GENETICA

GENETICA

E’ la scienza che studia la trasmissione dei caratteri

ereditari dai genitori ai figli

EREDITARIETA’

GENOMAE’ il corredo di informazioni genetiche di un organismo

L’unità fondamentale è il

GENESegmento di DNA dal quale dipende la sintesi di una

determinata proteina e quindi la comparsa di un dato

carattere ereditario

I geni sono localizzati sui CROMOSOMI

Il numero di cromosomi nelle cellule diploidi è caratteristico di ogni

specie CARIOTIPO

Le cellule umane contengono 46 cromosomi.

23 coppie di cromosomi omologhi

(informazione genetica simile, stessa forma e

lunghezza).

Un cromosoma di ciascuna coppia è d'origine paterna

mentre l’altro è d’origine materna.

I cromosomi omologhi diventidue coppie, dettiAUTOSOMI, sono eguali sianelle femmine sia nei maschi. Icromosomi presenti nellaventitreesima coppia sonodiversi nei maschi e nellefemmine e sono responsabiledella determinazione delsesso, per tale motivodenominati CROMOSOMISESSUALI : X e Y.

Ogni gene occupa una posizione ben precisa su un cromosoma

specifico ed è detta LOCUS genico

Su uno stesso cromosoma sono presenti più geni

POSIZIONE DEI GENI

Forme diverse di uno stesso gene si

chiamano ALLELIed occupano sui cromosomi omologhi lo

stesso locus

Se gli ALLELI sui cromosomi omologhi

sono uguali l’organismo si dice

OMOZIGOTE

Se sono diversi l’organismo si dice

ETEROZIGOTE

Genotipocostituzione genetica di un organismo

Ciò che è scritto nel DNA

Fenotipomanifestazione fisica dei caratteri

genetici di un individuoL’aspetto

Ambiente

In alcuni casi gli eterozigoti manifestano fenotipicamente entrambi gli

alleli che possiedono senza che quello dominante copra l’espressione

di quello recessivo, ma le due espressioni coesistono dando origine

ad un fenotipo misto CODOMINANZA

GLI ALLELI

DOMINANTEA

RECESSIVOa

È sufficiente possederneuna sola copia affinchè simanifesti sia negliomozigoti (AA) che neglieterozigoti (Aa).

Si manifesta solo negliomozigoti (aa) per l’allelein questione

La genetica classica nasce nella seconda metà dell’800 con gli studi compiuti dal

monaco Gregor Mendel su piante di pisello

e si sviluppa nei primi decenni del ‘900 grazie ad esperimenti condotti sul

moscerino della frutta: Drosophila melanogaster

Un po’ di storia

I sette caratteri studiati da Mendel

Le sette coppie di caratteri del pisello da orto studiate da Mendel nei suoi esperimenti di incrocio.

Incrocio di 2 linee pure di piante di pisello che differiscono per un solo carattere: il colore

Le piante figlie presentano il carattere di uno solo dei due genitori

1° ESPERIMENTO

2° ESPERIMENTO

incrociando tra loro le piante dellaprima generazione Mendel ottieneuna seconda generazione costituitada piante che:

per 3/4 esprimono il carattere dellaprima generazione (giallo)

per 1/4 il carattere della generazioneparentale apparentemente scomparso(verde)

… ALTRI ESPERIMENTI CONSIDERANDO DUE CARATTERI

Incrocio di individui che differiscono per due

caratteri (colore e forma)

Le piante figlie presentano i caratteri di uno solo dei due genitori (giallo-liscio)

incrociando tra loro lepiante della primagenerazione Mendelottiene una secondagenerazione costituita dapiante:

per 1/16 con entrambi icaratteri recessivi

per 9/16 con entrambi icaratteri dominanti

per 3/16 con uncarattere dominante

per 3/16 con l’altrocarattere dominante

ESPERIMENTI CONSIDERANDO L’ALTEZZA

Mendel chiama DOMINANTE il carattere che comparealla prima generazione e RECESSIVO quello che comparealla seconda generazione

