LE MUTAZIONILE MUTAZIONILE MUTAZIONILE MUTAZIONI

Da che cosa sono causate le mutazioni?

Un certo numero di errori durante la replicazione del DNA avviene spontaneamente.

Un certo numero di errori durante la replicazione del DNA avviene spontaneamente.

Il tasso di mutazione può essere enormemente aumentato dall’esposizione ad agenti mutageni

Il tasso di mutazione può essere enormemente aumentato dall’esposizione ad agenti mutageni

Agenti fisici (ad es raggi X o UV)

Agenti mutageni chimici

I mutageni chimici sono molecole che si combinano con il DNA oppure causano cambiamenti chimici nelle basi nucleotidiche oppure sono simili alle basi nucleotidiche e vengono incorporate al loro posto causando però errori di appaiamento

I mutageni chimici sono molecole che si combinano con il DNA oppure causano cambiamenti chimici nelle basi nucleotidiche oppure sono simili alle basi nucleotidiche e vengono incorporate al loro posto causando però errori di appaiamento

I diversi tipi di mutazioniI diversi tipi di mutazioni

Mutazioni geniche (o puntiformi)Mutazioni geniche (o puntiformi)

Mutazioni cromosomicheMutazioni cromosomiche Mutazioni nel numero dei cromosomiMutazioni nel numero dei cromosomi

Mutazioni nella strutturaMutazioni nella struttura

Mutazioni genicheMutazioni genicheMutazioni genicheMutazioni geniche

Le mutazioni geniche o puntiformi sono dovute in gran parte alla Le mutazioni geniche o puntiformi sono dovute in gran parte alla sostituzionesostituzione di una singola base nucleotidica del DNA con un’altra di una singola base nucleotidica del DNA con un’altraLe mutazioni geniche o puntiformi sono dovute in gran parte alla Le mutazioni geniche o puntiformi sono dovute in gran parte alla sostituzionesostituzione di una singola base nucleotidica del DNA con un’altra di una singola base nucleotidica del DNA con un’altra

Altri tipi di mutazione si originano in seguito alla perdita (Altri tipi di mutazione si originano in seguito alla perdita (delezionedelezione) o alla ) o alla inserzioneinserzione di una base nel filamento del DNA di una base nel filamento del DNAAltri tipi di mutazione si originano in seguito alla perdita (Altri tipi di mutazione si originano in seguito alla perdita (delezionedelezione) o alla ) o alla inserzioneinserzione di una base nel filamento del DNA di una base nel filamento del DNA

• SostituzioneSostituzione

• Delezione Delezione

• InserzioneInserzione

Sostituzione di una base nucleotidica con un’altra

La sostituzione di una base può avere conseguenze più o meno grandi sul La sostituzione di una base può avere conseguenze più o meno grandi sul prodotto finale (la proteina specificata da quel gene). In base alle prodotto finale (la proteina specificata da quel gene). In base alle conseguenze se ne distinguono tre tipiconseguenze se ne distinguono tre tipi

La sostituzione di una base può avere conseguenze più o meno grandi sul La sostituzione di una base può avere conseguenze più o meno grandi sul prodotto finale (la proteina specificata da quel gene). In base alle prodotto finale (la proteina specificata da quel gene). In base alle conseguenze se ne distinguono tre tipiconseguenze se ne distinguono tre tipi

• mutazioni silentimutazioni silenti

• mutazioni di senso mutazioni di senso

• mutazioni non sensomutazioni non senso

Mutazioni silentiMutazioni silenti. Se in seguito alla sostituzione di una base si . Se in seguito alla sostituzione di una base si ottiene una tripletta che specifica per lo stesso aminoacido la ottiene una tripletta che specifica per lo stesso aminoacido la proteina prodotta sarà la stessaproteina prodotta sarà la stessa

Mutazioni silentiMutazioni silenti. Se in seguito alla sostituzione di una base si . Se in seguito alla sostituzione di una base si ottiene una tripletta che specifica per lo stesso aminoacido la ottiene una tripletta che specifica per lo stesso aminoacido la proteina prodotta sarà la stessaproteina prodotta sarà la stessa

Fino a Fino a quattro diverse triplette specificano quattro diverse triplette specificano lo stesso aminoacidolo stesso aminoacido (il codice genetico è (il codice genetico è degenerato)degenerato)

