Genetica generale - Biologia

GENETICA GENERALE

Introduzione alla genetica

Concetti fondamentali

EREDITARIETÀ: Tendenza che gli organismi hanno a possedere caratteri simili a quelle dei loro genitori.

STABILITÀ: Conservazione delle caratteristiche fondamentali della specie.

VARIABILITÀ: Serie di differenze presentate dai vari caratteri e che permettono di distinguere tra loro singoli individui

della stessa specie.

GENOTIPO: Patrimonio ereditario dell’individuo.

GENE: Unità fondamentale della trasmissione dei caratteri, la sua azione è modificata dall’ambiente (inteso come

momento e luogo), per cui il fenotipo deriva sempre dall’interazione tra genotipo e ambiente.

CROMOSOMA: Chimicamente il cromosoma è costituito essenzialmente da DNA, la cui struttura (un polimero a doppia

elica) è adatta alla conservazione e trasmissione della informazione con un meccanismo di replicazione “a stampo”. I

geni sono tratti di DNA situati in particolari loci del cromosoma, capaci di originare dei prodotti (come RNA e proteine)

responsabili del fenotipo.

INFORMAZIONE GENETICA: L’informazione genetica deve essere gestita a tre livelli:

• Conservazione: l’informazione è conservata sotto forma di una determinata sequenza lineare dei 4 tipi di

nucleotidi possibili del DNA.

• Replicazione: effettuare una copia dell’informazione in modo tale da trasmetterla a nuove cellule dello stesso

individuo o a nuovi individui.

• Espressione: l’informazione deve poter essere interpretata per realizzare l’oggetto di cui specifica le

caratteristiche.

Il differenziamento è il processo per cui la selezione delle informazioni espresse, mentre le altre pur presenti non

realizzano un prodotto, rende le cellule diverse tra loro anche se tutte le cellule di un adulto posseggono la stessa

sequenza di DNA dello zigote (ovvero la prima cellula da cui l’organismo deriva).

GENOMA UMANO: Il genoma rappresenta il complesso dell’informazione genetica, ossia il patrimonio ereditario

dell’organismo a cui appartiene.

Organizzazione generale del genoma umano:

Le due molecole di DNA che compongono ciascuna delle 23

coppie contenute nel nucleo sono ereditate una dal padre e una

dalla madre. Nel corso della mitosi ciascuna molecola di DNA è

ripiegata e condensata con proteine a costituire il cromatide,

ciascun cromatide è legato tramite il centromero al cromatide

fratello, il quale è derivato dalla duplicazione durante l’interfase

della molecola originale di DNA. GIULIA PIRAZZINI

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La più lunga molecola di DNA umano è il cromosoma 1, lungo circa

250 Mbp (milioni di coppie di basi); il cromosoma 21 è invece il più

piccolo, infatti totalizza circa 45 Mbp. La somma della lunghezza dei

46 cromosomi umani è di circa 2 metri.

La sequenza codificante costituisce l’1% del genoma umano, il quale

non può funzionare correttamente se non è nella condizione diploide

(aploide: genoma contente una sola serie di informazioni).

Due geni che

differiscono per una

sola coppia di basi

non sono

equivalenti. Per allele si intende dunque una forma alternativa di un

gene.

Le leggi di Mendel

Le leggi di Mendel spiegano la trasmissione dei caratteri ereditari determinati da un solo gene (caratteri monofattoriali).

1. Legge della segregazione dei caratteri:

i due determinanti (o geni) di un carattere si separano nei gameti, metà gameti prodotti conterrà un

determinante e l’altra metà l’altro. I due determinanti per un carattere si trovano in loci corrispondenti su una

coppia di cromosomi omologhi.

Un organismo si dice omozigote per un certo locus

quando in quella posizione possiede due alleli identici

fra loro del gene che occupa quel locus (esempio: GG

o gg).

Un organismo si dice eterozigote per un certo locus

quando in quella posizione possiede due alleli diversi

fra loro (esempio: Gg).

➔ Carattere dominante: quando si manifesta anche

se il gene che lo determina è in eterozigosi.

➔ Carattere recessivo: quando si esprime solo il gene che lo determina è in omozigosi.

2. Legge dell’assortimento indipendente dei caratteri:

i due determinanti di ogni carattere si separano nei gameti,

indipendentemente dai determinanti di un secondo carattere.

Ciò è vero se e solo se i determinanti dei due caratteri si trovano

su 2 coppie di omologhi diverse e se i determinanti dei due

caratteri si trovano su stessa coppia di omologhi ma sono

sufficientemente lontani per essere separati da crossing over

[mentre, questa legge non vale se i determinanti si trovano vicini

(quindi sono concatenati) sulla stessa coppia di omologhi, perché

in questo caso vengono trasmessi insieme]. GIULIA PIRAZZINI

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Trasmissione dei caratteri ereditari umani

Il carattere può essere:

• Famigliare: presente in individui della stessa famiglia.

• Congenito: presente dalla nascita.

• Genetico: dovuto ai geni, anche se l’individuo non è in grado di trasmetterlo ai figli.

• Ereditario: si trasmette con modalità variabili lungo le generazioni.

La modalità di trasmissione di un carattere ereditario può essere autosomica (se il gene responsabile si trova su un

cromosoma non sessuale, cioè su un autosoma), oppure legata al sesso.

