Genetica generale

genetica generale

lezione 1

meiosi e gametogenesi

-durante la crescita, tutte le cellule del nostro corpo si riproducono, aumentando di numero (iperplasia).

questo avviene tramite la mitosi.

-tutte le cellule del nostro corpo, anche quelle che costituiscono gli organi o i tessuti più specializzati,

contengono esattamente lo stesso dna.

una serie di stimoli sia interni alla cellula che esterni fanno sì che una cellula si differenzi in un certo modo,

usando solo alcune delle informazioni contenute nel dna.

-negli esseri umani, il genoma è costituito da circa 3 miliardi di copie di basi azotate (nucleotidi).

ogni essere umano ha 2 copie del genoma in ogni cellula, quindi il nucleo di ogni nostra cellula contiene 6

miliari di nucleotidi.

-l’intero genoma può stare nel nucleo (largo circa 6 micrometri, cioè 6 millesimi di mm) in quanto, per la

maggior parte del tempo, è impacchettato in cromosomi.

-un nucleotide misura circa 0,6 nanometri (=meno di un milionesimo di mm), quindi il dna contenuto in una

cellula è lungo circa 2 metri. quello contenuto in tutte le cellule del corpo è lungo come 2.5 milioni di volte

la circonferenza della terra!

-il genoma umano è organizzato in 46 cromosomi, ovvero 22coppie di autosomi e 2 cromosomi sessuali.

i due cromosomi di ogni coppia sono detti omologhi e uno di essi viene ereditato dal padre e l’altro dalla

madre.

avendo ogni cellula del nostro corpo il genoma in doppia copia, siamo organismi diploidi.

 padre:46 cromosomi

 madre:46 cromosomi

 figlio:46 cromosomi e non 92 meiosi: padre:23 cromosomi+madre:23 cromosomi

cellule aploidi(=contenenti una sola copia del genoma) dette gameti, prodotte tramite la meiosi 1

meiosi 2

3

1.interfa

se

: fase

del ciclo

durante la

quale

avviene

anche la

duplicazione del materiale genetico

a) g1:crescita

b) g2: crescita e preparazione finale alla divisione

(g0: fase propria di quei tessuti che non si riproducono più)

si parte con una cellula diploide, si ha una duplicazione del dna arrivando ad una cellula ancora diploide ma

con ogni cromosoma costituto da due cromatidi fratelli identici.

2.meiosi

1. meiosi i

 profase i

a) condensazione: i cromosomi si condensano e formano strutture bastoncellari.

i cromatidi fratelli sono tenuti insieme da proteine chiamate coesine.

avviene anche la duplicazione dei centrioli

b) sinapsi: i cromosomi omologhi di ogni coppia (ognuno con due cromatidi identici) ai

appaiono a formare una tetrade, grazie ad una serie di proteine che formano il complesso

sinaptinemale.

c) crossing-over: i cromosomi omologhi, appaiati (materno e paterno) si scambiano dei

segmenti omologhi grazie all’azione di alcuni enzimi che tagliano e ricuciono il dna in dei

siti chiamati chiasmi.

terminato il crossing-over, il complesso sineptinemale si disassembla e si forma il fuso

(struttura citoscheletrica assemblata dai centrioli 4

 i centrioli sono organelli principalmente proteici (costituiti perlopiù da tubulina), dei quali la

funzione principale è quella di formare una serie di strutture citoscheletriche fondamentali nelle

divisioni cellulari

 sono una componente molto importante di un complesso chiamato centrosoma

 il centrosoma forma il fuso, che è la struttura che garantisce il corretto movimento e una corretta

divisione dei cromosomi quando una cellula si divide

 prometafase i:

-l’involucro nucleare si frammenta -i microtubuli del

fuso si legano ai cromosomi in prossimità del centromero, precisamente a una proteina chiamata

cinetocore. -i cromosomi di ogni coppia di omologhi (che però non sono più uguali a

quello paterno e materno dell’inizio della meiosi) vengono trasportati verso i due poli del fuso

(ognuno verso un polo). i cromatidi fratelli rimangono uniti.

