genetica Flashcards

Question

come si determina il sesso nell'uomo?

Answer 1

L’uomo ha una determinazione del sesso XX-XY, ma la presenza del gene SRY sul cromosoma Y determina i caratteri sessuali maschili. Il gene SRY è necessario e sufficiente per attivare il differenziamento maschile: mutazioni di questo gene nell’uomo determinano lo sviluppo del fenotipo sessuale femminile in individui con genotipo XY, mentre la presenza di SRY in individui con genotipo XX porta allo sviluppo dei testicoli e alla completa inversione di sesso. SRY agisce da interruttore molecolare ed è considerato il gene della determinazione del sesso nei mammiferi: si trova in prossimità di una regione del cromosoma Y chiamata “PAR1”. Durante la meiosi, X e Y si appaiano su questa regione PAR1 e, per far sì che avvenga la corretta segregazione, deve avvenire almeno un evento di crossing over (sempre su quella regione). Se il crossing over avviene in modo ineguale è possibile che il gene SRY venga traslocato sul cromosoma X: gli individui XX saranno maschi e gli individui XY saranno femmine (sex reversal). Durante i primi stadi dello sviluppo l’uomo presenta gonadi indifferenziate e dotti riproduttori maschili e femminili, ma a circa 6 settimane dalla fecondazione il gene SRY si attiva e fa sì che le gonadi diventino testicoli: secernono il testosterone (a cui si devono le caratteristiche maschili) e l’ormone anti-mulleriano (a cui si deve la degenerazione dei dotti riproduttori femminili).

Answer 2

Una parte del genoma è contenuta nei mitocondri e nei cloroplasti, nel caso delle piante: i geni mitocondriali sono coinvolti nella produzione di energia dei mitocondri, mentre i geni del cloroplasto sono necessari per la sua funzione fotosintetica. I geni degli organuli vengono ereditati attraverso l’eredità uniparentale, nella maggior parte dei casi una eredità materna, perché i gameti maschili e femminili non contribuiscono allo stesso modo al citoplasma dello zigote: l'ovulo fornisce la maggior parte del citoplasma. Ogni cellula contiene migliaia di mitocondri e ogni mitocondrio contiene copie multiple di DNA mitocondriale: - Se le copie di mtDNA sono identiche si parla di omoplasmia - Se le copie di mtDNA wild-type coesistono con copie di mtDNA mutate, si parla di eteroplasmia Il numero di organuli e di cromosomi del mitocondrio o del cloroplasto varia da cellula a cellula, quindi le caratteristiche ereditate per via citoplasmatica mostrano spesso delle variazioni fenotipiche molto ampie: non è detto che i geni citoplasmatici siano egualmente ripartiti nella divisione cellulare. Se la mutazione avviene nel mtDNA della madre, la severità della patologia nella progenie dipenderà da: - Quantità di mitocondri ereditati dal figlio - Distribuzione dei mitocondri mutati nei tessuti del corpo - Livello di energia richiesto dai diversi tessuti (è più alto in cuore, muscolo, cervello e fegato) I caratteri contenuti nel DNA dei cloroplasti si comportano allo stesso modo.

Answer 3

Le mutazioni cromosomiche si raggruppano in 3 categorie principali: RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI→ alterano la struttura dei cromosomi (ad es. Duplicazione, delezione, inversione…) ANEUPLOIDIE→ viene alterato il numero dei cromosomi: uno o più singoli cromosomi vengono aggiunti o eliminati POLIPLOIDIE→ vengono aggiunti uno o più assetti cromosomici completi

Answer 4

I triploidi (3n) autopoliploidi si formano spontaneamente in natura, ma possono anche essere costruiti artificialmente: sono generalmente sterili (es banane, angurie senza semi). Gli autotetraploidi si formano per raddoppiamento di un corredo cromosomico 2n, che diviene 4n: molte piante autotetraploidi per natura, come la patata, l’arachide e il caffè, e autotetraploidi indotte, come il cocomero, sono state selezionate come colture commerciali per trarre vantaggio dall’aumento delle dimensioni.

Answer 5

Esistono 4 comuni condizioni di aneuploidia presenti in organismi diploidi: NULLISOMIA→ perdita di entrambi i membri di una coppia di cromosomi omologhi, è rappresentata da 2n-2: uno zigote nullisomico ha 44 cromosomi al posto di 46 MONOSOMIA→ perdita di un singolo cromosoma, è rappresentata da 2n-1: uno zigote monosomico ha 45 cromosomi TRISOMIA→ presenza di un singolo cromosoma in eccesso, è rappresentata da 2n+1: uno zigote trisomico avrà 3 copie omologhe di un certo cromosoma TETRASOMIA→ presenza di 2 cromosomi omologhi in eccesso, è rappresentata da 2n+2: uno zigote tetrasomico umano ha 48 cromosomi, perché nel genoma presenta 4 copie omologhe di un determinato cromosoma

Answer 6

I riarrangiamenti cambiano la struttura dei singoli cromosomi, i 4 tipi fondamentali di riarrangiamento sono le duplicazioni, le delezioni, le inversioni e le traslocazioni. Spesso i riarrangiamenti avvengono perchè si verificano delle rotture nel doppio filamento delle molecole di DNA che si trovano su un cromosoma: a volte la cellula può ricomporre le estremità sbagliate causando un riarrangiamento cromosomico. I riarrangiamenti possono essere anche la conseguenza di errori durante il crossing-over o quando avviene un crossing-over

Answer 7

Le delezioni consistono nella perdita di un segmento cromosomico: ad es. Un cromosoma con i segmenti AB-CDEFG, che va incontro alla delezione del segmento EF genera il cromosoma mutato AB-CDG. Negli individui eterozigoti per delezione, il cromosoma normale deve ripiegarsi ad anello (forma un’ansa) durante l’appaiamento degli omologhi nella meiosi 1, per consentire ai due cromosomi di allinearsi. Gli effetti delle delezioni dipendono dai geni che si trovano nella regione deleta: - Se la delezione include il centromero, il cromosoma non può segregare nella meiosi o nella mitosi e quindi viene perduto -Se siamo in condizione di omozigosi, molte delezioni risultano letali perché nelle regioni delete si perdono tutte le copie di geni essenziali - Se siamo in condizioni di eterozigosi, le delezioni potrebbero produrre degli squilibri nella quantità di prodotto genico. Oppure se l’allele selvatico è stato deleto, quindi non può più mascherare quello recessivo, si esprimono delle mutazioni recessive sul cromosoma omologo. Oppure, può creare problemi se sono necessarie due copie di un gene per far funzionare il gene.

Answer 8

Le duplicazioni sono mutazioni in cui una porzione del cromosoma è stata raddoppiata. Ad es. Se prendiamo un gene formato dalle regioni AB-CDEFG e la duplicazione include i segmenti EF possiamo avere 3 tipi di duplicazione: - DUPLICAZIONE IN TANDEM→ la regione duplicata è adiacente al segmento originale (es. AB-CDEFEFG) - DUPLICAZIONE CON SPOSTAMENTO→ il segmento duplicato si trova a una certa distanza da quello originale, sullo stesso cromosoma o su un altro (es. AB-CDEFGEF) - DUPLICAZIONE INVERSA→ i segmenti duplicati invertendo l’orientamento del segmento originale (es. AB-CDEFFEG) Negli individui eterozigoti per la duplicazione c’è un problema nell’appaiamento cromosomico durante la profase 1: i 2 cromosomi non risultano omologhi per tutta la loro lunghezza, quindi uno o entrambi i cromosomi devono formare un anello e intrecciarsi in modo da potersi allineare.

Answer 9

Sono un tipo di mutazione in cui un segmento di un cromosoma è ruotato di 180°. Ad esempio se il cromosoma AB-CDEFG muta con un’inversione, si possono avere due tipi di inversione: - INVERSIONE PARACENTRICA→ non include il centromero, quindi ad esempio potrebbe includere il segmento EFG e diventare AB-CDGFE - INVERSIONE ACROCENTRICA→ include il centromero, quindi ad esempio potrebbe includere il segmento BCD e diventare AD-CBEFG Quando un individuo è omozigote per un'inversione, durante la meiosi i 2 cromosomi omologhi possono appaiarsi e segregarsi regolarmente. Quando l’individuo è eterozigote per un’inversione, l'ordine genico è differente nei 2 cromosomi omologhi e le sequenze omologhe possono appaiarsi e allinearsi solo se i 2 cromosomi formano un anello in corrispondenza dell’inversione. Gli individui eterozigoti per inversioni mostrano anche una ricombinazione ridotta fra i geni localizzati nella regione invertita: quando si verifica il crossing-over l’esito è un gamete con geni mancanti o presenti in un numero eccessivo di copie che dà luogo a una prole non vitale.

Answer 10

Le traslocazioni sono mutazioni dove avviene lo spostamento di materiale genetico tra cromosomi non omologhi o all’interno dello stesso cromosoma. Esistono diversi tipi di traslocazioni: - TRASLOCAZIONE NON RECIPROCA→ il materiale genetico si sposta da un cromosoma a un altro senza alcuno scambio reciproco. - TRASLOCAZIONE RECIPROCA→ 2 cromosomi non omologhi si scambiano dei frammenti prodotti da 2 rotture cromosomiche simultanee. - TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA→ il braccio corto di un cromosoma acrocentrico si scambia con il braccio lungo di un altro: il cromosoma più piccolo spesso viene perso, perché i cromosomi molto piccoli non hanno una massa sufficiente per segregare adeguatamente durante la mitosi e la meiosi quindi il risultato è una riduzione del numero di cromosomi. Le traslocazioni possono influenzare il fenotipo in diversi modi: - Possono portare a un’associazione fisica di geni che in precedenza erano localizzati su cromosomi differenti. Queste nuove associazioni possono influenzare le espressioni dei geni, perché i geni traslocati in nuove posizioni possono trovarsi sotto il controllo di nuove sequenze regolatrici o di altri geni che ne influenzano l’espressione. - Le rotture cromosomiche che causano le traslocazioni possono verificarsi all’interno di un gene e distruggerne la funzionalità.

Answer 11

I geni localizzati uno vicino all’altro sullo stesso cromosoma si chiamano geni associati: i loci di questi geni si trovano sullo stesso cromosoma e, quindi, gli alleli su uno degli omologhi sono fisicamente uniti (concatenati, linked). I geni associati si muovono insieme durante la meiosi, giungono allo stesso gamete e non ci si aspetta che si assortiscano in modo indipendente. Si scoprì che esistono dei caratteri che non si assortiscono in modo indipendente: ad esempio il colore e la forma del polline dei fiori di piselli odorosi. Vennero incrociati una varietà omozigote di piselli con fiori viola e granuli di polline allungati con un’altra varietà omozigote con fiori rossi e granuli di polline rotondi, da questo incrocio la F1 presentò tutti individui con fiori viola e polline allungato: il carattere viola e il carattere allungato sono dominanti sul carattere rosso e il carattere rotondo. Reincrociando la F1, nella F2 non si ebbe il classico rapporto 9:3:3:1, perché presentava un numero eccessivo di piante con lo stesso fenotipo della generazione parentale. Quindi questi 2 loci analizzati si trovano sullo stesso cromosoma e quindi non si assortiscono in modo indipendente. Nel testcross per due geni associati, ogni crossing-over produce due gameti ricombinanti e due non ricombinanti: la frequenza dei gameti ricombinanti è la metà della frequenza dei crossing-over e la massima frequenza dei gameti ricombinanti è 50%. Quando c’è crossing-over fra geni associati, il risultato è una progenie in prevalenza non ricombinante, con una frazione relativamente piccola di ricombinanti.

Answer 12

Abbiamo definito il termine ricombinazione come l’assortimento di alleli in nuove combinazioni. Ora abbiamo considerato due tipi di ricombinazione: - RICOMBINAZIONE INTERCROMOSOMICA→ ha luogo fra geni posti su cromosomi differenti e trae origine dall’assortimento indipendente, cioè dalla segregazione casuale dei cromosomi nell’anafase I della meiosi - RICOMBINAZIONE INTRACROMOSOMICA→ ha luogo fra geni posti sul medesimo cromosoma e deriva dal crossing-over, cioè dallo scambio di materiale genetico nella profase I della meiosi. Spesso possono essere distinte in base alle frequenze dei tipi di gameti: - la ricombinazione intercromosomica produce 50% di gameti non ricombinanti e 50% di ricombinanti - la ricombinazione intracromosomica frequentemente produce più del 50% di gameti non ricombinanti e meno del 50% di gameti ricombinanti. Tuttavia, la ricombinazione intracromosomica di geni posti a grande distanza sullo stesso cromosoma e la ricombinazione intercromosomica non si distinguono dal punto di vista delle frequenze fenotipiche. Per riuscire a prevedere le proporzioni della progenie attesa per gli incroci in cui si considerano geni associati, è necessario conoscere la disposizione degli alleli sul cromosoma e la frequenza di ricombinazione: permette di prevedere le classi di progenie che si otterranno dagli incroci che riguardano geni associati e di determinare quali di queste classi saranno più numerose e le frequenze relative delle classi di progenie.

Answer 13

La mappatura genetica è una tecnica che permette di individuare la posizione dei geni su un cromosoma. Ottenere una mappa con le posizioni dei geni sui cromosomi è importante perché: - La posizione dei geni è un’informazione cruciale per costruire genotipi complessi, necessari per scopi sperimentali o applicazioni commerciali - La conoscenza della posizione occupata da un gene fornisce uno strumento per individuarne struttura e funzione - I geni presenti e la loro disposizione sui cromosomi sono spesso leggermente diversi in specie correlate. Le mappe cromosomiche sono utili anche per interpretare i meccanismi evolutivi. MAPPE GENETICHE→ mappe cromosomiche calcolate grazie all’impiego della proprietà genetica della ricombinazione MAPPE FISICHE→ mappe cromosomiche calcolate utilizzando le distanze fisiche lungo il cromosoma.

Answer 14

I crossing-over avvengono in modo casuale lungo il cromosoma e, quindi, 2 geni lontani sono più facilmente soggetti a crossing-over rispetto a 2 geni che si trovano vicini: le distanze fisiche fra i geni sui cromosomi sono correlate ai tassi di ricombinazione. Le distanze su una mappa genetica sono misurate in “unità di mappa”: un’unità di mappa equivale all’1% di ricombinazione. Non siamo in grado di distinguere fra geni posti su diversi cromosomi e geni localizzati molto lontano sullo stesso cromosoma: se 2 geni mostrano il 50% di ricombinazione possiamo dire che appartengono a diversi gruppi di linkage, ma non se sono localizzati su cromosomi diversi o molto lontani sullo stesso.