Fino a Fino a quattro diverse triplette specificano quattro diverse triplette specificano lo stesso aminoacidolo stesso aminoacido (il codice genetico è (il codice genetico è degenerato)degenerato)

Le sostituzioni silenti riguardano la Le sostituzioni silenti riguardano la terza base del codoneterza base del codone, , quella che varia tra codoni diversi che specificano lo stesso quella che varia tra codoni diversi che specificano lo stesso aminoacidoaminoacido

Le sostituzioni silenti riguardano la Le sostituzioni silenti riguardano la terza base del codoneterza base del codone, , quella che varia tra codoni diversi che specificano lo stesso quella che varia tra codoni diversi che specificano lo stesso aminoacidoaminoacido

Mutazioni di sensoMutazioni di senso. Nella maggior parte dei casi la nuova . Nella maggior parte dei casi la nuova tripletta codifica per un diverso aminoacidotripletta codifica per un diverso aminoacidoMutazioni di sensoMutazioni di senso. Nella maggior parte dei casi la nuova . Nella maggior parte dei casi la nuova tripletta codifica per un diverso aminoacidotripletta codifica per un diverso aminoacido

CCU

GCU

Prolina

Alanina

La proteina avrà quindi lo stesso numero di aminoacidi ma una La proteina avrà quindi lo stesso numero di aminoacidi ma una sequenza che differisce per un aminoacidosequenza che differisce per un aminoacidoLa proteina avrà quindi lo stesso numero di aminoacidi ma una La proteina avrà quindi lo stesso numero di aminoacidi ma una sequenza che differisce per un aminoacidosequenza che differisce per un aminoacido

Come si è già detto, la gravità degli effetti di una sostituzione dipenderà Come si è già detto, la gravità degli effetti di una sostituzione dipenderà dalla dalla somiglianzasomiglianza tra l’aminoacido sostituito e il nuovo e dalla tra l’aminoacido sostituito e il nuovo e dalla posizioneposizione della sostituzionedella sostituzione

Come si è già detto, la gravità degli effetti di una sostituzione dipenderà Come si è già detto, la gravità degli effetti di una sostituzione dipenderà dalla dalla somiglianzasomiglianza tra l’aminoacido sostituito e il nuovo e dalla tra l’aminoacido sostituito e il nuovo e dalla posizioneposizione della sostituzionedella sostituzione

La sequenza dell’emoglobina dell’uomo, del maiale, del cane o del cavallo La sequenza dell’emoglobina dell’uomo, del maiale, del cane o del cavallo differisce per differisce per parecchi aminoacidiparecchi aminoacidi e pur tuttavia tutte queste emoglobine e pur tuttavia tutte queste emoglobine svolgono la funzione in modo efficiente. svolgono la funzione in modo efficiente. Alcune regioni della proteina sono molto simili anche tra specie Alcune regioni della proteina sono molto simili anche tra specie filogeneticamente lontane (ad esempio nell’emogolobina la regione filogeneticamente lontane (ad esempio nell’emogolobina la regione dell’eme) Si dice in gergo tecnico che questa è una regione ben dell’eme) Si dice in gergo tecnico che questa è una regione ben conservata.conservata.

La sequenza dell’emoglobina dell’uomo, del maiale, del cane o del cavallo La sequenza dell’emoglobina dell’uomo, del maiale, del cane o del cavallo differisce per differisce per parecchi aminoacidiparecchi aminoacidi e pur tuttavia tutte queste emoglobine e pur tuttavia tutte queste emoglobine svolgono la funzione in modo efficiente. svolgono la funzione in modo efficiente. Alcune regioni della proteina sono molto simili anche tra specie Alcune regioni della proteina sono molto simili anche tra specie filogeneticamente lontane (ad esempio nell’emogolobina la regione filogeneticamente lontane (ad esempio nell’emogolobina la regione dell’eme) Si dice in gergo tecnico che questa è una regione ben dell’eme) Si dice in gergo tecnico che questa è una regione ben conservata.conservata.

