Introduzione al DNA PDF

INTRODUZIONE Il DNA Struttura Trasmissione Espressione dell’informazione ereditaria Da sempre si è compreso che i figli assomigliano ai genitori, quindi c’è stata sempre questa osservazione empirica cioè che un essere vivente genera sempre un essere vivente che gli assomig...

INTRODUZIONE Il DNA Struttura Trasmissione Espressione dell’informazione ereditaria Da sempre si è compreso che i figli assomigliano ai genitori, quindi c’è stata sempre questa osservazione empirica cioè che un essere vivente genera sempre un essere vivente che gli assomiglia ad oggi sembra una banalità ma non lo è perché questo tema è stato il centro di tanti studi, idee, ipotesi perchè non si capiva come i figli potessero assomigliare ai genitori. L’uomo si occupa di genetica da sempre all’inizio veniva studiata con lo scopo di migliorare l’agricoltura e l’allevamento infatti venivano selezionate alcune specie e si facevano determinati incroci senza però comprendere che alla base di questi incroci c’era la selezione di alcune caratteristiche genetiche. Nel corso dei secoli c’è stata una grande disputa per comprendere l’ereditarietà dei caratteri, di tale tema se ne occuparono anche dei filosofi Ippocrate - le caratteristiche di un individuo venivano trasmesse a un altro perché all’interno del corpo si accomuna qualche materiale Aristotele - non parlava di materiale ma di essenza quindi qualcosa di non concreto che veniva trasmessa Teoria della generazione spontanea - nasce dall’osservazione empirica e avevano concluso che la materia non vivente poteva generare esseri viventi Medioevo - la scienza era stata messa da parte quindi tutti gli eventi venivano spiegati tramite la magia Teorie della selezione - Lamarck nel 700 ha ipotizzato che le caratteristiche acquisite in vita venivano trasmesse direttamente alla prole però questa teoria non ebbe molto successo perchè arrivo Darwin con la teoria della selezione dove si sostiene che sopravvive solo chi ha le caratteristiche più adatte all’ambiente.  Preformismo - si diffuse nel 600/700 e si sostiene che all’interno dell’ovocita o dello spermatozoo quindi all'interno dei gameti è presente un omuncolo quindi un piccolo omino già performato che con la fecondazione iniziava il suo sviluppo. Questo grande dibattito fini con Mendel che fece i suoi studi nel 1865 e così inizia la genetica moderna. Il DNA è il depositario di tutta l’informazione che determina la struttura della cellula, dirige le sue funzioni e le danno la possibilità di duplicarsi. La trasmissione dei caratteri Tutti hanno inizio dalla fecondazione di una cellula uovo con lo spermatozoo quindi dall’unione die gameti da questa cellula fecondata trae origine il nostro organismo all'interno del quale avviene l’unione del patrimonio genetico paterno e materno e questa unione da origine al nostro assetto genetico che darà tutte le caratteristiche all'individuo ed verrà definito GENOTIPO Genotipo e Fenotipo GENOTIPO - costituzione genetica di ogni singolo individuo FENOTIPO - è ciò che si vede ma più nello specifico possiamo definirlo come l’insieme delle caratteristiche fisiche, biochimiche e mentali di un individuo Rapporto tra genotipo e fenotipo Il rapporto tra genotipo e fenotipo è un rapporto complesso perché può essere di diversi tipi però sono presenti degli attori principali: ★ Fenotipo ★ Genotipo ★ Ambiente Questi tre attori principali interagiscono in maniera differente tra di loro: Tratto semplice - fenotipo (malattie genetiche) legato esclusivamente alla genetica - quindi l’ambiente non ha alcun ruolo di conseguenza si basa solamente sull'aspetto genetico. Ci sono malattie che sono determinate da un determinato genotipo ad esempio: - Diabete - Sindrome di down (trisomia 21), - L'albinismo è un'anomalia congenita quindi la si ha dalla nascita - Alzheimer - Fibrosi cistica - Distrofia di duchamp - Distrofia mionica Tratti ambientale - fenotipo legato solo all’ambiente - si parla di una caratteristica acquisita quindi viene acquisito per l’ambiente di conseguenza è un carattere che non si eredita ad esempio una persona tutta tatuata. Un esempio di malattia causata dall’ambiente è la sindrome del feto-alcolica