Answer 15

Si possono costruire mappe genetiche effettuando una serie di reincroci. - REINCROCIO A 2 PUNTI→ Possiamo cominciare a costruire una mappa genetica per questi geni prendendo in considerazione le frequenze di ricombinazione per ogni coppia di geni. - REINCROCIO A 3 PUNTI→ tecnica di mappatura più efficiente, in cui si può stabilire la disposizione dei tre geni in un solo esperimento e di solito si può scoprire qualche doppio crossing-over, ottenendo così distanze di mappa più accurate Possono verificarsi tre tipi di crossing-over fra tre geni, singolo o doppio. In ciascun tipo di crossing-over si ottengono due cromosomi ricombinanti e due non ricombinanti. Nei cromosomi ricombinanti da doppio crossing-over, i due alleli esterni sono gli stessi dei non ricombinanti, ma quello intermedio è differente. Per determinare qual'è il gene intermedio: - identificare la progenie non ricombinante (la + numerosa) - identificare la progenie del doppio crossing over (i 2 fenotipi meno numerosi) - confrontare il fenotipo della progenie del doppio crossing over con il fenotipo della progenie non ricombinante: dovrebbero essere differenti in due caratteristiche e differenti in una - la caratteristica differente è codificata dal gene in posizione intermedia

Answer 16

Per molti anni è stata possibile solo grazie ai marcatori genetici tradizionali, ovvero geni che si manifestano con caratteristiche visibili (es. il colore dei fiori, la forma dei semi…). Tuttavia, poiché non tutti gli organismi hanno molti tratti osservabili, questa tecnica era limitata. Negli anni ’80 sono state introdotte tecniche molecolari per analizzare direttamente il DNA. Questo ha portato a scoprire un numero praticamente infinito di marcatori genetici molecolari, piccoli segmenti di DNA che variano da individuo a individuo. Questi marcatori hanno rivoluzionato la genetica perché consentono di creare mappe genetiche più precise e di studiare le relazioni tra i geni (linkage), anche quando non ci sono caratteristiche visibili.

Answer 17

I polimorfismi sono variazioni genetiche all’interno di una popolazione: si manifestano come la presenza di due o più varianti (fenotipi) per una caratteristica biologica. Un gene polimorfico ha almeno due forme alternative (alleli) che si trovano in almeno l’1% della popolazione. Questi polimorfismi si trasmettono secondo le leggi di Mendel e si possono osservare in molti tratti umani (ad es. Il colore degli occhi, la forma dell’attaccatura dei capelli, la capacità di percepire certi sapori…). A livello di DNA, i polimorfismi sono fondamentali per: - Capire come sono organizzati i cromosomi negli organismi complessi. - Studiare l’evoluzione e la diversità genetica.

Answer 18

Il crossing-over è uno scambio di materiale genetico tra cromosomi. Il crossing-over avviene attraverso un processo chiamato ricombinazione omologa, che coinvolge: - ROTTURA DEL DNA→ I due cromosomi omologhi si scambiano segmenti di DNA. La rottura può essere di un singolo filamento (modello di Holliday) o di entrambi i filamenti (modello di rottura a doppio filamento). - INVASIONE DEL FILAMENTO→ Una delle estremità rotte di un cromosoma si inserisce nel filamento dell’altro cromosoma. - MIGRAZIONE DELLA GIUNZIONE DI HOLLIDAY→ Si formano strutture temporanee a forma di croce, dette giunzioni di Holliday, dove i filamenti si scambiano. - RIPARAZIONE DEL DNA→ Gli enzimi riparano le rotture e legano i filamenti insieme, completando lo scambio. Gli enzimi principali coinvolti sono: - ENDONUCLEASI→ Taglia il DNA per iniziare il processo. - POLIMERASI→ Riempie le sequenze mancanti. - LIGASI→ Sigilla i frammenti di DNA per completare il processo.

Answer 19

1- Creighton e McClintock (1931) Creighton e McClintock hanno dimostrato fisicamente che il crossing-over comporta uno scambio reale di materiale genetico. Hanno studiato due geni del mais: - COLORE DEL SEME→ "C" per semi colorati, "c" per semi incolori. - COMPOSIZIONE DEL CHICCO→ "Wx" per chicchi cerosi, "wx" per chicchi amidacei. Hanno utilizzato una varietà di mais con marcatori evidenti sul cromosoma 9: - Una maniglia (knob) a un’estremità. - Un pezzo di un altro cromosoma (traslocazione) all’altra estremità. Osservando i risultati della meiosi, hanno dimostrato che lo scambio tra geni è accompagnato da uno scambio fisico dei cromosomi, visibile al microscopio. 2- Stern (1931) Stern ha confermato il fenomeno in Drosophila (moscerino della frutta), analizzando due geni concatenati sul cromosoma X: - GENE car (carnation)→ Responsabile del colore degli occhi (carnicino o rosso). - GENE B (bar)→ Responsabile della forma degli occhi (normale o a barra). Le femmine con cromosomi X modificati mostravano cambiamenti nella forma e nel colore degli occhi, dimostrando che il crossing-over causava uno scambio fisico di DNA tra i cromosomi.

Answer 20

I batteri sono organismi procarioti, ovvero organismi unicellulari con caratteristiche particolari: - DNA NON RACCHIUSO IN UN NUCLEO→ Il loro materiale genetico si trova libero nel citoplasma, in una regione chiamata nucleoide. - ASSENZA DI ORGANELLI MEMBRANOSI→ Non hanno strutture come mitocondri o reticolo endoplasmatico, che sono delimitati da membrana - GENOMA SEMPLICE→ È costituito da un cromosoma circolare a doppio filamento di DNA. - PLASMIDI→ Spesso possiedono plasmidi, piccoli frammenti di DNA circolare separati dal cromosoma principale, che possono portare geni utili (ad es, per la resistenza agli antibiotici) - BATTERIOFAGI→ Possono essere infettati da virus specifici chiamati fagi, che usano i batteri per riprodursi. I batteriofagi sono virus che infettano i batteri. Le loro caratteristiche principali sono: - MATERIALE GENETICO→ Può essere DNA o RNA, organizzato in un piccolo "cromosoma". - NON SONO CELLULE→ Non hanno metabolismo proprio e dipendono completamente dalle cellule batteriche per riprodursi.

Answer 21

Per studiare i batteri, si utilizzano terreni di coltura, ovvero miscele che forniscono i nutrienti necessari per la loro crescita. Esistono due tipi principali di terreni: - TERRENO MINIMO→ Contiene solo gli elementi essenziali: solo i batteri selvatici (prototrofi) possono crescere su questo terreno. - TERRENO COMPLETO→ Contiene anche aminoacidi e altri nutrienti aggiuntivi: è necessario per i batteri mutanti (auxotrofi) che non possono produrre alcune molecole essenziali. Esistono diversi tipi di batteri in base alle loro esigenze genetiche: - BATTERI PROTOTROFI→ Sono ceppi selvatici (wild type), che possono sintetizzare tutte le molecole necessarie partendo da sostanze semplici, quindi crescono in terreno minimo. - BATTERI AUXOTROFI→ Sono ceppi mutanti che mancano di uno o più enzimi per sintetizzare molecole essenziali, quindi crescono solo in terreni arricchiti con le sostanze che non possono produrre da soli (es. un auxotrofo per l'arginina cresce solo se l’arginina è presente nel terreno). - BATTERI RESISTENTI AGLI ANTIBIOTICI→ Sono ceppi mutanti che hanno sviluppato la capacità di resistere agli antibiotici grazie a enzimi che disattivano il farmaco o che impediscono il suo ingresso nella cellula: possono crescere anche in terreni contenenti antibiotici.

Answer 22

Il replica plating (piastratura delle repliche) è una tecnica utilizzata per identificare e isolare mutanti batterici basati sulle loro esigenze nutrizionali. Svolgimento: Si parte con una piastra in cui i batteri crescono su un terreno completo, dove tutti i ceppi possono svilupparsi, inclusi i mutanti. Si crea una copia della disposizione delle colonie batteriche trasferendole su piastre diverse con terreni selettivi (es. terreno minimo). Solo i batteri prototrofi (selvatici) crescono nel terreno minimo, mentre i mutanti auxotrofi (che necessitano di nutrienti specifici) non crescono. Confrontando le piastre, è possibile identificare i mutanti, poiché saranno assenti sul terreno minimo ma presenti sul terreno completo. Questa tecnica è utile per studiare mutazioni che alterano la capacità del batterio di sintetizzare determinati nutrienti.

Answer 23

Il genoma di molti batteri è formato da un unico cromosoma circolare di DNA a doppio filamento, che contiene milioni di coppie di basi. Oltre al cromosoma principale, molti batteri possiedono plasmidi, ovvero piccoli frammenti di DNA circolare. Caratteristiche dei plasmidi: - Sono più piccoli del cromosoma principale. - Si replicano indipendentemente dal cromosoma batterico. - Contengono geni non essenziali per la sopravvivenza, ma utili in condizioni particolari, ad esempio per: resistenza agli antibiotici, produzione di tossine, utilizzo di sostanze insolite come fonte di energia. - Possono essere presenti in più copie nella stessa cellula. Meccanismi di replicazione dei plasmidi: - Spesso la replicazione è bidirezionale, partendo da un'origine specifica (ori). - In alcuni plasmidi, la replicazione avviene in una sola direzione.

Answer 24

I batteri, pur essendo organismi aploidi e privi di riproduzione sessuata classica, possono scambiare materiale genetico tramite trasferimento genico orizzontale, che avviene con tre meccanismi principali: - CONIUGAZIONE→ Un batterio trasferisce una copia del proprio DNA (di solito un plasmide) a un altro batterio attraverso un ponte proteico chiamato pilo (ad es. Il plasmide F (fattore di fertilità) può essere trasferito, consentendo la ricombinazione genetica) - TRASFORMAZIONE→ Il batterio assorbe frammenti di DNA libero presenti nell’ambiente, che possono provenire dalla lisi di altre cellule batteriche: questo DNA può integrarsi nel cromosoma del batterio ricevente. - TRASDUZIONE→ I batteriofagi (virus che infettano i batteri) trasferiscono frammenti di DNA da un batterio a un altro durante il loro ciclo di infezione. La ricombinazione genetica nei batteri avviene quando DNA proveniente da un donatore si integra nel cromosoma del batterio ricevente. Un esperimento chiave per dimostrare questo processo fu condotto con ceppi di E. coli. Usarono due ceppi di E. coli, entrambi auxotrofi, incapaci di crescere in terreno minimo perché mancavano di geni essenziali: - CEPPO A→ necessitava di treonina (thr), leucina (leu) e tiamina (thi). - CEPPO B→ necessitava di biotina (bio), fenilalanina (phe) e cisteina (cys). Separatamente, i ceppi non riuscivano a crescere su terreno minimo, ma miscelando i due ceppi, alcune cellule erano in grado di crescere su terreno minimo, indicando che c’era stato un trasferimento e ricombinazione di materiale genetico.

Answer 25

La coniugazione è un processo di trasferimento genetico nei batteri in cui una cellula batterica (il donatore) trasferisce una parte del suo DNA a un’altra cellula batterica (il ricevente) attraverso un contatto fisico diretto: questo scambio avviene grazie a una struttura chiamata pilo coniugativo (un "ponte" proteico tra le cellule). Processo della coniugazione: Una cellula batterica donatrice, spesso contenente un plasmide speciale chiamato plasmide F (fattore di fertilità), si collega a una cellula ricevente tramite il pilo sessuale. Il DNA (di solito il plasmide) viene copiato e trasferito alla cellula ricevente. Il plasmide trasferito può integrarsi nel cromosoma del ricevente oppure rimanere separato, ma conferisce nuove caratteristiche, come la resistenza agli antibiotici. Lederberg e Tatum dimostrarono per la prima volta che i batteri possono scambiarsi geni. Gli scienziati si chiesero se il risultato fosse davvero dovuto a uno scambio genetico diretto o se i batteri stessero semplicemente diffondendo molecole utili che l’altro ceppo poteva assorbire. Bernard Davis progettò un esperimento per dimostrare che per lo scambio genetico tra batteri è necessario il contatto fisico diretto. Utilizzò un tubo a U, che era diviso in 2 compartimenti separati da un filtro poroso, che permetteva il passaggio di molecole e nutrienti, ma non il passaggio dei batteri. Procedura: - Nel compartimento A venne inserito il ceppo A, e nel compartimento B venne inserito il ceppo B. - Durante l’incubazione, il terreno di crescita veniva mescolato tra i due compartimenti per garantire che eventuali molecole diffuse potessero attraversare il filtro. RISULTATO→ Non venne osservata nessuna crescita di colonie ricombinanti su terreno minimo: questo dimostrò che, affinché avvenga lo scambio genetico, è necessario il contatto fisico diretto tra i batteri.

Answer 26

Il fattore di fertilità (F) è un plasmide, cioè una piccola molecola di DNA circolare, presente in alcuni batteri come Escherichia coli. Questo plasmide ha un ruolo chiave nella coniugazione batterica, un processo in cui una cellula trasferisce una parte del proprio DNA a un'altra cellula. Caratteristiche del plasmide F: - AUTONOMO→ Può replicarsi indipendentemente dal cromosoma batterico. - EPISOMA→ È in grado di integrarsi temporaneamente nel cromosoma batterico o rimanere separato. - ORIGINE DI TRASFERIMENTO (oriT)→ Contiene una sequenza di origine specifica per il trasferimento del DNA durante la coniugazione. - PILO SESSUALE→ Codifica le proteine necessarie per formare il pilo sessuale, una struttura che collega la cellula donatrice a quella ricevente Le cellule batteriche vengono classificate in base alla presenza o assenza del plasmide F: - CELLULE F+ → Contengono il plasmide F e possono fungere da donatrici durante la coniugazione. Queste cellule formano il pilo sessuale e trasferiscono una copia del plasmide F alle cellule riceventi. - CELLULE F- →Non possiedono il plasmide F e agiscono come riceventi. Durante la coniugazione, una cellula F- può ricevere il plasmide F e trasformarsi in una cellula F+. Meccanismo di trasferimento F+ → F-: Il pilo sessuale collega la cellula F+ (donatrice) alla cellula F- (ricevente). Una copia del plasmide F viene trasferita attraverso il pilo sessuale. La cellula F- riceve il plasmide F e diventa anch'essa F+.

Answer 27

Le cellule Hfr sono un tipo speciale di cellula F+ in cui il plasmide F si è integrato nel cromosoma batterico: questo le rende molto efficienti nel trasferire non solo il plasmide F, ma anche una parte del loro cromosoma alla cellula ricevente. Processo della coniugazione Hfr → F- : Il processo inizia come nella coniugazione F+ → F-, ma questa volta il DNA trasferito include parte del cromosoma batterico insieme al plasmide F. La quantità di DNA trasferito dipende dal tempo in cui le due cellule rimangono collegate. Di solito, il plasmide F completo non viene trasferito, quindi la cellula F- non diventa F+. Una volta nella cellula ricevente, il DNA trasferito può integrarsi nel cromosoma della cellula F- grazie al crossing-over. CELLULE F’ (F PRIMO) Le cellule F’ si formano quando il plasmide F, precedentemente integrato nel cromosoma (cellula Hfr), si stacca e porta con sé una piccola parte del DNA cromosomico. Caratteristiche delle cellule F’: - Contengono un plasmide F "modificato", che include anche geni batterici. - Possono coniugarsi con cellule F-, trasferendo sia il plasmide F che i geni batterici aggiunti. Effetti della coniugazione F’ → F- : La cellula ricevente diventa F’, acquisendo il plasmide F e i geni batterici associati. Questo processo è importante perché consente ai batteri di scambiarsi geni specifici, come quelli per la resistenza agli antibiotici.