-le forze che premettono di muovere i cromosomi tramite i microtubuli del fuso sono prodotte da

proteine motrici (come dineina e chinesina).

 metafase i: grazie al trasporto operato in prometafase, le tetradi si

allineano lungo il piano equatoriale del fuso, detto piastra metafasica. 5

spesso la prometafase non è considerata una fase a parte, ma è presentata come parte della profase

della metafase.

 anafase i: appositi enzimi digeriscono le coesine lungo i bracci dei cromatidi

fratelli, che rimangono uniti solo a livello del centromero.

i cromosomi omologhi vengono separati, migrando verso i poli opposti.

a ogni polo a questo punto abbiamo due cromatidi fratelli in ogni

cromosoma (che, dopo il crossing over, non sono più completamene identici,

ma contengono le stesse informazioni).

 telofase i:iniza ad essere ben visibile un inizio di citodieresi (divisione

cellulare)

i cromosomi iniziano a decompattarsi

la membrana nucleare si riforma (due membrane nucleari)

intercinesi= momento di passaggio tra le due divisioni, nel quale il fuso

della prima divisone di disgrega, e se ne formano due di nuovi, uno per

cellula.

alla fine della meiosi i abbiamo due cellule distinte, con 23 cromosomi l’una, con ogni cromosoma costituito

da due cromatidi fratelli

2 meiosi ii

 profase ii:

-i cromosomi si ricondensano

-si ultima la formazione di nuovi fusi e i due centrosomi migrano verso i poli

 prometafase ii:

come nella prometafase i, il nucleo si frammenta

il fuso lega i cromosomi a livello del cintecore, e li comincia a muovere verso il piano equatoriale

 metafase ii: i cromosomi vengono allineati lungo la piastra metafasica 6

 anafase ii:

-gli stessi enzimi che hanno agito nell’anafase i digeriscono le coesine, che ora erano presenti solo a

livello del centromero

-i cromatidi fratelli di ogni cromosoma vengono separati dai microtubuli del fuso, e ognuno dei due

migra verso un polo

 telofase ii:

-i cromosomi si decondensano

-il fuso si riassembla

- si riforma il nucleo

-avviene la citodieresi 7

alla fine della meiosi ii abbiamo quattro cellule distinte, aploidi, (con 23 cromosomi l’una), essendo partiti da

una cellula diploide.

(video sulla mitosi: https://www.youtube.com/watch?v=zcpsffuqjaa)

mitosi meiosi

 1 divisione cellulare 2 divisioni cellulari

 da 1 cellula se ne formano 2 da 1 cellula se ne formano 4

 semplice “copia e separazione” dei cromosomi c’è crossing-over: prima della separazione del dna

copiato i due cromosomi originali (paterno e

materno) di ogni coppia si ricombinano

 il numero di cromosomi è uguale a quello della il numero di cromosomi si dimezza

cellula di partenza 8

meiosi e variabilita’ genetica il

rimescolamento del materiale genetico costituisce un grosso vantaggio evolutivo della riproduzione sessuale.

la risultante variabilità aumenta la probabilità che almeno parte della progenie sopravviva, e raggiunge a sua

volta l’età riproduttiva, se cambiano le condizioni ambientali.

la meiosi ha due processi fondamentali che introducono variabilità genetica:

1. crossing-over

2. assortimento indipendente (una delle leggi di mendel)

23

per 23 cromosomi= 2 possibilità!