LEGGE DELLA DOMINANZA DEI CARATTERI1° LEGGE

eccezione…CODOMINANZA

Nessuno degli alleli domina sull’altro per cui gli eterozigoti li manifestano entrambi (non sono uguali ai

genitori, ma hanno un colore intermedio)

2° LEGGELEGGE DELLA SEGREGAZIONE

I 2 alleli che controllano un particolare carattere siseparano (segregano) l’uno dall’altro durante la formazionedei gameti e vengono trasmessi a gameti differenti

SEGREGAZIONE DEGLI ALLELI

Separazione dei due alleli durante la formazione dei gameti.Aa

A A a a

AAaa

gametocita

duplicazione

meiosi

gameti

Quando l’eterozigote si riproduce genera gameti che portano un allele oppure l’altro in numero uguale

Incrociando individui che differiscono per due opiù caratteri, ogni coppia di alleli per ciascuncarattere viene ereditata in manieraindipendente dall’altra

3° LEGGELEGGE DELL’ ASSORTIMENTO INDIPENDENTE

… SE INCROCIO UN OMOZIGOTE dominante CON UN OMOZIGOTE recessivo

gameti

dominante recessivo

ETEROZIGOTE

Tutta la discendenza manifesta fenotipicamente i caratteri dominanti

… SE INCROCIO UN ETEROZIGOTE CON UN OMOZIGOTE recessivo

gameti

Il 50% della discendenza manifesta fenotipicamente il carattere recessivo e il 50% quello dominante

si ottiene una generazione costituita dapiante che:

per 1/4 esprimono il carattere recessivo(omozigoti recessivi)

per 3/4 esprimono il carattere dominante

2/3 eterozigoti 1/3 omozigotedominante

… SE INCROCIO DUE ETEROZIGOTI(legge della segregazione)

Incrociando due eterozigoti

AA Aa

Aa aa

A a

A

a

3 genotipi: AA, Aa, aa

2 fenotipi: A = viola, a = giallo

… SE INCROCIO DUE ETEROZIGOTI PER DUE CARATTERI DIVERSI

(legge dell’assortimento indipendente)

Correlazione tra

geni e cromosomi

I geni esistono come paia di alleli e

ciascun membro del paio deriva da ciascun

genitore.

Quindi il numero diploide (2n, 46 cromosomi

nella specie umana) deriva dal contributo

aploide di ciascun genitore (n, 23 cromosomi

dello spermatozoo o dell’uovo umano).

Correlazione tra

geni e cromosomi

I geni esistono come paia di alleli e

ciascun membro del paio deriva da ciascun

genitore.

Quindi il numero diploide (2n, 46 cromosomi

nella specie umana) deriva dal contributo

aploide di ciascun genitore (n, 23 cromosomi

dello spermatozoo o dell’uovo umano).

LEGGE DELL’INDIPENDENZA

Ss Yy

SY

Doppio eterozigote:

generazione ibrida F1.

Vengono espressi solo

i caratteri dominanti

gameti

possibiliSy sY sy

SSYY ssyy

SY sy

Parentali:

S e Y sono

dominanti

gameti

Incrocio di due genitori che differiscono rispetto a due geni

SSYY SSYy SsYY SsYy

SSYy SSyy SsYy Ssyy

SsYY SsYy ssYY ssYy

SsYy Ssyy ssYy ssyy

SY Sy sY sy

SY

Sy

sY

sy

QUADRATO DI PUNNETT

Genotipi materni

Ge

no

tip

i p

ate

rni

9/16 SY

3/16 Sy

3/16 sY

1/16 sy

E’ possibile associare un determinato gene

per un carattere ad un cromosoma?

Il genetista Morgan tentò di dare una risposta a tale

domanda, utilizzando come modello animale per i

suoi esperimenti il comune moscerino della frutta

Drosophila melanogaster). Poiché gli individui di

tale specie si riproducono nel breve tempo di 12

giorni gli fu possibile esaminare in un anno

parecchie generazioni ed un gran numero di

individui per generazione.

Utilizzò un moscerino mutante con gli occhi bianchi

comparso per mutazione spontanea in una

popolazione di moscerini normali(selvatici) dagli

occhi rossi.