Answer 28

La mappatura genetica è una tecnica utilizzata per determinare la posizione dei geni sul cromosoma batterico. Nel caso della coniugazione, si sfrutta il fatto che il trasferimento di DNA da una cellula Hfr a una cellula F- è lineare: i geni vengono trasferiti in un ordine ben preciso. L'idea centrale è interrompere la coniugazione in momenti diversi e osservare quali geni sono stati trasferiti. Il tempo necessario per trasferire un gene è proporzionale alla sua distanza dal punto di origine sul cromosoma. L'esperimento di Jacob e Wollman ha dimostrato come usare la coniugazione interrotta per mappare i geni batterici. Procedura: - INCROCIO TRA CELLULE Hfr E F- → Una cellula Hfr (alta frequenza di ricombinazione) trasferisce il DNA al cromosoma di una cellula F-. Il trasferimento inizia dal punto di integrazione del fattore F (detto origine del trasferimento, o oriT) e procede in modo direzionale lungo il cromosoma. - INTERRUZIONE DELLA CONIUGAZIONE→ A intervalli regolari, la coniugazione viene interrotta (ad esempio, agitando la miscela per separare le cellule): a seconda del momento dell'interruzione, solo una parte del DNA sarà stata trasferita alla cellula ricevente. - ANALISI DEI GENI TRASFERITI→ Si verifica quali geni batterici sono stati trasferiti osservando le caratteristiche (o fenotipi) della cellula ricevente: più a lungo dura la coniugazione, maggiore sarà la quantità di DNA trasferito. RISULTATO→ I geni sono trasferiti in un ordine fisso, e il tempo necessario per il trasferimento di ogni gene riflette la distanza del gene dall'origine. Questo metodo permette di costruire una mappa genetica temporale del cromosoma batterico.

Answer 29

La trasformazione è un processo in cui una cellula batterica riesce a incorporare DNA libero dall'ambiente esterno. In sostanza, il batterio "assorbe" piccoli pezzi di DNA e può integrarli nel proprio cromosoma, arricchendo il suo patrimonio genetico Non tutti i batteri sono in grado di assorbire DNA dall'ambiente, quelli che possono farlo si chiamano cellule competenti. La competenza dipende da vari fattori, come: - Lo stadio di crescita del batterio: alcune cellule diventano competenti solo in determinate fasi. - La quantità di DNA presente nell'ambiente. - Condizioni ambientali particolari (es. temperatura, sali). La competenza può essere naturale o indotta artificialmente in laboratorio. La trasformazione avviene in diverse fasi: - ASSORBIMENTO DEL DNA→ Il DNA esterno entra nella cellula batterica attraverso la parete cellulare e la membrana plasmatica: solo un filamento del DNA viene introdotto, mentre l'altro viene degradato. - INTEGRAZIONE NEL CROMOSOMA→ Il filamento di DNA che entra può appaiarsi con una sequenza omologa (cioè simile) sul cromosoma della cellula ricevente: l'integrazione nel cromosoma richiede due eventi di crossing-over (scambi di materiale genetico), che permettono al DNA esterno di diventare parte stabile del DNA batterico. - ELIMINAZIONE DEL DNA NON UTILIZZATO→ Il filamento di DNA non integrato viene distrutto da enzimi presenti nella cellula. Se il DNA incorporato contiene geni funzionali, la cellula batterica può ottenere nuove caratteristiche.

Answer 30

La trasformazione non è solo un fenomeno naturale, ma anche uno strumento per la ricerca genetica, in particolare per la mappatura dei geni batterici. Svolgimento: - PREPARAZIONE DEL DNA DONATORE→ Il DNA del ceppo batterico donatore viene isolato, purificato e frammentato in piccoli pezzi. - TRATTAMENTO DELLA CELLULA RICEVENTE→ Le cellule batteriche riceventi vengono trattate per aumentare la loro competenza. INGRESSO E RICOMBINAZIONE→ I frammenti di DNA del donatore vengono aggiunti al terreno di coltura e assorbiti dalle cellule riceventi: una parte del DNA entra nelle cellule e si integra nel loro cromosoma. - OSSERVAZIONE DELLA CO-TRASFORMAZIONE→ Durante la trasformazione, si osserva se due o più geni vengono trasferiti insieme nel cromosoma della cellula ricevente: questo fenomeno si chiama co-trasformazione. Geni più vicini sul cromosoma hanno una maggiore probabilità di essere trasferiti insieme: ad es. Se due geni (A e B) vengono trasferiti insieme durante la trasformazione, significa che si trovano vicini sul cromosoma, mentre se il gene C è trasferito raramente insieme ad A o B, vuol dire che si trova più lontano.

Answer 31

La trasduzione è un meccanismo di trasferimento genetico tra batteri che avviene attraverso i batteriofagi, cioè i virus che infettano i batteri: in pratica, un fago può "trasportare" frammenti di DNA da un batterio a un altro. Esistono due tipi principali di ciclo di vita nei fagi: - CICLO LITICO→ Il fago prende il controllo della cellula batterica, produce nuove particelle virali e alla fine rompe (lisi) la cellula ospite per liberare le nuove particelle. - CICLO LISOGENO→ Il DNA del fago si integra nel cromosoma batterico, rimanendo "nascosto" e replicandosi insieme al DNA del batterio: in certe condizioni, può attivarsi e passare al ciclo litico. La trasduzione avviene quando un batteriofago trasferisce pezzi di DNA batterico da una cellula a un’altra. Esistono due tipi di trasduzione: - TRASDUZIONE GENERALIZZATA→ Durante il ciclo litico, il fago "sbaglia" e invece di impacchettare il proprio DNA nelle particelle virali, incorpora per errore frammenti di DNA del batterio ospite. Quando queste particelle infettano un altro batterio, trasferiscono il DNA batterico al nuovo ospite. In questo tipo di trasduzione, qualsiasi gene del batterio donatore può essere trasferito. - TRASDUZIONE SPECIALIZZATA→ Avviene con fagi che seguono il ciclo lisogenico. Quando il DNA del fago si stacca dal cromosoma batterico per passare al ciclo litico, può portare con sé solo determinati geni vicini al sito di integrazione nel cromosoma batterico: questo significa che vengono trasferiti solo alcuni geni specifici.

Answer 32

La curva di crescita dei batteriofagi descrive le fasi della loro replicazione in un ciclo litico, cioè il processo in cui un fago infetta un batterio, produce nuove particelle virali e rilascia i virioni rompendo (lisi) la cellula ospite. Avviene in 4 fasi: - PERIODO DI ECLISSE→ Dopo che il fago ha infettato la cellula batterica, il suo DNA entra nella cellula, ma non sono ancora visibili particelle virali complete. Durante questo periodo, il fago utilizza la cellula ospite per produrre le componenti necessarie: DNA fagico e proteine del capside. - PERIODO DI LATENZA→ Include il periodo di eclisse, ma si estende fino a quando le prime particelle virali vengono liberate dalla cellula batterica. In questa fase, il fago completa l'assemblaggio delle particelle virali all'interno della cellula, ma la lisi (rottura della cellula) non è ancora avvenuta. - PERIODO DI CRESCITA→ Rappresenta il momento in cui la cellula batterica si rompe (lisi), liberando un gran numero di particelle virali (virioni). - PLATEAU→ Periodo in cui tutti i batteri infettati sono lisati.

Answer 33

È un metodo per determinare la posizione relativa dei geni sul cromosoma batterico utilizzando la trasduzione generalizzata. Poiché le particelle fagiche possono trasportare solo piccoli frammenti di DNA, solo i geni molto vicini possono essere trasportati insieme (detti cotrasducenti). Per svolgere la mappatura si misura la frequenza con cui due geni vengono trasdotti insieme (frequenza di cotrasduzione): maggiore è la frequenza, più vicini sono i geni sul cromosoma.

Answer 34

La mappatura genetica nei fagi è un processo che permette di identificare la posizione e l’ordine dei geni sul cromosoma fagico utilizzando la ricombinazione genetica. La ricombinazione avviene quando due fagi con genomi diversi infettano contemporaneamente un batterio e scambiano porzioni del loro DNA, generando nuove combinazioni genetiche. Svolgimento: - INCROCIO TRA FAGI→ Si usano due ceppi di fagi con differenze genetiche note (ad es. Nei geni che influenzano il tipo di placca o lo spettro d'ospite). I due fagi infettano la stessa cellula batterica in un processo chiamato infezione mista. - PROGENIE RICOMBINANTE→ La progenie fagica viene raccolta e analizzata. Si contano i tipi di fagi prodotti: parentali (mantengono la combinazione genetica dei fagi originari) e ricombinanti (mostrano nuove combinazioni di alleli derivanti dalla ricombinazione) - CALCOLO DELLA FREQUENZA DI RICOMBINAZIONE→ Si usa la formula: Frequenza di ricombinazione (FR)=Numero di fagi ricombinanti/Totale dei fagi analizzati La frequenza di ricombinazione è proporzionale alla distanza fisica tra i geni: geni più distanti hanno una maggiore probabilità di ricombinarsi. RISULTATO→ Si ottiene una mappa genetica che mostra l’ordine dei geni e le distanze relative tra loro sul cromosoma fagico.

Answer 35

La replicazione del DNA è il processo mediante il quale una cellula copia il suo DNA prima di dividersi, assicurando che ogni cellula figlia riceva una copia identica del materiale genetico: è un meccanismo preciso e veloce. Inizialmente sono stati ipotizzati 3 modelli di replicazione: - REPLICAZIONE CONSERVATIVA→ L’intera molecola originale di DNA resta intatta, e una nuova molecola di DNA è completamente costruita da zero. - REPLICAZIONE DISPERSIVA→ Le nuove molecole di DNA contengono un misto di frammenti vecchi e nuovi. - REPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA (corretta)→ Ogni molecola di DNA ha un filamento vecchio e uno nuovo. L'esperimento di Meselson e Stahl (1958) ha dimostrato che la replicazione del DNA è semiconservativa. Svolgimento: Coltivarono batteri in un mezzo contenente azoto pesante (15N) per marcare il loro DNA. Trasferirono i batteri in un mezzo contenente azoto leggero (14N) e permisero loro di replicare il DNA. Analizzarono il DNA delle cellule usando una centrifugazione su gradiente di densità con cloruro di cesio (CsCl). Risultati: - DOPO UNA GENERAZIONE→ Si osservò una banda intermedia, indicando che il DNA aveva una densità a metà strada tra quella del DNA pesante (15N) e quella del DNA leggero (14N). Questo escludeva il modello conservativo, che avrebbe prodotto una banda di DNA completamente pesante e una completamente leggera. - DOPO 2 GENERAZIONI→ Comparvero due bande: una intermedia (DNA misto: un filamento 15N e uno 14N) e una leggera (DNA completamente 14N). Questo escludeva il modello dispersivo, che avrebbe prodotto solo bande intermedie. CONCLUSIONE: il DNA si replica secondo il modello semiconservativo.

Answer 36

La replicazione del DNA segue il modello semiconservativo, ma può avvenire in modalità diverse a seconda della struttura del DNA (circolare o lineare) e del tipo di organismo (procariote o eucariote). Modalità principali di replicazione: - REPLICAZIONE THETA→ Comune nei procarioti (come E. coli) e nei genomi circolari. La replicazione inizia in un’unica origine: le forcelle di replicazione si muovono in entrambe le direzioni attorno al DNA circolare, formando una struttura che ricorda la lettera greca "θ". John Cairns dimostrò la replicazione theta usando l’autoradiografia: evidenziò il DNA marcato e osservò le forcelle di replicazione in movimento. - REPLICAZIONE A CERCHIO ROTANTE→ Si verifica in alcuni virus e in plasmidi batterici (es. fattore F di E. coli). Un filamento del DNA circolare è tagliato per iniziare la replicazione: il filamento tagliato funge da stampo per la sintesi di un nuovo filamento, mentre il filamento continuo viene progressivamente spostato. Permette la replicazione rapida di molte copie di DNA. - REPLICAZIONE LINEARE→ Comune negli eucarioti, che hanno grandi cromosomi lineari. A causa della quantità di DNA, la replicazione avviene simultaneamente in migliaia di origini di replicazione: ogni bolla di replicazione si espande finché non si incontra con un'altra, completando il processo. È più lenta rispetto ai procarioti.

Answer 37

La replicazione avviene in 4 fasi: 1- INIZIO - DnaA→ Proteina iniziatrice che riconosce l'origine di replicazione e prepara il DNA per essere srotolato. 2- SVOLGIMENTO - DNA ELICASI→ Enzima che rompe i legami a idrogeno tra i filamenti di DNA, separandoli. - PROTEINE SSB (Single-Strand Binding)→ Si legano ai filamenti singoli per evitare che si riappaino. - DNA GIRASI (o topoisomerasi)→ Allevia la tensione che si forma davanti alla forcella di replicazione durante lo srotolamento. 3- ALLUNGAMENTO - PRIMASI→ Enzima che sintetizza un breve tratto di RNA (primer) sul filamento stampo, fornendo un punto di partenza per la DNA polimerasi. - DNA POLIMERASI III→ Principale enzima che aggiunge nucleotidi al nuovo filamento, sia sul filamento guida che sui frammenti di Okazaki. - DNA POLIMERASI I→ Rimuove i primer di RNA e riempie i vuoti con nucleotidi di DNA. - DNA LIGASI→ Unisce i frammenti di Okazaki per formare un filamento continuo sul lagging strand: forma dei legami covalenti. 4- TERMINAZIONE La replicazione si conclude quando le due forcelle di replicazione si incontrano, oppure quando specifiche sequenze di terminazione, chiamate siti Ter, bloccano il processo.

Answer 38

Ruolo delle DNA polimerasi nei procarioti: - DNA POLIMERASI I→ Rimuove i primer di RNA e li sostituisce con DNA: possiede attività esonucleasica sia in direzione 5' → 3' (per rimuovere i primer) che in direzione 3' → 5' (per correggere errori). - DNA POLIMERASI II→ Coinvolta nella riparazione del DNA quando ci sono danni: funziona anche come enzima error-prone (incline agli errori) per gestire situazioni di emergenza. - DNA POLIMERASI III→ Enzima principale per la replicazione: ha attività di proofreading (correzione degli errori) grazie alla sua funzione esonucleasica 3' → 5'. - DNA POLIMERASI IV e V→ Coinvolte nella riparazione dei danni al DNA in situazioni di stress o errori gravi.

