Cavallette e... Sutton

Cavalletta Verdiana

Walter Texas Ranger

                      

                     VS


Walter Sutton, studiando la produzione di gameti delle cavallette (ma il più bel passatempo deve ancora arrivare) e grazie ai progressi della microscopia, rimase colpito dal parallelismo tra le sue osservazioni e la legga della segregazione. Riteneva, infatti, che i cromosomi fossero i portatori dei geni e i due alleli di ogni unità d'informazione si trovassero sui cromosomi omologhi, ovvero simili. Grazie alla meiosi, un gamete poteva contenere solo uno dei due alleli; da ciò si potè dedurre che gli alleli si possono ricombinare in modo diverso dando vita a nuove combinazioni per ogni carattere.

Un pò di logica

Epistasi

Dominanza Incompleta

Codominanza

Come vi anticipavo, anziché inserire delle spiegazioni, a questo punto dell'anno è ora di verificare le vostre competenze (tranquilli non sono un professore). Comunque vi inserirò delle immagini di casi particolari e il suo nome e provate voi a trovare un significato. Buon divertimento! (un giorno vi svelerò i loro significati...)

Contro Mendelliamo

Tuttavia, con il passare degli anni, molti scienziati tentarono di ripercorrere il cammino fatto dal monaco e nel 1902 il biologo olandese Hugo de Vries scoprì che la trasmissione ereditaria dei caratteri non avveniva in modo perfetto e delineato come dimostrato da Mendel. L'olandese notò che in alcuni casi si mostrava un carattere che non si era mai presentato; egli, a questo punto, introdusse il concetto di Mutazione come variazione casuale vantaggiosa oppure svantaggiosa.
Nei prossimi post vi citerò alcuni esempi.

Un monaco.. un pò troppo FURBETTO

Considerato dalla comunità scientifica il padre della genetica, Mendel, un monaco agostiniano ceco, si occupò in maniera "rigorosa" dello studio sulla trasmissione dei caratteri ereditari. Gli esperimenti furono condotti su delle piante di pisello, e le tre leggi da lui formulate, tutt'oggi ancora in discussione per la loro veridicità, viene ricordato soprattutto per il suo rigoroso metodo scientifico. Comunque incrociando tra loro due linee pure, osservò che la generazione successiva presentava soltanto uno dei caratteri dei genitori, formulando, dunque, il concetto di dominante e recessivo.
Da ciò formulò le sue tre leggi:
1) Legge della dominanza: dall'incrocio tra due organismi che differiscono tra loro per una coppia di caratteri si ottengono solo individui che mostrano il carattere dominante;
2) Legge della segregazione: ogni individuo ha coppie di fattori (alleli) per ogni unità ereditaria (gene) e i membri di una coppia segregano nella formazione dei gameti;
3) Legge dell'assortimento indipendente: dall'incrocio di due eterozigoti della prole si ottiene una seconda generazione in cui i caratteri segregano in maniera del tutto indipendente dando origine a nuove combinazioni in proporzioni definite.
Con il passare del tempo, e quindi, con l'avanzata di nuovi strumenti, gli scienziati si accorsero che le leggi ottenute erano, in un certo senso volute appositamente per far quadrare i calcoli. Infatti contemporanei a Mendel non credevano del tutto alle sue parole ( e facevano bene), lasciando un dubbio.

ADDIO DNA

Abbiamo concluso la storia del DNA.... per iniziare quella della GENETICA. In questa parte, incontreremo frati furbetti, scienziati innamorati della Drosophila melanogaster (o moscerino della frutta) e galli un po' troppo crestati.... Resta il fatto che sarà una delle parti più interessanti.