-meiosi nell’uomo: spermatogenesi

sede: gonadi= testicoli la cui funzione è la produzione di:

 testosterone

 spermatozoi (si formano nel tubulo seminifero ed in particolare se sezioniamo una sezione di tubulo

seminifero:

esterno: arte di muscolo liscio

parete: cellule del sertoli

interno ovvero il lume è vuoto 9

cellula progenitrice dello spermatozoo=spermatogonio (cellula diploide) il quale su divide per mitosi;

pertanto da uno spermatogonio abbiamo 2 cellule figli identiche allo spermatogonio: una rimane

spermatogonio, l’altra diviene uno spermatocita primario. nel momento in cui arriva nella giunzione

stretta, questa si apre per poi richiudersi; in questo modo lo spermatocita primario si trova nel compartimento

lunario.

successivamente avviene la meiosi: dopo l’intercinesi anche gli spermatociti secondari vanno incontro a

meiosi e otterremo 4 spermatiti (4 cellule aploidi).

infine avviene la spermiogenesi; gli spermatozoi non sono ancora maturi ma iniziano ad essere spinti

nell’epididimo dove matureranno acquisendo mitocondri e allungando il flagello (durata 64 giorni).

spermatogenesi

1) spermatocitogenesi 10

2) spermatidogenesi

3) spermiogenesi

-meiosi nella donna: oogenesi

1. gli oogoni (corrispettivi degli spermatogoni nei maschi) si dividono per mitosi fino a diventare 2-4

milioni (1-2 milioni per ovaio) durante la vita fetale, fino circa al settimo mese.

2. prima della nascita, cominciano anche la meiosi i, che però si arresta alla profase i, quando abbiamo gli

oociti primari (cellule ancora diploidi)

3. i 2-4 milioni di oociti primari presenti alla nascita, bloccati in meiosi i, rimangono nell’ovaio in questo

stadio di blocco meiotico per 12-13 anni, fino alla pubertà.

4. dalla pubertà in poi, un oocita primario completa la meiosi i ogni 28 giorni, dando origine però a un

oocita secondario (che viene ovulato, andando nella tuba) e un corpo polare, che ha molto meno

citoplasma e generalmente non è fecondabile blocco in metafase ii, fino all’eventuale

fecondazione. 11

se avviene la fecondazione, lo zigote (la prima cellula del

futuro nascituro) inizierà a dividersi e, una volta raggiunto lo

stadio di blastocisti, avverrà l’impianto nella parete uterina.

il ciclo ovarico è regolato da ormoni secreti dall’ipofisi (fsh e

lh) sotto il controllo del gnrh, secreto invece dall’ipotalamo,

che a loro volta regolano la secrezione ormonale di estrogeni e

progesterone da parte delle ovaie. 12

l’eventuale nascita di due gemelli è determinata da cosa succede al momento della fecondazione o poco

dopo:

 se vengono fecondate due diverse cellule uovo si hanno gemelli eterozigoti

 se ne viene fecondata una, ma poi c’è una separazione del rimoridale ammasso cellulare, si hanno

gemelli monozigoti.

il momento in cui avviene la divisione determina la condivisione o meno di sacco amniotico e

placenta.

sesso e corredo cromosomico

 il cromosoma y contiene informazioni prevalentemente riguardanti lo sviluppo del sesso maschile. 13

 il cromosoma x contiene più informazioni del cromosoma y, riguardanti molte funzioni importanti sia

per i maschi che per le femmine ( come la regolazione del metabolismo).

nelle femmine uno dei due x deve essere inattivato!

l’inattivazione di uno dei due cromosomi x, nelle femmine, avviene intorno alle 2 settimane di vita fetali,

ed è completamente casuale e a livello della singola cellula.

tutte le cellule derivanti da una cellula con l’x paterno inattivato, avranno anch’esse l’x paterno

inattivato, e viceversa per quelle con l’x materno inattivato.

dal punto di vista del cromosoma x, quindi, le femmine sono dei mosaici genetici.

l’inattivazione del cromosoma x è alla base

del fatto che i gatti «tartarugati» (= con pelo

arancio e nero, che possono essere di diverse

razze) sono sempre femmine.

questo avviene perché nei gatti uno dei

principali geni che controllano il colore del

pelo è sul cromosoma x.

eventuali altri colori (come il bianco)

dipendono da altri geni (anche sugli autosomi)

e quindi non c’è una correlazione col sesso.

lezione 2

cromosomi, cromatina e i suoi livelli di organizzazione 14

 i cromosomi non sono fatti solo di dna, ma sono costituiti da un insieme, estremamente organizzato, di

dna e proteine con specifiche funzioni;

 le proteine che costituiscono i cromosomi di dividono in:

 proteine istoniche

 proteine non istoniche

 l’insieme di dna e proteine istoniche e non istoniche è la cromatina.

