Genetica - Quaderno 2

Genetica

Mutazioni

Geniche

• Riguardano singoli geni

Genomiche

• Possono riguardare grosse regioni cromosomiche o anche cromosomi interi

Mutazioni geniche: anche una sostituzione di una singola base può (non deve) alterare la struttura proteica dell'individuo e può influenzare l'adattamento o altrimenti (selezione naturale).

Variabilità della specie - Ambiente

• Mutazioni che a volte sono positive

Hanno inserito un fago in molte cellule, molte si rompessero per lisi e poche altre invece no, erano resistenti. Fecero un test di fluttuazione per capire se la resistenza di queste cellule era preesistente o se fosse stata indotta dal fago stesso.

Test di fluttuazione: un centinaio di provette con lo stesso numero di batteri e dato che i batteri (E. coli) si dividono ogni 20 min, si poteva sapere dopo un tot di tempo a quale generazione si era arrivati.

Se la mutazione fosse indotta dal fago ci aspettiamo che sia sempre lo stesso il numero di batteri mutati in tutte le provette, in una determinata generazione.

Se invece la mutazione fosse casuale (quindi può avvenire

in 10^-2, 10^-3, 10^-4 generazioni, allora avremmo un numero variabile di cellule resistenti perché è avvenuta in cellule di generazioni di cellule.

Quindi le cellule mutano indipendentemente dal fago e il fago smaschera la mutazione che invece è casuale.

Negli eucarioti e nell'uomo c'è un tasso di mutazione di 10^-4 - 10^-6 per gene per generazione (1 su 10,000 o 1 su 1,000,000 di individui nati)

I batteri e i fagi 10^-5 - 10^-7 e mutano con più difficoltà

Il tasso di mutazione è influenzato dalla costituzione genetica dell'organismo

Mutazioni genetiche:

• errori di replicazione
• combinanti chimici spontanei
• cambiamenti causati da sostanze chimiche o agenti fisici

Ci sono meccanismi di correzione del DNA che riconoscono i cambiamenti come errori e li riparano; gli errori che sfuggono sono mutazioni.

Mutazioni a livello di sequenze non codificanti o in regioni prive di geni e no effetto fenotipico = Mutazioni silenti; queste mutazioni vengono trasmesse senza avere selezione contro.

SOPPRESSORI INTRAGENICI

U[U]_Leu → U[U]U → Q[U]U → Soppressione intragenica

Nome è reversione perché avrebbe dovuto mutare lo stesso nucleotide due volte.

Se c'è delezione e poi successivamente inversione, allora l'inversione minimizza l'effetto della delezione (a valle dell'inversione).

Altro caso di soppressione intragenica.

SOPPRESSORI INTERGENICI

Es: Abbiamo un altro gene che codifica per un tRNA che fa il legame con un codone di stop (mutazione NON sens).

Soppressione se avviene una mutazione sull'anticodone posto sul tRNA che fa sì che l'anticodone possa legarsi al codone di stop, allora la mutazione viene soppressa.

LEZIONE 16b Mutageni chimici

Mutageni chimici simili alle basi

Es. 5-bromo-uracile o simile a adenina timina

Abbiamo parlato però anche per il 5-bromo-uracile.

Mentre per la timina la forma più comune di tautometro

era quella chetonica, invece per il 5-bromo-uracile è

la forma enolica

quindi invece di legare l’adenina lega la

guanina perché la forma enolica (più frequente)

lega la guanina

Quindi alla replicazione avremmo una catena di

DNA che stabilizza la mutazione (quella con guanina)

e l’altro che ha il 5-bromo-uracile e può legare

adenina o guanina: in base a quale forma

tautometrica assume.

MODIFICATORI DELLE BASI

Es. Ac. nitroso che:

• Deamina la guanina ma non causa mutazione.
• Deamina la citosina creando uracile e transizione di GC-TA
• … adenina creando transizione AT-GC

Modificano la struttura chimica = mutazione di sostituzione

Operone Lattosio.

Operone costituito da gruppo di geni la cui espressione è regolata da un unico promotore e un sito di controllo a monte di questo gruppo di geni.

A monte dell'operone c'è il gene regolatore lacI che produce induire o inibire l'espressione di degli altri geni. Questo è un gene indipendente infatti ha un proprio promotore.