(L'immagine proviene dal blog del nostro elegantissimo Sosio)

Le mutazioni geniche

Con il termine mutazione genetica si intende quella variazione che avviene nella struttura molecolare di un gene e che può riguardare un solo nucleotide, o più, del DNA, come ad esempio la sostituzione di una base azotata con un'altra. Il rischio, oltre gli effetti che si potrebbero manifestare sull'individuo, è che la mutazione diventi ereditaria.
 Le mutazioni possono essere riscontrate solo tramite analisi genetiche.
Possono essere distinte in due categorie: mutazioni puntiformi e mutazioni per sequenze ripetute. Le prime sono causate da sostituzioni di basi o da aggiunta o delezioni di coppie di basi. La seconda categoria comprende le mutazioni causate sempre da aggiunta o delezioni ma di sequenze di basi ripetute.
1) Mutazioni puntiformi
Sostituzioni di basi: Determinano uno scambio di un nucleotide con un altro. possono essere: di senso (cambia un amminoacido), di non senso (cambia un codone di arresto), silente (non provoca alcun cambiamento).
2) Mutazioni per sequenze ripetute
Interessano però più di un nucleotide adiacente; in particolare interessano gruppi nucleotidici che formano una sequenza la quale si ripete più volte di seguito. Spostando il sistema di lettura, cambia l'intera sequenza di amminoacidi, creando, quindi, una mutazione.
Effetti delle mutazioni geniche
Gli effetti possono essere notevolmente diversi a seconda del tipo di mutazione e della posizione in cui questa si verifica. Una mutazione può non portare a nessuna conseguenza e questo quando interessa DNA che non codifica. Se la mutazione va invece ad alterare le sequenze codificanti, ovvero i geni, si ha una variazione nel tipo o nella quantità del corrispettivo prodotto genico.
Inoltre distinguiamo, sempre in relazione agli effetti, in:
mutazione positiva: quella che porta un vantaggio evolutivo;
mutazione neutra: quella che non risulta in un depotenziamento della capacità riproduttiva dell’individuo;
mutazione subletale: quella che rende più difficoltosa la perpetuazione riproduttiva dell’individuo;
mutazione letale: quella che non permette all’individuo di raggiungere l’età riproduttiva o non gli permette di riprodursi.
L’efficacia della mutazione, sia positiva che negativa, dipende poi dal tipo di allele mutato così creato; questo potrà essere infatti dominante o recessivo.
Quindi, le cause delle mutazioni geniche possono essere spontanee ( errori nella duplicazione del DNA, prodotti metabolici tossici, cambiamenti struttura nucleotidica) o indotte ( agenti chimici o fisici).

Il processo di traduzione

La sintesi delle proteine, nota come traduzione, come la trascrizione avviene in tre fasi e permette di legare i vari amminoacidi che andranno a costituire la catena polipeptidica delle varie proteine.
INIZIO:
questa fase comincia quando la subunità minore del ribosoma si attacca al filamento di mRNA mettendo in evidenza il primo codone. Il primo tRNA si appaia in modo tale che codone e anticodone corripondente. Ciò costituisce il complesso d'inizio e in seguito si aggiungerà la subunità maggiore.
ALLUNGAMENTO:
all'inizio della fase il secondo codone dell'mRNA si trova in corrispondenza del sito A; esso si sposterà nel sito P per far si che sopraggiunga un nuovo tRNA. I due amminoacidi si legano. L'mRNA scorre e il primo tRNA, che giunge il sito E, viene eliminato. Questo processo continua fino a quando non si saranno legati tutti gli amminoacidi necessari alla formazione di una proteina.
TERMINAZIONE:
terminata la catena polipeptidica nel sito A si inserirà una proteina detta fattore di rilascio. IN tal modo la catena si libera e si staccano le subunità del ribosoma.
Vi inserisco un link per rimandarvi ad un video che vi mostra il processo (QUI)

rRNA e tRNA

Per la sintesi proteica occorrono gli altri due tipi di RNA, già citati prima: il rRNA e il tRNA.
L'RNA ribosomiale è quello contenuto nei ribosomi, costituiti da una subunità maggiore e l'altra minore, perché avvenga la sintesi.
L'RNA di trasporto risulta essere costituito da una molecola a forma di "trifoglio". La catena termina sempre con una sequenza CCA presso l'estremità 3', presso la quale si lega un amminoacido specifico. un secondo sito di attacco si trova su una parte costituito da tre nucleotidi che formano un anticodone, complementare a un codone dell'mRNA.

