Genetica e tecnologie genetiche

RICOMBINAZIONE

A questo punto i batteri del ceppo B vengono infettati da due T4 contenenti 2 mutazioni differenti in rIIA. La prova della ricombinazione all'interno di uno stesso gene ci viene data dalla comparsa del ceppo selvatico rII (senza mutazioni). Nel caso infatti fosse possibile un evento di crossing-over, avremo come prodotti finali un cromosoma doppio mutante e uno senza mutazioni. Infine il ceppo selvatico era facilmente rilevabile in quanto unico a formare placche su K(λ).

CONCLUSIONI

Da questo esperimento, Benzer trasse le seguenti conclusioni:

1. Un gene è formato da sub-unità che possono mutare indipendentemente l'una dall'altra;
2. Il crossing-over all'interno di uno stesso gene che presenta mutazioni può portare alla comparsa dell'allele selvatico;
3. Un gene svolge normalmente la sua funzione se tutte le sue sub-unità non sono mutate.

Oggi sappiamo con certezza che queste conclusioni sono esatte: le

sub-unità di cui parlava Benzer sono infatti i nucleotidi che compongono il DNA e che possono mutare indipendentemente l'uno dall'altro. In figura - struttura fine del gene DELEZIONE Perdita di un segmento cromosomico. Devono avvenire due rotture che possono rimuovere il filamento tra esse compreso. 72 Il filamento rimosso è privo di centromero e non può essere trascinato verso gli asters; il frammento cromosomico viene perduto. Una piccola delezione intragenica inattiva il gene. MAPPATURA PER DELEZIONE - Se la delezione si sovrappone alla regione mutata non si ottengono ricombinanti wild type - Se la delezione non comprende la regione mutata, si ottengono ricombinanti wild type DOV'È CONTENUTA L'INFORMAZIONE GENETICA? FUNZIONI DEL MATERIALE GENETICO I geni trasmettono l'informazione genetica. Il materiale genetico deve svolgere tre funzioni essenziali: 1. la funzione genotipica, ovvero la replicazione (il materiale genetico deve conservare

L'informazione genetica è contenuta nel DNA e svolge tre funzioni principali:

1. La funzione di conservazione, ovvero la capacità di mantenere l'informazione genetica intatta durante la replicazione del DNA (il DNA deve essere trasmesso in maniera accurata).
2. La funzione fenotipica, ovvero l'espressione genica (il materiale genetico deve controllare lo sviluppo fenotipo dell'organismo).
3. La funzione evolutiva, ovvero la mutazione (il materiale genetico deve poter subire modificazioni).

Alcuni studi genetici hanno stabilito che i geni sono localizzati sui cromosomi.

I cromosomi sono composti da due tipi di molecole organiche, le proteine e gli acidi nucleici.

Gli acidi nucleici sono di due tipi: l'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA).

Una serie di prove indirette indica che il DNA contiene l'informazione genetica degli organismi viventi:

• La maggior parte del DNA delle cellule è localizzata nei cromosomi, mentre l'RNA e le proteine sono abbondanti anche nel citoplasma.
• La maggior parte delle cellule somatiche degli organismi diploidi ha un contenuto di DNA doppio.

rispetto a quello delle cellule germinali aploidi della stessa specie- La composizione molecolare del DNA è identica in tutte le cellule di un organismo- Il DNA è molto più stabile rispetto all'RNA e alle proteineSebbene queste correlazioni suggeriscono che il DNA è il materiale genetico, non lo dimostrano. 74Le prove che il DNA è il materiale genetico furono fornite da Griffith, Harsey e Chase e da Avery, Macleod e McCarty.Come già visto in precedenza, Griffith si occupò dello studio dello "streptococcus pneumoniae" (1928).Nel 1933, Sia e Dawson condussero lo stesso esperimento in vitro, dimostrando che i topi non avevano svolto nessun ruolo nel processo di trasformazione. L'esperimento di Sia e Dawson, Però, spianò la strada alla dimostrazione di Avery, MacLeod e McCarty (1944), che affermavano che il principio trasformante nello pneumococco era il DNA.Come lo dimostrarono?Attraverso l'uso di enzimi.che degradano il DNA, l'RNA e le proteine. In esperimenti distinti, il DNA viene trattato con gli enzimi desossiribonucleasi (DNasi) che degradano il DNA, l'RNA con ribonucleasi (RNasi) che degradano l'RNA, e proteasi che degradano le proteine. E venne poi saggiato per la sua capacità di trasformare cellule di tipo IIR in cellule di tipo IIIS. Solo il trattamento con DNasi ebbe effetto sull'attività trasformante della preparazione di DNA, eliminandola del tutto (non produce colonie).

DIMOSTRAZIONE CHE IL DNA PORTA L'INFORMAZIONE GENETICA NEL BATTERIOFAGO T2

Altre prove che dimostravano che il DNA è il materiale genetico vennero pubblicate nel 1952 da Alfred Hershey (premio Nobel nel 1969) e Martha Chase. I risultati dei loro esperimenti dimostrarono che l'informazione genetica di un particolare virus batterico (il batteriofago T2) era presente nel suo DNA. I virus sono piccoli organismi viventi; sono viventi nel senso che la loro riproduzione

è controllata dall'informazione genetica immagazzinata negli acidi nucleici attraverso gli stessi processi esistenti negli organismi cellulari. Tuttavia, i virus sono parassiti acellulari che possono riprodursi solo in appropriate cellule ospiti. La loro riproduzione è completamente dipendente dall'apparato metabolico dell'ospite (ribosomi, sistemi che generano energia e altri componenti).