Answer 39

La replicazione del DNA è un processo estremamente preciso, necessario per garantire che le cellule figlie ricevano copie corrette del materiale genetico. La fedeltà della replicazione si basa su tre principali meccanismi: - SELEZIONE DEI NUCLEOTIDI→ Durante la sintesi del DNA la DNA polimerasi seleziona nucleotidi complementari al filamento stampo (l’adenina si appaia con la timina, mentre la guanina si appaia con la citosina): questo processo è reso possibile grazie alla specificità delle basi e alla struttura dell'enzima. Tuttavia, errori possono verificarsi quando un nucleotide sbagliato viene incorporato. - CORREZIONE DI BOZZE (proofreading)→ La DNA polimerasi III possiede una funzione chiamata attività esonucleasica 3' → 5', che consente di rilevare e correggere errori appena commessi: se un nucleotide sbagliato viene inserito, l'enzima lo rimuove e lo sostituisce con quello corretto. Questo meccanismo riduce drasticamente la probabilità di errori. - RIPARAZIONE DEI MALAPPAIAMENTI (Mismatch Repair)→ Dopo la replicazione, alcuni errori sfuggono alla correzione di bozze, quindi il sistema di riparazione dei malappaiamenti (Mismatch Repair System) interviene: riconosce distorsioni nella doppia elica causate da basi mal appaiate, rimuove un segmento di DNA contenente l'errore e la DNA polimerasi lo riscrive correttamente.

Answer 40

Negli eucarioti, la replicazione richiede l’azione coordinata di diverse DNA polimerasi: - DNA polimerasi α (alpha)→ Funziona come una primasi: crea un primer di RNA e lo prolunga con alcuni nucleotidi di DNA. - DNA polimerasi δ (delta)→ È l’enzima principale per la sintesi del filamento lagging (ritardato): riempie le lacune tra i frammenti di Okazaki. - DNA polimerasi ε (epsilon)→ Principalmente responsabile della sintesi del filamento leading (guida). - DNA polimerasi translesione→ Ha bassa fedeltà ma può replicare DNA danneggiato o alterato.

Answer 41

Durante la replicazione del DNA, la DNA polimerasi richiede un primer di RNA per iniziare la sintesi e alla fine del filamento lagging, una volta che il primer di RNA viene rimosso, rimane un gap che non può essere riempito, perché non c'è un'estremità 3’ disponibile su cui lavorare: questo lascia una piccola porzione di DNA non replicata, causando l'accorciamento dei telomeri a ogni ciclo di replicazione. I telomeri sono regioni terminali dei cromosomi formate da sequenze di DNA ripetitivo, come TTAGGG negli esseri umani. Queste sequenze non codificano per proteine e servono come "tappo protettivo" per prevenire la perdita di informazioni genetiche vitali durante l'accorciamento. Nelle cellule somatiche i telomeri si accorciano progressivamente a ogni divisione cellulare: quando diventano troppo corti, la cellula entra in senescenza (arresto della divisione cellulare) o in apoptosi (morte cellulare). Questo processo è associato all'invecchiamento cellulare e può contribuire all'invecchiamento dell'organismo. In alcune cellule, come cellule germinali, cellule staminali e cellule tumorali, è presente un enzima chiamato telomerasi, che è una ribonucleoproteina che aggiunge nuove ripetizioni telomeriche alle estremità dei cromosomi: utilizza una componente di RNA interna come stampo per allungare il filamento di DNA. Questo permette a queste cellule di mantenere la lunghezza dei telomeri e di dividersi indefinitamente.

Answer 42

I telomeri sono le estremità dei cromosomi lineari presenti nelle cellule eucariotiche. Hanno due funzioni principali: - PROTEGGERE IL CROMOSOMA→ Agiscono come un "cappuccio protettivo" per evitare che le estremità del DNA cromosomico si degradino o si fondano con altre estremità. - PERMETTERE LA REPLICAZIONE DELLE ESTREMITA’→ Risolvono il problema tecnico della replicazione del DNA, che altrimenti causerebbe una perdita progressiva di sequenze geniche vitali. Struttura dei telomeri: - SEQUENZA RIPETUTE→ I telomeri sono costituiti da sequenze di DNA ripetitivo, diverse da specie a specie ma generalmente ricche in guanina (G). Negli esseri umani, la sequenza tipica è TTAGGG, ripetuta centinaia o migliaia di volte. - ORIENTAMENTO DEI FILAMENTI→ Il filamento "ricco in G" è più lungo e sporge rispetto al filamento complementare (più corto e "ricco in C"). Questa sporgenza crea un'estremità 3' a singolo filamento chiamata G-strand. - T-LOOP→ In alcune cellule, il filamento ricco in G si piega su sé stesso e si appaia con un tratto complementare di DNA, formando una struttura ad anello chiamata T-loop. Questa configurazione contribuisce a proteggere l'estremità cromosomica. - SHELTERIN→ I telomeri sono associati a un complesso multiproteico chiamato shelterin, che stabilizza il T-loop e protegge le estremità cromosomiche. Questo complesso è formato da diverse proteine, tra cui TRF1 e TRF2 (legano il DNA a doppio filamento), POT1 (si lega al filamento a singola elica ricco in G), TIN2 e RAP1 (coordinano l'interazione tra le altre proteine)

Answer 43

Durante la replicazione, la DNA polimerasi non può copiare completamente le estremità dei cromosomi. Dopo la rimozione dei primer di RNA, rimangono delle porzioni di DNA non replicate, causando il progressivo accorciamento dei telomeri a ogni ciclo cellulare. Nelle cellule che necessitano di una divisione illimitata (es. cellule germinali, staminali, tumorali), entra in gioco un enzima speciale chiamato telomerasi La parte di RNA della telomerasi si appaia con l'estremità sporgente del telomero e la telomerasi aggiunge nuove ripetizioni di DNA telomerico all'estremità 3'. Successivamente, gli enzimi cellulari sintetizzano il filamento complementare.

Answer 44

Una mutazione genica è un cambiamento nel DNA che riguarda un singolo gene. Questi cambiamenti possono essere: - EREDITABILI→ trasmessi alle generazioni successive. - VARIABILI NEGLI EFFETTI→ da benefici a neutri, fino a nocivi. Le mutazioni sono fondamentali per l’evoluzione perché creano variabilità genetica, ma possono anche causare malattie. Le mutazioni possono verificarsi per diversi motivi: - ERRORI DURANTE LA REPLICAZIONE DEL DNA O PER CROSSING OVER→ Quando il DNA si duplica o si scambiano porzioni tra cromosomi durante la meiosi, possono verificarsi errori. - DANNI CHIMICI→ Il DNA è una molecola fragile e può subire: perdita o modifiche delle basi (es. deaminazione di una base azotata) o rottura dello scheletro del DNA (rotture dei legami fosfodiesterici). - INSERIMENTO DI TRASPOSONI→ I trasposoni sono elementi genetici mobili che possono "saltare" in un nuovo punto del genoma, causando alterazioni nel gene dove si inseriscono.

Answer 45

Classificazione delle mutazioni in base alla natura molecolare: 1- MUTAZIONI PUNTIFORMI Le mutazioni puntiformi coinvolgono il cambiamento di una singola base nucleotidica nel DNA. Si dividono in due tipi principali: - TRANSIZIONI→ una purina (A o G) viene sostituita da un’altra purina, oppure una pirimidina (C o T) viene sostituita da un’altra pirimidina - TRASVERSIONI→ una purina viene sostituita da una pirimidina, o viceversa 2- INSERZIONI E DELEZIONI (mutazioni indel) Le inserzioni aggiungono una o più basi nucleotidiche, mentre le delezioni ne rimuovono alcune. Queste mutazioni possono avere due principali effetti: - FRAMESHIFT (fuori fase)→ Se l’inserzione o delezione non è un multiplo di tre nucleotidi, altera la "fase di lettura" del gene, modificando tutta la sequenza successiva di amminoacidi. Questo di solito produce proteine non funzionali. - IN FRAME (in fase)→ Inserzioni o delezioni di multipli di tre nucleotidi lasciano la fase di lettura intatta, ma possono comunque alterare il fenotipo modificando il numero di amminoacidi. 3- ESPANSIONE DELLE RIPETIZIONI NUCLEOTIDICHE Questo tipo di mutazione avviene quando aumenta il numero di copie di un insieme di nucleotidi ripetuti, spesso triplette: questo fenomeno può verificarsi a causa del "slippage" durante la replicazione. 4- SLIPPAGE (scivolamento replicativo) Durante la replicazione del DNA, in regioni con sequenze ripetute, i filamenti di DNA possono formare anse o strutture tridimensionali instabili: se l’ansa si forma sul filamento stampo, può portare a una delezione, mentre se si forma sul filamento neo-sintetizzato, può causare una duplicazione. Il risultato più comune è un aumento della lunghezza della sequenza ripetuta.

Answer 46

Un codone è una sequenza di tre basi che codifica un amminoacido. Le mutazioni possono influire su di esso in modi diversi: - MUTAZIONE SINONIMA (o silente)→ Il codone mutato codifica lo stesso amminoacido; non ci sono effetti apparenti sulla proteina. - MUTAZIONE MISSENSO→ Cambia il codone in modo da codificare un amminoacido diverso: può alterare la funzione della proteina. - MUTAZIONE NONSENSO→ Cambia un codone per un amminoacido in un codone di stop, interrompendo prematuramente la sintesi proteica: questo spesso rende la proteina non funzionale.

Answer 47

Le mutazioni possono essere classificate in base al loro impatto sulla funzione del prodotto genico (proteina o RNA): - PERDITA DI FUNZIONE (loss of function, LOF)→ La mutazione causa una perdita parziale o totale della funzione del prodotto genico. - ACQUISTO DI FUNZIONE (gain of function, GOF)→ La mutazione aumenta o modifica la funzione del prodotto genico. Effetto dominante negativo: il prodotto mutato interferisce con il funzionamento della versione normale del prodotto genico. - MUTAZIONI CONDIZIONALI→ Manifestano il loro effetto solo in determinate condizioni ambientali. - MUTAZIONI LETALI→ Portano alla morte dell’organismo, spesso durante lo sviluppo.

Answer 48

MUTAZIONI SPONTANEE Le mutazioni spontanee sono causate da errori naturali nei processi cellulari o da reazioni chimiche interne. Principali meccanismi: - ERRORI DI REPLICAZIONE PER MALAPPAIAMENTI (tautomeri)→ Le basi azotate del DNA possono esistere in forme chimiche alternative chiamate tautomeri, dovute al cambio di posizione di un atomo di idrogeno o di un doppio legame. Queste forme anomale possono causare malappaiamenti durante la replicazione (Ad es. Tautomerismo della timina→ si appaia con la guanina invece che con l'adenina) - ERRORI DI REPLICAZIONE PER VACILLAMENTO→ La struttura flessibile del DNA permette talvolta accoppiamenti temporanei "errati" (es. G si appaia con T). Questi errori, se non corretti, possono fissarsi come mutazioni stabili. - SLITTAMENTO DEL FILAMENTO (indels)→ Durante la replicazione, uno dei due filamenti del DNA può scivolare, causando l'aggiunta (inserzione) o la perdita (delezione) di nucleotidi. - DELEZIONI O INSERZIONI PER CROSSING-OVER INEGUALE→ Quando due cromosomi si scambiano materiale genetico in modo non simmetrico durante la meiosi, può verificarsi una perdita o un'aggiunta di DNA. Questo porta a indels (delezioni/inserzioni) che possono alterare significativamente la funzione genica. - MODIFICAZIONI CHIMICHE SPONTANEE→ Il DNA è chimicamente instabile e può subire reazioni che alterano le basi: depurinazione (una base purinica A o G viene rimossa spontaneamente dal DNA: lascia un sito "apurinico", che durante la replicazione può causare inserzioni casuali) o deaminazione (rimozione di un gruppo amminico -NH2 da una base).

Answer 49

MUTAZIONI INDOTTE Le mutazioni indotte sono quelle causate da agenti esterni, chiamati mutageni, che aumentano il tasso di mutazioni oltre i livelli naturali. Un mutageno è qualunque agente fisico, chimico o biologico che aumenta il tasso di mutazioni: si trovano nell'ambiente, come nell'aria, nel cibo o nell'acqua. Tipi principali di mutageni: - CHIMICI→ Molecole che reagiscono con il DNA, alterandone la struttura. - FISICI→ Radiazioni che danneggiano il DNA. - BIOLOGICI→ Virus o trasposoni che interferiscono con il genoma. I mutageni possono: - Sostituire una base del DNA (causando appaiamenti errati). - Alterare una base (modificando la sua struttura chimica e il suo comportamento). - Danneggiare una base (rendendola incapace di formare correttamente legami con le basi complementari). Principali meccanismi delle mutazioni indotte: 1- ANALOGHI DELLE BASI AZOTATE→ Questi sono composti chimici simili alle basi normali (A, T, G, C), che però vengono incorporati erroneamente nel DNA durante la replicazione. Ad es. Il 5-bromo-uracile si comporta come la timina (T) ma può appaiarsi anche con la guanina (G), causando una transizione. 2- AGENTI ALCHILANTI→ Donano gruppi chimici come metile (-CH3) o etile (-CH2-CH3) alle basi azotate, modificandone la struttura. Ad es. L’etimetilsulfonato (EMS) alchila la guanina, inducendo transizioni. 3- DEAMINAZIONE→ La rimozione di un gruppo amminico (-NH2) da una base azotata. 4- IDROSSILAZIONE→ Aggiunta di un gruppo ossidrile (-OH) a una base. Questo altera il suo comportamento negli appaiamenti, portando a mutazioni, spesso transizioni. 5- REAZIONI OSSIDATIVE→ Le specie reattive dell'ossigeno (ROS), come superossido, perossido di idrogeno o radicali idrossilici, possono ossidare le basi azotate. Ad es. La guanina ossidata diventa 8-ossoguanina, che si appaia con l’adenina invece che con la citosina. 6- AGENTI INTERCALANTI→ Queste molecole (es. proflavina, bromuro di etidio) si inseriscono tra le basi del DNA, alterando la struttura dell’elica. Causano inserzioni o delezioni di nucleotidi, che portano a mutazioni del frame di lettura (frameshift). 7- RADIAZIONI→ Possono essere di diverso tipo: radiazioni UV (inducono la formazione di dimeri di timina, che distorcono la struttura del DNA e bloccano la replicazione) e radiazioni ionizzanti (ad es. I raggi X o gamma, che rompono direttamente il DNA o creano ROS che danneggiano le basi).

