Appunti di GENETICA

Malattie ............................................................................................................................................................. 1

La Replicazione .................................................................................................................................................. 3

Deviazioni ed estensioni da genetica mendeliana .......................................................................................... 11

 Gruppi Sanguigni ................................................................................................................................. 11

 Modificazioni alle relazioni di dominanza ........................................................................................... 11

 Espressione genica ed effetto dell'ambiente ...................................................................................... 12

 Ereditarietà extranucleare ................................................................................................................... 12

Associazione e mappe genetiche .................................................................................................................... 13

Controllo della funzione del gene.................................................................................................................... 16

Il concetto di gene oggi ............................................................................................................................... 18

Trascrizione...................................................................................................................................................... 19

Traduzione ....................................................................................................................................................... 22

Mutazioni cromosomiche ................................................................................................................................ 25

Delezione ..................................................................................................................................................... 25

Duplicazione ................................................................................................................................................ 25

Inversioni ..................................................................................................................................................... 26

Traslocazione ............................................................................................................................................... 26

Segregazione ............................................................................................................................................... 26

Variazione nel numero di assetti cromosomici ........................................................................................... 26

Genetica di popolazione .................................................................................................................................. 27

Forze che cambiano le frequenze alleliche nelle popolazioni ..................................................................... 27

Genetica Batterica ........................................................................................................................................... 28

Mappe genetiche in batteri e fagi ............................................................................................................... 28

Batteriofagi .................................................................................................................................................. 28

Tecnologie del DNA ricombinante e applicazioni alle biotecnologie .............................................................. 29

PCR ............................................................................................................................................................... 29

Malattie

Corea di Huntington: è una malattia autosomica dominante neurodegenerativa causata da una o più

mutazioni del gene codificante per la proteina huntingtina HTT. La sua funzione nel cervello è essenziale per

lo sviluppo del sistema nervoso e quindi una mutazione provoca la morte di molti neuroni.

La probabilità che la malattia si presenti è legata al numero di ripetizioni della tripletta CAG: se è minore di

28 non si svilupperà la patologia, ma si può verificare l'effetto contrario nel caso in cui il numero fosse

maggiore di 40.

Incidenza di 1:10.000 nascite.

Malattia di Tay-Sachs: è una malattia autosomica recessiva provocata da una mutazione del gene hexA

1

codificante per l’enzima esoaminidasi A che ha il compito di degradare il ganglioside GM2 nei lisosomi. Un

suo accumulo quindi risulta tossico soprattutto nelle cellule cerebrali, specialmente nelle membrane delle

terminazioni nervose, provocando così la morte cellulare. Provoca in generale un deterioramento grave fisico

e mentale e la conseguente morte tra i 2 e 3 anni di età. Ha un'incidenza di 1:360.000 nascite.

Fenilchetonuria: è una rara malattia autosomica recessiva causata da una o più mutazioni del gene PAH

(presente sul braccio lungo del cromosoma 12) codificante per l'enzima fenilalanina idrossilasi. L'effetto

finale è la produzione dell'iperfenilalaninemia con il suo conseguente accumulo che provoca danni al sistema

nervoso.

L'incidenza è di 1:10000 nascite.

 Aneuploidie derivate dalla non-disgiunzione dei cromosomi sessuali

Sindrome di Turner: è una malattia in cui gli affetti hanno un solo cromosoma X (X0) ed infatti le femmine

hanno un assetto cromosomico 45,X. Gli individui affetti che sopravvivono alla nascita non manifestano

alterazioni significative fino alla pubertà, momento in cui non si sviluppano i caratteri sessuali secondari. Ciò

significa che è necessaria la presenza di due cromosomi "X" per lo sviluppo femminile.

Sindrome di Klinefelter: In questo caso i maschi affetti hanno dei cromosomi sessuali XXY oppure un numero

più elevato di cromosomi X e/o Y. In tutti i casi è evidente però la necessità di un cromosoma X e di uno Y per

un corretto sviluppo dell'individuo maschile dal momento che tale malattia causa un sottosviluppo dei

testicoli per esempio ed intelligenza inferiore alla media.

Sindrome XYY: Questi individui sono maschi ed il cariotipo XYY è dovuto ad una non-disgiunzione del

cromosoma Y in meiosi. Gli affetti tendono ad essere alti e con problemi di fertilità.

 Malattie legate al cromosoma X

Emofilia A: il carattere recessivo legato al cromosoma X provoca tale malattia. Gli individui affetti non hanno

nel sangue il fattore di coagulazione e ciò significa che in caso di ferita, rischiano la vita.

