Genetica

CROSSING OVER MITOTICO

Analizzando i fenotipi sono stati trovati eventi di ricombinazione nelle cellule somatiche diploidi, è stato inizialmente descritto nella Drosophila e riguarda le setole prodotte sul corpo dell'insetto. Sono state osservate regioni circoscritte con setole gialle o con setole arricciate o regioni con setole gialle affiancate da regioni con setole brune arricciate (→ macchie gemelle), mentre il wild type sono setole brune lisce. Il fenomeno è spiegato grazie al crossing over mitotico. I geni che esprimono colore e forma sono sullo stesso cromosoma. In un individuo doppio eterozigote con assetto di geni in trans può avvenire questo fenomeno, si tratta di un evento raro. Il crossing over avviene dopo la duplicazione del DNA. I cromatidi fratelli hanno assetto genetico diverso. Dalla cellula figliaricombinante si generano cellule figlie uguali, questo spiega le macchie. Con questo meccanismo si può generare omozigosi → smaschera.

L'espressione di alleli recessivi (mutati) a livello somatico, nel caso in cui riguardi geni implicati nella proliferazione cellulare, apoptosi e invasività, si possono generare situazioni patologiche. Avviene in cellule somatiche quindi non è trasmissibile alla prole.

FUNZIONE DI UN GENE

Nel 1902 Archibald Garrod fornisce la prova di una relazione specifica tra geni ed enzimi, studiando l'alcaptonuria, una malattia ereditaria con trasmissione autosomica recessiva, che rende le urine scure all'aria e porta a sviluppare artrite. Analizzando le urine scopre un'alterazione chimica, un accumulo di acido omogentisico (HA). Gli alcaptonurici mancano dell'enzima che metabolizza l'HA, si tratta di un difetto genetico dovuto all'assenza di un enzima della catena metabolica, che porta a un blocco del metabolismo di HA che si accumula → errore congenito del metabolismo, le malattie metaboliche sono in gran parte recessive. Dallo studio di queste

Malattie si giunge allacorrelazione molecolare: un gene un enzima. Questo venne dimostrato nel 1942 da George Beadle e Edward Tatum, effettuarono studi su Neurospora crassa ed individuarono una relazione diretta tra geni ed enzimi. La Neurospora è un fungo che sintetizza tutte le molecole necessarie per la crescita partendo da composti semplici presenti in un terreno minimo: sali inorganici, fonte di carbonio (glucosio) → prototrofo. Inducono ed isolano mutanti detti auxotrofi o nutrizionali, identificati perché non crescono in terreno minimo, ma per crescere richiedono aggiunte nutrizionali nel terreno minimo, in questo modo si è in grado di risalire alla sostanza che non sono in grado di produrre da soli. I funghi di sesso diverso, in condizioni particolari, sono in grado di fondere i propri nuclei ed effettuare meiosi, ricombinano il proprio genoma e generano cellule con patrimonio genetico diverso. I gameti di solito migrano mantenendo l'assetto parentale.

1. terreno completo
2. terreno minimo
3. terreno minimo con amminoacidi
4. terreno minimo con vitamine

produrre amminoacidi, per questi esemplari poi vennero create 20 provette, ciascuna contenente un singolo amminoacido evenne osservato il terreno in cui erano in grado di crescere, in questo modo si riuscì ad identificare quale componente riguardasse lamutazione. Dopo l'identificazione dei mutanti nutrizionali si analizzano i passaggi biochimici alterati delle mutazioni. Si ipotizza chele cellule siano vitali grazie all'interazione dei prodotti di molti geni. La Neurospora converte i costituenti del terreno minimo inamminoacidi e vitamine mediante reazioni in serie, si tratta di una catena biochimica in cui ogni passaggio e catalizzato da unospecifico enzima codificato da uno specifico gene→ ipotesi un gene-un enzima. Un enzima è costituito da più peptidi anchecodificati da geni diversi quindi è meglio un gene un polipeptide.Nel pathway che porta alla produzione di metionina a partire dalla omoserina ci sono vari passaggi catalizzati da

prodotto a valle del blocco metabolico, il blocco metabolico sta a monte dell'aggiunta nutrizionale.

DEFICIENZE ENZIMATICHE SU BASE GENETICA

La fenilchetonuria è una malattia dovuta a una mutazione recessiva nel gene per l'enzima fenilalanina idrossilasi (non trasforma fenilalanina in tirosina), colpisce 1 ogni 12.000 nati. Questo provoca un accumulo di fenilalanina che entra in un altro pathway che la trasforma in acido fenilpiruvico, che si accumula nel sistema nervoso centrale provocando ritardo mentale e della crescita ed è letale.