Dopo il promotore dell'operone lattosio c'è l'operatore.

Il gene regolatore codifica per una proteina che è un repressore e si attacca all'operatore per reprimere la trascrizione dei geni perché non permette alla RNA pol di legare al promotore.

Quindi l'operone lattosio viene repressuso. Se però c'è del lattosio nel terreno il repressore cambia conformazione e si staccherà dall'operatore e permetterà l'espressione di 3 geni in modo coordinato. Questi 3 geni sono essenziali per la metabolizzazione del lattosio e questi devono essere trascritti in modo coordinato, per questo sono nello stesso operone con lo stesso promotore in modo che non possono attivarsi in modo indipendente.

E. coli cresce in terreno minimo e sali, risorse e fonti di carbonio.

In assenza di glucosio se c'è lattosio vengono espressi gli enzimi per il metabolismo del lattosio.

invece quelli per il metabolismo degli zuccheri sono indotte e normalmente non sono espressi.

Operoni Trp espressi in assenza di Trp₂ la funzione es c'è catabolica (lo degrada)Trp₃ funzione es non c'è (= triptofano) (lo sintetizza)

OPERONE TRIPTOFANO

5 geni

A monte ci sono le regioni regolatrici: A monte regioni leader, a monte l’operatore e a monte il promotore

Gene regolatore: TRPR si va a legare all’operatoreE’ prodotto da un gene indipendente con un suo promotore e non è un repressore che resta legato (non funziona come nell’operone lac

questa proteina regolatrice è un repressore che si lega all’operatoresolo quando c’è tanto triptofano e non appena interviene

TRPR è una espressione che viene attivata dalla presenza di TrpQuando si lega riduce la trascrizione di 70 volte

Sapere la struttura di questo operone

Se si ha una quantità limitata di Trp si può avere geni espressi a basso livello

Ci sono meccanismi che fanno sì che il Trp non scenda sotto una certa quantità o non salga sopra

Man mano che si sale nella scala evolutiva si hanno genomi più grandi. Ciò che fa la differenza nella scala evolutiva è la variazione di qualità di loci (di localizzazione di genoma), non tanto il numero assoluto di loci.

Mammiferi e uccelli hanno una variazione di grandezza del genoma piccola, invece le piante con fiori molto grande, cioè possono avere un genoma piccolo o grande a seconda della pianta.

Nel lievito la maggior parte dei geni ha un solo esone, nelle drosophila sono in media più di 4 e nell’uomo ci sono geni con 1 esone come geni a 13 esoni e poi ce ne sono altri con tanti altri esoni (es: 360).

C: contenuto di DNA per ogni cromosoma aploide.

Nell’uomo ci sono 3,4 MILIARDI di paia di basi.

GENOMA APLOIDE UOMO: 3,4 - 10⁹ paia di basi.

DIPLOIDE UOMO: 6,8 - 10⁹ " " (il doppio).

SEQUENZE UNICHE → Sequenze presenti nel genoma aploide come copie singole, esoni codificanti proteine, DNA extragenico.

SEQUENZE RIPETUTE → DNA moderatamente ripetuto, sequenze che possono essere ripetute fino a 1000 volte.

- Ripetute in tandem = sequenze disposte l’una dopo l’altra.

I cromosomi interfase sono uniti al cromosoma, le bande qui non sono assolutamente attive.

Alla presenza di una banda in più o in meno si può associare a una mutazione cromosomica, se c'è corrispondenza fenotipica possiamo associare alla caratteristica fenotipica un gene che la determina (che varia il gene con la mutazione e quindi bande in più o in meno).

Si possono dividere i cromosomi in zone e in ogni zona contare le bande per capire quali geni determinano un determinato fenotipo. Se c'è corrispondenza fenotipica basta andare a vedere quale gene ha le bande diverse dagli omologhi.

Per il genoma umano la prima mappa genetica è stata una mappa citogenetica su cromosomi metafasici.

La banda citogenetica di un cromosoma metafasico contiene milioni di pb e quindi la cosa è un po’ più approssimativa.

Alla fine con il passare del tempo si è potuto contare le basi e costruire una mappa precisa.

Le mappe genetiche sono determinate dal numero di ricombinanti, la più alta è la frequenza di ricombinanti è maggiore è la distanza tra due loci (in cM).