Answer 50

L'mRNA (RNA messaggero) è una molecola che trasporta le istruzioni genetiche dal DNA alla sintesi delle proteine: è il "ponte" tra il DNA (che conserva l'informazione genetica) e la traduzione in proteine, che svolgono funzioni specifiche nella cellula. Ciclo vitale dell'mRNA nei batteri: - TRASCRIZIONE→ Nei batteri, l'mRNA viene sintetizzato direttamente dal DNA nel citoplasma. Un enzima chiamato RNA polimerasi legge il DNA e produce una copia complementare di RNA. - TRADUZIONE→ Appena l'mRNA è prodotto, i ribosomi si legano ad esso e iniziano subito la traduzione in proteine (trascrizione e traduzione sono simultanee). Questo accade perché nei batteri non c'è un nucleo che separa i due processi. - DEGRADAZIONE→ Dopo aver svolto il suo compito, l'mRNA viene rapidamente degradato da enzimi chiamati RNasi. Questo turnover rapido consente alla cellula di adattarsi rapidamente a cambiamenti ambientali, producendo solo le proteine necessarie in un dato momento. Negli eucarioti, il ciclo vitale dell'mRNA è più complesso perché coinvolge ulteriori passaggi dovuti alla presenza di un nucleo: - TRASCRIZIONE (nel nucleo)→ La RNA polimerasi II sintetizza l'mRNA leggendo il DNA. Questo RNA iniziale, chiamato pre-mRNA, è una copia grezza che deve essere modificata prima di poter uscire dal nucleo. - MATURAZIONE DEL PRE-mRNA→ Comprende il capping, lo splicing e la poliadenilazione. - ESPORTAZIONE NEL CITOPLASMA→ L'mRNA maturo viene trasportato fuori dal nucleo nel citoplasma attraverso complessi proteici chiamati pori nucleari. - TRADUZIONE (nel citoplasma)→ I ribosomi si legano all'mRNA e traducono l'informazione genetica in proteine. Questo processo è separato dalla trascrizione, contrariamente a quanto accade nei batteri. - DEGRADAZIONE→ Come nei batteri, anche negli eucarioti l'mRNA viene degradato dopo l'uso da enzimi specifici. La degradazione è più controllata e avviene per regolare i livelli di proteine.

Answer 51

L'RNA è simile al DNA, ma con alcune differenze: - Lo zucchero è il ribosio, non il desossiribosio. - Al posto della base timina (T) c'è l'uracile (U). - L'RNA è generalmente a singolo filamento. Questa struttura flessibile gli consente di svolgere funzioni più varie rispetto al DNA, inclusa la catalisi chimica e l'interazione con proteine.

Answer 52

La trascrizione è il processo attraverso il quale una cellula produce una molecola di RNA utilizzando il DNA come stampo: è la sintesi di RNA a partire dal DNA. Un’unità di trascrizione è una sezione specifica di DNA che comprende: - PROMOTORE→ È la "zona di partenza". Dice alla cellula dove iniziare la trascrizione e quale dei due filamenti del DNA deve essere copiato. Non viene trascritto, ma è essenziale per il processo. Si trova "a monte" del gene (prima del punto di inizio). - SEQUENZA CODIFICANTE→ È il tratto di DNA che viene copiato nell’RNA. Contiene le informazioni che saranno usate per produrre una proteina o un RNA funzionale. - TERMINATORE→ È la "zona di stop". Indica alla cellula dove fermare la trascrizione. Viene trascritto anch’esso, ma serve solo a segnalare il punto finale. Processo di trascrizione: - INIZIO→ La RNA polimerasi, l’enzima responsabile, si lega al promotore. Inizia a "leggere" il DNA a partire dal sito di inizio (+1), copiandolo in RNA. - ALLUNGAMENTO→ La RNA polimerasi si sposta lungo la sequenza codificante, costruendo una molecola di RNA complementare al DNA. Copia solo uno dei due filamenti del DNA (il filamento stampo). - TERMINAZIONE→ Quando raggiunge il terminatore, la trascrizione si ferma. L’RNA viene rilasciato e può essere utilizzato dalla cellula.

Answer 53

Nei procarioti, come i batteri, il processo è rapido e altamente regolato. Comprende 3 fasi principali: inizio, allungamento e terminazione. 1- INIZIO RICONOSCIMENTO DEL PROMOTORE→ L’RNA polimerasi (RNAPol), l’enzima che sintetizza l’RNA, si lega a una regione specifica del DNA chiamata promotore. FORMAZIONE DELLA BOLLA DI TRASCRIZIONE→ Una volta riconosciuto il promotore, l’RNA polimerasi separa i due filamenti di DNA, creando una "bolla di trascrizione" dove uno dei due filamenti (il filamento stampo) viene letto per produrre RNA. CREAZIONE DEI PRIMI LEGAMI→ La RNA polimerasi inizia a unire i primi nucleotidi di RNA complementari al filamento stampo del DNA. AVANZAMENTO DELL’RNA POLIMERASI→ Dopo aver creato i primi legami, l’RNA polimerasi si distacca dal promotore e inizia a muoversi lungo il filamento di DNA, sintetizzando RNA. 2- ALLUNGAMENTO Durante l’allungamento, la RNA polimerasi sintetizza il filamento di RNA. PAUSA TRASCRIZIONALE→ A volte, l’enzima rallenta per permettere all’RNA nascente di ripiegarsi correttamente o per sincronizzarsi con la traduzione (nei procarioti, trascrizione e traduzione possono avvenire simultaneamente). L’RNA polimerasi è molto accurata nell’aggiungere nucleotidi complementari al filamento stampo. È anche in grado di correggere errori, rimuovendo nucleotidi sbagliati. 3- TERMINAZIONE La trascrizione si conclude quando la RNA polimerasi incontra un terminatore. Nei procarioti ci sono due principali tipi di terminazione: 1- TERMINAZIONE RHO-INDIPENDENTE (intrinseca) Il terminatore è composto da una sequenza di ripetizioni invertite ricche in GC: quando vengono trascritte in RNA, si piegano su sé stesse formando una struttura a forcina (o hairpin). Ed è presente anche una sequenza di adenine (A) nel DNA stampo: questa viene trascritta in una serie di uracili (U) nell’RNA, che formano un legame debole con il DNA e facilitano il distacco dell’RNA polimerasi. 2- TERMINAZIONE RHO-DIPENDENTE Richiede una proteina chiamata fattore rho. Il terminatore è composto da una sequenza di DNA a valle, che rallenta la RNA polimerasi, e una sequenza chiamata rut (rho utilization site) dove il fattore rho si lega. Quando la RNA polimerasi si ferma o rallenta il fattore rho "insegue" l'enzima e causa il distacco dell’RNA dalla RNA polimerasi e dal DNA.

Answer 54

Un promotore è una regione specifica del DNA, situata vicino all’inizio di un gene, che funziona come un "punto di partenza" per la trascrizione. La RNA polimerasi, l'enzima responsabile della sintesi dell’RNA, non si lega direttamente al DNA del promotore. Ha bisogno dell’aiuto di fattori di trascrizione (TF, Transcription Factors), che sono proteine che agiscono come guide o "facilitatori".

Answer 55

RNA polimerasi 1 sintetizza l'rRNA RNA polimerasi 2 sintetizza l'mRNA RNA polimerasi 3 trascrive il tRNA

Answer 56

Dopo che l’RNA polimerasi ha riconosciuto il promotore e avviato la trascrizione, inizia la fase di allungamento, in cui l'enzima costruisce una molecola di RNA complementare al filamento stampo di DNA. La RNA polimerasi si comporta come una macchina molecolare che separa i filamenti di DNA, li legge e sintetizza il nuovo RNA. struttura del complesso: - SOLCO→ Una fessura nella struttura della RNA polimerasi dove passa il filamento stampo di DNA. - MURO DI AMINOACIDI→ Una struttura interna che forza il DNA a piegarsi, favorendo l’apertura del doppio filamento e permettendo la lettura. - PORO E IMBUTO→ Canali interni della RNA polimerasi attraverso cui entrano i nucleotidi trifosfato (NTP), che sono i "mattoni" per costruire l’RNA. L'RNA polimerasi: - SEPARA I FILAMENTI DI DNA→ Crea una bolla di trascrizione, ovvero un'area in cui i due filamenti del DNA sono separati. - APPAIA LE BASI→ Il filamento stampo del DNA viene letto e usato come modello per posizionare i nucleotidi complementari (A-U, G-C) sulla nuova catena di RNA. - COSTRUISCE L’RNA→ I nucleotidi trifosfato (NTP) entrano attraverso l’imbuto, si legano al filamento stampo nel solco attivo e si uniscono in una catena. - RILASCIA IL DNA A MONTE E L’RNA→ Man mano che avanza, il DNA si richiude e il filamento di RNA appena sintetizzato fuoriesce dall'enzima.

Answer 57

La trascrizione non è regolata solo dal promotore, ma anche da sequenze distanti chiamate enhancer e silenziatori, che agiscono come "interruttori" per accendere o spegnere l'espressione genica. ENHANCERS (Attivatori della trascrizione)→ Sono sequenze di DNA che possono trovarsi a grande distanza dal promotore (a monte o a valle). Si legano a proteine regolatrici (attivatori) che potenziano la trascrizione. SILENZIATORI (Repressori)→ Funzionano come gli enhancer, ma invece di attivare la trascrizione, la inibiscono. Si legano a proteine chiamate repressori, che bloccano l'attività del promotor

Answer 58

Il modo in cui l'RNA polimerasi termina la trascrizione varia a seconda del tipo di RNA polimerasi. RNA POLIMERASI I→ Necessita di un fattore di terminazione simile al fattore Rho (usato nei batteri), ma si lega al DNA invece che all’RNA. Questo fattore provoca il distacco della RNA polimerasi dal DNA. RNA POLIMERASI III→ Riconosce una sequenza terminatrice semplice (una serie di timine sul DNA stampo) e si dissocia. RNA POLIMERASI II→ La terminazione è più complessa e può avvenire in due modi principali: - MODELLO A TORPEDO→ Dopo che il pre-mRNA è stato tagliato, la parte rimanente dell’RNA neo-sintetizza. Un’esonucleasi digerisce questo RNA residuo in direzione 5'→3', inseguendo la RNA polimerasi II fino a provocarne la dissociazione dal DNA. - MODELLO ALLOSTERICO→ Dopo aver trascritto il sito di taglio del pre-mRNA, la RNA polimerasi II subisce un cambiamento conformazionale, causato dalla dissociazione di proteine di allungamento o dalla presenza di specifiche sequenze sul DNA. Questo cambiamento provoca il distacco della RNA polimerasi dal DNA.

Answer 59

Gli mRNA di procarioti ed eucarioti differiscono in struttura e funzione: 1- mRNA Procariotico - POLICISTRONICO→ Può contenere informazioni per più di una proteina. Questo significa che un unico mRNA può avere siti di traduzione multipli, ognuno con un proprio codone d'inizio (AUG) e una regione codificante. - 5' e 3' UTR→ Anche i procarioti hanno regioni non tradotte, ma non possiedono un cappuccio 5' o una coda poli-A. Questo tipo di mRNA consente ai procarioti di produrre più proteine legate a una stessa funzione (ad esempio, enzimi di una stessa via metabolica) in modo coordinato. 2- mRNA Eucariotico - MONOCISTRONICO→ Contiene le informazioni per una sola proteina. C’è un solo sito di traduzione con un codone di inizio (AUG) e un codone di stop. - CAPPUCCIO 5' (5' m/G)→ Una modifica chimica all’estremità 5' che aiuta il ribosoma a riconoscere l’mRNA. - Coda poli-A (AAAA)→ Una serie di adenine aggiunte all’estremità 3', che protegge l’mRNA dalla degradazione e facilita il trasporto e la traduzione.

Answer 60

- capping - poliadenilazione - splicing

Answer 61

Durante la trascrizione,all'estremità 5' viene aggiunta una 7-metilguanosina (m7G), detta "cap".Scopo del capping: - PROTEZIONE→ Previene la degradazione del pre-mRNA da parte delle nucleasi (enzimi che degradano RNA). - ESPORTAZIONE NUCLEARE→ Facilita il trasporto del pre-mRNA dal nucleo al citoplasma. - TRADUZIONE→ Aiuta il pre-mRNA a posizionarsi correttamente sul ribosoma per avviare la sintesi proteica. Enzimi coinvolti nel capping: - TRIFOSFATASI→ Rimuove un gruppo fosfato dall’estremità 5’. - GUANILTRANSFERASI→ Aggiunge una guanosina. - 7-METILTRANSFERASI→ Aggiunge un gruppo metilico alla guanosina (creando la m7G).

Answer 62

Alla fine della trascrizione, al pre-mRNA vengono aggiunti da 50 a 250 nucleotidi di adenina all’estremità 3’, formando la coda poli-A. Questo avviene dopo che il pre-mRNA viene tagliato in un punto specifico (determinato dalla sequenza AAUAAA). Scopo della poliadenilazione: - STABILITA’ DELL’mRNA→ La coda poli-A protegge il trascritto dalla degradazione, prolungandone la "vita" nel citoplasma. - EFFICIENZA NELLA TRADUZIONE→ Facilita il reclutamento dei ribosomi. - ESPORTAZIONE→ Aiuta l’esportazione del trascritto nel citoplasma. Enzimi coinvolti: - CLEAVAGE AND POLYADENYLATION SPECIFICITY FACTOR (CPSF)→ Riconosce la sequenza AAUAAA e determina il sito di taglio. - POLY(A) POLYMERASE (PAP)→ Aggiunge i nucleotidi di adenina. - CLEAVAGE-STIMULATION FACTOR (CstF)→ Stimola il taglio.

Answer 63

I geni eucarioti hanno due tipi di sequenze: gli esoni, che contengono le informazioni per produrre proteine, e gli introni, che non lo fanno. Gli introni sono "spazi vuoti" che devono essere rimossi per ottenere un mRNA maturo. Nei batteri e nei virus, la sequenza del DNA è "colineare" con quella dell'mRNA, cioè ogni base del DNA corrisponde direttamente a una base dell'mRNA. Negli eucarioti, invece, non è così: gli introni devono essere eliminati per rendere l'mRNA leggibile. Lo splicing è il processo con cui gli introni vengono eliminati e gli esoni uniti per formare l'mRNA maturo. Si svolge nel nucleo all'interno di una struttura complessa chiamata spliceosoma, composta da cinque RNA piccoli associati a proteine. Lo spliceosoma "legge" il pre-mRNA e lo modifica. Processo di splicing: - RICONOSCIMENTO DELLE SEQUENZE CONSENSO→ Lo spliceosoma riconosce specifiche sequenze del pre-mRNA: il sito di splicing 5' (sequenza vicina all'inizio dell'introne), il sito di ramificazione (una base adenina situata 18-40 nucleotidi prima del sito di splicing 3') e il sito di splicing 3' (sequenza alla fine dell'introne). - TAGLIO E UNIONE→ Il nucleotide adenina nel punto di ramificazione si lega a una guanosina nel sito 5', formando un lasso. L'introne viene tagliato e gli esoni vengono uniti da una reazione chimica chiamata transesterificazione.

Answer 64

Il tRNA è un tipo di RNA fondamentale per la sintesi delle proteine. Trasporta gli aminoacidi al ribosoma durante la traduzione, seguendo le istruzioni dell’mRNA. Forma una struttura secondaria a trifoglio, con quattro bracci principali: braccio accettore (lega l’amminoacido), anticodone (riconosce il codone complementare sull’mRNA), braccio TΨC (coinvolto nel legame al ribosoma) e braccio D (importante per il riconoscimento da parte dell’amminoacil-tRNA sintetasi). Questa struttura si ripiega in una forma tridimensionale a L. Modifiche post-trascrizionali del tRNA: - TAGLIO E UNIONE→ Alcune sequenze vengono rimosse o unite. - AGGIUNTA DI BASI RARE→ Oltre alle basi standard (A, C, G, U), il tRNA può includere basi modificate come ribotimidina e pseudouridina, che ne migliorano la stabilità e funzione. - AGGIUNTA DELLA SEQUENZA CCA→ All’estremità 3', necessaria per legare l’amminoacido.

