Genetica delle popolazioni

GENETICA 1 DNA e cromosomi

nucleo materiale genetico costituito

Nel della cellula risiede il materiale genetico



dai cromosomi.

corredo cromosomico o cariotipo umano,

Il contenuto in ciascuna cellula somatica del

46 cromosomi, 23 coppie di omologhi

singolo individuo consiste di suddivisi in – di cui

44 autosomi ed una coppia di cromosomi sessuali (nella donna sono omologhi XX, nel

maschio sono XY).

CROMOSOMI responsabili

: vengono individuati nel ‘900 nel nucleo della cellula,

dell’attività riproduttiva della cellula stessa, nonché dei caratteri di ogni individuo =

all’interno dei cromosomi ci sono tutte le caratteristiche che si osservano dal punto di

vista esterno, ma anche ci sono le istruzioni che dicono alle varie formazioni

dell’organismo cosa fare, come crescere, come riprodursi quando sbagliano: comparsa



patologie mutazione non è ereditata

di – se una dal genitore è detta “denovo”, e da qui

poi può essere trasmessa ai figli.

X o Y doppia elica di DNA.

Il cromosoma può essere ed è costituito da una Ogni

cromosoma ha: cromatidi fratelli

a. 2 braccia, detti (di solito con dimensioni di lunghezza differente

– P = braccio corto e Q = braccio lungo)

Centromero o Cinetocore

b. (che unisce le due braccia e punto in cui i 2 cromatidi

fratelli si staccano)

Telomero

c. (parte finale necessaria al mantenimento dell’integrità cromosomica)

Il meccanismo che regola e mantiene costante il patrimonio cromosomico delle cellule è

DIVISONE CELLULARE,

la che negli eucarioti è divisa in:

MITOSI,

1- consente a ogni nuova cellula di mantenere inalterato il suo patrimonio

genetico

MEIOSI,

2- produce i gameti maschili e femminili. In questo processo si ha il

riassortimento di caratteri.

crossing over permette il A differenza della



mitosi, prima di produrre cellule figlie, viene dimezzato il patrimonio genetico (2n

diploide n aploide).

 DNA, istoni

All’interno del cromosoma troviamo il e delle proteine – gli – grazie ai quali i

cromosomi compattati:

vengono

doppia elica di DNA

1) La (1) si avvolge attorno agli istoni formando il

NUCLEOSOMA (2) CROMATINA

2) Il nucleosoma si avvolge nuovamente per costituire la (3).

cromatina

La è distinta in 2 categorie:

EUROCROMATINA = cromatina espansa e dispersa nel nucleo

 ETEROCROMATINA = cromatina condensata e geneticamente inattiva



sintesi del DNA fase S

La avviene nella del ciclo cellulare ( ).

ciclo cellulare: M – G1 – S – G2

DNA sostanza di cui sono fatti i cromosomi.

: è la Il DNA è formato da:

desossiribosio

zucchero:

Uno

 Adenina-Timinia e Citosina e Guanina

Base azotata: (A e G sono le PURINE, C e

 T (+ Uracile che fa parte dell’RNA) PIRIMIDINE)

gruppo fosforico

Un (fondamentale per l’unione dei nucleotidi che costituiscono il

 DNA)

! variare la sequenza del proprio DNA l’ordine

L’unica possibilità che il genoma ha di è

con cui le 4 basi azotate vengono alternate all’interno della struttura di un gene.

struttura del DNA 1953 da Watson e Crick: doppia elica

La è stata scoperta nel è una

avvolta a spirale. pioli basi azotate

e possiamo paragonarla a una scala a pioli I sono le

A-T e C-G

sempre così accoppiate = (si legano con un doppio legame) (si legano con un

triplo legame). dei caratteri,

L’ereditarietà e quindi la trasmissione del codice genetico, è possibile

duplicazione e sintesi proteica.

grazie a 2 funzioni del DNA:

1 DUPLICAZIONE DEL DNA

DNA si apre ogni filamento stampo per

In mitosi, il a mo’ di cerniera: funge da

formarne uno nuovo sintetizzato in direzione 5’ 3’. filamenti si avvolgono

I due



intorno al proprio stampo formando due doppie eliche la copia generata è identica



all’altra copia parentale dell’elica originaria.

! in ognuno

REPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA DEL DNA semiconservativa

= perché

dei 2 filamenti figli presente uno dei due filamenti parentali

è presenti nell’elica

madre.

informazioni genetiche contenute nel DNA interpretare

Le devono essere per definire

trascrizione.

le funzioni cellulari:

TRASCRIZIONE processo le informazioni contenute

La trascrizione è il mediante il quale

nel DNA trascritte complementare di RNA.

vengono in una molecola

trasferimento dell'informazione genetica dal DNA all'RNA.