XX XY

XX XY

XYXX XX XY

DROSOPHILA GEN 16

rosse

bianchix

F1 tutti rossi

x

+

x

F2 tutte

rosse

50%

rossi

50%

bianchi

X

X

Y

cromosomi

portatori dell’allele

rosso (dominante)

cromosomi

portatori dell’allele

bianco (recessivo)

cromosoma privo

di allele

occhio

rosso

occhio

bianco

Il colore degli occhi di Drosophila dipende da un gene situato su un cromosoma sessuale.

XX XY

XX

XY

XYXX

XX

XY

DROSOPHILA GEN 16

bianca

rosso

x

F1

rosse

x

+

x

F2

50% rossi

50% bianchi

X

X

Y

cromosomi

portatori dell’allele

rosso (dominante)

cromosomi

portatori dell’allele

bianco (recessivo)

cromosoma privo

di allele

occhio

rosso

occhio

bianco

Il colore degli occhi di Drosophila dipende da un gene situato su un cromosoma sessuale.

bianchi

e

Incrociando moscerini dagli occhi bianchi con

moscerini dagli occhi rossi e seguendo il carattere

mutato nelle varie generazioni, Morgan stabilì che il

gene per il colore degli occhi è situato su un

cromosoma sessuale.

Da quel momento fu possibile associare i geni ai

cromosomi e attraverso il metodo dei mutanti, geni

per diversi caratteri vengono associati ad un preciso

cromosoma. Ma poiché il numero dei geni è più

elevato di quello dei cromosomi, si concluse che su

ogni cromosoma dovevano essere presenti più

geni.

GRUPPO SANGUIGNO

E’ determinato da più di due alleli:

IA IB I0

codominanti recessivo

GENOTIPO FENOTIPOIAIA gruppo AIAI0 gruppo AIBIB gruppo BIBI0 gruppo BIAIB gruppo ABI0I0 gruppo 0

I soggetti di gruppo A presentano sulla superficie dei globuli rossi una sostanza antigenica denominata A e nello stesso tempo producono anticorpi diretti contro la sostanza B, presente sui globuli rossi dei soggetti di gruppo B: (dona ad A ed AB, riceve da A e da 0).

I soggetti di gruppo B presentano la combinazione opposta: sostanza B sulla superficie dei globuli rossi e anticorpi diretti contro la sostanza A: (dona a B e AB, riceve da B e 0).

Il sangue dei soggetti di gruppo AB presenta entrambe le sostanze A e B sulla superficie dei globuli rossi, ma non produce anticorpi né contro A, né contro B: (donano solo ad AB ma sono riceventi universali).

I soggetti di gruppo 0 hanno globuli rossi privi di entrambe le sostanze, ma producono anticorpi rivolti sia contro A che contro B: (donatori universali ma ricevono solo da 0).

SCHEMA DI COMPATIBILITA’

Rh = fattore Rhesus: altro antigene presente sulla superficie della maggior parte dei

globuli rossi umani. Se presente i gruppi sanguigni vengono definiti Rh-positivi,

se assente Rh-negativi.

ALTERAZIONE DEL

MATERIALE GENETICO

MUTAZIONI PUNTIFORMI

ABERRAZIONICROMOSOMICHE

1. MUTAZIONI PUNTIFORMIE’ coinvolto 1 solo nucleotide

SOSTITUZIONE

SENSO (sostituzione di 1 aa)- nessun effetto: se la nuova tripletta viene tradotta nello stesso

amminoacido, senza effetti sulla proteina prodotta

- effetto scarso: se l'amminoacido viene sostituito con uno simile e/o non si

trova in un tratto importante della proteina

- effetto notevole: se il nuovo amminoacido è molto diverso e/o si trova in

posizione importante nella proteina

NON SENSO se trasforma una tripletta codificante in una delle tre triplette

che indicano la fine della catena amminoacidica, con accorciamento della

proteina prodotta

INSERZIONE O DELEZIONEraggruppamento dei nucleotidi successivi in triplette diverse da quelle originali.

