BIOLOGIA

Le mutazioni

Prof. Patrizia MOSCATELLI

pat58907@hotmail.itLiceo statale “Volterra” –

Ciampino(RM)

Che cos’è una mutazione?

La mutazione è un cambiamento ereditario, raro, casuale ed

improvviso che provoca un’alterazione qualitativa e/o quantitativa dell’informazione genetica

Come originano le mutazioni?

Proposte due teorie:

1)Teoria adattativa o del post-adattamento

2)Teoria genetica o del pre-adattamento

LamarckGli antenati delle giraffe erano erbivori dal collo normale costretti a brucare le foglie di acacia nei periodi di siccità.

(1744-1829)

Lo sforzo continuo per raggiungere le foglie più alte avrebbe causato il graduale allungamento del collo (carattere acquisito).

Con la riproduzione questo carattere sarebbe stato trasmesso alla prole.

Secondo la teoria adattativa le specie si evolvono tramite l’interazione con

l’ambiente

•Legge dell'uso e del non uso: gli organi che sono intensamente usati si sviluppano, mentre quelli non utilizzati si atrofizzano. Secondo Lamarck gli organismi possono modificare i propri caratteri durante la vita rispondendo agli stimoli ambientali; i cambiamenti sviluppati durante la vita dell'individuo sono detti caratteri acquisiti

•Legge dell'ereditarietà dei caratteri acquisiti: i caratteri acquisiti dall'individuo possono essere trasmessi alla progenie.

La teoria è basata fondamentalmente su due leggi:

Per Lamarck, specie nuove, sempre più complesse, si originano da specie più semplici per accumulo e

modificazione di caratteri acquisiti .Il punto debole della teoria risiedeva nella convinzione che

le caratteristiche acquisite in tal modo fossero trasmissibili alla progenie.

DarwinPer Darwin, gli antenati delle giraffe attuali dovevano avere colli di varia lunghezza, quando l'erba della savana cominciò a scarseggiare, il collo lungo, che consentiva di raggiungere le foglie sui rami degli alberi di acacia, risultò essere un carattere favorevole.

(1809-1882)Gli individui col collo lungo, più adatti all'ambiente, risultarono avvantaggiati nella competizione e furono quindi selezionati a spese di quelli con il collo corto.

Secondo la teoria genetica le forme viventi si sono originate da un antenato comune, attraverso succes-

1) Ogni popolazione crea prole in eccesso. La sovrapproduzione è responsabile della lotta per la sopravvivenza per la quale sopravvive solo una parte della discendenza

La sua teoria è basata su quattro punti particolari:

2) Ogni popolazione presenta una notevole variabilità dei caratteri. Quelle più favorevoli permettono un migliore adattamento all’ambiente.3) L’adattamento all’ambiente si traduce in successo riproduttivo differenziato. E’ questo che determina la selezione naturale, meccanismo alla base dell’evoluzione.4) I cambiamenti sono ereditabili Le variazioni che hanno determinato un migliore adattamento vengono quindi trasmesse alla prole.

sive modificazioni. I cambiamenti sono casuali e non dipendenti dall’ambiente che opera solo la selezione del più adatto.

Riassumendo

L’AMBIENTE

ha un ruolo diretto nell'evoluzione provocando cambiamenti che determinano lo sviluppo dei caratteri acquisiti.

Lamarck Darwin

ha un ruolo molto più indiretto: non provoca cambiamenti, ma seleziona i più adatti cioè quelli che sopravvivono meglio e si riproducono di più.

LE VARIAZIONI

si determinano in risposta ad adattamenti ambientali

sono indirizzate esclusivamente verso adattamenti favorevoli.

si verificano casualmente esistono caratteri favorevoli, neutrali e sfavorevoli; l'ambiente seleziona e fa sopravvivere più a lungo gli individui con i caratteri più favorevoli.

SALVATORE LURIA e MAX DELBRUCK

Util izzarono il fago T1 che, infettando ceppi batterici di Escherichia coli ,

ne provoca la l isi. Solo alcuni batteri r iuscivano a sopravvivere

perché mutati e quindi resistenti all ’ infezione virale .

è indotto dalla presenza del virus?

TEORIA ADATTATIVA O DEL POST-ADATTAMENTO

Insorge spontaneamente indipendentemente dal virus?

TEORIA GENETICAO DEL PRE-ADATTAMENTO

con l’esperimento detto “test di fluttuazione”

dimostrarono la veridicità di una delle due teorie.

IL FENOTIPO RESISTENZA ALL’INFEZIONE

Test di fluttuazione Luria e Delbruck (1943)

Coltura di partenza di Escherichia coli

Viene divisa in due part i ugual i ognuna contenente 1000 batter i

I l contenuto viene r ipart i to in 50

colture singole

I l contenuto viene fatto crescere in coltura indivisa

Si lasciano crescere nel le stesse condiz ioni e per uno stesso numero di generazioni f inché la densi tà è par i a 10 8 cel lule/ml . Si inoculano stesse quanti tà su terreno di col tura sol ido addizionato con una stessa

concentrazione di fago T1

In ogni piastra sono state trovate da 0 a 100 colonie di batter i

resistenti

In ogni piastra sono state trovate da 3 a 7 colonie di batter i

resistenti

MUTAZIONE DIRETTA POST-ADATTATIVA(Lamarck)

Se le mutazioni insorgono in seguito all ’esposizione al virus, in ogni piastra dovrebbe comparire un numero di mutanti che

non si discosta dal valore medio calcolato

MUTAZIONE SPONTANEA PRE-ADATTATIVA(Darwin)

Se le mutazioni insorgono casualmente, indipendentemente dall’aggiunta del virus, in ogni piastra dovrebbe comparire un

numero variabile di mutanti

I RISULTATI DEL TEST DI FLUTTUAZIONE SONO A FAVORE DELLA TEORIA DI DARWIN

Classificazione delle mutazioni

A seconda della cellula interessata

A seconda dell’entità

A seconda della loro origine

SOMATICHE

GERMINALI

GENICHE

CROMOSOMICHE

GENOMICHE

SPONTANEE

INDOTTE

sono quelle che insorgono in cellule del soma cioè non destinate a dare

vita a cellule riproduttrici, ma a differenziarsi negli organi non

germinali dell’organismo; tali cellule costituiscono la linea somatica.