Distrofia muscolare: malattia recessiva X-linked

Daltonismo: malattia recessiva X-linked

Sindrome di Rett: malattia dominante X-linked

1 Fa parte di un gruppo di glicolipidi complessi che si trova soprattutto nelle membrane dei nervi.

La Replicazione

Deviazioni ed estensioni da genetica mendeliana

 Gruppi Sanguigni

I gruppi sanguigni sono determinati da antigeni cellulari che si trovano sulla superficie esterna dei globuli

rossi. Gli antigeni in generale sono molecole che, riconosciute come estranee, stimolano la produzione di

anticorpi che cercano di eliminare dall'organismo la sostanza ritenuta estranea, attraverso una risposta

immunitaria.

Nel caso dei gruppi sanguigni infatti, ogni globulo rosso presenta sulla loro superficie degli antigeni specifici

in modo da codificare solo per uno specifico gruppo sanguigno. Quelli con l'allele IA sulla loro superficie,

codificano per la sintesi dell'antigene A, ma non di quello B e viceversa per il gruppo B. Nel caso del gruppo

AB invece, vengono sintetizzati entrambi gli antigeni. Ciò significa che viene riconosciuto "estraneo" qualsiasi

tipo di gruppo sanguigno diverso dal proprio perché gli antigeni che presenta sono ritenuti "estranei". Ci sono

piuttosto anticorpi anti-B (nel sangue di gruppo A), ma non anticorpi contro l'antigene A. Gli anticorpi anti-B

provocano quindi l'agglomerazione dei globuli rossi ritenuti estranei impedendone così il passaggio

attraverso i condotti più stretti come capillari di ridotto diametro. Nel caso invece del gruppo sanguigno 0, i

suoi globuli rossi non hanno né l'antigene A né l'antigene B e sia anticorpi anti-A sia anti-B. Le persone con

gruppo sanguigno AB sono ritenute quindi "riceventi universali" dal momento che i suoi globuli rossi

presentano sia antigeni A sia antigeni B. Gli individui di gruppo 0 invece, sono "donatori universali".

La differenza tra l'antigene A e l'antigene B è il tipo di zucchero grazie al quale si formano in seguito all'attività

dell'enzima glicosiltransferasi. Quest'ultimo infatti catalizza il legame di uno zucchero al generico antigene H.

Gli individui recanti entrambi gli alleli i, non producono gli enzimi necessari alla trasformazione dell'antigene

H in uno specifico (A o B).

Raramente accade però che questo antigene H non venga prodotto. In genere infatti quest'antigene H viene

prodotto a partire da geni localizzati su un locus genico diverso da quello codificante per i gruppi sanguigni

AB0. Nel caso in cui quindi questo antigene non venisse prodotto a causa della presenza dell'allele recessivo

h/h (l'antigene H viene prodotto solo a partire dall'allele dominante H), non verranno prodotti di conseguenza

neanche gli antigeni A e B e quindi ci troviamo in una situazione di omozigosi recessiva h/h. Questo è appunto

il raro caso del Fenotipo di Bombay. Gli individui affetti, producono anticorpi contro l'antigene H e quindi

possono ricevere trasfusioni esclusivamente da altri individui affetti.

Il gruppo Rh è importante perché è un gruppo aggiuntivo che dà un problema alle donne in gravidanza in

seguito all’incompatibilità tra Rh+ ed Rh-. Nella prima gravidanza però non c’è mai alcun tipo di problema del

genere, ma può essercene solo in seguito a contatto di sangue che avviene solo nel momento del parto.

 Modificazioni alle relazioni di dominanza

Con dominanza incompleta intendiamo il caso in cui un allele di un gene non è totalmente dominante

sull'altro, ma lo è solo in parte. Ciò provoca quindi un fenotipo intermedio tra quello omozigote dominante

e quello omozigote recessivo. Incrociando per esempio due linee pure di bocche di leone (omozigote

dominante = fiori rossi; omozigote recessivo = fiori bianchi), alla F1 tutte le piante prodotte mostravano

dominanza incompleta dal momento che i genotipi prodotti erano tutti eterozigoti. Nella F2 invece, data

dall'autofecondazione della progenie della generazione precedente, i rapporti fenotipici erano 1:2:1

(omozigote recessivo : eterozigote : omozigote dominante). In questo caso, la dominanza incompleta si può

spiegare attraverso la presenza o meno dei pigmenti che davano uno specifico colore al fiore. Se si fosse

trattato di omozigosi dominante, nel fiore sarebbero stati presenti tutti i pigmenti necessari per un colore

rosso. Se si trattava di omozigosi recessiva non ce n'erano proprio. Nel caso invece di dominanza incompleta,

il fenotipo è intermedio perché sono presenti i pigmenti solo in parte. La codominanza invece è un fenomeno

riconducibile al gruppo sanguigno AB dal momento che, a differenza della dominanza incompleta in cui il

fenotipo manifestato è intermedio tra quello dominante e quello recessivo, qui vengono manifestati.