Concettualmente = trascrizione procede in direzione 5' 3'

Come per la replicazione del DNA, la .

→

senso filamento antisenso

copia fedele stampo).

(filamento = – = lo

mRNA RNA codificante.



2 SINTESI PROTEICA l'informazione genetica

La sintesi proteica è il processo biochimico attraverso il quale

contenuta nel mRNA convertita in proteine

(RNA messaggero) viene che svolgono nella

cellula un'ampia gamma di funzioni.

inizia da un filamento di mRNA, prodotto a partire da

La sintesi proteica

un gene sul DNA attraverso il processo di trascrizione. Questo filamento

stampo per la produzione di una specifica proteina.

nel ribosoma è usato come

RNA cambia lo zucchero

** = l’RNA ha una struttura simile al DNA solo che (ribosio per

basi azotate: A-U C-G.

l’RNA) e cambiano le e

DNA doppia elica singolo filamento.

Inoltre, il è a mentre l’RNA è a

In laboratorio di genetica ed

ogni purina e pirimidina ha un colore diverso ogni

. Deve esserci presente un singolo picco; nel

picco corrisponde ad una base di DNA

caso in cui si presenta un siamo di fronte ad .

doppio picco una mutazione

DNA MITOCONDRIALE

 DNA circolare chiuso a doppia elica mitocondrio,

È un presente nel non in singola

in più copie

copia, ma che possono essere diverse tra di loro.

replicazione del DNA mitocondriale processo causale,

La è un quindi un cromosoma o

l’altro può subire una replicazione non fedele del DNA.

singoli DNA mitocondriali si replicano

Quando un mitocondrio aumenta di volume, i

in modo non bilanciato -> può essere che un tipo di DNA mitocondriale venga replicato

ETEROPLASMIA.

più volte rispetto ad un altro –

gDNA/nDNA = DNA nucleo

mDNA/mtDNA = DNA mitocondriale

GENE parte del cromosoma responsabile del carattere di ogni

: è una che è

individuo. caratteri ereditari sono determinati dai geni.

Perciò i locus.

Un gene occupa nel cromosoma una posizione detta Ogni gene è distinto da quello

vicino e controlla o contribuisce a controllare un dato carattere dell’organismo (ex. colore

degli occhi/statura).

83 geni ‘invisibili’

** gli = sono gli 83 geni scoperti fino ad adesso che hanno un ruolo

Giuseppe

chiave nel determinare la statura di un individuo. Sono stati scoperti da

Novelli. che a

chiave per studiare molte malattie complesse:

Questi 83 geni sono la dimostrano

determinare il carattere varianti genetiche, rare e che si manifestano con

sono di fatto

una bassa frequenza.

Ogni carattere uno o più geni e dall’ambiente.

quindi è determinato da L’eredità

poligenica un tratto è governato da due o più geni,

si riscontra quando cioè da un set di

caratteri multifattoriali controllati da poligeni soggetti a

alleli (poligeni). I sono

allele dominante effetto cumulativo

influenze da parte dell’ambiente. Ciascun ha un

sul fenotipo; variazione continua dei fenotipi.

ne risulta una

carattere multifattoriale

Il può essere:

fenotipi diversi dello stesso carattere non si distinguono

continuo: cioè

1. perfettamente e devono essere misurati.

fenotipi chiaramente distinguibili

discontinui: cioè l'uno dall'altro senza

2. trasmissione secondo le leggi di Mendel .

Nella pleiotropia un singolo gene influenza molte caratteristiche:

pleiotropia un singolo gene ha più di un effetto sul fenotipo.

La si riscontra quando

Molti disordini genetici l’anemia

sono esempi di tratti pleiotropici. Uno di questi è

falciforme, caratterizzata sia dalla presenza di globuli rossi di forma anomala che dalla

presenza di globuli rossi di forma normale.

ALLELE forme alternative di un certo gene. coppia

: Tutti gli individui possiedono una

di alleli per ogni carattere ereditario: alleli uguali

a. OMOZIGOTE (dominante/recessivo) = individuo geneticamente



puro alleli differenti misto

b. ETEROZIGOTE = individuo



gene in singola copia

c. EMIZIGOTE = presente nel genoma (quei geni che sono

presenti nel cromosoma X, che nel maschio non essendo rappresentato in coppia

con un altro cromosoma X non possono mai essere omozigoti).

locus genico.

Gli alleli di uno stesso gene si trovano su un

!! GENE = colore degli occhi – ALLELE = forme alternative del colore degli occhi).