Ecco un sunto delle forme dei vari RNA

Elaborazione dell'mRNA

Solitamente le sequenze dei geni codificanti per le proteine sono interrotte da sequenze che non vengono tradotte. queste sono definite introni, mentre le sequenze codificanti sono dette esoni. La loro unione costituisce il "pre-mRNA" e dunque deve maturare affinché avvenga la sintesi delle proteine.
il processo avviene in tre fasi:

1) al pre-mRNA viene aggiunto un "cappuccio" di un nucleotide (detto 7-metilguanosina) che serve all'mRNA per uscire dal nucleo e attaccarsi al ribosoma.
2) si aggiungono una serie di 200 nucleotidi contenente solo l'adenina, definita coda poli-A.
3) infine avviene lo splicing, un meccanismo con il quale vengono eliminati gli introni e si ricongiungono gli esoni. In tal modo avviene la maturazione per mezzo di un gruppo molecolare detto spliceosoma formato da unità più piccole chiamate snRNP (small nuclear ribo-nucleo-protein).

Adesso l'mRNA si dirigerà nel citosol perché avvenga la sintesi delle proteine.

La trascrizione dell'mRNA

L' "RNA messaggero" svolge il compito di portare le informazioni del DNA per la sintesi delle proteine. Ciò avviene mediante un processo detto TRASCRIZIONE. Mediante questo vengono riportate le informazioni del DNA sull'mRNA.
Il processo di trascrizione può essere suddiviso in tre fasi:
1) Nella fase d'inizio l'RNA polimerasi riconosce la sequenza del promotore  e si attacca ad esso;   dopo questo la RNA Polimerasi legge il DNA in direzione 3'-5' e divide i due filamenti di DNA.
2) Durante la fase di allungamento l'RNA polimerasi sintetizza l'mRNA usando un filamento di DNA detto "filamento stampo" aggiungendo nucleotidi al filamento.
3) Nella fase di terminazione l'RNA Polimerasi si stacca dopo aver riconosciuto una sequenza di arresto.

( Nel video si spiega anche la traduzione, ma non siate frettolosi, perché ne parleremo)

L'RNA e le sue caratteristiche

In che modo la disposizione delle basi azotate nel DNA può determinare la sequenza degli amminoacidi di una proteina? Cercando di trovare una risposta si scoprì il ruolo dell'acido ribonucleico o RNA, una molecola molto simile al DNA. Si concluse che l'RNA avesse un ruolo fondamentale nella traduzione dell'informazione genetica, traducendo, quindi, le sequenze dei segmenti di DNA in quelle degli amminoacidi. Esistono tre tipi di RNA che agiscono come intermediari nei processi che portano alla sintesi delle diverse proteine: RNA messaggero (mRNA),
RNA ribosomiale (rRNA) e RNA di trasporto (tRNA).
Ma quali sono le caratteristiche che lo differenziano dal DNA?
Le differenze sono principalmente tre:
1) nei nucleotidi dell'RNA lo zucchero è il ribosio e non il deossiribosio;
2) contiene, al posto della timina, l'uracile, che come la timina, si appaia solo con l'adenina;
3) la maggior parte dell'RNA è composta da un singolo filamento.

Codice genetico: l'esperimento di Beadle e Tatum

Gli scienziati statunitensi Beadle e Tatum dimostrarono l'ipotesi del dottore inglese Garrod, il quale sosteneva che alcune malattie ereditarie potessero essere causate dal fatto che alcuni geni (mutanti) non producevano gli enzimi necessari. Ciò dimostrò i geni sintetizzano determinate proteine.
Beadle e Tatum utilizzarono muffa Neurospora del pane. Estrassero le dagli aschi. Essi provenivano dall'incrocio di ceppi normali e ceppi esposti ai raggi X. Ogni spora fu lasciata in un terreno di coltura arricchito con gli amminoacidi che la muffa sintetizza da sola. Poi una parte viene trasferita in un terreno con pochi nutrienti e privi di amminoacidi. L'assenza di crescita dimostrava l'incapacità di sintetizzare alcuni amminoacido. La muffa mutante fu quindi posta in venti provette contenenti ciascuna un solo amminoacido; ciò dimostrò quale enzima era affetto da mutazione. Dimostrarono, quindi, che la variazione di un singolo gene determinava la variazione di un singolo enzima.

