Genoma e le mutazioni

Le nuove tecnologie che sono state introdotte inizialmente erano

molto indaginose, care e impiegavano diverso tempo per compiere un

lavoro -> con l’avanzamento delle tecniche queste tecnologie hanno

perso di valore quindi il prezzo per compiere scoperte di una certa

portata è diminuito. Insieme ad esso i macchinari hanno ridotto la

loro forma e sono più veloci

Il sequenziamento del dna umano è stato ottenuto con molti

strumenti automatici che frammento per frammento, spesso

sovrapposti, hanno letto tutto il dna

Ma si vuole sapere davvero la sequenza del nostro genoma? Ciò

2008 -> da ciò fa nascere dibattito perché:

capiamo che ci - problematiche a livello personale -> Ci sono variazioni nel

sono voluti

diversi anni per nostro genoma (mutazioni) che sono responsabili o aumentano

portare a il rischio di malattie genetiche

termine il - problematiche a livello morale e sociale -> determinate

progetto e la sua sequenze determinano razze o etnie considerate per alcuni

fine è stata resa superiori

pubblica tramite

un articolo ed il

signore è watson N.B.= Parallelamente a questo progetto ne sono partiti altri per

identificare il sequenziamento di altri esseri viventi (più o meno

evoluti rispetto all’uomo)

In generale, Andando avanti nell’evoluzione, il genoma di ogni essere vivente diventa

sempre più complesso ma più geni non determinano più intelligenza o più complessità

dell’organismo -> inoltre molti organismi possiedono meno geni rispetto all’uomo ma sono

più complessi

Il dna è la molecola della vita ed ogni cellula contiene: 46 cromosomi, 2 m di dna, miliardi di

subunità (basi azotate) e approssimativamente 30.000 geni codificano le proteine che

eseguono la maggior parte delle funzioni vitali

Dna è composto chimicamente da desossiribosio, basi azotate e un gruppo fosfato ma è

composto funzionalmente da geni (frammenti specifici di dna), molti possono essere

consecutivi, molti sono sovrapposti.

un gene specifica le caratteristiche che deve avere quella proteina, all’interno non tutto il

gene dà le informazioni per produrre la proteina: si hanno sequenze codificanti (esoni=

sequenze nucleotidiche che specificano aminoacidi e proteine ) e sequenze non codificanti

(introni= non vengono utilizzati infatti verranno eliminati nella formazione di rna

messaggero). Ogni specifica un’informazione per diverse proteine -> si hanno forme

diverse in modo da far esplicare la meglio la funzione della proteina stessa

Dimensione del gene: la situazione è molto varia

il gene più grande è quello che codifica la distrofina: proteina muscolare le cui mutazioni

sono responsabili della distrofia muscolare di duchenne

Il gene con la sequenza codificante più lunga è quello che codifica la titina (proteina

muscolare).

N.B= Esistono anche geni che non possiedono introni quindi

vengono tradotti completamente

Quali sono le sfide del futuro? Compilare un’enciclopedia

comprensiva di tutte le sequenze del genoma e colmare

lacune nella conoscenza del genoma e della funzionalità del

gene

Inoltre si vorrà scoprire a che cosa servono gli introni poichè gli esoni sono solo 1.5% del

genoma umano -> gli introni sono solo trash dna o hanno una loro utilità?

I geni danno delLe Informazioni sotto forma di proteine. Le informazioni del dna devono

essere:

- mantenute -> protette nel nucleo della cellula e duplicate in caso di necessità (produzione

di proteine, riproduzione…)

- trasmesse

- utilizzate

Utilizzate:

Viene utilizzato per Produrre proteine, processo non diretto ma ci serve rna: si passa

attraverso un meccanismo (trascrizione del dna) -> la doppia elica del dna, in

corrispondenza del gene interessato, si apre grazie a delle proteine e a partire dalla doppia

elica singola, la rna polimerasi costruisce una catena di rna ad elica singola basandosi sulla

corrispondenza delle basi azotate (a-t, g-c). Questa molecola di rna messaggero ha la

sequenza complementare alla catena “stampo” del dna.

Dopo di che rna si stacca dalla catena ad elica singola del dna (grazie ad alcune proteine)

che si “ricompone” tornando alla forma originale di molecola a doppia elica. A questo

punto rna esce dal nucleo della cellula e si dirige nel citoplasma: a questo punto rna

subisce splicing -> i frammenti di rna corrispondenti agli introni e alla regione

regolatoria del gene, vengolo eliminati. Si ottiene mrna maturo che è costituito dalla

sequenza leader + sequenze codificanti del gene

N.B.= è possibile anche avere delle mutazioni nei siti di splicing

Il processo avviene così:

- capping -> aggiunta di un “cappuccio” formato da 7 metilguanosina (con funzione di

creare segnale di inizio per i ribosomi per iniziare la traduzione della proteina -> tutte

proteina umane hanno come primo aminoacido la metionina)

- poliadeninilazione -> aggiunta di una coda (con funzione di rendere stabile rna all’interno

dell’ambiente cellulare quindi concede tempo ai ribosomi di costruire la proteina

partendo da rna)

- splicing -> processo in cui si eliminano le regioni non codificanti

N.B.= questo metodo di passaggio da dna a rna è metodo di amplificazione perchè da un

gene si prdoducono molte copie (permette di amplificare il messaggio di produzione delle

proteine)

Ogni aminoacido è specificato da triplette (insieme di 3 basi) quindi la macchina cellulare

che produce la proteina (ribosoma) riconosce la metionina e partendo da essa, ogni 3

basi, inizia la formazione dei codoni (aminoacidi) che faranno parte della catena proteica.

