Prof. Patrizia MOSCATELLI
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Liceo statale “Volterra” – Ciampino(RM)
La mutazione è un cambiamento
ereditario, raro, casuale ed improvviso
che provoca un’alterazione qualitativa e/o
quantitativa dell’informazione genetica
Proposte due teorie:
1) Teoria adattativa o del post-adattamento
2) Teoria genetica o del pre-adattamento
Gli antenati delle giraffe erano erbivori dal collo normale
costretti a brucare le foglie di
acacia nei periodi di siccità.
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.
•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.
Per 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.
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.
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
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.
ha un ruolo diretto nell'evoluzione
provocando cambiamenti che
determinano lo sviluppo dei caratteri
acquisiti.
ha un ruolo molto più indiretto: non
provoca cambiamenti, ma seleziona i
più adatti cioè quelli che sopravvivono
meglio e si riproducono di più.
si determinano in risposta ad
adattamenti ambientali
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.
sono indirizzate esclusivamente verso
adattamenti favorevoli.
è indotto dalla presenza del virus?
TEORIA ADATTATIVA
O DEL POST-ADATTAMENTO
Insorge spontaneamente
indipendentemente dal virus?
TEORIA GENETICA
O DEL PRE-ADATTAMENTO
SOMATICHE
A seconda della cellula interessata
GERMINALI
GENICHE
A seconda dell’entità
CROMOSOMICHE
GENOMICHE
SPONTANEE
A seconda della loro origine
INDOTTE
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.
Mutazioni somatiche
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.
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.
MUTAZIONI GENICHE
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
mutazione puntiforme
mutazione per sequenze ripetute
si può verificare per:
SOSTITUZIONE
la mutazione sarà
DELEZIONE
INSERZIONE
la mutazione sarà
SOSTITUZIONE
Una base azotata viene sostituita con un’altra.
Molti mutanti studiati da Morgan erano mutanti puntiformi.
Le mutazioni da sostituzione possono :
-non avere effetti fenotipi determinanti
- causare danni minimi
- causare gravi patologie
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
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.
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 mutazioni
vanno 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.
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
PATOLOGIA
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 modificazione 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 (cataratta), 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).
MUTAZIONI CROMOSOMICHE
Riguardano cambiamenti di grossi tratti di DNA , che alterano la struttura dei singoli
cromosomi . Originano per rotture di DNA o cromosomi seguite da un’errata o assente riparazione che non ripristina la forma originale o per scambi anomali di DNA durante il crossing over. Sono le cause principali di aborti , neoplasie, nati morti e di
malattie genetiche nell’uomo.
si verificano per:
DELEZIONE
DUPLICAZIONE
INVERSIONE
TRASLOCAZIONE
Riguarda la perdita di
una parte del cromosoma. Patologie associate sono: sindrome
“cri du chat”, distrofia muscolare di
Duchenne e Becker
Parte del cromosoma viene duplicata con geni ripetuti più volte. Provoca danni legati alla
regolazione del DNA
e gravi ritardi mentali
Una parte del cromosoma viene riunita in
posizione invertita
dopo una rottura. A
parte l’inversione dei
geni, non determina
danni gravi
Una parte del cromosoma si stacca inserendosi in un diverso
cromosoma. Possono
causare sterilità o patologie come le
leucemie.
PATOLOGIE per DELEZIONE
E’ causata dalla delezione del braccio corto del cromosoma 5.
Fenotipo: pianto simile al miagolio di un gatto (causato da un
minore sviluppo delle cartilagini della laringe che scompare
con la crescita), diverse anomalie del viso, severo ritardo
mentale.
Esistono sette tipi diversi di distrofia. La più grave è quella di Duchenne (Dmd),
segue quella di Becker (Dmb) dovute, nel 65% dei casi, a mutazioni per delezione
del gene distrofina situato sul braccio corto del cromosoma X. Rientra nelle
mutazioni recessive legate al sesso, pertanto più frequente nei maschi. La distrofina
è una proteina che interviene nei meccanismi di contrazione muscolare. Nella Dmd
i primi sintomi si manifestano tra i 2 e i 6 anni, con deambulazione ritardata,
andatura sulle punte, difficoltà a rialzarsi da terra, a saltare, a fare le scale. Intorno
ai 12 anni si ha perdita della deambulazione e della funzione degli arti superiori.
Anche i muscoli respiratori e il cuore sono coinvolti e sono proprio le complicanze
cardiache e respiratorie a ridurre l’aspettativa di vita di questi pazienti.
PATOLOGIE per TRASLOCAZIONE
E’ una neoplasia maligna rara dei linfociti B che colpisce bambini da i 5 ai 10 anni. Nel 75% dei casi si osserva la traslocazione tra i cromosomi 8 e 14. Ne esistono due forme: la prima è endemica (Africa equatoriale). Sembra insorgere in seguito ad infezione da
malaria, HIV e da virus di Epstein Barr (EBV) agente
della mononucleosi, e si manifesta sotto forma di tumore alla guancia; la seconda è sporadica, non legata all'EBV, e si sviluppa nell'addome. È un tumore maligno proliferativo che invade il midollo osseo, le meningi e
le sierose. Sembra indotto in seguito ad abbassamento delle difese immunitarie.
E’ una neoplasia rara che provoca un aumento
anomalo dei globuli bianchi. Il cromosoma 22 si
presenta alterato, per questo è detto cromosoma
Philadelphia, a seguito di una traslocazione col
cromosoma 9 che provoca la fusione di due geni.
MUTAZIONI GENOMICHE
Riguardano cambiamenti nel numero dei cromosomi.
si distinguono due casi :
ANEUPLOIDIA
POLIPLOIDIA
Perdita o aggiunta di
uno o pochi
cromosomi
Tutti i cromosomi del
genoma sono ripetuti
una o più volte
Esempi:
assenza di
una coppia
di cromosomi
assenza
di un solo
cromosoma
un
cromosoma
in più
Esempi: