I diversi tipi di mutazioni
Mutazioni geniche (o puntiformi)
Mutazioni cromosomiche
 Mutazioni nel numero dei cromosomi
 Mutazioni nella struttura
Mutazioni
geniche
Le mutazioni geniche o puntiformi sono dovute in gran parte alla
sostituzione di una singola base nucleotidica del DNA* con un’altra
Altri tipi di mutazione si originano in seguito alla perdita (delezione) o alla
inserzione di una base nel filamento del DNA
• Sostituzione
• Delezione
• Inserzione
*Se la mutazione avviene nel RNA la conseguenza sono alcune centinaia di
molecole di proteina alterata sulle migliaia di copie che esistono in ogni cellula
Sostituzione di una base nucleotidica con un’altra
La sostituzione di una base può avere conseguenze più o meno grandi sul
prodotto finale (la proteina specificata da quel gene). In base alle
conseguenze se ne distinguono tre tipi
• mutazioni silenti
• mutazioni di senso
• mutazioni non senso
Mutazioni silenti. Se in seguito alla sostituzione di una base si ottiene
una tripletta che specifica per lo stesso aminoacido la proteina prodotta sarà
la stessa
Fino a quattro diverse triplette specificano lo
stesso aminoacido (il codice genetico è degenerato)
Le sostituzioni silenti riguardano la terza base del codone, quella
che varia tra codoni diversi che specificano lo stesso aminoacido
Mutazioni di senso. Nella maggior parte dei casi la nuova tripletta
codifica per un diverso aminoacido
CCU
Prolina
GCU
Alanina
La proteina avrà quindi lo stesso numero di aminoacidi ma una sequenza
che differisce per un aminoacido
Come si è già detto, la gravità degli effetti di una sostituzione dipenderà dalla
somiglianza tra l’aminoacido sostituito e il nuovo e dalla posizione della
sostituzione
Se si compara la sequenza dell’emoglobina dell’uomo, del maiale, del cane o del
cavallo si trova che differiscono tra loro per parecchi aminoacidi e pur tuttavia
tutte queste emoglobine svolgono la funzione in modo efficiente. Alcune regioni
della proteina sono molto simili anche tra specie filogeneticamente lontane (ad
esempio nell’emogolobina la regione dell’eme) Si dice in gergo tecnico che questa
è una regione ben conservata.
D’altra parte una singola sostituzione (la valina al posto di glutammato un posizione 6)
che si ha nell’anemia falciforme porta alla completa non funzionalità e alla morte
del soggetto
Le mutazioni di senso rappresentano la variazione
genetica su cui lavora la Selezione Naturale
Mutazioni nonsenso. Se il nuovo codone che si forma dalla sostituzione
codifica per il segnale di stop avremo una proteina più corta della
precedente (dipende dal punto in cui è avvenuta la sostituzione)
AAG
Lisina
UAG
Codone
di stop
Delezione o inserzione di una base
(mutazioni per spostamento della griglia di lettura)
Talvolta l’errore consiste nell’inserire una base in più nella sequenza del
DNA. Altre volte durante la replicazione o durante la riparazione del DNA
si ha la perdita di una base
In entrambi i casi la lettura di tutta la sequenza che segue viene
completamente alterata
A
(inserzione)
A U G A G G A C U C C C G G A U U A
Met
Arg
Thr
Pro
A U G A G G A A C U C C
Asp
Ser
Gly
Leu
C G G A U U A
Arg
Iso
Da che cosa sono causate le mutazioni?
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
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
Mutazioni nella struttura dei cromosomi
Esistono 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
1)
2)
abcdefghilmnopqrstuvz
abcdefghilmnopqrsvz
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
1)
abcdefghilmnopqrstuvz
2)
abcdefgefghilmnopqrstuvz
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
1)
abcdefghilmnopqrstuvz
2)
abcdefghilmno
3)
abcdefghilmnorqpstuvz
stuvz
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
abcdefghilmnopqrstuvz
1)
ABC D EFGHI LMN OPQR STUVZ
abcdefghilmnopqrs
2)
ABC D EFGHI LMN OPQR STUVZ
tuvz
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
Dopo la fecondazione un tipo
di zigote avrà 1 cromosoma
omologo, l’altro 3 cromosomi
omologhi
Meiosi 1
Meiosi 2
Monosomia
Trisomia
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 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)
La trisomia del 21 determina
la sindrome di Down
La frequenza delle aneuploidie
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
La sindrome di Down
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
•
•
•
•
•
•
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
Geni che predispongono a
queste patologie sono stati
localizzati sul cromosoma 21
L’incidenza della trisomia 21
aumenta notevomente con
l’ètà della madre
Diagnosi
prenatale
Possibili cause
Le donne anziane hanno
maggior probabilità delle
giovani di portare a
termine la gravidanza di
bambini Down
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
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
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
Fenotipicamente
femmine
tuttavia gli organi sessuali non
maturano alla pubertà e i
caratteri sessuali secondari non
si sviluppano. Statura inferiore
alla media
Il fenotipo non è molto diverso da
quello delle normali femmine XX
ma hanno fertilità limitata
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