Se c’è un segnale di inizio (metionina) ci dovrà essere anche un segnale di fine (segnali di

stop) -> si hanno altre proteine che indicano ciò (esse sono specifiche in modo tale da

essere individuate e riconosciute dal ribosoma che si stacca e interrompe la produzione

della proteina)

Codice genetico

È la traslazione delle triplette del dna nel corrispondente aminoacido. È degenerato ->

triplette diverse specificano per lo stesso aminoacido (es: tripletta uuu-uuc entrambe

specificano l’aminoacido feninalanina). L’unico aminoacido specificato da una tripletta è

metionina e poi ci sono i segnali di stop (sono 3: uaa, uag, uga) -> quando ci sono questi

segnali si ferma la traduzione della proteina e il ribosoma si stacca.

La degenerazione del codice genetico ha importanza a livello di malattie genetiche -> in

genere sono importanti le mutazioni che cadono in terza base e, se troviamo una

mutazione nel dna, dobbiamo capire se cambia l’aminoacido: se lo cambia si può avere

un’effetto patogenetico, in caso contrario molte mutazioni non hanno questo effetto.

Gli aminoacidi sono molecole cariche quindi

tenderanno ad attrarsi/respingersi e questo darà

origine alle strutture secondarie (alfa elica e piano

beta), strutture terziarie (tridimensionali),

strutture quaternarie (in caso proteina non funziona da sola ma fa parte di un

complesso proteico -> es: emoglobina)

Le diverse strutture proteiche sono dovute a diverse forze chimiche che rappresentano

la sommatoria delle proprietà chimiche di ciascun aminoacido che compone la proteina

https://www.youtube.com/watch?v=fVwANEo3PTM

Principio dell’equivalenza nucleare

gli organismi cellulari di un organismo pluricellulare condividono lo stesso genoma ma

sono biologicamente diversificati (hanno funzioni diverse): esiste un controllo

dell’espressione genica (in ogni cellula esiste un insieme di geni che sono attivi e altri che

sono off). Questi meccanismi di controllo sono mediati da proteine -> fanno in modo che la

funzione e la struttura di un neurone siano diverse da funzione e struttura di un globulo

rosso

In qualunque momento della vita dell’organismo possiamo avere geni sempre attivi, geni

che si attivano o meno a seconda della cellula, a seconda della necessità energetica, delle

funzioni cellulari, ecc..

N.B.= le prime malattie definite dal punto di vista genetico (malattie dell’emoglobina ->

talassemie), rappesentano un prototipo del funzionamento genico (tutti meccanismi

studiati sui geni dell’emoglobina sono stati successivamente ritrovati in tutti i geni

coinvolti nelle malattie genetiche)

L’emoglobina è un tetramero, costituito da 4 catene globiniche

(alfa e non alfa -> cambiano durane la vita embrionale, fetale,

infantile, neonatale e adulta). Questo avviene grazie alla regolazione

della trascrizione genica -> Essa è diversa a seconda delle età

Dal punto di vista genetico, i geni coinvolti nella produzione

dell’emoglobina sono geni verdi (geni fetali, codificano per le catene

gamma, sono attivi durane la vita fetale e neonatale -> dopo

ciò si disattivano), geni gialli (codifica per beta globina

adulta) e geni rossi (si trovano su cromosoma 15, si attivano

durante gli stadi post fecondazione e producono catene alfa

-> rimangono attivi durante tutta la vita dell’organismo)

Questo meccanismo di modulazione genica è fisiologico ->

quando si spengono geni verdi, si attivano i geni

dell’emoglobina adulta (fenomeno di switch emoglobinico ->

fenomeno genetico e organico perchè emoglobina nei diversi

stadi viene prodotta in tessuti diversi: fegato fetale, milza e

midollo osseo)

Grazie a ciò: i geni rossi rimangono funzionanti tutta la vita, i

geni verdi diminuiscono dopo lo stadio fetale/neonatale e

fanno aumentare il gene giallo

Inoltre Se gene beta ha mutazione e non funziona più, i geni verdi (fetali) si riattivano

spontaneamente e formano emoglobina fetale (es: i soggetti talassemici producono

emoglobina fetale anche in età adulta) -> fenomeno di compensazione da parte della cellula

nei confronti della carenza di trascrizione del gene dell’emoglobina adulta.

Ciò è stato sfruttato da punto di vista terapeutico -> una delle prime cure effettuate su

soggetti talassemici riguardava dei farmaci che andavano ad attivare maggiormente i

geni fetali che si erano già attivati spontaneamente

N.B.= emoglobina fetale e adulta sono simili -> fetale fa più fatica a rilasciare ossegno nei

tessuti

Questo fenomeno è stato visto funzionare anche in altre situazioni a livello genico, ma i

geni emoglobinici sono stati i primi ad essere scoperti

Trasmesse:

Da cellule genitoriali a cellule figlie -> dna deve essere trasmesso in modo uguale alle cellule

figlie e alla progenie. Meccanismo di duplicazione del dna (incolla foto slide)

Da una molecola di dna si ottengono 2 molecole di dna

Il dna duplicato può essere trasmesso tramite due processi:

- mitosi (es: quando organismo ha una