2. ABERRAZIONI CROMOSOMICHEAlterazione della struttura dei cromosomi

INVERSIONERottura del cromosoma e saldatura dalla parte opposta

DELEZIONEPerdita di un tratto del DNA

TRASLOCAZIONERotture che vengono saldate in cromosomi sbagliati (intercromosomiche) o in posizioni sbagliate dello stesso cromosoma (intracromosomiche).

DUPLICAZIONERaddoppiamento di un tratto di un cromosoma.

3. VARIAZIONE DEL n° DEI CROMOSOMI

La presenza di un cromosoma soprannumerario è detta TRISOMIA (es. trisomia 21 o sindrome di Down)

La mancanza di un cromosoma è detta MONOSOMIA (es. sindrome di Turner)

EREDITA’ DELLE MUTAZIONIEreditarietà autosomica dominantePossono essere affetti sia i maschi che le femmine.

Sono affetti gli eterozigoti

Gli affetti possono essere presenti in tutte le generazioni

Ereditarietà autosomica recessivaPossono essere affetti sia i maschi che le femmine.

Sono affetti gli omozigoti

Una coppia di portatori sani avrà una probabilità del 25%, ad ogni

gravidanza, di concepire un figlio o una figlia malati, del 50% di avere un

figlio o una figlia portatori sani, del 25% di avere un figlio o una figlia sani

e non portatori.

Ereditarietà recessiva legata al cromosoma XPossono essere affetti solo i maschi, le femmine possono essere

portatrici sane.

Una donna portatrice sana presenta un rischio del 50% di generare un

figlio maschio affetto dalla malattia ed un rischio del 50% di generare una

figlia a sua volta portatrice sana.

25% AA= sano

50% Aa*= portatore sano

25% aa*= malato

A a*

A

a*

AA Aa*

Aa* aa*

MUTAZIONE RECESSIVA AUTOSOMICA

Probabilità di progenie

derivante da una coppia

di portatori sani (Aa*)

A a

A

a*

AA Aa

Aa* aa*

25% AA= sano (omozigote dominante)

25% Aa*= portatore sano (eterozigote)

25% Aa = sano (eterozigote)

25% aa*= malato (omozigote recessivo)

Probabilità di progenie

derivante da un solo

genitore portatore sano

(Aa*) ed un genitore

sano (Aa).

XX= femmina sana

XdX= femmina portatrice sana

XY= maschio sano

XdY=maschio malato

X Y

X

Xd

XX XY

XdX XdY

MUTAZIONE RECESSIVA LEGATA AL CROMOSOMA X

MALATTIE EREDITARIE o GENETICHE

Malattie ereditarie o genetiche sono chiamate quelle

anomalie di strutture o funzioni presenti dalla nascita

che derivano da un'anomalia presente in un singolo

gene oppure da un assetto anomalo dei cromosomi.

Le malattie genetiche multifattoriali, sono causate

dall’interazione tra più geni e molteplici fattori esogeni o

ambientali (es. psoriasi, ipertiroidismo, diabete mellito,

epilessia, cardiopatie congenite).

ESEMPI DI MALATTIE GENETICHE

SINDROME DI DOWN (trisomia 21)

SINDROME DI TURNER (mancanza o alterazione di un cromosoma X)

FIBROSI CISTICA (cromosoma 7 recessiva)

DISTROFIA MUSCOLARE (cromosoma X recessiva)

DALTONISMO (cromosoma X recessiva)

ALBINISMO (cromosoma 11 recessiva)

EMOFILIA (cromosoma X recessiva)

FAVISMO (cromosoma X recessiva)

ANEMIA MEDITERRANEA (Talassemia) (cromosoma 11 o 16)

FELINCHETONURIA (cromosoma 12 recessiva)

Come agisce la selezione naturale?

Mutazione dominante: gli effetti della selezione naturale sono ben

visibili (es. Biston betularis o farfalla delle betulle)

Mutazione recessiva:

gli effetti della selezione naturale sono visibili solo sugli

organismi omozigoti; mentre il gene mutato può rimanere

nascosto negli eterozigoti non affetti, ma portatori sani che

continueranno a trasmetterlo alle generazioni successive.