BIOLOGIA Le mutazioni

1. BIOLOGIA Le mutazioni Prof. Patrizia MOSCATELLI pat58907@hotmail.it Liceo statale “Volterra” – Ciampino(RM)

2. 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

3. Come originano le mutazioni? • Proposte due teorie: • Teoria adattativa o del post-adattamento • Teoria genetica o del pre-adattamento

4. Gli antenati delle giraffe erano erbivori dal collo normale costretti a brucare le foglie di acacia nei periodi di siccità. Lamarck Lo sforzo continuo per raggiungere le foglie più alte avrebbe causato il graduale allungamento del collo (carattere acquisito). (1744-1829) Con la riproduzionequesto carattere sarebbe stato trasmesso alla prole.

5. Secondo la teoria adattativa le specie si evolvono tramite l’interazione con l’ambiente La teoria è basata fondamentalmente su due leggi: • 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 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.

6. 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. Darwin 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. (1809-1882)

7. Secondo la teoria genetica le forme viventi si sono originate da un antenato comune, attraverso succes- sive modificazioni. I cambiamenti sono casuali e non dipendenti dall’ambiente che opera solo la selezione del più adatto. La sua teoria è basata su quattro punti particolari: 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.

8. Riassumendo Lamarck Darwin L’AMBIENTE 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. 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.

9. SALVATORE LURIA e MAX DELBRUCK con l’esperimento detto “test di fluttuazione” dimostrarono la veridicità di una delle due teorie. Utilizzarono il fago T1 che, infettando ceppi batterici di Escherichia coli, ne provoca la lisi. Solo alcuni batteri riuscivano a sopravvivere perché mutati e quindi resistenti all’infezione virale. IL FENOTIPO RESISTENZA ALL’INFEZIONE è indotto dalla presenza del virus? TEORIA ADATTATIVA O DEL POST-ADATTAMENTO Insorge spontaneamente indipendentemente dal virus? TEORIA GENETICA O DEL PRE-ADATTAMENTO

10. Test di fluttuazione Luria e Delbruck (1943) Coltura di partenza di Escherichia coli Viene divisa in due parti uguali ognuna contenente 1000 batteri Il contenuto viene ripartito in 50 colture singole Il contenuto viene fatto crescere in coltura indivisa Si lasciano crescere nelle stesse condizioni e per uno stesso numero di generazioni finché la densità è pari a 108 cellule/ml. Si inoculano stesse quantità su terreno di coltura solido addizionato con una stessa concentrazione di fago T1 In ogni piastra sono state trovate da 0 a 100 colonie di batteri resistenti In ogni piastra sono state trovate da 3 a 7 colonie di batteri resistenti

11. 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

12. Classificazione delle mutazioni SOMATICHE A seconda della cellula interessata GERMINALI GENICHE CROMOSOMICHE A seconda dell’entità GENOMICHE SPONTANEE A seconda della loro origine INDOTTE

13. 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 Mutazioni germinali 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. sono quelle che insorgono in cellule destinate a dare vita a spore o gameti; tali cellule costituiscono la linea germinale. non sono trasmesse alla progenie dell’organismo in cui la mutazione è insorta ed esaurisce i suoi effetti in quell’organismo stesso. sono ereditabili cioè possono essere trasmesse alla progenie dell’organismo in cui la mutazione è insorta.

14. 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 si può verificare per: SOSTITUZIONE DELEZIONE INSERZIONE la mutazione sarà la mutazione sarà SILENTE NON SENSO FRAME SHIFT DI SENSO

15. 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 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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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 (replicationslippage). Malattie genetiche associate a questo tipo di mutazione sono la Corea di Huntington, la sindrome dell'X fragile e la distrofia miotonica.

20. 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).