che è stata descritta per la prima volta nel 1968 dove si aveva una serie di piccoli pazienti che avevano la stessa faces quindi si assomigliano in quanto avevano le stesse anomalie facciale ma anche dei ritardi di  crescita pre e post natali, disfunzioni cardiache, ritardo mentale e disturbi comportamentali, all'inizio dello studio si è cercato di comprendere le basi genetiche della sindrome però non è stato trovato nessun riscontro nonostante questo grazie alla grande attenzione si è capito cosa accomuna tutti questi bambini ed era il fatto che la madre durante la gravidanza aveva fatto uso cronico di alcol, questo fenotipo è stato causato solamente dall’ambiente perché non è una caratteristica trasmessa dal punto di vista genetico. Tratto complesso - il fenotipo è dato da una correlazione genetica e ambiente - si parla di correlazione genetica ambiente quando si ha un fenotipo che è legato alla genetica e all’ambiente però a livello genetico non parlo del gene malattia ma bensì della predisposizione cioè l’assetto genetico che aumenta il rischio di avere un determinato fenotipo mentre la componente ambientale è importante per far in modo che il fenotipo si veda. L’ambiente può essere sia un fattore di rischio sia un fattore di protezione quindi l’ambiente per un individuo è la somma del fattore di rischio + il fattore di protezione mentre a livello della genetica ci sono tante varianti genetiche, tanti geni di cui alcuni danno protezione altri rischio e in base all’assetto uno può essere più a rischio di un altro la somma di tutto ciò da il fenotipo. Ad esempio: - L’altezza è un tratto complesso perché ognuno di noi ereditata dai propri genitori una altezza però influisce anche l’ambiente perché se si vive e cresce in un posto malnutrito, senza la luce del sole, attività ovviamente l’altezza reale non corrisponde all’altezza potenziale. - Tumore - Depressione - Anoressia - Alzhaimer - Disturbi dell’apprendimento - Ansia - Bordelain - Bipolarismo - Infarto - Autismo all’inizio si pensava che fosse un disturbo che avesse solo una componente ambientale che quindi dipendesse unicamente dal rapporto con la madre dopo di che si è capito che tutti i bambini che non avevamo una mamma dovevano avere disturbi autistici ma così non era quindi si è capito che non c’era solo una base ambientale ma anche genetica per capire meglio hanno studiato le coppie dei gemelli perché hanno lo stesso assetto genetico però non è detto che vivano insieme perché possono essere adottati e quindi vivere ambienti diversi però se noto che uno della coppia ha l'autismo e c’è l’ha anche l'altro quindi l’autismo sarà concordante perché entrambi c’è l’hanno però potrebbe succedere che c’è l’ha solo uno dei due quindi tanto più è concordate il fenotipo tanto è  maggiore è la base genetica mentre tanto più è discordante la genetica ha un ruolo minore. Il DNA Il DNA all’interno della cellula si trova nel nucleo. Nel nucleo è presente la CROMATINA che è il DNA legato alle proteine. Il DNA è una doppia elica che è formata da un'impalcatura esterna formata da zuccheri mentre all’interno ci sono le basi che sono adenina, guanina, citosina, timina. La cromatina può essere differenziata dal punto di vista funzionale in due modi : Eterocromatina - inattiva compatta Eucromatina - attiva condensata Il DNA è legato alle proteine a causa della sua lunghezza in quanto deve entrare in spazi piccoli per questi si lega alla cromatina perché in questo modo viene compattata e di conseguenza può entrare nel nucleo. Le proteine sono tante e diverse ma la classe principale è quella degli ISTONI che hanno la funzione di compattare però sono in grado di rilasciare il DNA per renderlo attivo. La compattazione massima del DNA è rappresentata dai cromosomi però prima di arrivare deve subire altri processi. I cromosomi I cromosomi sono formati dal DNA e proteine quindi la cromatina compatta, un cromosoma è fatto da una doppia elica le cui unità sono le basi, nei cromosomi ci sono i GENI che corrisponde ALL’UINITA’ FUNZIONALE cioè la parte del cromosoma in cui c’è L'INFORMAZIONE per un CARATTERE. Noi abbiamo 46 CROMOSOMI ed é importante perché l’alterazione dà malattia. I cromosomi