Answer 65

Caratteristiche principali: - È A TRIPLETTE→ Ogni combinazione di tre nucleotidi (codone) codifica un amminoacido. - NON E’ SOVRAPPOSTO→ Ogni nucleotide fa parte di un solo codone. - HA SEGNALI DI INIZIO E FINE→ AUG è il codone di inizio (codifica per metionina), mentre UAA, UAG, UGA sono codoni di stop (terminano la traduzione). - E’ QUASI UNIVERSALE→ Vale per quasi tutti gli organismi, con poche eccezioni (ad es., mitocondri). - E’ DEGENERATO→ Molti aminoacidi sono codificati da più codoni (ridondanza). - NON E’ AMBIGUO→ Un codone specifica sempre un unico amminoacido.

Answer 66

- STRUTTURA PRIMARIA→ È la sequenza lineare degli amminoacidi che compongono una proteina. L'ordine è determinato dal codice genetico e influenza direttamente le altre strutture. - STRUTTURA SECONDARIA→ Descrive il ripiegamento locale del filo di amminoacidi in forme specifiche, come: α-elica (una struttura a spirale) e foglietto β (una struttura piegata a fisarmonica). Queste forme sono stabilizzate da legami idrogeno tra gruppi vicini. - STRUTTURA TERZIARIA→ È la forma tridimensionale completa di un polipeptide. Include ripiegamenti complessi per creare una forma funzionale. - STRUTTURA QUATERNARIA→ Si forma quando più polipeptidi (ognuno con una sua struttura terziaria) si assemblano in un'unica proteina funzionale.

Answer 67

Il ribosoma è composto da due subunità: una minore, che riconosce l'mRNA, e una maggiore , che forma il legame tra gli amminoacidi. Ci sono tre siti funzionali: - SITO A (amminoacilico)→ dove il tRNA carico entra. - SITO P (peptidilico)→ dove si trova il tRNA che tiene il polipeptide in crescita. - SITO E (uscita)→ dove il tRNA vuoto viene rilasciato.

Answer 68

La traduzione è il processo mediante il quale il ribosoma legge l'mRNA e costruisce una proteina. Nei eucarioti, l'inizio della traduzione avviene in diverse fasi: - FORMAZIONE DEL COMPLESSO DI PRE-INIZIO→ Il tRNA iniziatore trasporta l'amminoacido metionina (Met), legato a una molecola di GTP (una fonte di energia chimica). Questo tRNA si unisce alla subunità ribosomiale minore, formando un complesso. - LEGAME CON L'mRNA→ Questo complesso si lega all'estremità 5' dell'mRNA, riconoscendo una struttura chiamata 5' Cap. La coda poli(A) al 3' dell'mRNA aiuta a stabilizzare il legame con il ribosoma. - SCANSIONE E RICONOSCIMENTO DEL CODONE D’INIZIO→ La subunità ribosomiale minore scorre lungo l'mRNA fino a individuare il codone di inizio (AUG), che indica dove iniziare a costruire la proteina. Per aiutare questo processo, c'è una sequenza specifica chiamata sequenza di Kozak (5'-ACCAUGG-3') intorno al codone di inizio. - ASSEMBLAGGIO DEL RIBOSOMA COMPLETO→ Quando il tRNA iniziatore si posiziona sul codone di inizio, la subunità ribosomiale maggiore si unisce al complesso. Il GTP viene idrolizzato (consumato come energia) per completare questa fase. Ora il ribosoma è pronto per leggere l'mRNA e iniziare a costruire la proteina.

Answer 69

Nei batteri, il processo è simile ma con alcune differenze: - SEQUENZA DI SHINE-DALGARNO→ Invece del 5' Cap, l'mRNA contiene una sequenza specifica (la sequenza di Shine-Dalgarno) che si lega alla subunità ribosomiale minore. Questo posiziona correttamente il ribosoma sul codone di inizio. - tRNA INIZIATORE MODIFICATO→ Nei batteri, il tRNA iniziatore trasporta un amminoacido modificato: la formil-metionina (fMet). Fattori di inizio come IF-1, IF-2 e IF-3 guidano l'assemblaggio del ribosoma e il posizionamento del tRNA iniziatore. - ASSEMBLAGGIO DEL RIBOSOMA→ Dopo che il tRNA iniziatore si è posizionato sul codone di inizio, la subunità maggiore si unisce alla subunità minore, formando un ribosoma completo (70S). A questo punto, il ribosoma è pronto per avviare l'allungamento.

Answer 70

L’allungamento presenta diverse fasi: - INGRESSO DEL tRNA→ Un tRNA carico (amminoacil-tRNA) entra nel sito A del ribosoma, portando un nuovo amminoacido specifico per il codone corrispondente sull'mRNA. - FORMAZIONE DEL LEGAME PEPTIDICO→ Un enzima chiamato peptidil transferasi, presente nella subunità maggiore del ribosoma, lega l'amminoacido del sito P a quello del sito A. Il tRNA nel sito P viene liberato dal suo amminoacido. - TRASLOCAZIONE DEL RIBOSOMA→ Il ribosoma si sposta di un codone lungo l'mRNA: il tRNA dal sito A si sposta al sito P (ora contiene il polipeptide in crescita), il tRNA vuoto nel sito P si sposta al sito E e viene rilasciato e il sito A è ora libero per ricevere un nuovo tRNA. - RIPETIZIONE DEL CICLO→ Questo processo continua, aggiungendo un amminoacido alla volta alla catena polipeptidica, fino a raggiungere un codone di terminazione.

Answer 71

La terminazione presenta diverse fasi: - CODONE DI STOP→ Quando il ribosoma incontra un codone di stop (UAA, UAG o UGA), non ci sono tRNA corrispondenti. Al loro posto, si lega un fattore di rilascio (RF), che interrompe la sintesi della proteina. - RILASCIO DELLA PROTEINA→ Il polipeptide finito viene separato dal tRNA nel sito P. - DISASSEMBLAGGIO DEL RIBOSOMA→ Le subunità del ribosoma si separano e l'mRNA viene rilasciato. Tutti i componenti sono pronti per un nuovo ciclo di traduzione.

Answer 72

Gli operoni sono un meccanismo che i batteri usano per regolare gruppi di geni. Un operone è un gruppo di geni che lavorano insieme in un unico processo (es. digestione di uno zucchero) ed è composto da diverse parti: - PROMOTORE→ dove l’RNA polimerasi (l’enzima che copia il DNA in RNA) si lega per iniziare la trascrizione. - OPERATORE→ una regione che può legarsi a proteine regolatrici (come attivatori o repressori) per controllare la trascrizione. - GENI STRUTTURALI→ i geni effettivi che vengono trascritti in un unico RNA messaggero (mRNA). - GENE REGOLATORE→ un gene separato che produce proteine regolatrici per accendere o spegnere l’operone. L'operone produce un unico RNA messaggero (chiamato policistronico) che contiene le informazioni per più geni. Ogni gene verrà poi tradotto separatamente in una proteina. Tipi di regolazione dell’operone: - REGOLAZIONE POSITIVA→ Serve un attivatore (una proteina) che si lega al DNA per far iniziare la trascrizione. - REGOLAZIONE NEGATIVA→ La trascrizione è bloccata da un repressore (una proteina). Quando il repressore si lega al DNA, i geni non vengono trascritti. Operoni inducibili e reprimibili: - INDUCIBILI→ Normalmente i geni sono spenti. Si accendono solo quando c’è uno stimolo esterno (es. presenza di un nutriente). Ad es. L’operone lac, che si attiva in presenza del lattosio. - REPRIMIBILI→ Normalmente i geni sono accesi. Si spengono quando c’è un segnale che indica che il prodotto non serve più. Ad es. L’operone trp, che si disattiva quando c’è troppo triptofano.

Answer 73

I batteri, come E. coli, sono molto adattabili e possono usare diversi zuccheri (glucosio, lattosio, arabinosio, ecc.) come fonte di energia e carbonio. Tuttavia, devono "accendere" solo i geni necessari per metabolizzare uno zucchero specifico quando quello zucchero è disponibile. Un esempio classico è l’utilizzo del lattosio, uno zucchero presente nel latte. I batteri non producono continuamente gli enzimi necessari per degradarlo, ma li sintetizzano solo quando serve, grazie a un sistema chiamato operone lac. L’operone lac è un sistema genetico presente nei batteri per controllare l’uso del lattosio. È un operone inducibile negativo, cioè normalmente è spento, ma si accende quando il lattosio è disponibile. Componenti principali dell’operone lac: - GENI STRUTTURALI→ lacZ (codifica per la β-galattosidasi, un enzima che scinde il lattosio in glucosio e galattosio), lacY (codifica per la lattosio permeasi, una proteina che trasporta il lattosio nella cellula) e lacA (codifica per la β-galattoside transacetilasi, la cui funzione è poco chiara, ma potrebbe aiutare a eliminare composti tossici. - REGIONI REGOLATRICI→ comprendono il promotore (il sito dove si lega l’RNA polimerasi per avviare la trascrizione), l’operatore (una sequenza di DNA vicina al promotore, dove si lega il repressore Lac) e il gene regolatore (lacI), che è esterno all’operone e codifica il repressore Lac, una proteina che spegne l’operone legandosi all’operatore. - INDUTTORE→ Quando il lattosio entra nella cellula, viene convertito in allolattosio, una molecola che funge da induttore. In assenza di lattosio il repressore Lac si lega all’operatore e blocca l’RNA polimerasi. I geni strutturali (lacZ, lacY, lacA) non vengono trascritti, quindi non vengono prodotti gli enzimi per metabolizzare il lattosio. In presenza di lattosio una piccola quantità di lattosio entra nella cellula attraverso la permeasi e viene convertito in allolattosio dalla β-galattosidasi. L’allolattosio si lega al repressore Lac, modificandone la forma (effetto allosterico): il repressore non può più legarsi all’operatore, lasciando libero il promotore. L’RNA polimerasi si lega al promotore e avvia la trascrizione dei geni lacZ, lacY e lacA: vengono prodotte le proteine necessarie per metabolizzare il lattosio.

Answer 74

Il fago λ è un virus che infetta i batteri, integrando il suo DNA in quello della cellula ospite oppure distruggendola per liberare nuove particelle virali. La decisione tra ciclo litico e ciclo lisogenico dipende dalle condizioni della cellula ospite e dall'ambiente. La decisione tra ciclo litico e lisogenico è regolata da una competizione tra due proteine principali: - REPRESSORE λ (CI)→ Promuove il ciclo lisogenico bloccando i geni litici. - Cro→ Promuove il ciclo litico bloccando i geni lisogeni. Come si decide tra ciclo litico e lisogeno - INIZIO (momento dell’infezione)→ La trascrizione parte dai promotori PL e PR, producendo N e Cro. La proteina N permette la trascrizione di geni aggiuntivi, inclusi cII e cIII. - CICLO LISOGENICO (batterio in difficoltà)→ CII è stabile grazie a basse proteasi. CII attiva la trascrizione di CI dal promotore PRE. CI blocca i geni litici legandosi ai siti operatori (OR1 e OR2) e favorisce la propria produzione tramite il promotore PRM. Il DNA del fago si integra nel batterio (grazie al gene Int, attivato da CII). - CICLO LITICO (batterio in buona salute)→ CII è degradato rapidamente a causa di alte proteasi. Senza CII, CI non viene espresso. Cro si lega al sito OR3, bloccando la trascrizione di CI. I geni litici vengono attivati, portando alla distruzione della cellula e alla liberazione di nuovi fagi.

Answer 75

L’espressione genica negli organismi eucarioti è un processo complesso e altamente regolato, che permette alle cellule di attivare o spegnere i geni in modo specifico, a seconda delle loro necessità. Questo controllo avviene in diverse fasi, dal DNA fino alla proteina finale, e coinvolge molte componenti molecolari. Principali fasi del controllo dell’espressione genica: - REGOLAZIONE TRASCRIZIONALE (Nucleo)→ Determina quali geni vengono trascritti in RNA messaggero (mRNA). 1- Inizia con il rimodellamento della cromatina: per rendere un gene accessibile, la cromatina deve essere "allentata" da proteine regolatrici. 2- I fattori di trascrizione (TF) si legano a specifiche sequenze del DNA (promotori ed enhancer) per favorire o bloccare l’inizio della trascrizione. 3- L’RNA polimerasi, insieme a coattivatori e proteine regolatrici, inizia la sintesi dell’RNA. - REGOLAZIONE POST-TRASCRIZIONALE (Citoplasma)→ Determina il tipo e la disponibilità degli mRNA per la traduzione. Include processi come: maturazione del pre-mRNA (splicing, aggiunta del cappuccio 5' e della coda poli-A), RNA interference (RNAi, piccole molecole di RNA, ad es. I microRNA, possono legarsi agli mRNA e impedirne la traduzione o favorirne la degradazione) e degradazione dell’mRNA (la velocità con cui un mRNA viene distrutto regola quanto tempo è disponibile per produrre proteine). - REGOLAZIONE TRADUZIONALE (Citoplasma)→ Determina quanto rapidamente iniziano la traduzione e la sintesi proteica. Alcune proteine regolano l’interazione dell’mRNA con il ribosoma. La velocità di inizio della sintesi proteica può essere modulata in base ai bisogni della cellula. - REGOLAZIONE POST-TRADUZIONALE (Citoplasma)→ Influisce sulla maturazione, sulla funzione e sulla stabilità delle proteine prodotte. Include: modifiche chimiche alle proteine (che ne attivano o inibiscono la funzione, Ad es. fosforilazione, acetilazione), rimozione di segmenti mascheranti (per attivare la proteina) e degradazione selettiva delle proteine (tramite il proteasoma)

Answer 76

L’epigenetica è una branca della biologia che studia i cambiamenti nell'espressione genica che non dipendono da modifiche nella sequenza del DNA, ma da segnali chimici e strutturali. Questi segnali regolano quali geni vengono "accesi" o "spenti" e possono essere influenzati sia dall’ambiente interno della cellula che dall’ambiente esterno all'organismo. Genetica VS epigenetica: - GENETICA→ Si occupa delle informazioni contenute nella sequenza di DNA (genotipo). Ogni cellula di un organismo ha lo stesso genoma. - EPIGENETICA→ Spiega perché cellule con lo stesso DNA (ad esempio, una cellula della pelle e una cellula nervosa) hanno funzioni diverse. Agisce come un "ponte" tra il genotipo e il fenotipo (le caratteristiche osservabili).