Ciò che determina una dominanza completa o incompleta è l'"aplosufficienza" del gene presente. In certi casi

infatti, la presenza di un solo gene dominante determina il fenotipo dominante perché anche solo metà della

dose è sufficiente per mostrare tale fenotipo. In altri casi come per esempio la determinazione del colore di

un fiore, la metà della dose determina una minor quantità di pigmenti che donano un certo colore ai fiori e

quindi un fenotipo intermedio.

 Espressione genica ed effetto dell'ambiente

Per quanto riguarda comunque alleli e geni, parliamo di alleli letali nel momento in cui questi possono

determinare la morte dell'individuo e il gene in questione è definito fondamentale. Se la mutazione è dovuta

ad un allele letale dominante, il fenotipo letale si manifesta sia in caso di eterozigosi che di omozigosi; nel

caso in cui invece si considerasse un allele letale recessivo allora, il fenotipo letale si manifesta solo in caso

di omozigosi recessiva. Ne è un esempio la malattia di Tay-Sachs che è dovuta ad una mutazione del gene

HEXA che codifica per un enzima essenziale per la corretta funzione nervosa. In caso di omozigosi recessiva

quindi, si va incontro al progressivo deterioramento del sistema nervoso centrale. La Corea di Huntington

invece è un esempio di malattia autosomica dominante dovuta ad alleli letali dominanti. In quest'ultimo caso

infatti il fenotipo si manifesta sia in caso di eterozigosi che di omozigosi.

La penetranza invece indica la frequenza con cui ad un determinato genotipo corrisponde un determinato

fenotipo. Se viene mantenuta in tutta la progenie questa corrispondenza, allora si tratta di penetranza

completa o al 100 %. Nel caso in cui invece ci fossero anche delle minime variazioni, si tratterebbe di

penetranza incompleta e con una percentuale pari al numero di casi corrispondenti rispetto al totale.

L'espressività invece è il grado di manifestazione fenotipica del genotipo e quindi si riferisce alla variabilità

con cui il fenotipo viene manifestato. I gradi con cui si può misurare sono: bassa, intermedia ed elevata. L'età

di insorgenza invece si riferisce alla manifestazione fenotipica di un dato gene in correlazione all'età

dell'individuo in esame. I geni infatti non sono attivi tutti contemporaneamente bensì nel tempo si verifica

un'attivazione e una disattivazione progressiva dei geni. L'età d'insorgenza può quindi essere considerata

come un aspetto dell'espressività. Un altro aspetto dell'espressività è la pleiotropia ossia il fenomeno per cui

un singolo gene produce più effetti fenotipici.

 Ereditarietà extranucleare

Oltre alle leggi che spiegano l'ereditarietà del materiale genetico nucleare, all'interno di ogni cellula sono

presenti geni extranucleari che vengono trasmessi mediante una serie di regole non mendeliane. Il DNA dei

mitocondri (mtDNA) infatti contiene l'informazione per una serie di componenti mitocondriali quali i tRNA,

gli rRNA ed altre subunità proteiche. Questo tipo di materiale genetico generalmente è presente all'interno

di questi organelli sotto forma di una molecola circolare a doppia elica e superavvolto. Le differenze spesso

evidenziate tra le dimensioni del mtDNA nei vari organismi, sono dovute alla presenza in diverse quantità di

sequenze di DNA non codificante. Lo stesso vale per i cloroplasti, ossia organelli caratteristici delle cellule

vegetali.

In generale comunque, si parla di ereditarietà non mendeliana o extranucleare e differiscono notevolmente

dalle leggi di Mendel. In questo caso infatti, non è possibile studiar l'ereditarietà del materiale genetico tra i

vari individui basandosi sui rapporti di segregazione perché non avviene alcun tipo di fenomeno di

segregazione (meiosi o mitosi). I DNA degli organelli infatti segregano in maniera casuale durante la divisione

cellulare. Per quanto riguarda però i geni mitocondriali e citoplasmatici, si tratta di un'"ereditarietà

uniparentale" e più nello specifico "materna". Ciò significa che durante il processo della fecondazione, lo

zigote in via di sviluppo avrà ereditato il citoplasma e gli organelli cellulari dalla madre dal momento che la

cellula uovo è quella ospite all'interno del quale entra lo spermatozoo fecondante.

Associazione e mappe genetiche

Controllo della funzione del gene

Garrod nel 1902 studiò l’alcaptonuria ossia una malattia caratterizzata dal fatto che le urine diventano di un

colore scuro se esposte all’aria e dalla tendenza a sviluppare artrite in tarda età. Notò che gli individui affetti

accumulavano nelle urine acido omogentisico (HA) che ipotizzò essere un normale prodotto della via

metabolica della fenilalanina e della tirosina. Negli alcaptonurici però, la trasformazione da HA ad acido

maleilacetoacetico non avviene a causa di una mutazione con perdita di funzione del gene coinvolto situato

sul cromosoma 3. Si tratta così di una malatti