-la cromatina ha principalmente due funzioni:

-la proteine isotoniche servono perlopiù all’impacchettamento del dna

 gli istoni sono delle piccole proteine che formano degli ottameri, detti nucleosomi, attorno ai quali il dna

si arrotola per circa 2 giri;

 l’organizzazione è estremamente regolare; attorni ad ogni nucleosoma vi sono arrotolate 145-150 coppie

di basi di dna, e il dna linker (tra due nucleosomi) è lungo 20-80 coppie di basi

 esistono 5 tipi di istoni: h1, h2a, h2b, h3, h4

gli ultimi 4, a coppie, formano i nucleosomi (un nucleosoma= due h2a, due h2b, due h3 e due h4)

-L’istone H1 rimane esterno al nuclesoma,

ma permette ai nucleosomi di

impacchettarsi tra loro formando il

solenoide

-il solenoide è formato da circa 6

nucleosomi per giro

il grado di impacchettamento del dna però ha anche un ruolo nella regolazione del suo «utilizzo» (=

trascrizione ed espressione genica). 15

il dna, infatti, non è sempre condensato allo stesso modo (i cromosomi distinti si vedono al microscopio

solamente in alcune fasi del ciclo cellulare. EUCROMATINA, meno condensata. Il DNA

eucromatico è fisicamente più accessibile, e può

essere trascritto. Le regioni contenenti certi geni, vitali

per il funzionamento delle cellule, sono sempre

eucromatiche.

Eterocromatina costitutiva

(permanentemente inattiva) ETEROCROMATINA, più condensata. Il DNA

eterocromatico è inattivo. Un esempio è l’X inattivato

Eterocromatina facoltativa nelle femmine: il corpo di Barr è interamente

(può diventare eucromatina) eterocromatico.

a parte casi particolari, come il corpo di barr, ogni cromosoma ha sempre porzioni sia –eu che

eterocromatiche. Nell’interfase, i cromosomi ancora non si vedono

perché meno condensati.

Ogni cromosoma però occupa un’area del nucleo, e

le sue zone eterocromatiche ed eucromatiche si

possono distinguere

i vari livelli si organizzazione possono essere apprezzati anche al microscopio elettronico (a livelli di

dna/istoni/nucleosomi) e ottico (a livello di cromosomi condensati)

uno dei principali sistemi di regolazione dello stato della cromatina è governato da proteine non isotoniche

che agiscono sugli istoni. 16

1. l’acetilazione delle code istoniche (= aggiunta di gruppi ch3co) indebolisce il legame istoni-dna questo

non è sufficiente, di per sé, a rendere la cromatina attiva (servono altre proteine e complessi proteici che

spostano fisicamente i nucleosomi), ma è fondamentale per poterlo fare.

2. oltre all’acetilazione, anche la metilazione, la fosforilazione e

l’ubiquitinazione (legame con una piccola proteina) modulano lo

stato della cromatina.

queste modifiche avvengono, almeno in parte, su posizioni ben

precise delle code istoniche (come indicato nella figura).

- nel loro complesso, queste modificazioni sono chiamate modificazioni epigenetiche, in quanto – pur

non modificando la sequenza di dna– vanno comunque ad influire su aspetti determinati geneticamente.

- anche dove il dna è accessibile (eucromatina) vi è regolazione epigenetica, direttamente su di esso:

Metilazione del DNA che avviene

solo sulle citosine, e “spegne”

l’espressione genetica

- almeno in parte, anche le modificazioni epigentiche