Il batteriofago T2, che infetta il comune bacillo del colon Escherichia coli, è composto per il 50% da DNA e per il 50% da proteine. Esperimenti antecedenti al 1952 avevano mostrato che tutta la riproduzione del batteriofago T2 avveniva all'interno della cellula di E. coli. Perciò, quando Hershey e Chase dimostrarono che il DNA della particella virale entrava nella cellula batterica, mentre la maggior parte delle proteine virali restava adsorbita all'esterno, fu chiaro che l'informazione genetica necessaria per la riproduzione virale dovesse essere

presente nel DNA. L'esperimento di Hershey e Chase è basato sul fatto che il DNA contiene fosforo ma non zolfo, mentre le proteine contengono zolfo ma non fosforo. Pertanto, Hershey e Chase furono in grado di marcare in maniera specifica il DNA fagico, facendolo crescere in un terreno contenente l'isotopo radioattivo del fosforo 32P invece dell'isotopo non radioattivo (31P); o i rivestimenti proteici esterni del fago, facendolo crescere in un terreno contenente zolfo radioattivo 35S nel sito dell'isotopo non radioattivo 32S. Quando le particelle fagiche T2, marcate con 35S, sono state mescolate con cellule E. coli per alcuni minuti e le cellule infettate dai fagi sono state agitate in un mixer Waring, la maggior parte della radioattività (e quindi delle proteine) è stata rimossa dalle cellule senza che venisse impedita la moltiplicazione fagica. Tuttavia quando l'esperimento venne effettuato utilizzando particelle di fago T2 in cui il DNA era marcato

confermare che anche il materiale genetico del fago veniva incorporato nella cellula ospite. Questo suggeriva che il DNA del fago era in grado di replicarsi all'interno della cellula batterica e di produrre nuovi virus. Inoltre, l'esperimento dimostrava che il rivestimento proteico del fago non era necessario per l'infezione delle cellule ospiti. Infatti, anche se il rivestimento veniva separato dalle cellule infettate, il DNA del fago era comunque in grado di entrare nella cellula e di dirigere la sintesi delle molecole di DNA e dei rivestimenti proteici dei virus della progenie. Questi risultati hanno fornito importanti evidenze a sostegno della teoria che il DNA sia il materiale genetico responsabile per l'ereditarietà e la sintesi delle proteine. Inoltre, hanno contribuito a comprendere meglio il processo di infezione virale e la replicazione del materiale genetico dei virus all'interno delle cellule ospiti.Una piccola frazione delle proteine fagiche contiene l'informazione genetica. STRUTTURA DEL DNA L'informazione genetica di tutti gli organismi viventi, tranne i virus aRNA, è contenuta nel DNA. WATSON E CRICK: I geni consistono di molecole complesse, chiamate "acidi nucleici". Gli acidi nucleici sono macromolecole composte da subunità ripetute, dette nucleotidi. Ogni nucleotide ha 3 componenti: 1. Un gruppo fosfato 2. Zucchero a 5 atomi di carbonio (o pentoso) 3. Una base azotata Nel DNA lo zucchero è il desossiribosio, mentre nell'RNA lo zucchero è il ribosio. Manca un gruppo ossidrile in posizione 2'. Il DNA e l'RNA hanno in comune 3 nucleotidi (Adenina (A), guanina (G) e citosina (C)), mentre il quarto nucleotide è la timina (T) per il DNA, sostituito dall'uracile (U) nell'RNA. Adenina e guanina sono dette "purine" e sono costituite da un doppio anello, mentre timina, citosina e uracile sono dette "pirimidine" e sono costituite da un singolo anello.

uracile sono “piramidine” e anello azotato, hanno un singolo anello azotato.

L’RNA di solito si trova sotto forma di polimero a singolo filamento composto da una lunga sequenza di nucleotidi.

Il DNA presenta un ulteriore livello di organizzazione molto importante, essendo normalmente una molecola a doppio filamento.

Nel 1953 Watson e Crick dedussero la struttura corretta del DNA.

La struttura a doppia elica di Watson e Crick fu basata su due principali tipi di prove:

1. Chagraff scoprì che la Timina (o Uracile nell’RNA) si appaiava con l’adenina e che la guanina si appaiava con la citosina. A-T(U) C-G. Inoltre, scoprì che la concentrazione totale di piramidine era sempre uguale alla concentrazione totale di purine.
2. Franklin e Wilkins scoprirono che i raggi X diretti su cristalli di molecole purificate sono deviati dagli atomi delle molecole secondo “pattern di diffrazione”, che forniscono informazioni sull’organizzazione dei componenti.

Watson e Crick utilizzarono i dati della cristallografia ai raggi X sullastruttura del DNA, per scoprire che è formata da due filamenti consubstrutture ripetute lungo l'asse della molecola.

Essi proposero che il DNA esistesse in forma a doppia elica destrorsa incui le due catene polinucleotidiche sono avvolte l'una all'altra in unaspirale.

Ciascuna catena polinucleotidica consiste in una sequenza di nucleotidi,uniti da legami fosfodiesterici che legano unità adiacenti didesossiribosio.

Le due catene nucleotidiche sono tenute insieme da legami idrogeno trale basi dei filamenti opposti.

Le coppie di basi si trovano così