sono visibili al microscopio tramite una colorazione che viene fatta in precedenza infatti hanno un colore specifico e differente e serve per creare il CARIOTIPO che corrisponde alla messa in ordine dei cromosomi ed è molto importante per vedere se ci sono ALTERAZIONI NUMERICHE e STRUTTURALI dei cromosomi. L’essere umano ha 46 cromosomi che corrispondono a 23 coppie, vengono messe a coppie perché ogni individuo deriva dall’unione di due gameti cioè lo spermatozoo e l’ovocita poi avviene la fecondazione e si sviluppò l’individuo, lo spermatozoo e l’ovocita sono le uniche cellule del nostro corpo che NON hanno 46 cromosomi ma ne hanno 23 di conseguenza sono APLOIDI mentre le restanti cellule sono DIPLOIDI. Ogni individuo è la somma di due assetti uno di derivazione materna e uno paterna ed è per questo che quando ricostruisco l’assetto di un individuo mi ritrovo ad avere 46 cromosomi a coppie quindi si hanno i CROMOSOMI OMOLOGHI. Le 23 coppie vengono distinte in una coppia di CROMOSOMI SESSUALI che sono XX nella femmina e XY nel maschio mentre le altre 22 che sono cromosomi non sessuali vengono chiamate AUTOSOMI. La X e la Y sono detti cromosomi sessuali perchè sono quei cromosomi che contengono i geni che codificano le informazioni per diventare maschio o femmina. Il cromosoma strutturalmente ha una STROZZATURA che viene chiamato CENTROMERO la parte TERMINALE si chiama TELOMERO mentre il BRACCIO CORTO si chiama ‘p’ invece il BRACCIO LUNGO si chiama ‘q’. I cromosomi sono classificati in base alla posizione del centromero: p = q - braccio corto è uguale al braccio lungo - metacentrico p < q - braccio corto è minore del braccio lungo - submetacentrico p inesistente - acrocentrico. Il DNA La struttura del DNA è stata scoperta nel 1953 ed è costituito dalla doppia elica e le due eliche sono fatte da una struttura esterna costituita da zuccheri cioè il desossiribosio e gli zuccheri sono legati tra di loro da un gruppo fosfato e le due eliche sono legate tra di loro dalle basi che sono delle molecole e sono 4: Citosina - C Adenina - A Timina - T Guanina - G Le basi azotate quando si legano tra di loro per legare le due strutture si legano sempre nello stesso modo cioè A-T e C-G e ciò significa che sono complementari, l'accoppiamento delle basi è importante perché l’alterazione di tutto ciò può causare malattie. L’RNA è costituito da un singolo filamento al contrario del DNA in più l’RNA è costituito dal ribosio e nell’RNA al posto della timina (T) è presente l’uracile (U). Nel corpo umano sono presenti 4 basi ma quest'ultime vanno a costruire il nostro GENOMA nella sua totalità e il nostro genoma è costituito da 3 miliardi di basi ciò vuol dire che se prendessimo tutti i nostri cromosomi che sono costituiti da una serie di basi sono più di 3 miliardi. Il DNA racchiude tutta l’informazione di ciò che noi siamo in più è in grado di trasmettere ciò che siamo a tutte le cellule del nostro corpo. L’origine dell’uomo corrisponde all’unione dello spermatozoo con l’ovocita quindi all’unione di due cellule aploidi ma che sommate fanne 46 così si crea la prima cellula ma siccome noi non siamo organismi unicellulari questa prima cellula si divide in due cellule a loro volta le due cellule si ridividono diventando quattro e così via, quando le cellule si dividono NON tornano ad essere di 23 cromosomi perché il cromosoma prima di andare in contro alla divisione si RADDOPPIA REPLICANDOSI ciò vuol dire che la cellula da 46 raddoppia diventando da 92 per poi dividersi e tornare ad essere una cellula da 46 cromosomi questo processo di raddoppiazione avviene tramite la REPLICAZIONE del DNA. La duplicazione del DNA avviene prima che la cellula si divida e avviene con l’apertura della doppia elica creando a sua volta due eliche e ciò avviene grazie alla complementarietà quindi si prende come stampo una emielica io sintetizzo un filamento nuovo in modo complementare. La funzione dei geni Il DNA è una struttura lineare con una sequenza di basi. Dogma centrale della genetica - SEMPLIFICAZIONE - il DNA riesce a decidere chi noi siamo in modo preciso andando a produrre l’RNA che a sua volta porta l’informazione che codifica la sequenza di aminoacidi di