Zoologia Past Paper - October 2024 PDF

zoologia martedì 8 ottobre 2024 08:55 Patarnello e Negrisolo 10 domande (5 biologia 5 sistematica) Negrisolo 30 domande (15 giuste 15 sbagliate) Se fai meno di 10 salti il 2 appello Libri: "Campbell biologia e genetica" "elementi di biologia" Zoologia (patarnello) L...

zoologia martedì 8 ottobre 2024 08:55 Patarnello e Negrisolo 10 domande (5 biologia 5 sistematica) Negrisolo 30 domande (15 giuste 15 sbagliate) Se fai meno di 10 salti il 2 appello Libri: "Campbell biologia e genetica" "elementi di biologia" Zoologia (patarnello) La prima forma di vita risale a circa 3 miliardi e mezzo di anni fa, con 3 caratteristiche: 1 una forma che definisce un "dentro" e un "fuori" 2 la capacità di replicarsi La vita di questi organismi è stata modellata dall'ambiente circostante (livello del mare, temperatura, disponibilità di ossigeno). I primi organismi di cui si ha un'evidenza fossile erano i batteri, con il tempo sono comparsi i primi batteri aerobi (2 miliardi di anni fa), i primi eucarioti (1,5 miliardi e mezzo di anni fa). Questi organismi (eucarioti) grazie alla possibilità di respirare attraverso i mitocondri (grazie all'inglobazione di un batterio---> teoria endosimbiotica) e il fatto di avere un DNA, dopo un lungo periodo di tempo (circa 1 miliardo di anni) , riescono ad evolversi in organismi pluricellulari (molto semplici). Ciò è avvenuto probabilmente grazie all' "Esplosione del Cambriano" (600 milioni di anni fa), che ha causato un'accelerazione nella diversità delle forme di vita. Forse in realtà semplicemente NON sono ancora state raccolte sufficienti informazioni sugli anni precedenti. Rimane però la possibilità che sia successo davvero qualcosa di fuori dall'ordinario che abbia causato quest'accelerazione. Forse grazie ai pori nucleari, che scambiano con l'esterno sostanze come l'mRNA e particolari proteine regolative che hanno il compito di gestire la regolazione genetica (accendono e spengono i geni) Le proteine regolative inoltre riescono a dare la forma all'organismo, "accendendo" i geni necessari alla creazione delle varie "componenti". Gli organismi sono stati esposti ad agenti mutageni (es. radiazioni ionizzanti) che colpendo casualmente il DNA lo alteravano. ES: se un organismo esposto a RX viene mutato e non ha un occhio, si cerca di capire che regione del DNA è stata alterata dai RX, per capire quale sia il gene che è responsabile della formazione dell'occhio (gene pax 6). Per dimostrare che questo è il gene responsabile, va effettuato il "knockout" del gene, ovvero il gene viene rimosso in modo mirato per vedere le conseguenze. In questo caso la rimozione del gene pax 6 ha causato l'assenza dell'occhio. Inoltre va verificata l'espressione del gene , ovvero il fatto che nello sviluppo embrionale il gene si attivi per la formazione dell'occhio. Va quindi effettuato il "knock-in" per verificare se immettendo il gene, l'occhio effettivamente si forma. Inoltre si può provare a mettere il gene da un altro organismo (es. topo) e capire se forma comunque l'occhio, il che dimostrerebbe che le sequenze di nucleotidi non sono poi così diverse tra drosophila e topo). E' possibile però che così facendo, si immetta il gene nel "posto sbagliato" e che quindi l'occhio si formi in un punto sbagliato "occhio ectopico", poiché il gene è stato acceso nel posto sbagliato. Grazie quindi alle proteine regolative si possono verificare delle mutazione favorevoli. ES: sequenziando il gene OTX si nota che è responsabile della formazione di parte della struttura del cervello anteriore (insieme ad altri 3 geni: otx1, otx2, emx1, emx2). Mutando questo gene si altera la conformazione del cervello e della testa. Si è verificato che la sostituzione di OTX da drosophila a topo si è ottenuto un topo normale, ciò significa che le sequenze di otx sono molto simili. Nuova sezione 1 Pagina 1  NON è quindi la differenza di sequenza ad influire, bensì la regolazione dei geni. Ciò può aver causato in un tempo breve una così evidente variazione della diversità (Esplosione del Cambriano). STRUTTURE CELLULARI Nucleo: Cromosomi: Ci sono 46 cromosomi (23 coppie), ci sono quindi 23 "pezzi di DNA" separati tra loro. Svolgendo il DNA si otterrebbero 2 metri. Per "infilarlo" nel nucleo va "avvolto" su sé stesso e quindi "spiralizzato", ciò riesce a compattare questi 2 metri e a contenerlo nelle cellule. Spiralizzando il DNA si ottengono i nucleosomi (istoni), formati da proteine istoniche, che fanno da impalcatura, attorno alla quale si avvolge il DNA per 2 giri e mezzo. H2A, H2B, H3, H4, formati da 2 proteine ciascuno (8 proteine totali). I nucleosomi (collana di perle) si avvolgono a loro volta attorno all'istone H1. Come è fatto il cromosoma? E' costituito due parti finali (telomeri) e una parte centrale ristretta (centromero). E' formato da due cromatidi fratelli (bastoncelli), che sono costituiti da DNA e proteine. I cromatidi fratelli sono identici, frutto della replicazione del DNA nella fase S (sintesi) in cui un cromosoma crea una copia identica di sé stessa. Queste due copie sono tenute insieme dal centromero