DOMINANTE E RECESSIVO = l’allele dominante ha la capacità di mascherare

l’espressione del gene recessivo.

OMOZIGOTE ED ETEROZIGOTE = due alleli uguali e due alleli diversi.

GENOTIPO = indica se un individuo è omozigote o eterozigote.

FENOTIPO = indica quale carattere egli manifesta.

? Da due genitori con occhi scuri può nascere un figlio con occhi chiari? SI.

due alleli si influenzano in maniera

situazioni particolari,

Ci sono delle in cui i

reciproca fenotipo misto. individuo eterozigote ha fenotipo

e creano un Quando un dominanza

intermedio rispetto a entrambi gli omozigoti per un certo tratto, si parla di

incompleta. In un incrocio tra due linee pure di “bella di notte”, una con fiori rossi e una

con fiori bianchi: F1 ha fiori rosa;

1. la generazione F2 tutti e tre i fenotipi rapporto 1:2:1

2. nella generazione compaiono con

gene può avere anche più di due alleli

Un – un tratto è controllato da alleli multipli

quando il gene che lo codifica esiste in più di due forme alleliche.

gruppo sanguigno,

Per esempio, il A, B o 0 è determinato da alleli multipli:

IA – presenza di antigeni A sui globuli rossi (dominante);

IB – presenza di antigeni B sui globuli rossi (dominante);

i – nessun antigene sui globuli rossi (recessivo).

I fenotipi e i genotipi corrispondenti sono i seguenti:

Fenotipo Genotipo

A IAIA, IAi

B IBIB, IBi

AB IAIB

0 ii

I GENI DI UN CROMOSOMA FORMANO UN GRUPPO DI GENI ASSOCIATI

geni singolo cromosoma gruppo di associazione,

I posti su un formano un poiché

questi geni tendono a essere ereditati insieme.

mappa dei geni posti su un cromosoma,

La con l’ordine e la distanza relativa tra i loci

mappa dell’associazione genica o mappa cromosomica.

genici, è chiamata *

* RELAZIONE TRA MAPPA GENETICA E MAPPA FISICA: la distanza della mappa genetica

per le 3000Mb del genoma umano è di circa 3000cM e pertanto 1cM corrisponde

approssimativamente a una distanza di mappa fisica di 1Mb.

Per la mappatura dei cromosomi sono utili i gameti ricombinanti.

dati relativi ai fenotipi ricombinanti determinare la

I possono essere usati per

distanza tra gli alleli di un cromosoma. Le cosiddette unità di mappa cromosomica

(um) sono definite proprio in base alla frequenza di ricombinazione:

1% di ricombinazione = 1 unità di mappa

Thomas Hunt Morgan.

Questo modo di lavorare fu ideato da

frequenza di ricombinazione l'entità del

La (RF recombination frequency) misura

linkage o associazione genica; indice della ricombinazione genetica avvenuta tra

è un

due geni. Si calcola come il rapporto:

gameti ricombinanti / n. gameti totali.

I Gameti ricombinanti sono i gameti con combinazioni alleliche diverse da quelle dei

genitori.

RF 50% se i due geni su cromosomi distinti o sullo stesso

La sarà del sono presenti

cromosoma ma molto distanziati (crossing-over). Questa è una conseguenza della legge

dell'assortimento indipendente.

due geni vicini sullo stesso cromosoma

Quando, invece, sono essi non assortiscono

geni associati. ricombinazione sarà

indipendentemente: vengono detti infatti La loro

perciò esclusivamente effetto del crossing-over, FR sempre

che causerà perciò una

<50%. Più due geni saranno vicini minore sarà la loro frequenza di ricombinazione.

Per questo la RF è direttamente proporzionale alla distanza tra i due geni.

centimorgan (cM)

Il è un'unità di distanza tra geni calcolata in funzione della RF. Un cM

distanza tra due geni tra cui la frequenza di ricombinazione è dell'1%

è la (ovvero un

gamete su cento è ricombinante).

TIPI DI RICOMBINAZIONE: geni

Ricombinazione INTERCROMOSOMICA – si verifica fra disposti su

 cromosomi diversi (assortimento indipendente) geni stesso

Ricombinazione INTRACROMOSOMICA – si verifica fra disposti sullo

 cromosoma (crossing-over)

2 Variabilità genetica

differenze nella sequenza del DNA

Ogni individuo ha (eccezione i gemelli

ogni cellula gametica è geneticamente unica

MONOZIGOTICI) di conseguenza la

 

fusione tra uno spermatozoo e un uovo genera un altro individuo unico.

Ciò che fa si che l’unicità sia davvero unica è lo SCAMBIO DEGLI OMOLOGHI MATERNO

assortimento indipendente degli omologhi.