D’altra parte D’altra parte una singola sostituzioneuna singola sostituzione ( (la valina al posto di glutammato un la valina al posto di glutammato un posizione 6posizione 6) che si ha nell’anemia falciforme porta alla completa non ) che si ha nell’anemia falciforme porta alla completa non funzionalità e alla morte del soggettofunzionalità e alla morte del soggetto

D’altra parte D’altra parte una singola sostituzioneuna singola sostituzione ( (la valina al posto di glutammato un la valina al posto di glutammato un posizione 6posizione 6) che si ha nell’anemia falciforme porta alla completa non ) che si ha nell’anemia falciforme porta alla completa non funzionalità e alla morte del soggettofunzionalità e alla morte del soggetto

Le mutazioni di senso rappresentano la Le mutazioni di senso rappresentano la variazione genetica su cui lavora la Selezione variazione genetica su cui lavora la Selezione NaturaleNaturale

Le mutazioni di senso rappresentano la Le mutazioni di senso rappresentano la variazione genetica su cui lavora la Selezione variazione genetica su cui lavora la Selezione NaturaleNaturale

Mutazioni nonsensoMutazioni nonsenso. Se il nuovo codone che si forma dalla . Se il nuovo codone che si forma dalla sostituzione codifica per il segnale di stop avremo una proteina più sostituzione codifica per il segnale di stop avremo una proteina più corta della precedente (dipende dal punto in cui è avvenuta la corta della precedente (dipende dal punto in cui è avvenuta la sostituzione)sostituzione)

Mutazioni nonsensoMutazioni nonsenso. Se il nuovo codone che si forma dalla . Se il nuovo codone che si forma dalla sostituzione codifica per il segnale di stop avremo una proteina più sostituzione codifica per il segnale di stop avremo una proteina più corta della precedente (dipende dal punto in cui è avvenuta la corta della precedente (dipende dal punto in cui è avvenuta la sostituzione)sostituzione)

AAG

UAG

Lisina Codone di stop

Delezione o inserzione di una baseDelezione o inserzione di una base

Talvolta l’errore consiste nell’Talvolta l’errore consiste nell’inserireinserire una baseuna base in più nella in più nella sequenza del DNA. Altre volte durante la replicazione o durante la sequenza del DNA. Altre volte durante la replicazione o durante la riparazione del DNA si ha la riparazione del DNA si ha la perdita di una baseperdita di una base

Talvolta l’errore consiste nell’Talvolta l’errore consiste nell’inserireinserire una baseuna base in più nella in più nella sequenza del DNA. Altre volte durante la replicazione o durante la sequenza del DNA. Altre volte durante la replicazione o durante la riparazione del DNA si ha la riparazione del DNA si ha la perdita di una baseperdita di una base

In entrambi i casi la lettura di In entrambi i casi la lettura di tutta la sequenza che seguetutta la sequenza che segue viene viene completamente alteratacompletamente alterataIn entrambi i casi la lettura di In entrambi i casi la lettura di tutta la sequenza che seguetutta la sequenza che segue viene viene completamente alteratacompletamente alterata

A U G A G G A C U C C C G G A U U A

A U G A G G A A C U C C C G G A U U A

A (inserzione)

Met Arg Thr Pro Gly Leu

Asp Ser Arg Iso

(mutazioni per spostamento della griglia di lettura) (mutazioni per spostamento della griglia di lettura)

Mutazioni nella struttura dei cromosomiMutazioni nella struttura dei cromosomi

Esistono 4 tipi principali di mutazione della struttura dei cromosomiEsistono 4 tipi principali di mutazione della struttura dei cromosomi

• delezione

• duplicazione

• inversione

•traslocazione

Delezione. Parte del cromosoma (e quindi delle basi del DNA) viene perduta. Tutti i geni contenuti nella parte interessata dalla delezione vanno perduti e quindi non possono esprimersi nel fenotipo

Delezione. Parte del cromosoma (e quindi delle basi del DNA) viene perduta. Tutti i geni contenuti nella parte interessata dalla delezione vanno perduti e quindi non possono esprimersi nel fenotipo

Duplicazione. Parte del cromosoma viene duplicata. I geni contenuti nella parte interessata sono duplicati. Perciò la cellula contiene tre o quattro copie di ciascun gene. In qualche caso ciò può danneggiare la cellula in quanto i sistemi di regolazione possono essere alterati