I due cromatidi sono o solo materni o solo paterni Il cromosoma ha un cromosoma omologo che è o della madre o del padre La Meiosi porta ad una divisione riduzionale ( riduce l'informazione genetica e la rimescola) La Mitosi invece ad una divisione equazionale I cromosomi sono diversi tra loro, infatti hanno: 1. Diversa grandezza 2. Diverso colore 3. Diversa posizione del centromero. La prima cosa da fare è contare i cromosomi, per verificare se c'è una aneuploidia (non sono 46 i cromosomi) e quindi capire se c'è un cromosoma in più. Capendo quale cromosoma è in più capisco qual è la sindrome. Euploidia= numero normale Aneuploidia= numero non normale (trisomia--> 47, monosomia--> 45 o poliploidie). Negli autosomi ci sono 3 trisomie che sono compatibili con la vita (trisomia 13,18,21 (Down)). Tutte le altre trisomie NON sono compatibili con la vita. Le aneuploidie dei cromosomi sessuali invece sono per la maggior parte compatibili con la vita: X0 (S. di Turner), XXY (S. di Klinefelter), XYY, XXX ("super-femmina"). La variabilità genetica è alla base dell’evoluzione Nucleotide È composto da zucchero pentoso (desossiribosio/ribosio), gruppo fosfato e base azotata (elemento che distingue un nucleotide dall'altro, ATGC) Nuova sezione 1 Pagina 2  distingue un nucleotide dall'altro, ATGC) Basi azotate: distinte in purine (A,G) che hanno doppio anello pirrolico e sono più ingombranti, e pirimidine (T,C) che hanno un singolo anello pirrolico e sono meno ingombranti Le basi azotate NON si distribuiscono sempre in parti uguali, rimane però costante il rapporto A-T e C-G e vale 1 (le quantità sono uguali). Gli abbinamenti (purina-pirimidina) sono quelli perché va mantenuta costante la distanza tra i due filamenti e quindi l’ingombro sterico Inoltre la composizione atomica dei nucleotidi è tale per cui i legami a idrogeno si formano soltanto negli abbinamenti A – T (2 legami a idrogeno) e G – C (3 legami a idrogeno). Si deduce che un DNA ricco in A – T è meno stabile di un DNA ricco in G – C. Dunque gli abbinamenti sono fissi e fondamentali affinché si formino le giuste cariche Replicazione del DNA I filamenti di DNA hanno orientamento antiparallelo, il nuovo nucleotide si aggiunge sempre nell'OH libero del 3'. Visto che in un filamento il 3' è sopra (destra) e nell'altro è sotto (sinistra), i filamenti crescono i direzioni opposte. Il processo può avvenire in 3 modi: semiconservativa —> si formano doppie eliche ibride con un filamento nuovo ed uno vecchio conservativa —> la doppia elica si separa, avviene la copiatura di ciascun filamento stampo, vengono rimessi insieme i vecchi filamenti e vengono appaiati i nuovi filamenti dispersiva —> all’interno di ogni filamento un pezzo è vecchio e un pezzo è nuovo Esperimento di Meselson e Stahl (o fondamentale per determinare il meccanismo semiconservativo di replicazione del DNA). Essi utilizzarono una centrifuga per separare le molecole in base al peso e il cloruro di cesio, un sale che crea un gradiente di densità. Vennero fatti crescere dei batteri di Escherichia coli in un terreno di coltura ricco dell’isotopo 15N che si introduce nelle basi azotate del DNA rendendolo “pesante” e facendolo precipitare sul fondo della provetta una volta centrifugato. Poi alcuni batteri furono trasferiti in un nuovo terreno di coltura in cui era presente14N (più leggero) anziché 15N. Trascorso il tempo necessario per la formazione di una nuova generazione di batteri, ovvero per la replicazione del DNA, si ottenne un’unica banda a metà provetta e si escluse, quindi, la possibilità di una replicazione conservativa (dato che per confermare questo modello si sarebbero dovute formare due bande corrispondenti a due catene, una pesante e identica a quella di partenza ed una leggera composta solo dai filamenti di nuova sintesi). In seguito ad una seconda replicazione del DNA si ottennero due bande: una in alto ed una nella stessa posizione di quella dell’esperimento precedente. Ciò escluse anche il modello dispersivo perché la formazione di due bande distinte dimostrava che non vi era un rimescolamento casuale di parti di DNA leggero e parti di DNA pesante (infatti in questo caso si sarebbe formata solamente una banda che, di generazione in Nuova sezione 1 Pagina 3  pesante (infatti in questo caso si sarebbe formata solamente una banda che, di generazione in generazione, si sarebbe depositata sempre più in alto). La formazione di due bande nette dimostrava che il filamento pesante si andava conservando sempre uguale appaiato ad un filamento leggero, per cui la molecola di DNA con il filamento pesante si depositava sempre nello stesso punto Il DNA batterico e mitocondriale sono molto simili, secondo la teoria endosimbiotica la cellula eucariotica ha inglobato batteri che poi sono diventati mitocondri. Il DNA si apre in un punto preciso (origine di replicazione). La replicazione va avanti progressivamente fino a formare le 2 doppie eliche Un batterio riesce a replicarsi in men di 30 minuti in condizioni ottimali Nel caso degli eucarioti, vanno aperte molte bolle di replicazione per replicare il patrimonio genetico (se no servirebbe troppo tempo) FASI: Per srotolare il DNA interviene la Topoisomerasi e l'enzima che apre la doppia elica è l'Elicasi Per evitare che il filamento si richiuda su sé stesso intervengono le proteine ssb (single-strand binding protein) che stabilizzano il DNA La Primasi interviene mettendo dei nucleotidi di RNA (primer) che formano un piccolo filamento di RNA con un loro OH iniziale a cui si aggancia il primo nucleotide Poi la DNA polimerasi che comincia a copiare (legge e aggiunge nucleotidi) La DNA polimerasi TERZA prende i nucleotidi liberi e li aggiunge all'OH (in 3'), ha attività 5'-3'. La DNA polimerasi PRIMA fa da correttore di bozze correggendo in direzione opposta gli abbinamenti sbagliati, eliminando i nucleotidi sbagliati (ha attività 3'-5'). Se quest'ultima avesse corretto sempre tutti gli errori al 100% non si sarebbe mai creata la variabilità genetica (motore dell'evoluzione) Man mano che il filamento si apre verso destra, verrà piantato un primer e copiato il DNA verso sinistra (in contromano). La copiatura finisce quando va a sbattere sul primer che è stato agganciato poco prima. I filamenti della doppia elica sono antiparalleli (corrono in direzioni opposte) e la bolla di replicazione ha una sua direzionalità che va bene per la copiatura di un filamento (detto leading o principale o continuo) ma NON va bene per la copiatura dell’altro filamento (detto lagging o discontinuo e caratterizzato dai frammenti di Okazaki). I filamenti continui (leading) di un DNA eucariotico saranno tanti quanti saranno le bolle di replicazione, mentre saranno molti di più su quello discontinuo. La DNA polimerasi PRIMA toglie i primer (oltre agli errori), man mano che vengono tolti viene allungato il frammento di Okazaki grazie alla Polimerasi TERZA andando a riempire il buco, fin quando sbatte contro il primo filamento di okazaki. l'enzima Ligasi chiude il buco definitivamente, andando così a legare tutti i frammenti Da una doppia elica a 2 doppie eliche identiche formate ciascuna da un filamento parentale a uno nuovo. Errori nella replicazione Clonazione: nuovo DNA ha inglobato un accoppiamento sbagliato, se si introduce un errore (es T-G) nella Nuova sezione 1 Pagina 4  Clonazione: nuovo DNA ha inglobato un accoppiamento sbagliato, se si introduce un errore (es T-G) nella duplicazione successiva T si appaia con un a nuova A e uguale G con una C. la cellula sarà mutata e viene detta "clonale", trasmetterà questa mutazione di basi a tutte le cellule figlie. Transizione: purina-purina Transversione: pirimidina-purina (o viceversa). Più visibili dei cambiamenti transizionali PERCHÉ I TELOMERI SI ACCORCIANO telomeri (estremità dei cromosomi) Perché normalmente, dopo molti cicli di replicazione, i telomeri si accorciano? Quando si apre la doppia elica, su entrambi i filamenti viene posizionato un primer di RNA che, terminata la duplicazione, viene rimosso. La rimozione di frammenti di RNA avviene anche nei frammenti di Okazaki, ma in maniera diversa: in quel caso c’era la polimerasi I che si occupava di rimuovere il nucleotide di RNA e legare all’estremità 3’ il nucleotide di DNA, legando il nuovo nucleotide con l’OH del nucleotide precedente. Nelle estremità del DNA però la polimerasi I non ha nulla a cui legarsi perché inizia a rimuovere l’RNA in direzione 5’3’, ma prima dell’RNA non ci sono altri nucleotidi. Perciò l’RNA viene eliminato, ma non rimpiazzato. Resta quindi un tratto a singola elica che, in breve tempo, viene eliminato Quindi alla fine della replicazione il DNA si accorcia ogni volta di qualche decina di basi. Perciò le cellule somatiche di un individuo adulto avranno dei telomeri sicuramente più corti rispetto alle cellule germinali. Osservando la lunghezza dei telomeri di una cellula, posso ipotizzare la sua ‘età’, ovvero, se si è appena formata o se è vicina alla morte Cloni Quindi nei cloni l'individuo appena nato ha già i telomeri corti e l'attesa di vita è ridotta CICLO CELLULARE Fase G1: fase di accrescimento della cellula Fase S: la cellula diploide ha prodotto per ogni cromosoma 2 cromatidi fratelli (raddoppia il patrimonio genetico) Fase G2: preparazione divisone cellulare (meiosi/mitosi) MITOSI Nuova sezione 1 Pagina 5  Divisione equazionale perché l’informazione genetica e la sua variabilità viene mantenuta e le cellule figlie saranno esattamente identiche alla madre 1. Profase: per far sì che la cellula possa dividersi, il DNA deve condensarsi. Quindi avviene la condensazione dei cromosomi. Inizia la formazione del fuso mitotico (i microtubuli, partendo dai poli della cellula, in particolare dai centrioli, nel centro organizzatore dei microtubuli, ovvero il centrosoma, mettono in contatto i due poli).Ed infine, con il disassemblamento del citoscheletro avviene anche quello della membrana nucleare. 