E PATERNO DURANTE LA MEIOSI =

! spermatozoo cromosoma

Ogni è un insieme di cromosomi materni e paterni; ogni è

un mosaico di sequenze di DNA materno e paterno.

Oltre alla variabilità costituzionale che ereditiamo, nel corso della vita si verificano

modifiche del DNA delle nostre cellule variabilità genetica somatica/post-



zigotica. La maggior parte di queste variazioni si verifica casualmente.

varianti denovo

Inoltre, ognuno di noi è anche portatore di non presenti nel DNA dei

genitori.

! prevenzione delle malattie genetiche di

ANALISI DEL GP (globuli polari) = utile nella

origine materna. variabilità genetica è identica: una cellula uovo

Ci sono casi in cui la fecondata nelle

dividersi in due e dare origine a gemelli identici

prime fasi di sviluppo può

(monozigoti = generati dall’unione di un’unica cellula uovo e un unico spermatozoo).

gemelli possono anche

Non basta però partorire due per avere 2 gemelli identici:

nascere diversi. durante lo sviluppo fattori casuali

Questo perché intervengono

(stocastici) variazioni epigenetiche e interazioni gene-ambiente e anche in quanto i

fecondati da due spermatozoi diversi due cellule

gemelli possono essere stati e in

uovo diverse.

GRAVIDANZA MULTIPLA E GEMELLI

70% gravidanza multipla

Nel delle gravidanze gemellari: - un evento che avviene

 ovulazione multipla.

per due cellule uovo due diversi spermatozoi,

Se vengono fecondate da il risultato

geneticamente diversi.

sono gemelli DIZIGOTI, cioè I due zigoti si impiantano

nella parete uterina separatamente, e questo determina una gravidanza gemellare

bicoriale, due placente separate.

cioè con

30% cellula uovo fecondata da uno

Nel delle gravidanze gemellari:

 spermatozoo, divisione dello zigote.

ma successivamente avviene la Si possono

avere situazioni diverse a seconda del momento della divisione.

divisione tra 1° e 3° giorno

1) Circa 25-30% dei casi: la dopo la fecondazione dà

2 embrioni che si impiantano separatamente

luogo a – gravidanza

BICORIALE BIAMNIOTICA

(2 placente) (2 sacchi amniotici)

divisione tra 4° e 8° giorno

2) Circa 70-75% dei casi: dopo la fecondazione –

MONOCORIALE BIAMNIOTICA

gravidanza (1 placenta)

divisione tra il 9° e il 12° giorno

3) 1-2% dei casi: – gravidanza

MONOCORIALE e MONOAMNIOTICA (1 sacco amniotico)

dopo il 13° giorno MONOCORIALE

4) 0,3% dei casi: divisione – gravidanza

MONOAMNIOTICA ! SITUAZIONE PATOLOGICA

con gemelli CONGIUNTI =

geneticamente identici.

In questi casi, i gemelli sono MONOZIGOTI e sono

Non è corretto dire che se la gravidanza è bicoriale allora i gemelli sono diversi

geneticamente. Infatti, se i gemelli bicoriali sono di sesso discordante (maschio e

se sono di sesso

femmina), allora siamo certi che sono diversi geneticamente. Ma

concordante possibilità

(2 maschi o 2 femmine), allora c’è la che ci troviamo nel caso

divisione dello zigote nei primi 3 giorni dopo il concepimento.

con

VARIABILITA’ GENETICA PROGRAMMATA

mutazioni volute dall’organismo:

Nel nostro corpo ci sono delle durante la maturazione

dei linfociti B e T, si verificano mutamenti programmati del DNA cellulo-specifici che

produzione di un’ampia gamma di anticorpi e di recettori dei linfociti

permettono la

T. malattie

se non c’è il bisogno,

A volte ciò succede anche di conseguenza nascono delle

autoimmuni, cioè la capacità del nostro organismo di creare molecole contro il nostro

organismo stesso.

variabilità genetica nei geni che contribuiscono al

La è maggiormente sviluppata

riconoscimento di molecole estranee introdotte nell’organismo e potenzialmente

Queste molecole “estranee”

dannose (tossine vegetali, fungine, microbiche, etc.). spesso

controllo genetico indipendente

sottostanno ad un (in quanto originate da un altro

organismo). due tipi di selezione naturale vadano in contrasto:

Può succedere quindi che quello

dell’organismo patogeno che produce la tossina e quello del nostro organismo che lo

combatte.

organismo vantaggio carte a disposizione da

Il nostro ha un per quanto riguarda le

applicare contro il virus memoria immunitaria; corpi estranei