Modalità di trasmissione di un carattere ereditario legato al sesso

Esistono chiare differenze nella presentazione del carattere tra maschi e femmine, dovute a fatto che il gene per il

carattere è localizzato su uno dei cromosomi sessuali ereditati con modalità differenti tra uomini e donne.

Modalità di trasmissione autosomica di un carattere ereditario

Eredità autosomica dominante

Caratteristiche:

o Di solito almeno un genitore manifesta il carattere

o Si manifesta in entrambe i sessi

o Viene trasmessa da entrambi i sessi

o Tendenzialmente, ad ogni generazione almeno un individuo presenta il carattere

Esempio: ACONDROPLASIA

Il fenotipo è patologico se è presente almeno un allele A mutato, poiché A presenta un effetto di dominanza sull’allele a

normale. Nel caso dell’acondroplasia, l’allele mutato è letale in omozigosi in quanto il genotipo AA determina gravi

malformazioni scheletriche che portano a morte l’individuo nel periodo natale per deficit respiratorio dovuto alla

piccolezza della gabbia toracica o all’aborto intrauterino.

Il gene mutato del nanismo si trova sul cromosoma 4 e codifica

per la proteina di membrana FGFR3 che funziona come recettore

del segnale FGF (il quale stimola le cellule connettivali a dividersi).

L’allele responsabile del nanismo è con una sola base azotata

cambiata, per cui la tripletta GGG assume la sequenza AGG.

Questo unico cambiamento amminoacidico è sufficiente ad

alterare il recettore, il quale acquisisce la proprietà di attivarsi

anche in assenza del fattore che lo lega. FGFR3 infatti è un

regolare negativo della proliferazione e del differenziamento dei

condrociti (cellule responsabili della produzione del collagene)

della cartilagine di accrescimento. Queste mutazioni sono da

considerare del tipo con “guadagno di funzione”, perché il

recettore diventa più efficace nello svolgimento del suo ruolo inibitorio. La funzione eccessiva del recettore mutato

impedisce un normale accrescimento lineare osseo.

Basta una sola copia del gene mutato (Aa) per causa la malattia, perché in questo caso metà dei recettori che ogni

cellula esporrà funzionerà normalmente, mentre l’altra metà funzionerà eccessivamente, per cui in ogni caso il risultato

finale sarà un eccesso di funzione. [Nel 90% dei casi di acondroplasia le mutazioni sono “de novo”]

A a A a

a Aa aa A AA Aa

a Aa aa a Aa aa GIULIA PIRAZZINI

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Esempio: PROGNATISMO (o mascella asburgica)

A a

a Aa aa

a Aa aa

Ogni figlio, con un genitore sano (aa) e l’altro malato (Aa), ha una probabilità del 50% di manifestare il carattere.

Eredità autosomica recessiva

Caratteristiche:

o Spesso i genitori non manifestano il carattere, ma sono portatori

o Si manifesta in entrambi i sessi

o Viene trasmessa da entrambi i sessi

o Individui con il carattere possono non essere presenti in tutte le genrazioni

o Viene colpito un numero ridotto di soggetti, in accordo con la rarità della combinazione attesa per un carattere

recessivo (manifestazione nel 25% dei casi)

Esempio: ALBINISMO

Nelle cellule esposte alla luce, la melanina è prodotta dalla tirosina. La conversione da tirosina a melanina avviene a

opera dell’enzima tirosinasi, il cui gene è posizionato sul cromosoma 11 e ciascun gene ne possiede due copie: una sul

cromosoma 11 paterno e una sul cromosoma 11 materno. L’allele che causa albinismo è una versione mutata del gene

per la tirosinasi, che porta alla sintesi di una tirosinasi sbagliata incapace di convertire la tirosina in melanina.

Se l’individuo ha almeno una copia corretta del gene tirosinasi, può comunque produrre melanina sufficiente.

Esempio: CAPELLI ROSSI

Carattere ereditato a trasmissione autosomica

Interazioni tra due alleli:

Dominanza completa: il fenotipo mostrato dall’omozigote dominante e dall’eterozigote è uguale, mentre è diverso da

quello osservato nell’omozigote recessivo.

Dominanza incompleta: il fenotipo dell’eterozigote è intermedio tra quello dei due.

Recessività: il carattere è mostrato solo dall’omozigote recessivo.

Codominanza: il fenotipo dell’eterozigote è diverso da quello dei due omozigoti e mostra l’espressione di entrambi gli

alleli.

Gruppo sanguigno AB0

Il globulo rosso è un tipo cellulare presente nel sangue privo di nucleo, che contiene grandi quantità di emoglobina.

Nella membrana dei globuli rossi sono inseriti molti diversi tipi di glicoproteine, alcune di queste sono modificate in

modo differente in base al genotipo proprio dell’individuo. Queste differenze permettono di classificare i globuli rossi di

individui diversi in gruppi sanguigni. GIULIA PIRAZZINI

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La base molecolare del sistema AB0 consiste nelle differenti modificazioni della sostanza H, una glicoproteina di

membrana presente sui globuli rossi. La glicosiltransferasi è in grado di legare una ulteriore molecola di zucchero alla

sostanza H. L’enzima transferasi è specificato dalla sequenza codificante di un gene localizzato sul cromosoma 9 a livello

del locus AB0. Il nome del locus deriva dal fatto che, nella specie umana, tale locus contiene uno dei tre diversi alleli del

gene transferasi (A, B, 0). Questi alleli sono versioni alternative di uno stesso gene che, a ca