2. Prometafase: i cromosomi, composti da due cromatidi fratelli uniti da un complesso proteico di coesine che è presente a livello del centromero, si dispongono sul piano equatoriale, per essere agganciati a livello del centromero dai microtubuli del cinetocore, che si differenziano dai microtubuli non cinetocore o polari che non si agganciano ai cromosomi 3. Metafase: i cromosomi sono tutti allineati sul piano equatoriale ed agganciati ai microtubuli. Come abbiamo visto, questi sono formati da dimeri di alfa e beta tubulina che si possono aggiungere o togliere alle estremità per allungare o accorciare i microtubuli. Poco prima della metafase le coesine presenti lungo le braccia dei cromatidi fratelli vengono degradate, rimangono dunque solo quelle a livello del centromero. 4. Anafase: anche le coesine del centromero vengono degradate ‘liberando’ i cromatidi fratelli, essi migrano ai poli opposti della cellula e, poiché erano due copie identiche, le due cellule figlie riceveranno ognuna un corredo cromosomico identico 5. Telofase: i cromosomi (ex cromatidi fratelli) giunti ai rispettivi poli vengono parzialmente despiralizzati, una nuova membrana nucleare si forma ed il fuso mitotico viene disassemblato 6. Citodieresi: quando la cellula madre si divide, dà anche metà delle sue strutture cellulari e citoplasma alle cellule figlie. Poi la condizione di normalità funzionale dovrà essere ripristinata e questo avviene nella fase G1. Dopo la citodieresi, le cellule figlie possono sia dividersi staccandosi completamente e sia dividersi ma restando in contatto l’una con l’altra, dipende dal tipo cellulare. Domanda: una cellula umana ha 46 cromosomi. Se dovessi contare i cromatidi dopo la fase S e prima della divisione della cellula, quanti ne conterei? 92. Ma l’informazione genetica della cellula è sempre la stessa, solamente raddoppiata. Quando poi la cellula si divide nelle due cellule figlie, quanti cromatidi avrà? 46. Possibile domanda d’esame: quanti cromatidi ha una cellula in metafase se in condizioni aploidi ha 10 cromosomi? Tale cellula in condizioni normali di diploidia ne ha 20. Quindi in metafase avrà sempre 20 cromosomi ma 40 cromatidi perché li ha raddoppiati per dividere il suo corredo con la cellula figlia. La diploidia è garantita dai due cromosomi omologhi i quali, prima di dividersi, devono replicarsi. MEIOSI Nuova sezione 1 Pagina 6  Simile alla mitosi, è detta riduzionale, perché le due cellule figlie avranno il corredo cromosomico dimezzato A differenza della mitosi, però, i cromosomi omologhi si appaiano e formano delle tetradi. Grazie alla formazione delle tetradi, nella profase della meiosi I avviene il crossing over tra cromosomi omologhi Ciò è importante per rimescolare il patrimonio genetico (già è importante la rimescolanza che si crea ricevendo metà corredo dalla madre e metà dal padre, in più col crossing over c’è la possibilità di ricevere cromosomi unici per quel futuro individuo) Divisione riduzionale: vengono separati i cromosomi omologhi (NON i cromatidi) e ciò dimezza il corredo cromosomico. La meiosi II è come la mitosi che separa i cromatidi che in meiosi I non si erano separati. Come la mitosi, questa divisione si dice equazionale Tra meiosi I e meiosi II però NON avviene alcuna replicazione del DNA. Alla fine della meiosi si ottengono 4 cellule figlie con un cromosoma, uno grande e uno piccolo, ricombinati e uno diverso dall’altro. In più l’informazione genetica è diversa da qualsiasi altra presente nella specie. In seguito, i gameti maschili si combinano con quelli femminili, generando un individuo geneticamente unico al mondo Al termine della meiosi 2 il patrimonio genetico è dimezzato (da diploide ad aploide) e ogni cellula è geneticamente diversa dall'altra Domanda: al termine della meiosi 1, una cellula che era eterozigote per 100 caratteri, per quanti caratteri sarà ancora eterozigote? Per nessuno, perché non avendo più cromosomi omologhi non ci saranno più le due forme degli alleli, ma sarà presente solo un gene per ogni carattere. POSSIBILI ERRORI DURANTE LA MEIOSI Quando il numero dei cromosomi è normale si dice euploidia Quando si ha la mancanza o l’eccesso di uno o più cromosomi, è un caso di aneuploidia Nuova sezione 1 Pagina 7  Quando si ha la mancanza o l’eccesso di uno o più cromosomi, è un caso di aneuploidia Spesso le aneuploidie sono frutto di errori nella meiosi Se questi errori riguardano gli autosomi, difficilmente sono compatibili con la vita. Se invece avvengano sulle cellule sessuali, è più facile che l’individuo sopravviva. Se immaginiamo che l’individuo sia un maschio, vediamo che nella prima divisione meiotica le tetradi non si sono divise. Poi la seconda divisione prosegue senza problemi, ma alla fine i 4 gameti saranno: 2 vuoti e 2 con cromosomi XY. Con l’unione con la cellula uovo (che porta il cromosoma X) otterremo 2 possibili individui monosomici (X0, sindrome di Turner) e due individui trisomici (XXY, sindrome di Klinefelter). Se l’errore è in meiosi II e la non-disgiunzione coinvolge la X, avremo 2 gameti normali (Y), 1 vuoto ed 1 con cromosomi XX, gli individui che ne deriveranno saranno 2 normali (XY) e 2 aneuploidi, uno trisomico (XXX, superfemmina se l’errore riguarda gli X, avremo invece XYY se l’errore riguarda gli Y) e l’altro monosomico (X0) Questo è ciò che avviene anche per alcune aneuploidie degli autosomi, ad esempio la trisomia 21 che comporta