La fenilalanina deve essere eliminata dalla dieta e la tirosina deve essere introdotta con la dieta, ma questa è in quantità scarse e non permette di attivare il pathway che produce DOPA, quindi i fenilchetonurici sono in genere pallidi.

Albinismo

L'albinismo è determinato da una mutazione recessiva in uno dei due gene per i due enzimi che portano alla produzione di melanina (tirosina-DOPA/ DOPA-melanina),

Colpisce uno ogni 28.000 nati. Gli albini possono quindi avere la mutazione su uno dei due geni, l'incrocio di due albini che portano la mutazione su due geni diversi dà una progenie non albina. Questo è un esempio di complementazione genica, infatti A complementa il deficit di a e B complementa il deficit di b. La complementazione genica si verifica quando si ottiene il fenotipo selvatico da incrocio tra organismi con lo stesso fenotipo recessivo, quando più geni concorrono all'espressione del fenotipo.

Complementazione genica: quando l'incrocio tra mutanti metabolici o di una via biosintetica con mutazioni recessive in geni implicati in punti diversi della via porta al ripristino del fenotipo selvatico si parla di complementazione genica. Nello zigote avviene la riunione di alleli dominanti di geni diversi codificanti enzimi della stessa via biochimica. Il fenotipo normale, risultato dell'interazione tra geni che contribuiscono ciascuno con un

allele dominante, è dominante.INTERAZIONE TRA GENIEPISTASIL'incrocio tra doppi eterozigoti porta a un rapporto fenotipico di 9:3:3:1 perdominanza completa → geni indipendenti. Incroci che portano a rapportimendeliani 9:3:3:1 relativamente all'espressione di un solo carattere indicanol'interazione di due o più geni indipendenti→ comparsa nuovi fenotipi rispettoai parentali. Se i rapporti mendeliani sono modificati allora l'allele di un genemaschera l'espressione degli alleli dell'altro gene → epistasi. Un geneinterferisce con l'espressione fenotipica di un altro gene non allelico (nessunrapporto tra alleli: dominante/recessivo) e si ottengono rapporti mendelianomodificati. Il gene che maschera l'espressione di un altro gene è dettoepistatico, il gene la cui espressione è mascherata è detto ipostatico. Quandola coppia allelica recessiva maschera B si parla di epistasi recessiva,

quando l'allele dominante o una coppia allelica dominante maschera l'espressione del gene B (indipendentemente dal fatto che sia dominante o recessivo), si parla di epistasi dominante. Nel caso della forma della cresta del pollo due geni diversi determinano lo stesso carattere, nella F1 compare un nuovo fenotipo, ovvero la cresta a noce (R-P-), nella F2 ricompaiono i fenotipi parentali e compare un nuovo fenotipo, ovvero la cresta singola (rrpp). Anche nel caso della forma della zucca si tratta di due geni diversi che determinano lo stesso carattere, nella generazione P è a sfera, nella F1 è a disco e nella F2 compare la forma allungata, i rapporti fenotipici sono 9:6:1, non sono modifiche casuali, ma precise, infatti due classi genotipiche sono confluite nella stessa classe fenotipica. La cresta a noce compare nel caso in cui ci sia almeno un allele dominante per entrambi i geni. Un esempio di epistasi recessiva è quella che riguarda il colore del pelo del topo, cc

è epistatico su A- e aa. Incrociando due linee pure parentali la F1 è tutta aguti, quindi non si notano interazionitra geni, ma incrociando la F1 nella F2 si ottiene una situazione diversa, nei 4/16 albini confluiscono i topi che hanno il gene c in omozigosi recessiva, quando si ha cc non si ha espressione del pigmento, la variazione dei rapporti mendeliani non è casuale → due classi confluiscono nella stessa classe, per i rapporti 9:3:3:4 si ha epistasi recessiva. Le due classi A-cc e aacc non sono distinguibili. I topi neri sono determinati dal fatto che ci sia un altro gene che produce il pigmento nero, manca AA che produce il pigmento marrone. Un caso in cui si verifica epistasi recessiva duplicata riguarda i geni che determinano il colore del fiore nel pisello odoroso (stesso caso visto per l’albinismo), si parte da due linee pure che non presentano pigmento, incrociate nella F1 presentano pigmento, incrociando la F1 nella F2 i rapporti fenotipici sono 9:7.