Answer 77

I segnali epigenetici influenzano la struttura della cromatina (DNA + proteine istoniche), regolando l'accessibilità del DNA ai fattori di trascrizione. Tra i principali segnali epigenetici troviamo: - METILAZIONE DEL DNA→ Consiste nell’aggiunta di un gruppo metile (-CH3) a specifiche basi del DNA, in particolare nelle regioni ricche di CpG. Spesso reprime l'espressione genica, rendendo il DNA meno accessibile: è un modo per "silenziare" geni non necessari in determinati tipi di cellule. Ad es. Nelle cellule della pelle, i geni responsabili della funzione nervosa sono metilati per essere "spenti". - MODIFICHE AGLI ISTONI→ Gli istoni sono proteine intorno a cui il DNA si avvolge. Possono essere modificati chimicamente con l’aggiunta di gruppi acetili (acetilazione, che facilita l’apertura della cromatina e favorisce la trascrizione), gruppi metili (metilazione, che può aumentare o ridurre l'espressione genica, a seconda della posizione) e gruppi fosfati (fosforilazione, influenza la compattazione della cromatina) - RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA→ Complessi proteici spostano, rimuovono o riorganizzano i nucleosomi per esporre il DNA ai fattori di trascrizione o per renderlo meno accessibile. Le modificazioni epigenetiche: - SONO REVERSIBILI→ Possono cambiare in risposta a stimoli ambientali (es. dieta, stress, esposizione a sostanze chimiche). - SONO EREDITABILI→ Durante la divisione cellulare, alcune modifiche epigenetiche vengono trasmesse alle cellule figlie. Questo permette di mantenere i "programmi" cellulari durante lo sviluppo e nelle generazioni successive. L'ambiente esterno e lo stile di vita influenzano i segnali epigenetici. Ad esempio: - DIETA→ Alcuni nutrienti (es. folati e vitamina B12) favoriscono la metilazione del DNA. - INQUINAMENTO→ Sostanze tossiche possono alterare la metilazione o il rimodellamento della cromatina. - STRESS→ Lo stress cronico può modificare i segnali epigenetici, influenzando l’espressione di geni legati all'umore o al sistema immunitario.

Answer 78

Le modifiche epigenetiche coinvolgono tre tipi di proteine che agiscono in coordinamento: - WRITER→ Aggiungono modifiche chimiche (es. HAT per l’acetilazione, HMT per la metilazione). - ERASER→ Rimuovono le modifiche (es. HDAC per deacetilazione, HDM per demetilazione). - READER→ Riconoscono le modifiche e reclutano altre proteine per attivare o reprimere i geni.

Answer 79

L'imprinting parentale è un fenomeno epigenetico che regola l'espressione di specifici geni in modo dipendente dall'origine parentale (cioè se il gene proviene dal padre o dalla madre). Questo processo si basa su modifiche epigenetiche, come la metilazione del DNA, che determinano l'attivazione di un solo allele, silenziando l'altro. Aspetti principali: - ESPRESSIONE MONOALLELICA→ L'imprinting comporta che solo uno dei due alleli di un gene venga espresso, mentre l'altro è silenziato. L'allele attivo dipende dall'origine parentale: imprinting materno (viene silenziato l'allele materno, e si esprime solo quello paterno) o imprinting paterno (viene silenziato l'allele paterno, e si esprime solo quello materno). - IMPRINTING CONTROL REGIONS (ICRs)→ Sono regioni specifiche del DNA che regolano l'imprinting parentale. Le ICRs sono soggette a metilazione del DNA, che è la principale modifica epigenetica responsabile del silenziamento di un allele. - MEMORIA DELL’ORIGINE PARENTALE→ Durante lo sviluppo gametico, il DNA "riceve" un'impronta (imprinting) che riflette la sua origine, paterna o materna. Questa impronta rimane stabile e guida l'espressione differenziale dei geni.

Answer 80

L'RNA non è solo un messaggero tra DNA e proteine, ma svolge anche ruoli regolatori, influenzando direttamente l'espressione genica. Nei batteri, questi meccanismi sono particolarmente raffinati e coinvolgono diverse strategie basate sull'RNA. 1- RNA ANTISENSO Gli RNA antisenso sono molecole complementari a specifiche sequenze degli mRNA. Si legano a queste sequenze e ne inibiscono la traduzione. L'RNA antisenso si appaia con l'mRNA bersaglio: questo legame impedisce l'accesso del ribosoma all'mRNA, bloccando l'inizio della sintesi proteica. 2- INTERRUTTORI GENICI A RNA (riboswitch) I ribointerruttori sono sequenze regolatrici all'interno dell'mRNA che controllano l'espressione genica formando strutture secondarie influenzate da molecole regolatrici. I riboswitch si trovano prevalentemente nella regione 5' UTR dell'mRNA e si ripiegano in strutture secondarie compatte che determinano se il gene sarà trascritto o tradotto. In presenza di una molecola regolatrice, la molecola si lega al riboswitch e stabilizza una struttura che blocca il sito di legame del ribosoma: niente traduzione. Mentre in assenza di una molecola regolatrice, il riboswitch assume una conformazione diversa che lascia il sito libero: traduzione attiva. 3- RIBOZIMI REGOLATORI I ribozimi sono RNA con attività catalitica che, oltre a catalizzare reazioni chimiche, possono agire come repressori genici. Una specifica sequenza del ribozima sull'mRNA si lega a una molecola regolatrice, questo legame induce un taglio autonomo dell'mRNA, portandolo alla degradazione.

Answer 81

Negli eucarioti, la stabilità degli mRNA è altamente variabile e regolata. L'mRNA può essere rapidamente degradato per controllare l'espressione genica. Meccanismi principali di degradazione: - DEADENILAZIONE→ La degradazione inizia con l'accorciamento della coda di poli(A), una struttura protettiva sull'estremità 3' dell'mRNA. - DECAPPING→ Dopo la rimozione della coda di poli(A), il cappuccio 5' (che protegge l'mRNA dall'attacco delle nucleasi) viene eliminato. A questo punto, le esonucleasi degradano l'mRNA in direzione 5' → 3'. - DEGRADAZIONE DA 3' → 5'→ In alternativa, l'mRNA può essere degradato a partire dall'estremità 3', seguita dalla rimozione del cappuccio in 5'. La degradazione dell'mRNA è fondamentale per rimuovere trascritti non necessari e regolare i livelli di proteine in risposta a cambiamenti ambientali.

Answer 82

Gli elementi trasponibili, o trasposoni, sono sequenze di DNA che possono spostarsi da un punto all'altro all'interno del genoma. Questa capacità li rende un’importante forza evolutiva, ma anche una potenziale fonte di mutazioni e riarrangiamenti genomici. Struttura generale: - RIPETIZIONI FIANCHEGGIANTI DIRETTE→ Sequenze brevi (3-12 basi) che si trovano su entrambi i lati del trasposone. Sono generate durante l'inserimento del trasposone nel DNA ospite. - RIPETIZIONI TERMINALI INVERTITE→ Presenti in molti trasposoni, sono sequenze brevi (9-40 basi) che si trovano alle estremità e sono complementari ma invertite. Servono come siti di riconoscimento per gli enzimi responsabili della trasposizione: sono essenziali per il meccanismo di trasposizione.

Answer 83

Tipi di trasposizione: - TRASPOSIZIONE REPLICATIVA (copia-incolla)→ Il trasposone rimane nella posizione originale e una copia viene inserita altrove. Tipico dei retrotrasposoni. - TRASPOSIZIONE NON REPLICATIVA (taglia-incolla)→ Il trasposone viene rimosso dalla sua posizione originale e inserito in una nuova. Tipico dei trasposoni a DNA.

Answer 84

1. Sequenze di inserzione (IS) Sono gli elementi trasponibili più semplici, lunghi generalmente 800-2000 bp. Contengono solo le informazioni essenziali per la trasposizione, come il gene che codifica per l’enzima trasposasi. Alle estremità, presentano ripetizioni terminali invertite (segnali per il riconoscimento della trasposasi). FUNZIONE: Permettono il "salto" da una posizione a un’altra del genoma. 2. Trasposoni compositi (Tn) Sono costituiti da due sequenze di inserzione (IS) alle estremità. Tra le IS è presente del DNA aggiuntivo, che può contenere geni utili, come quelli per la resistenza agli antibiotici. FUNZIONE: Conferiscono vantaggi evolutivi, come la capacità di resistere agli antibiotici, aumentando la sopravvivenza della cellula ospite. 3. Trasposoni non compositi (semplici) Non contengono sequenze di inserzione (IS). Presentano ripetizioni terminali invertite e portano informazioni aggiuntive non legate direttamente alla trasposizione.

Answer 85

Gli eucarioti possiedono una gamma ancora più ampia di elementi trasponibili, che possono essere classificati in base al loro meccanismo di trasposizione: - TRASPOSONI A DNA (meccanismo simile ai batteri)→ Funzionano mediante intermedi a DNA e presentano ripetizioni terminali invertite. - RETROTRASPOSONI→ Funzionano tramite intermedi a RNA, seguendo un processo "copia-incolla". Presentano ripetizioni dirette lunghe alle estremità.

Answer 86

Gli elementi trasponibili possono causare mutazioni in diversi modi: - INSERZIONE DI UN GENE FUNZIONALE→ Disattiva o altera l’espressione del gene. Ad es. Nell’uva bianca, un retrotrasposone si è inserito vicino al gene VvmybA1, bloccando la sintesi dei pigmenti antocianici. - RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI→ Delezioni (una porzione di DNA viene eliminata), inversioni (un segmento di DNA si inverte di orientamento) e duplicazioni (una copia aggiuntiva di un segmento di DNA viene creata). Ad es. Nell’uva rossa, una mutazione successiva ha parzialmente rimosso il retrotrasposone vicino a VvmybA1, permettendo la ripresa della sintesi di pigmenti, ma in misura ridotta.

Answer 87

Il DNA è costantemente soggetto a danni causati da agenti esterni (radiazioni, sostanze chimiche) e interni (errori durante la replicazione, processi cellulari). Per mantenere la stabilità genomica, esistono diversi sistemi di riparo Quando il DNA viene danneggiato, il filamento complementare intatto funge da modello per la riparazione. Questo garantisce che la sequenza originaria venga ripristinata con alta fedeltà. I meccanismi di riparazione sono altamente specifici e si attivano in base al tipo di danno. - riparazione diretta - riparazione per escissione di basi (BER) - riparazione per escissione di nucleotidi (NER) - mismatch repair (MMR) - sintesi di translesione - riparazione delle rotture a doppia elica

Answer 88

1. Riparazione Diretta È un metodo semplice ed efficace che corregge direttamente il danno senza rimuovere o sostituire nucleotidi. - CORREZIONE DI BOZZE (Proofreading)→ Durante la replicazione, la DNA polimerasi rileva e corregge errori di appaiamento. - REVERSIONE DI MODIFICHE CHIMICHE 2. Riparazione per Escissione di Basi (BER) Ideale per danni di piccola scala, come basi ossidate, deaminate o alchilate. Fasi principali: - RICONOSCIMENTO DEL DANNO→ Le DNA glicosilasi scansionano il DNA e riconoscono basi specifiche danneggiate. - RIMOZIONE DELLA BASE DANNEGGIATA→ La DNA glicosilasi taglia il legame tra base e zucchero, creando un sito AP (apurinico/apirimidinico). - TAGLIO DELLO SCHELETRO ZUCCHERO-FOSFATO→ L’endonucleasi AP taglia il legame fosfodiesterico sul lato 5’ del sito AP. - RIMOZIONE DELLO ZUCCHERO DESOSSIRIBOSIO→ Lo zucchero residuo viene rimosso, lasciando un intervallo sul DNA. - SOSTITUZIONE DEL NUCLEOTIDE MANCANTE→ La DNA polimerasi aggiunge nuovi nucleotidi al filamento, utilizzando il filamento stampo come guida. - SIGILLATURA FINALE→ La DNA ligasi ripristina la continuità del DNA.

Answer 89

Il sistema NER (Nucleotide Excision Repair) si occupa di riparare danni più grandi che alterano la struttura del DNA Nei batteri, la riparazione NER coinvolge le proteine UvrA, UvrB, UvrC e UvrD: - RILEVAMENTO DEL DANNO→ Il complesso UvrA-UvrB scansiona il DNA per individuare distorsioni. UvrA si stacca e UvrB rimane per denaturare il DNA. - TAGLIO DEL DNA→ UvrC si lega a UvrB e taglia il DNA a 8 nucleotidi a monte della lesione e a 4 nucleotidi a valle della lesione. - RIMOZIONE DEL FRAMMENTO DANNEGGIATO→ UvrD, un’elicasi, rimuove il segmento tagliato. - RIPARAZIONE→ La DNA polimerasi I riempie il gap e la DNA ligasi sigilla il filamento. Meccanismo del NER negli eucarioti: RICONOSCIMENTO DEL DANNO→ Il sistema rileva deformazioni nella doppia elica causate dal danno. SEPARAZIONE DEI FILAMENTI→ Il DNA viene aperto intorno alla lesione, formando una bolla di denaturazione. INCISIONE→ Gli enzimi tagliano il filamento danneggiato a monte e a valle del danno. ESCISSIONE→ Il segmento tagliato, contenente il danno, viene rimosso. SINTESI→ La DNA polimerasi utilizza il filamento complementare come stampo per inserire i nucleotidi corretti. LIGAZIONE→ La DNA ligasi chiude il filamento, ristabilendo l’integrità della doppia elica. Ci sono due Vie di Riparazione NER negli Eucarioti: - NER ACCOPPIATO ALLA TRASCRIZIONE (TC-NER)→ Ripara preferenzialmente il filamento stampo dei geni attivamente trascritti. Il danno è segnalato quando la RNA polimerasi si blocca sulla lesione durante la trascrizione. Fattore chiave: Cockayne syndrome B (CSB), che riconosce il danno e recluta altre proteine per il processo di riparazione. Vantaggio: Garantisce la riparazione prioritaria dei geni essenziali per la cellula. - NER GENOMICO GLOBALE (GG-NER)→ Ripara danni in tutto il genoma, inclusi i tratti di DNA non trascritti. Il riconoscimento del danno è mediato dalla proteina XPC (Xeroderma pigmentosum protein C), che rileva distorsioni nella doppia elica. Vantaggio: Mantiene l’integrità dell’intero genoma, anche nelle regioni meno attive.

Answer 90

La riparazione del mismatch (Mismatch Repair, MMR) è un sistema essenziale per correggere errori di appaiamento (mismatch) e piccole inserzioni o delezioni che si verificano durante la replicazione del DNA. Meccanismo MMR in E. coli: - RICONOSCIMENTO DEL MISMATCH→ Il complesso MutS (un dimero) si lega al mismatch e provoca una distorsione del DNA per segnalare l'errore. MutS recluta MutL, che funge da ponte tra MutS e altre proteine della riparazione. - IDENTIFICAZIONE DEL FILAMENTO FIGLIO→ In E. coli, il filamento figlio viene riconosciuto perché non è ancora metilato dalla Dam metilasi. - TAGLIO DEL FILAMENTO DANNEGGIATO→ MutH, attivato da MutL, è un’endonucleasi che taglia il filamento figlio vicino al mismatch. - RIMOZIONE DEL TRATTO DANNEGGIATO→ Intervengono la elicasi UvrD (che svolge il DNA) e un’esonucleasi per rimuovere il tratto del filamento contenente il mismatch. - SINTESI E LIGAZIONE→ La DNA polimerasi III sintetizza il nuovo tratto di DNA utilizzando il filamento stampo. La DNA ligasi sigilla il filamento riparato. Negli eucarioti, il sistema MMR è più complesso e presenta alcune differenze rispetto a quello batterico: - RICONOSCIMENTO DEL MISMATCH→ Proteine MSH2-MSH6 (riconoscono mismatch singoli e loops di una singola base) e le MSH2-MSH3 (riconoscono loops da inserzione o delezione di più basi) - RICONOSCIMENTO DEL FILAMENTO FIGLIO→ Gli eucarioti non utilizzano la metilazione per distinguere il filamento figlio. Invece, il riconoscimento è basato su segnali come le incisioni nei frammenti di Okazaki (nei filamenti in ritardo durante la replicazione) o la presenza di termini non legati - TAGLIO ED ESCISSIONE→ Proteine MLH1-PMS2 e MLH1-MLH3 interagiscono con MSH e reclutano enzimi per tagliare il filamento danneggiato. Viene rimossa una porzione di DNA contenente il mismatch grazie all’intervento di proteine come la flap endonucleasi 1 (FEN1) e le elicasi. - SINTESI E LIGAZIONE→ La DNA polimerasi δ o ε sostituisce i nucleotidi mancanti usando il filamento stampo. La DNA ligasi sigilla il filamento.