la sindrome di Down. MENDEL Segregazione indipendente degli alleli L'allele è un tratto di DNA, sono nucleotidi che differenziano un tratto di DNA per un determinato carattere (sono delle mutazioni). Un individuo può avere massimo 2 alleli per uno stesso carattere. Può avere quindi omozigosi o eterozigosi. AA, BB, o AB In una specie possono esserci più alleli, non solo 2 Esempio: A, B, C sono sullo stesso locus genico (posizione del cromosoma). Posso avere 6 tipi di individui: Abc, aBc, abC, ABc, AbC, aBC= omozigosi A B C e eterozigosi AB BC AC Linee pure di Mendel=individui omozigoti Il genotipo è quello che noi chiamiamo la combinazione di due alleli Prima di Mendel si pensava che i caratteri si trasmettessero per rimescolamento tra i caratteri dei genitori, in realtà Mendel si accorge che nella progenie il carattere dominante si manifesta rispetto a quello recessivo con frequenza 3:1, quindi a volte il recessivo spariva. In F2 si accorge che ricompare il recessivo, si manteneva costante il rapporto (3:1) in tutti gli incroci di F2 Ciò ha a che fare con la meiosi P: AA x aa F1: Aa x Aa F2: quadrato di Punnet (AA 25%, Aa 50%, aa 25%)--> segregazione genotipica Nel quadrato di Punnet si ha la ricombinazione della meiosi Cosa succede prendendo in esame più caratteri diversi? (es. colore pisello e forma) Seleziona tutte linee dominanti e tutte recessive (es. giallo liscio e verde rugoso) (SSYY e ssyy) F1= SsYy TUTTI eterozigoti F2= SY,sy,Sy,sY però ad una condizione che siano due cromosomi diversi perché se fossero sullo stesso cromosoma non avremmo 4 gameti Se i gameti fossero sullo stesso cromosoma si formerebbero 2 gameti SY e sy ciascuno con proporzione ½ ➔ posso ottenerli o tenendo i 2 alleli dominanti su un cromosoma e 2 recessivi sul lato o scambiando e tendendo un dominante e un recessivo per ogni cromosoma Quando incrocio i due gameti avrò un quadrato di Punnet diverso da quando abbiamo i geni su cromosomi diversi: SSYY 25%, SsYy 50%, ssyy 25% I 2 alleli dominanti assieme e i 2 recessivi assieme si chiama COUPLING e un dominante e un recessivo per cromosoma si chiama REPULSION. A causa del crossing over io trovo il dominante con il recessivo e viceversa, potrei quindi passare da due cromosomi COUPLING a due cromosomi di tipo REPULSION Nuova sezione 1 Pagina 8  Eccezioni all'analisi mendeliana Dominanza incompleta (co-dominanza): 2 alleli per il colore (rosso e bianco). R1= rosso, R2= bianco Se vedo una piantina rosa come faccio a dire che è eterozigote? Ri-incrocio di nuovo 2 piantine di colore ROSA (assumendo che essa sia eterozigote avrò 1/4 bianco, 1/4 rosso e 1/2 rosa) l'eterozigote quindi si distingue, l'intensità del rosa si capisce da quale dei due alleli è più dominante dell'altro (dominanza incompleta) Nuova sezione 1 Pagina 9  GRUPPI SANGUIGNI Che assetto allelico rispettano? Se fossero 2 alleli avrei 2 fenotipi, se fossero 3 avrei 6 fenotipi, ma ne ho 4 Da genitori A e 0 non possono nascere figli AB, spiega il perché. Da genitori A e B possono nascere tutti i gruppi sanguigni ALLELIA MULTIPLA Rapporto di dominanza tra gli alleli (che sono quattro anziché due): C > cch > ch > c In altre parole: -con C sono certo di avere dark grey - con cch e senza C sono certo di avere chinchilla poiché in assenza di C la dominanza passa a cch - con ch e senza cch o C sono certo di avere himalayan per lo stesso motivo del punto precedente - con cc sono certo di avere un albino Nuova sezione 1 Pagina 10  PLASTICITA’ DEL FENOTIPO/NORMA DI REAZIONE: Il coniglio himalayano è bianco ad alte temperature, mentre presenta le appendici nere a basse temperature. La manifestazione del suo genotipo è quindi influenzata dall’ambiente per la cosiddetta plasticità del fenotipo/ norma di reazione Un genotipo non necessariamente corrisponde sempre allo stesso identico fenotipo La plasticità del fenotipo può avere valore adattativo come no, ad esempio per il coniglio himalayano non è particolarmente vantaggioso avere le appendici nere quando si trova in mezzo alla neve. EPISTASI Influenza che più geni hanno su un singolo carattere Ad esempio il colore della pelle nell’uomo è controllato da tre geni (A , B , C) con due alleli ciascuno (A e a, B e b, C e c). La gamma di distribuzione dei fenotipi è gaussiana (figura 2), con gli individui con fenotipo intermedio (eterozigoti per tutti e tre i geni) al centro, con la maggior diffusione. Al contrario gli estremi presenteranno la minoranza di individui omozigoti per i tre geni, rispettivamente dominanti e recessivi PLEIOTROPIA Influenza che un singolo gene può avere su più caratteri Ad esempio nel Labrador ci sono due geni che controllano il colore del mantello (B e E), con due alleli l’uno (B e b, E ed e), otto possibili genotipi e tre fenotipi. In particolare: - Con la compresenza di B ed E ho il mantello nero - Con la compresenza di b ed E ho il mantello cioccolato - Con l’omozigosi recessiva (ee) ho il mantello crema Domanda: dall’incrocio di due Labrador cioccolato sono certo di ottenere solo cuccioli cioccolato? No, nel caso in cui incrociassi due bbEe avrò ¼ di individui crema. per evitare