall’ambiente.

Le relazioni tra fenotipo e genotipo non sono sempre così immediate.

MENDEL E LA NASCITA DELLA GENETICA

Nel 1866 pubblica i sui studi condotti su circa 29.000 piante di Pisum Sativum (una

pianta con un ciclo annuale e produce molta prole). La genica sull’uomo è difficile:

poca prole e tempi lunghi; mentre organismi che fanno molti figli e che si

riproducono rapidamente sono ideali per studi di genetica.

I suoi studi furono ignorati fino ai primi del ‘900 quando, indipendentemente, tre

botanici (De Vries, Correns e Tschermak) li ripeterono e ne constatarono la validità

enunciando le leggi note come leggi di Mendel.

Metodo sperimentale

Mendel ebbe l’intuizione di lavorare con un approccio di tipo matematico e

statistico. Mendel lavorò con un metodo basato sull’osservazione dei grandi

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numeri. Incrociava centinaia di piante e dai dati ottenuti aveva migliaia di possibilità

da osservare. Utilizzava delle linee pure (omozigoti per un dato carattere, con il

gene dominante), in modo che i caratteri fossero facilmente distinguibili. Le piante

che usava erano piante che autofecondandosi davano sempre lo stesso carattere

(linee pure), come il colore.

Utilizzava un’altra proprietà: nel fiore sono contenuti sia gli organi sessuali maschili

che femminili; lo stesso fiore produce il polline e i gameti femminili. Quindi si può

avere l’autofecondazione, oppure Mendel faceva la fecondazione incrociata

controllata. Se lui voleva incrociare due piante diverse, nel caso specifico piante a

fiori bianche con piante a fiori viola, prendeva il polline dalle piante a fiori bianche e

lo metteva sull’ovaio dei fiori viola, dove aveva reciso le antere (gameti maschili).

Sfrutta l’autofecondazione, in modo da essere sicuro da incrociare individui con lo

stesso fenotipo e genotipo.

Mendel individuò dei caratteri specifici: colore del seme (verde e giallo), forma

del seme (liscio e rugoso), la forma del baccello (gonfio e irregolare), colore del

baccello (verde e giallo), colore dei fiori (viola e bianco), posizione dei fiori (assiale

e terminale), altezza dello stelo (lungo e corto).

INCROCIO MONOIBRIDO, si considera un carattere

Incrocio tra piante omozigoti che producono fiori viola e piante omozigoti che

producono fiore bianco.

Le generazioni che vengono incrociate sono chiamate

LINEE PARENTALI (P). La prima generazione filiare

F1, ossia quella che deriva dall’incrocio dalle linee

parentali, è la prima generazione e presenta delle

caratteristiche sempre di un determinato tipo. Tutte le

piante della F1 sono tutte uguali e presentano uno

dei due caratteri parentali. Nella generazione F1,

tutte le piante sono uguali e manifestano un solo

fenotipo parentale dominante, ossia si manifesta il

carattere del colore viola.

Poi permise l’autofecondazione delle piante F1,

generando F2. Queste piante sono eterozigoti,

perché hanno due alleli, uno dominante (dà la

manifestazione del colore) e uno recessivo. Con

l’autofecondazione, incrociando F1xF1, si ottiene

sempre gli stessi rapporti. Aveva piante a fiori viola e

piante a fiori bianchi che stavano nel rapporto 3:1

-> 1 bianco e 3 viola (dal punto di vista del

fenotipo).

Questo voleva dire che il carattere fiore bianco non era scomparso nella F1, ma era

nascosto e questo carattere si ripresentava quando si andavano a incrociare piante

F1 tra loro, facendo capire che il colore bianco è un carattere discreto.

La generazione F1 presenta sempre un solo carattere fenotipico, quindi si

manifesta quello dominante; nella F2 ricompare il carattere recessivo.

A questo punto qualcosa si separa durante la formazione dei gameti, che permette

la generazione di piante a incroci bianchi.

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Mendel individuò una serie di fenotipi dominanti e recessivi.

INCROCIO DIIBRIDO, considerando due caratteri

Considera due caratteri. Per esempio:

seme giallo e liscio, dominante, e

seme verde e rugoso, recessivo. Nella

F1 mi aspetto tutti i semi con i caratteri

dominanti, che caratterizza l’uniformità

della F1.

Se si va a incrociare, quindi si va a fare

l’autofecondazione della F1xF1:

ottengo una serie di fenotipi che stanno

in un rapporto reciproco 9:3:3:1 -> 9

casi con caratteri dominanti; 1 con

caratteri recessivi; 3 e 3 con

caratteri ricombinanti, ossia giallo e

rugoso e verde e liscio.

Le Leggi di Mendel:

1. Legge della dominanza o della uniformità degli ibridi. Tutti i soggetti delle

generazione F1 (prodotti dall’incrocio di due linee pure omozigote), prodotti cioè

dall’incrocio di due individui di linea pura, presentano solo uno dei due caratteri che

viene detto dominante. La F1 presenta tutta il carattere dominante. Legge

dell’uniformità degli ibridi della F1, perché gli alleli non stanno sempre in un

rapporto di dominanza e recessività. 13

2. Legge della segregazione. I soggetti della generazione F1 incrociati tra loro

(autofecondazione), producono una progenie in cui compaiono entrambi i caratteri

parentali. Pertanto si osserva una separazione (segregazione) dei caratteri

osservati (il carattere bianco non scompare, ma si segrega alla progenie della

generazione F2). Alla luce della meiosi: quando un individuo produce i gameti, le

due copie di un gene (gli alleli) si separano, e ciascun gamete riceve solo una

copia.

3. Legge della segregazione indipendente dei caratteri. Nell’incrocio di due

soggetti che differiscono per due caratteri (diibrido), ciascuno di essi viene

trasmesso ed ereditato ind