Mutazioni somatiche

non sono trasmesse alla progenie dell’organismo in cui

la mutazione è insorta ed esaurisce i suoi effetti in quell’organismo stesso.

Mutazioni germinali

sono quelle che insorgono in cellule destinate a dare vita a

spore o gameti; tali cellule costituiscono la linea germinale.

sono ereditabili cioè possono essere

trasmesse alla progenie dell’organismo in cui la

mutazione è insorta.

Mentre per gli organismi unicellulari, sia procarioti che eucarioti la distinzione fra mutazioni somatiche e germinali è priva di senso, tale distinzione è valida per gli organismi pluricellulari. Infatti, quando insorge una mutazione in una cellula, tutta la progenie di questa cellula possiederà questa mutazione; in altre parole questa progenie costituisce un clone mutante – si usa il termine clone per indicare un insieme di cellule o organismi geneticamente identici fra loro.

Sono cambiamenti della sequenza nucleotidica del DNA che coinvolgono una o poche basi azotate. Se la mutazione interessa il cambiamento di una singola base azotata si parla di mutazione puntiforme, se coinvolge gruppi di nucleotidi che si ripetono più volte si parla di mutazioni per sequenze ripetute

MUTAZIONI GENICHE

mutazione puntiforme

SOSTITUZIONE DELEZIONE INSERZIONE

la mutazione sarà

SILENTE

DI SENSO

NON

SENSO

si può verificare per:

la mutazione sarà

FRAME SHIFT

SOSTITUZIONE

Una base azotata viene sostituita con un’altra. Molti mutanti studiati da Morgan erano mutanti puntiformi. Le mutazioni da sostituzione possono :

MUTAZIONI SILENTI

La variazione della base azotata, per la degenerazione del codice genetico, produce una tripletta che codifica lo stesso amminoacido. Non si hanno pertanto espressioni fenotipiche della mutazione

- non avere effetti fenotipi determinanti

- causare danni minimi- causare gravi patologie

MUTAZIONI DI SENSO

La variazione della base azotata produce una tripletta che codifica un amminoacido diverso. La mutazione può non compromettere la funzionalità della proteina o alterarla solo parzialmente come provocare effetti patologici gravi come nel caso dell’anemia falciforme.

MUTAZIONI NON SENSO

Converte un codone qualsiasi in un codone di stop e quindi si produce l’interruzione prematura della catena polipeptidica. La funzionalità della proteina dipenderà dalla posizione del codone di stop.

DELEZIONE e INSERZIONE

Riguardano l’eliminazione (delezione)

o

l’introduzione (inserzione) di una o poche

basi azotate (diverse

comunque da tre o suoi

multipli) nella catena

nucleotidica.Tali mutazionivanno ad alterare la sequenza di lettura del codice provocandone uno slittamento (frame shift) con conseguente inserimento di amminoacidi diversi.

Mutazione per sequenze ripetute

Interessano gruppi di nucleotidi che formano una sequenza la quale si ripete più volte di seguito. La mutazione, che si origina nel corso della replicazione del DNA, provoca una variazione nel numero di queste sequenze ripetute; il nuovo filamento di DNA potrà presentarne in eccesso o in difetto. Il fenomeno che causa la mutazione è detto slittamento della replicazione (replication slippage). Malattie genetiche associate a questo tipo di mutazione sono la Corea di Huntington , la sindrome dell'X fragile e la distrofia miotonica.

PATOLOGIA

 

tripletta ripetuta

 

copie normali

 

copie nella malattia

Corea di Huntington 

CAG 

6-37 

35-121

Sindrome dell'X fragile 

CGG 

5-52 

230-72000

Distrofia miotonica 

CTG 

5-37 

50-72000

Corea di Huntington

E’ una mutazione autosomica dominante localizzata sul braccio corto del cromosoma 4. Si manifesta tra i 35 e 50 anni. Provoca gravi deficit cognitivi e demenza. La morte sopraggiunge dopo circa 15-20 anni dall’insorgenza della malattia per complicazioni cardiache e polmonari. Nessuna terapia disponibile

Sindrome dell’X fragile

E’ una mutazione sessuale recessiva del cromosoma X. Si manifesta maggiormente nei maschi. E’ una tra le più frequenti cause di ritardo mentale ereditario. Il nome deriva dal fatto che la mutazione provoca una modifi-cazione della struttura del cromosoma X che, visto al microscopio, presenta una “strozzatura” nell’estremità distale del braccio lungo. Distrofia miotonica

E’ una mutazione autosomica dominante localizzata sul cromosoma 19 o sul 3. Oltre ai muscoli scheletrici coinvolti: il cuore, il corpo vitreo dell’occhio (catarat-ta), le ghiandole sessuali (atrofia delle gonadi, sterilità), il sistema endocrino (ipotiroidismo, diabete), il muscolo liscio (disturbi gastrici, stitichezza) e il sistema nervoso centrale (ritardo intellettivo, alterazioni comportamentali).