questo problema dovrei scegliere i riproduttori conoscendone il genotipo. PENETRANZA INCOMPLETA Caso di epistasi in cui, nonostante io abbia un certo genotipo, non riscontro il fenotipo corrispondente Questo si verifica perché il carattere in esame è controllato da più geni, fra i quali troviamo un master gene con un peso maggiore degli altri. Per avere un certo fenotipo bisogna che la maggioranza dei geni che controllano il carattere siano in accordo per la sua manifestazione Per questo motivo il più delle volte il fenotipo manifestato sarà quello in accordo con il master gene, poiché questo possiede già una maggioranza relativa, e ha bisogno di pochi altri geni in accordo con lui per avere la manifestazione del fenotipo da lui previsto È molto raro che “prevalgano” gli altri geni contro il master gene Nuova sezione 1 Pagina 11  ESPRESSIVITA’ VARIABILE Caso di epistasi in cui la manifestazione di un fenotipo non esclude la manifestazione di un altro, come invece accade nella penetranza incompleta Il fenotipo in caso di espressività variabile infatti sarà intermedio tra quelli possibili, presenti proporzionalmente al numero e all’importanza dei geni che li determinano, a dare sfumature più o meno intense ESPERIMENTI DROSPHILA (Morgan) Drosophila melanogaster organismo modello Le regole osservate per una pianta valgono anche per gli animali? Obiettivo: replicare gli esperimenti di Mendel per vedere la valenza dei suoi risultati anche sugli organismi animali Caratteristiche drosophila: - rapida generazione di nuovi individui - facile gestione di migliaia di organismi - visione dei risultati in tempi brevi - differenze fenotipiche tra gli individui PIANTA DI PISELLO: forma lisca o rugosa, colore giallo o verde DROSOPHILA MELANOGASTER: colore grigio o nero, ali normali o vestigiali B = colore del corpo grigio b = colore del corpo nero V = ali normali v = ali vestigiali Primo incrocio tra linee pure: BBVV x bbvv, cioè doppio omozigote dominante x doppio omozigote recessivo Gli individui della generazione F1 avevano tutti genotipo eterozigote (BbVv) e fenotipo dominante (corpo grigio e ali normali) Morgan : fece il BACKCROSS, cioè un incrocio tra un individuo con genotipo “x” e un omozigote recessivo per quei caratteri Incrociò un doppio eterozigote BbVv (della generazione F1) con un doppio omozigote recessivo Perché Morgan ha usato questa tecnica e non quella dell’incrocio tra due eterozigoti? Un doppio omozigote recessivo (bbvv) produce un solo tipo di gameti (bv), quindi la sua meiosi non contribuisce alla variabilità della generazione successiva e non è necessario preoccuparsi di come segreghino i suoi caratteri. Se si incrociano due individui, uno dei quali è doppio eterozigote e l’altro è doppio omozigote recessivo, si avrà che i genotipi e i fenotipi prodotti saranno decisi solamente dalle meiosi del doppio eterozigote a seconda di come i suoi caratteri segregano nella meiosi In altre parole, i vari gameti che rimescolano gli alleli sono frutto della meiosi del doppio eterozigote soltanto ESEMPIO 1 Se abbiamo 2300 figli della coppia BbVv x bbvv, quali sono i gameti che ci aspettiamo e in che proporzione vengono prodotti dal doppio eterozigote? E cosa ci aspettiamo quando questi gameti si incrociano con i gameti del doppio omozigote recessivo? L’attesa mendeliana ci dice che verranno prodotti gameti in proporzioni uguali nelle combinazioni: ¼ BV, ¼ bv, ¼ Bv, ¼ bV, ovvero 575 gameti per categoria (2300:4). Fenotipicamente ci aspettiamo di vedere, secondo l’attesa mendeliana (assortimento indipendente): - 575 individui grigi, nomali Nuova sezione 1 Pagina 12 - 575 individui grigi, nomali - 575 individui neri, vestigiali - 575 individui grigi, vestigiali - 575 individui neri, normali Invece otteniamo i seguenti risultati reali: - 965 individui grigi, normali - 944 individui neri, vestigiali - 206 individui grigi, vestigiali - 185 individui neri, normali Questi risultati non soddisfano l’attesa mendeliana, ma noi lo diciamo solo perché i numeri ottenuti si discostano molto dai risultati attesi. Se invece si avvicinassero di più, come faremmo a dire che l’attesa mendeliana è o non è rispettata? In altre parole, come facciamo a separare il problema di un possibile errore sperimentale (leggera differenza rispetto ai risultati che mi aspetto) dal fatto che i numeri sono diversi perché l’ipotesi di partenza è sbagliata? È necessario stabilire uno strumento statistico che ci dica quanto la differenza tra ciò che mi aspetto e ciò che osservo è significativa, così da poter dire se l’ipotesi in base ai numeri è o non è confermata. X 2 (chi quadro) confronta i valori attesi e i valori osservati di un’ipotesi e stabilisce una soglia, che corrisponde ad una probabilità, al di sotto o al di sopra della quale una determinata ipotesi è rispettivamente rigettata o deviata a causa di un errore sperimentale. Nuova sezione 1 Pagina 13 ESERCIZIO (X CASA): osservati attesi BV 1100 1039 3,58 bv 1090 1039 2,50 Bv 975 1039 3,94 bV 990 1039 2,13 TOTALE 4157 4157 12,15 Gradi di libertà= 4-1=3 Il valore dell' X quadro è 12,15 ed è alto, quindi la probabilità