Duplicazione. Parte del cromosoma viene duplicata. I geni contenuti nella parte interessata sono duplicati. Perciò la cellula contiene tre o quattro copie di ciascun gene. In qualche caso ciò può danneggiare la cellula in quanto i sistemi di regolazione possono essere alterati

a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z

a b c d e f g h i l m n o p q r s v zt u

1)

2)

a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z

a b c d e f g e f g h i l m n o p q r s t u v z

1)

2)

Inversione. In seguito ad una rottura, una parte del cromosoma viene riunita in posizione invertita. A parte i geni che si possono trovare nel punto di rottura, non ci sono gravi conseguenze per la cellula. Tuttavia non può avvenire crossing over in questa regione in quanto essa non si appaia con quella del cromosoma omologo

Inversione. In seguito ad una rottura, una parte del cromosoma viene riunita in posizione invertita. A parte i geni che si possono trovare nel punto di rottura, non ci sono gravi conseguenze per la cellula. Tuttavia non può avvenire crossing over in questa regione in quanto essa non si appaia con quella del cromosoma omologo

a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z

a b c d e f g h i l m n o s t u v z

a b c d e f g h i l m n o r q p s t u v zp

q r

1)

2)

3)

Tralocazione. In seguito ad una rottura, una parte del cromosoma (es n° 6) si stacca e viene inserito in un cromosoma diverso (es n° 12). Le traslocazione possono rendere complicato l’appaiamento dei cromosomi durante la meiosi

Tralocazione. In seguito ad una rottura, una parte del cromosoma (es n° 6) si stacca e viene inserito in un cromosoma diverso (es n° 12). Le traslocazione possono rendere complicato l’appaiamento dei cromosomi durante la meiosi

a b c d e f g h i l m n o p q r s t u v z

A B C D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z

a b c d e f g h i l m n o p q r s

A B C D E F G H I L M N O P Q R S T U V Z t u v z

1)

2)

Mutazioni nel numero dei cromosomi (Aneuploidia)

Mutazioni nel numero dei cromosomi (Aneuploidia)

Monosomie e trisomie. Accade talvolta che alla meiosi i due omologhi anziché separarsi, migrino entrambi nella stessa cellula figlia (non disgiunzione). In questo modo si creano due cellule figlie, una con un cromosoma in meno e una con un cromosoma in più

Monosomie e trisomie. Accade talvolta che alla meiosi i due omologhi anziché separarsi, migrino entrambi nella stessa cellula figlia (non disgiunzione). In questo modo si creano due cellule figlie, una con un cromosoma in meno e una con un cromosoma in più

Dopo la fecondazione un tipo di zigote avrà 1 cromosoma omologo, l’altro 3 cromosomi omologhi

Dopo la fecondazione un tipo di zigote avrà 1 cromosoma omologo, l’altro 3 cromosomi omologhi

Per quel che riguarda gli autosomi, nella specie umana nessuna monosomia permette lo sviluppo dell’embrione

Per quel che riguarda gli autosomi, nella specie umana nessuna monosomia permette lo sviluppo dell’embrione

In questa condizione infatti molti geni recessivi letali manifestano la loro azioneIn questa condizione infatti molti geni recessivi letali manifestano la loro azione

L’unico tipo di trisomia autosonica compatibile con la sopravvivenza è quella del cromosoma 21 (il più piccolo). Altre trisomie a carico di cromosomi piccoli (18, 13) comportano mortalità precoce (entro un anno)

L’unico tipo di trisomia autosonica compatibile con la sopravvivenza è quella del cromosoma 21 (il più piccolo). Altre trisomie a carico di cromosomi piccoli (18, 13) comportano mortalità precoce (entro un anno)

La trisomia del 21 determina la sindrome di Down

La trisomia del 21 determina la sindrome di Down

La frequenza di aneuploidia è sorprendentemente alta

La frequenza di aneuploidia è sorprendentemente alta

Si calcola che all’incirca due gravidanze su dieci abbiano termine molto precocemente a causa di aneuploidie o di altre malattie genetiche

Si calcola che all’incirca due gravidanze su dieci abbiano termine molto precocemente a causa di aneuploidie o di altre malattie genetiche

La sindrome di DownLa sindrome di Down

È di gran lunga la malattia genetica più frequente nell’uomo (uno ogni 700 nati)

È di gran lunga la malattia genetica più frequente nell’uomo (uno ogni 700 nati)