La cromatina e il nucleosoma

Nel nucleo delle cellule eucariote il DNA è in stretto rapporto con le proteine costituendo la cromatina. Esistono tuttavia due tipi di cromatina:
- l'eucromatina che risulta più dispersa prevalendo durante l'interfase, cosicché i geni possano trasmetter informazioni;
-l'eterocromatina, invece, più condensata, risulta essere presente per tutto il periodo di divisione cellulare per consentire un più agevole movimento dei cromosomi.
Nella cromatina le proteine appartengono a una catena di polipeptidi detti istoni. Essi hanno carica positiva e quindi vengono attratte dea DNA negativo e sintetizzate. Inoltre sono i principale responsabili del ripiegamento del DNA. Le unità fondamentali sono dunque i nucleosomi. La struttura che si viene a creare ha la forma di una collana di perle che si compatta andando a creare una serie di anse (domini ad ansa) che a loro volta formano i cromosomi condensandosi.

(Guardate il video che purtroppo è in spagnolo, ma comprensibile, giusto per darvi un'idea)

La PCR di Mullis

Nel 1986 il biochimico appassionato dal surf e dalle idee un po' strambe Kary Mullis mise a punto un metodo per produrre copie di frammenti di DNA. Mediante questa tecnica detta reazione a catena della polimerasi si è in grado di produrre grosse quantità di copie di un frammento di DNA. Il campione di DNA viene posto in una soluzione che contiene molecole di DNA-polimerasi, nucleotidi, primer. Il processo si divide in tre fasi:
1) la soluzione viene scaldata affinché i due filamenti di DNA si separino (denaturazione);
2)la soluzione viene raffreddata per permetter ai primer di attaccarsi alla sequenza complementare;
3) le molecole di DNA-polimerasi cominciano ad aggiungere sequenze di nucleotidi una volta riconosciute le sequenze di innesco.

( In una famosa intervista Mullis si domandò retoricamente se avrebbe mai scoperto la PCR se non avesse assunto LSD, concludendo che ne dubitava seriamente, in quanto poteva letteralmente veder lavorare i singoli polimeri e ammettendo di avere imparato parecchio grazie a tale esperienza. Che tipo.)

Il "proofreading"

Un aspetto importante della duplicazione del DNA è che alcuni enzimi di DNA-polimerasi hanno anche la funzione di correggere alcuni errori che si verificano durante il processo, come l'aggiunta nel filamento di un nucleotide non complementare a quello del filamento stampo. Questi enzimi, dunque, invertono la loro direzione di marcia rimuovendo i nucleotidi fino ad appaiarli correttamente. Esistono diversi modi di correzione ad esempio correggendo il nucleotide non appaiato correttamente o addirittura tagliare e rimuovere parte del filamento non corretto. Ciò è molto efficace per garantire una corretta duplicazione e sviluppo. Però!

La duplicazione del DNA

 Il processo di duplicazione del DNA è definito semiconservativo poiché le due nuove doppie eliche di DNA sono formate ambedue da uno dei vecchi filamenti e da un nuovo filamento complementare. La replicazione prende avvio quando, in un punto preciso di inizio detto origine della duplicazione, l'enzima DNA-elicasi rompe i legami a idrogeno tra le basi azotate e un breve tratto della doppia elica di DNA si despiralizza. In questo modo sporgono le basi azotate del DNA originario, che servono da "modello" per la formazione del nuovo DNA. Un altro enzima, la DNA-polimerasi, si sposta lungo ciascun filamento di DNA, dall'estremità 3' all'estremità 5', per riconoscere le basi esposte del filamento "modello" e legare a esse i nucleotidi liberi con le basi complementari. Si forma così un nuovo filamento di DNA complementare al DNA che fa da "stampo". La DNA Polimerasi agisce su entrambi i filamenti, ma in quello 5'-3' va all'indietro, dato che la DNA Polimerasi avviene  
solo in direzione 5'-3'; questo filamento è chiamato filamento guida e viene sintetizzato in modo non continuo con dei segmenti chiamati "frammenti di Okazaki".
Infine, grazie all'azione della DNA ligasi, i frammenti di Okazaki vengono uniti tramite un legame covalente e tra i nucleotidi di DNA vicini.