una proteina. Proteina - macromolecola biologica - corrisponde a una molecola lineare formata da tante subunità e tali subunità si chiamano aminoacidi e sono legati tra loro, nel corpo umano sono presenti 20 aminoacidi. Il DNA attraverso l’RNA ci dà l’informazione per le proteine ciò accade perché noi siamo fatti da acqua, sale, grassi e proteine ovviamente. Le proteine sono tante e possono essere tipo gli anticorpi, gli ormoni, i neurotrasmettitori, gli enzimi, il citoscheletro e molte altre, quindi le proteine rappresentano la nostra individualità  cioè ciò che noi siamo è dato dalle proteine di conseguenza il DNA che porta l’informazione per ciò che noi siamo, attraverso i geni porta l’informazione per creare le proteine. Il DNA produce l’RNA che a sua volta codifica le proteine. RNA viene prodotta COPIANDO il DNA tramite il meccanismo di TRASCRIZIONE che è meccanismo molto complesso che si basa sul processo di copiatura della sequenza di DNA di un gene, che è una parte del nostro cromosoma e corrisponde alla parte formata dalla sequenza di basi che ha l’informazione della proteina quindi quando ho bisogno d una proteina non trascrivo tutte e 3 miliardi di basi perché copio solo il pezzetto cioè il gene e così attengo l’informazione per la proteina. Le basi che costituiscono un gene hanno funzioni diverse infatti è presente : Sequenza iniziale - promotore - serve per regolare l’attività del gene Esoni - portano l’informazione che ci serve Introni Il gene deve essere TRASCRITTO per ottenerne la copia e lo sottoscriviamo sotto forma di RNA e all'inizio si copia tutto ottenendo un pre-RNA poi viene eliminato tutto ciò che non racchiude l’informazione che ci interessa in modo da arrivare ad avere solamente l’mRNA che corrisponde alla copia della parte dell’RNA che codifica per una proteina. TRASCRIZIONE (interno del nucleo) - copio sotto forma di RNA la parte che ha l’informazione per la mia proteina poi va nel citoplasma dove viene tradotta quindi dalle basi genetiche devo arrivare alla proteina. Il nesso tra un filamento di RNA e una proteina sta nella TRADUZIONE (citoplasma) perchè quando vado a tradurre vado a leggere l’mRNA per cercare gli aminoacidi, per farlo devo leggere l’mRNA a tre basi a tre basi e ogni tre basi sono CODONI quindi la sequenza di basi sotto forma di triplette corrisponde all’informazione della precisa sequenza di aminoacidi che compongono una proteina, una diversa sequenza di basi mi differenza un gene da un altro mentre una diversa sequenza di aminoacidi mi identifica una proteina. Le malattie sono un'alterazione di tutto ciò quindi se cambio la sequenza di basi cambio anche la sequenza di aminoacidi e così la proteina non funziona. Quante triplette ci sono a disposizione? Tutte le combinazioni a 3 a 3 di 4 lettere cioè 64 codoni, ogni codone corrisponde a un aminoacido che sono 20 e cioè è normale perché il codice genetico è degenerato perché più codoni identificare lo stesso aminoacido tranne alcuni che possono essere dei codoni di stop o d’inizio - Codoni di stop - la proteina è finita UAA UAG UGA - Codono d’inizio AUG Le cellule specializzate Le cellule somatiche del nostro corpo sono cellule diploidi ed hanno 46 cromosomi, tutte queste cellule hanno lo stesso numero di cromosomi, hanno gli stessi geni ma nonostante ciò hanno un fenotipo diverso l’una dall’altra, ciò accade per svariate ragioni : Funzioni diverse Posizione in cui si trovano Tessuti Proteine La motivazione principale per cui le cellule hanno un fenotipo diverso perché esiste l’espressione differenziale. Noi abbiamo gli stessi geni e nella trascrizione è presente il promotore che serve per accendere o spegnere i geni quindi attivare la trascrizione oppure non attivarla, quindi queste cellule si differenziano nell’espressione del gene perché in queste cellule sono presenti una serie di geni che si chiamano house spiking e corrispondono alla serie di geni che mantengono il metabolismo basale però ci sono anche dei geni specifici che sono delle proteine che serviranno in alcune cellule e quelle che serviranno in altre cellule quindi ci sono i geni che si accendono o si spengono a seconda del tessuto, della funzione, il tessuto.