è molto bassa e quindi l'ipotesi mendeliana non è accettabile---> i caratteri quindi sono sullo stesso cromosoma. È un caso di coupling (le categorie più numerose sono BV e bv) DISTANZA DI MAPPA Misuro la percentuale di ricombinanti sul totale, essa rappresenta la distanza tra i loci Nell'esempio per casa la distanza di mappa si calcola facendo d.m. =(975+990)/4157 Ovvero la somma dei ricombinanti (Bv e bV) diviso il totale. La D.m. in questo caso è quindi 0,47 ovvero 47 cm Come capisco quali sono le categorie ricombinanti? Sono quelle meno numerose, le altre 2 sono dette parentali. I ricombinanti sono meno numerosi rispetto ai parentali, e misurano il numero di crossing over, proporzionale alla distanza Avendo due cromosomi parentali - coupling = due dominanti insieme, e due recessivi insieme -> produrrà i gameti AB e ab in una quantità maggiore rispetto alle categorie ricombinanti (frutto di un crossing over), l’effetto della ricombinazione darà Ab e aB (ricombinanti). - Repulsion = i parentali saranno Ab e aB -> le ricombinanti saranno AB e ab, cioè la ricombinazione dei due loci TIPICO ESERCIZIO D'ESAME: calcola il chi quadro, stabilisci Nuova sezione 1 Pagina 14  TIPICO ESERCIZIO D'ESAME: calcola il chi quadro, stabilisci se rispetta l'ipotesi mendeliana, se non la rispetta calcola la distanza di massa. ESERCIZIO GUIDA (GUARDA BENE!!!!) AaBb osservati attesi AB 194 218,25 2,69 ab 187 218,25 4,47 Ab 250 218,25 0,80 aB 242 218,25 2,58 873 873 10,45 Step 1: Calcolo il totale, ovvero 873 e quindi i valori attesi, ovvero 218,25 Step 2: Calcolo il chi quadro per ognuna delle 4 categorie Step 3: Calcolo la sommatoria dei chi quadro, ovvero 10,45 Step 4 : Calcolo i gradi di libertà: 4-1=3 Step 5: Controllo la probabilità, che in questo caso non rispetta l'attesa mendeliana (è sopra il 5%) Step 6: Controllo quali sono le categorie più numerose (parentali), in questo caso Ab e aB (caso di repulsion) Step 7: Calcolo la distanza di mappa: (194+187)/873=0,4364 ovvero 0,44 centiMorgan Qual è la probabilità che avvenga una ricombinazione? Se i loci sono molto distanti spesso capiterà una ricombinazione, se sono poco distanti raramente. CROMOSOMI SESSUALI Morgan incrocia femmina omogizote occhio rosso e maschio emizigote occhio bianco, ottiene in F1 tutte femmina con occhi rossi e tutti maschi emizigoti con occhi bianchi (rispetta Mendel) Incrocia poi femmina omozigote occhi bianchi e maschio emizigote occhi rossi, ottiene femmine eterozigoti occhi rossi e maschi emizigoti occhi bianchi Nuova sezione 1 Pagina 15  eterozigoti occhi rossi e maschi emizigoti occhi bianchi (emizigoti= un solo cromosoma X) Le femmine sono genotipicamente eterozigoti Alcuni caratteri legati al sesso hanno delle segregazioni diverse dall’attesa mendeliana ecco perché alcuni caratteri, come malattia, sono prevalentemente presentati nei maschi e vengono da coppie in cui nessuno dei genitori manifesta la malattia. Quando la femmina trasmette X malato al figlio maschio, lui sarà sicuramente malato, non potendo “mascherare” l’allele malattia Mosaicismo: condizione in cui all'interno di un organo sono presenti diversi patrimoni genetici che vengono espressi contemporaneamente Inattivazione del cromosoma X, avviene nel primo sviluppo e casualmente. Alcune cellule disattivano il cromosoma X della cellula a sinistra, altre cellule invece disattivano l'X della cellula a destra. L'X inattivo è visibile come un corpo di Barr vicino al nucleo L'inattivazione avviene nelle divisioni mitotiche ALBERI GENEALOGICI Documentano la trasmissione di un carattere (non per forza una malattia) I numeri arabi rappresentano gli individui, le generazioni si indicano con numeri romani per meglio identificare gli individui di cui si sta parlando. Simbologia: - Quadrato bianco = maschi sani; - Quadrato colorato = maschi malati (che manifestano la malattia); - Cerchio bianco = femmina sana; - Cerchio colorato = femmina malata (che manifesta la malattia). Domande da porsi osservando un albero genealogico: 1. Il carattere con che modalità si trasmette (dominante/recessiva)? 2. È su un cromosoma sessuale o su un autosoma? Devo quindi capire se il carattere è molto o poco frequente (dominante o recessivo), in seguito devo capire se salta alcune generazioni. Se salta è sicuramente recessivo, se è in tutte le generazioni c’è l’ipotesi che sia dominante. se è molto frequente è dominante senza saltare generazioni, se salta e ci sono meno individui che manifestano la malattia probabilmente è recessivo. Nuova sezione 1 Pagina 16  individui che manifestano la malattia probabilmente è recessivo. Per la seconda domanda bisogna valutare il rapporto sessi, se sbilanciato verso uno dei due sessi (esempio: maschio sarà sul cromosoma X). Il carattere in questo caso è recessivo (foto), sono pochi gli individui che manifestano la malattia. Inoltre in questo caso non è legato al sesso, è quindi autosomico 3. Una volta identificata la modalità di trasmissione, identificare i genotipi di tutti gli individui Osservo: Tutti quelli rossi saranno omozigoti recessivo: aa. - Gen I: 1,4 omozigoti dominanti/ eterozigoti (non si ha la certezza) - Gen II: 3, 4 sono eterozigoti Aa (perché poi hanno figlio malato), ma anche 1,2 e 5 perché siccome la madre (Gen I) era aa, anche quelli della Gen II avranno un a piccolo, ma siccome non manifestano la malattia sono per forza eterozigoti. - Gen III: 1, 3, 4 possono essere omozigoti dominanti o eterozigoti, si indica con A- iESERCIZIO D'ESAME ALBERO A È un carattere autosomico recessivo - Gen I: sono eterozigoti perché hanno figlio malato ma non manifestano la malattia - Gen II: 4 A- mentre 2,5 sono eterozigoti (trasmissione gene alle generazioni successive); Si assume che gli esterni della famiglia siano omozigoti dominanti (non portatori dalla malattia) perché è poco probabile che due individui che arrivano da famiglie diverse portino entrambi un allele raro (poco frequente). - Gen III: 3,4 eterozigoti (trasmissione gene alle generazioni successive), 1,2,5 A-; - Gen IV: 1,3,5 A-. ALBERO B Nuova sezione 1 Pagina 17  ALBERO B Mutazione recessiva legata alla X Gen I: 1 eterozigote, maschio emizigote; Gen II: maschi 1,6 X normale Y; 2 eterozigote; 3, 5,7,8 non si sa (omozigote dominante/eterozigote), maschi 4,9 X malato Gen III: 7 e 10 eterozigoti (hanno il padre malato), due esterni alla famiglia entrambi malati (X malato Y e X malato X malato); Gen IV: famiglia a dx la femmina è eterozigote, gli altri sono malati. Famiglia a sx le femmine 1,4 non sono malate ma sono portatrici, il maschio 3 e la femmina 5 sono malati (X malato Y e X malato X malato); il maschio 2 è sano. ALBERO C Autosomica dominante (non salta generazioni) Capisco che è dominante dagli individui 5,6 della III generazione, perché in caso contrario i figli sarebbero stati tutti malati. Tutti i bianchi sono omozigoti recessivi, tutti i neri sono eterozigoti Gen I: 2 eterozigote; 1 omozigote recessivo; Gen III: 5,6 sono eterozigoti perché hanno figli che non manifestano la malattia; Gen IV: 2 eterozigote perché ha figli non malati. ALBERO D Nuova sezione 1 Pagina 18  Autosomica dominante È dominante e non recessiva perché nella III generazione ci sono 3 estranei alla famiglia e due di questi avrebbero dovuto avere l’allele raro, e il 5 della II generazione doveva essere eterozigote I grigi sono tutti aa (omozigoti recessivi) - Gen I: 3 A- (omozigote o eterozigote), 4 aa; - Gen II: 6 eterozigote (ha figli grigi); Gen III: 2,4 eterozigoti; 3,5 omozigoti recessivi; Gen IV: 3,4 eterozigoti. GENETICA DELLE POPOLAZIONI Come faccio a sapere la frequenza di un allele in una popolazione? Devo contare gli individui (occhi azzurri, neri e marroni) omozigote occhi chiari, omozigote occhi scuri e eterozigote occhi castani Dobbiamo considerare che ognuno di noi porta 2 alleli quindi il numero di alleli sarà doppio rispetto al numero di individui perciò : N= numero individui 2N= numero alleli Siccome parliamo di frequenza vogliamo sapere quante volte c’è quell’allele rispetto al totale degli alleli che sto contando La frequenza dell’allele occhi chiari dipenderà da chi è portatore dell’allele occhi chiari: Quante volte porterà l’allele occhi chiari l’omozigote occhi chiari? 2 volte, quindi devo considerarlo 2 volte. Chi altro porterà l’allele? L’eterozigote occhi castani, e lo porterà 1 sola volta. Allora a questo punto possiamo capire il significato della formula: ES AA (azzurri)= 40 NN (neri)=20 AN (marroni)= 40 Simbologia: Se abbiamo due alleli codominanti che chiamiamo A e B, per convenzione la frequenza dell’allele A è simboleggiata con la lettera p e la frequenza dell’allele B è simboleggiata con la lettera q. Per convenzione si è stabilito che per gli alleli successivi oltre A saranno simboleggiate dalle lettere successive a p. Quindi se abbiamo un terzo allele la sua frequenza sarà simboleggiato da r. 2N= 2 volte il numero totale p(A)= (2AA+2AN)/2N p(A)= (2x40 + 40)/200=0,6 q(N)=(2NN+AN)/2N q(N)= (2x20 + 40)/200=0,4 Nuova sezione 1 Pagina 19  q(N)=(2NN+AN)/2N q(N)= (2x20 + 40)/200=0,4 ESEMPIO Ora supponiamo di avere 3 alleli A B C: quanti genotipi avrò con 3 alleli? 6 : AA, BB, CC, AB, BC, AC AA= 50 BB= 60 CC= 80 AB=120 AC= 110 BC= 75 Tot= 495 p(A)= (2x50 + 120 +110)/(495x2)=0,3333 q(B)=(60x2 +120+75)/(495x2)= 0,32 r(C)= (2x80 +110 +75)/(495x2)=0,3485 Totale= p(A)+q(B)+r(C) = 1 (CORRETTO!) Equilibrio di HARDY-WEINBERG È possibile stimare la frequenza di genotipi di una popolazione con determinate caratteristiche (popolazioni molto grandi, accoppiamenti casuali) Il ragionamento matematico è riassunto da questa formula: rappresenta l’equilibrio delle frequenze genotipiche di una popolazione, che deve essere uguale a 1. Cioè ciascuna categoria sommata deve rappresentare il totale degli individui. Se non ci sono perturbazioni all’equilibrio e sappiamo qual è la frequenza di ogni allele, possiamo stimare in tutte le generazioni successive la frequenza dei genotipi di ogni categoria (omozigote dominante, omozigote recessivo e eterozigote). ESEMPIO AA= 30 p quadro (f attesa)=0,6x0,6= 0,36 AB= 60 2pq= 2x0,4x0,6=0,48 BB= 100 q quadro= 0,4x0,4=0,16 p(A)= (30x2 +60)/200=0,6 q(B)= (10x2 +60)/200=0,4 Nuova sezione 1 Pagina 20 Nuova sezione 1 Pagina 21