Le persone affette dalla SD hanno 47 cromosomi e nonostante il cromosoma 21 sia quello con meno geni, la sua trisomia altera notevolmente il fenotipo

Le persone affette dalla SD hanno 47 cromosomi e nonostante il cromosoma 21 sia quello con meno geni, la sua trisomia altera notevolmente il fenotipo

• Tratti caratteristici del volto

• Bassa statura

• Difetti cardiaci

• Ritardo mentale

• Senescenza precoce

• Predisposizione alla leucemia e alla malattia di Alzheimer

L’età media è inferiore ai 30 anni

L’età media è inferiore ai 30 anni

Geni che predispongono a queste patologie sono stati localizzati sul cromosoma 21

Geni che predispongono a queste patologie sono stati localizzati sul cromosoma 21

L’incidenza della trisomia 21 aumenta notevomente con l’ètà della madre

L’incidenza della trisomia 21 aumenta notevomente con l’ètà della madre

Possibili cause

Le donne anziane hanno maggior probabilità delle giovani di portare a termine la gravidanza di bambini Down

Le donne anziane hanno maggior probabilità delle giovani di portare a termine la gravidanza di bambini Down

Diagnosi prenatale

Diagnosi prenatale

Alla nascita l’ovaia contiene già tutti i gameti che costituiscono la sua linea germinale. Essi sono bloccati allo stadio di oociti di primo ordine. È possibile che la probabilità di fallimento del sistema di disgiunzione aumenti con l’ età

Alla nascita l’ovaia contiene già tutti i gameti che costituiscono la sua linea germinale. Essi sono bloccati allo stadio di oociti di primo ordine. È possibile che la probabilità di fallimento del sistema di disgiunzione aumenti con l’ età

Le piante (ma non gli animali) sono in grado di sopravvivere ad un raddoppio completo di tutto il cariotipo (e quindi anche ad un raddoppio dei geni), una condizione nota come poliploidia

Le piante (ma non gli animali) sono in grado di sopravvivere ad un raddoppio completo di tutto il cariotipo (e quindi anche ad un raddoppio dei geni), una condizione nota come poliploidia

Alcune varietà della stessa specie possono avere corredo cromosomico 2n, 3n, 4n (ad es 60 90 o 120 cromosomi)

Alcune varietà della stessa specie possono avere corredo cromosomico 2n, 3n, 4n (ad es 60 90 o 120 cromosomi)

Nelle piante la poliploidia è un importante fattore di speciazione in quanto individui con numero cromosomico differente non possono fare tra loro figli fertili

Nelle piante la poliploidia è un importante fattore di speciazione in quanto individui con numero cromosomico differente non possono fare tra loro figli fertili

Mutazioni nel numero dei cromosomi sessuali

Mutazioni nel numero dei cromosomi sessuali

La non-disgiunzione dei cromosomi sessuali umani provoca varie malattie da aneuploidia. Nonostante il cromosoma X sia tra i più grandi sembra che l’aneuploidia degli eterocromosomi causi un minor perturbamento dell’equilibrio genetico

La non-disgiunzione dei cromosomi sessuali umani provoca varie malattie da aneuploidia. Nonostante il cromosoma X sia tra i più grandi sembra che l’aneuploidia degli eterocromosomi causi un minor perturbamento dell’equilibrio genetico

Fenotipicamente maschi con testicoli più piccoli del normale. Sterili e a volte con caratteri sessuali femminili (es. seno )

Fenotipicamente maschi con testicoli più piccoli del normale. Sterili e a volte con caratteri sessuali femminili (es. seno )

Indistinguibili dai maschi XX. Tendono ad avere altezza maggiore e caratteri maschili più sviluppati

Indistinguibili dai maschi XX. Tendono ad avere altezza maggiore e caratteri maschili più sviluppati

Il fenotipo non è molto diverso da quello delle normali femmine XX ma hanno fertilità limitata

Il fenotipo non è molto diverso da quello delle normali femmine XX ma hanno fertilità limitata

Fenotipicamente femmine tuttavia gli organi sessuali non maturano alla pubertà e i caratteri sessuali secondari non si sviluppano. Statura inferiore alla media

Fenotipicamente femmine tuttavia gli organi sessuali non maturano alla pubertà e i caratteri sessuali secondari non si sviluppano. Statura inferiore alla media