Answer 91

La sintesi di translesione è un meccanismo che permette alla replicazione del DNA di continuare nonostante la presenza di danni nel filamento stampo. Meccanismo della TLS: - BLOCCO DELLA REPLICAZIONE→ Le DNA polimerasi replicative (es. DNA Pol δ ed ε) non riescono a superare i danni sul filamento stampo, causando il blocco della forcella di replicazione. - RECLUTAMENTO DELLO POLIMERASI DI TLS→ Vengono reclutate specifiche DNA polimerasi specializzate, come Pol η, Pol ζ, e Pol κ, che hanno la capacità di sintetizzare il DNA anche in presenza di danni. - SINTESI OLTRE IL DANNO→ Le polimerasi TLS incorporano nucleotidi opposti al danno. Tuttavia, la loro specificità è bassa, quindi possono introdurre errori (mutazioni). - RIPRESA DELLA REPLICAZIONE→ Dopo aver superato il danno, le polimerasi TLS vengono sostituite dalle polimerasi replicative, che riprendono il normale processo di replicazione.

Answer 92

Le rotture a doppia elica (Double-Strand Breaks, DSBs) sono tra i danni più gravi al DNA e, se non riparate, possono portare a instabilità genomica o morte cellulare. Esistono due principali meccanismi di riparazione: 1. Non-Homologous End Joining (NHEJ) Unisce direttamente le estremità rotte del DNA senza necessità di complementarità di sequenza. Meccanismo: - RICONOSCIMENTO DELLE ESTREMITA’ ROTTE→ Complessi proteici come Ku70/80 si legano alle estremità del DNA. - RIMOZIONE DI ESTREMITA’ NON COMPATIBILI→ Le nucleasi processano le estremità per renderle compatibili. - LIGAZIONE→ La DNA ligasi IV unisce le estremità del DNA. 2. Ricombinazione Omologa (HR) Utilizza un cromosoma omologo come stampo per riparare la rottura. Meccanismo: - PROCESSAMENTO DELLE ESTREMITA’→ Le estremità rotte vengono rese spaiate grazie all'azione di nucleasi come. - INVASIONE DEL FILAMENTO→ Il filamento spaiato invade il cromosoma omologo, formando una struttura chiamata D-loop. Questo processo è mediato da proteine. - SINTESI DEL DNA→ La DNA polimerasi estende il filamento rotto usando il cromosoma omologo come stampo. - RISOLUZIONE DELLE GIUNZIONI DI HOLLIDAY→ Le strutture formate (giunzioni di Holliday) vengono risolte, portando al ripristino del DNA con o senza crossing over.

Answer 93

La genetica di popolazione studia la composizione genetica di gruppi di individui appartenenti alla stessa specie (popolazioni) e i cambiamenti di questa composizione nel tempo e nello spazio.

Answer 94

Il pool genico è la somma totale di tutti gli alleli per tutti i loci genetici presenti in una popolazione in un dato momento. Ad es. In una popolazione di 100 individui, ogni individuo possiede due alleli per un dato locus autosomico (per un totale di 200 alleli): il pool genico rappresenta l'insieme di questi 200 alleli.

Answer 95

La frequenza genotipica rappresenta la proporzione di individui con un certo genotipo in una popolazione. La frequenza allelica è la proporzione di un certo allele rispetto al totale degli alleli presenti nella popolazione. La frequenza fenotipica è la proporzione di individui con un determinato fenotipo in una popolazione.

Answer 96

La legge di Hardy-Weinberg descrive come le frequenze alleliche e genotipiche si comportano in una popolazione ideale in assenza di forze evolutive (mutazione, migrazione, selezione naturale, ecc.). Assunzioni della legge: - La popolazione è infinitamente grande. - POPOLAZIONE PANMITTICA→ Gli individui si accoppiano in modo casuale. - Gli alleli sono stabili (non ci sono mutazioni). - Non c'è migrazione (né entrata né uscita di individui). - Tutti gli individui hanno la stessa capacità riproduttiva (assenza di selezione naturale). Se le condizioni sopra sono soddisfatte le frequenze alleliche (p e q) rimangono costanti nel tempo e le frequenze genotipiche si stabilizzano dopo una generazione Implicazioni della legge di Hardy-Weinberg: - NESSUNA EVOLUZIONE IN EQUILIBRIO HW→ Una popolazione che soddisfa le condizioni di Hardy-Weinberg non può evolversi perché le frequenze alleliche restano costanti nel tempo. L’evoluzione richiede cambiamenti nelle frequenze alleliche, che si verificano solo in presenza di forze evolutive (es. selezione naturale, mutazioni, migrazione). - RIPRODUZIONE E FREQUENZE GENOTIPICHE→ La riproduzione da sola (senza altre forze evolutive) non causa cambiamenti nelle frequenze alleliche. Quando una popolazione è in equilibrio, le frequenze genotipiche possono essere previste dalle frequenze alleliche. - VERIFICA SPERIMENTALE→ Il fatto che una popolazione segua le proporzioni di Hardy-Weinberg non significa che sia immune da selezione naturale, mutazione o migrazione. Indica solo che queste forze non hanno agito significativamente dall’ultimo momento in cui si è verificato accoppiamento casuale.

Answer 97

La struttura genetica di una popolazione può essere influenzata da cinque principali fattori: - MUTAZIONE→ Introduce nuovi alleli nel pool genico, aumentando la variabilità genetica. - MIGRAZIONE (flusso genico)→ Lo scambio di individui tra popolazioni porta a un cambiamento nelle frequenze alleliche. - DIMENSIONI DELLA POPOLAZIONE E DERIVA GENETICA CASUALE→ In popolazioni piccole, eventi casuali possono alterare le frequenze alleliche (deriva genetica). La deriva può portare alla fissazione di un allele e alla perdita di variabilità genetica. - SELEZIONE NATURALE→ Favorisce gli alleli che conferiscono un vantaggio adattativo e riduce la frequenza di quelli svantaggiosi. - SISTEMA DI ACCOPPIAMENTO→ Incroci non casuali (es. inbreeding) possono alterare la distribuzione dei genotipi.

Answer 98

1-Inbreeding L’inbreeding è l’accoppiamento tra individui che condividono alleli identici per discendenza, tipico di comunità isolate o di unioni tra consanguinei. Effetti principali dell’inbreeding: - AUMENTO DELL’OMOZIGOSITA’→ Cresce la frequenza di loci omozigoti nella popolazione. - SCOPERTA DEGLI ALLELI RECESSIVI→ Alleli recessivi dannosi o letali si manifestano con maggiore frequenza, portando a problemi di salute. - INVARIABILITA’ DELLE FREQUENZE ALLELICHE→ Sebbene l’omozigosità aumenti, le frequenze alleliche nella popolazione rimangono costanti. I coefficienti di inbreeding (F) indicano la probabilità che due alleli siano identici per discendenza. Vanno da 0 (accoppiamenti casuali) a 1 (tutti gli alleli sono identici per discendenza). L’inbreeding, o accoppiamento tra individui imparentati, può portare a conseguenze negative per una popolazione, una delle quali è la depressione da inbreeding. Questo fenomeno si manifesta con un aumento della frequenza di caratteri letali o dannosi, soprattutto quelli causati da alleli recessivi deleteri, che diventano più evidenti in una popolazione omozigote. Gli individui che condividono una porzione di geni identici per discendenza hanno maggiori probabilità di produrre figli omozigoti per alleli recessivi. Questi alleli, normalmente nascosti in eterozigoti, possono causare malattie genetiche o ridurre la fitness degli individui. 2- Mutazione La mutazione è una fonte fondamentale di variabilità genetica e rappresenta il processo attraverso cui si creano nuovi alleli. Tuttavia, il suo effetto sulle frequenze alleliche di generazione in generazione è molto lento, dato il basso tasso di mutazione spontanea. - MUTAZIONI IN AVANTI→ Un allele A muta in a a un tasso u per generazione. - MUTAZIONI INVERSE→ Un allele aa può tornare a mutare in A a un tasso v. Con il passare delle generazioni, le mutazioni in avanti (da A a a) e inverse (da a a A) portano a un equilibrio: alla fine, il numero di mutazioni in avanti eˋ uguale al numero di mutazioni inverse. A questo punto, le frequenze alleliche non cambiano più, anche se le mutazioni continuano a verificarsi.

Answer 99

La selezione naturale è il processo attraverso cui gli individui con caratteristiche più vantaggiose in un dato ambiente hanno maggiori probabilità di sopravvivere e riprodursi, trasmettendo queste caratteristiche alla generazione successiva. 1- RIPRODUZIONE DIFFERENZIALE→ Alcuni genotipi producono più progenie rispetto ad altri. 2- ADATTAMENTO→ I caratteri vantaggiosi, se hanno una base genetica, diventano più frequenti nella popolazione nel tempo. La popolazione quindi si adatta meglio al proprio ambiente. La selezione naturale può agire su un locus con due alleli (ad esempio A e a) e tre genotipi (AA, Aa, aa) in modi diversi, a seconda delle fitness relative dei genotipi. Ci possono essere diversi scenari: - SELEZIONE CONTRO L’ALLELE RECESSIVO→ L'eterozigote (Aa) ha lo stesso fenotipo e fitness dell'omozigote dominante (AA). L'omozigote recessivo (aa) ha fitness molto ridotta, perché ad esempio è associato a un carattere svantaggioso o a una malattia grave. Effetto sulla popolazione: la frequenza dell'allele recessivo (a) diminuisce nel tempo. Tuttavia, l'allele recessivo non viene eliminato completamente perché può rimanere "nascosto" negli eterozigoti. - SELEZIONE CONTRO L’ALLELE DOMINANTE→ L'eterozigote (Aa) e l'omozigote dominante (AA) hanno fitness uguali, ma ridotte rispetto all'omozigote recessivo (aa). Questo avviene quando il fenotipo dominante è svantaggioso. Effetto sulla popolazione: la frequenza dell'allele dominante (A) diminuisce nel tempo. Può scomparire completamente se l'allele recessivo (a) non presenta svantaggi. - SELEZIONE A FAVORE DELL’ETEROZIGOTE (Sovradominanza)→ L'eterozigote (Aa) ha fitness più elevata rispetto a entrambi gli omozigoti (AA e aa). Questo porta a un vantaggio per l'eterozigote, mantenendo entrambi gli alleli nella popolazione. Effetto sulla popolazione: si stabilisce un equilibrio polimorfico stabile (o polimorfismo bilanciato), dove entrambi gli alleli (A e a) restano presenti a frequenze intermedie. - SELEZIONE CONTRO L’ETEROZIGOTE (Sottodominanza)→ L'eterozigote (Aa) ha fitness inferiore rispetto a entrambi gli omozigoti (AA e aa). Questo avviene in situazioni in cui l'ibridazione tra due linee genetiche è svantaggiosa. Effetto sulla popolazione: si crea un equilibrio instabile dove uno dei due alleli (A o a) tende a fissarsi (diventa il solo presente nella popolazione), mentre l'altro viene eliminato. Il risultato dipende dalle frequenze iniziali degli alleli: il più comune tende a prevalere.

Answer 100

Si verifica quando individui si spostano da una popolazione a un'altra e si accoppiano con gli individui residenti. Questo processo ha importanti effetti sulle frequenze alleliche e genotipiche delle popolazioni. Caratteristiche principali della migrazione: - SPOSTAMENTO DI INDIVIDUI→ La migrazione comporta il trasferimento di individui (o dei loro gameti, come nel caso della dispersione del polline) da una popolazione a un'altra. - ACCOPPIAMENTO→ Gli individui migranti si accoppiano con quelli della popolazione residente, introducendo nuovi alleli o modificando le frequenze alleliche già presenti - CAMBIAMENTO LOCALE DELLE FREQUENZE ALLELICHE→ La migrazione altera le frequenze alleliche e genotipiche nella popolazione ricevente, disturbando l'equilibrio di Hardy-Weinberg. Effetti della migrazione: - UNIFORMAZIONE DEL POOL GENICO→ La migrazione tende a rendere le popolazioni più simili geneticamente, perché porta a una condivisione degli alleli tra popolazioni diverse. - AUMENTO DELLA VARIABILITA’ GENETICA→ La migrazione aggiunge nuovi alleli alla popolazione ricevente, aumentando la variabilità genetica. - DIPENDENZA DA FATTORI CHIAVE→ L'effetto della migrazione sulle frequenze alleliche dipende da: tasso di migrazione (m, la proporzione di individui migranti rispetto alla popolazione totale) e differenza di frequenze alleliche (q, quanto differiscono le frequenze alleliche tra la popolazione migrante e quella residente).

Answer 101

Si riferisce a cambiamenti casuali nelle frequenze alleliche di una popolazione da una generazione all’altra, causati da fluttuazioni statistiche nei processi di riproduzione e trasmissione genetica. È particolarmente rilevante nelle popolazioni di piccole dimensioni. Caratteristiche della deriva genetica: - CAUSE CASUALI→ Le variazioni delle frequenze alleliche non sono guidate dalla selezione naturale, ma derivano da errori di campionamento: gli alleli trasmessi alla generazione successiva non rappresentano perfettamente le frequenze della generazione precedente. - EFFETTI SULLE FREQUENZE ALLELICHE→ La deriva genetica causa fluttuazioni casuali delle frequenze alleliche da una generazione all'altra. Col tempo, un allele può raggiungere una frequenza del 100% (fissazione) o scomparire completamente. - DIPENDENZA DALLE DIMENSIONI DELLA POPOLAZIONE→ È più evidente nelle popolazioni piccole, dove il campionamento casuale ha un impatto maggiore. Cause principali della deriva genetica: - PRINCIPIO DEL FONDATORE→ Si verifica quando una nuova popolazione viene formata da un numero limitato di individui provenienti da una popolazione più grande. Questi individui portano con sé una porzione ridotta della variabilità genetica originale, causando differenze significative nelle frequenze alleliche rispetto alla popolazione madre. Ad es. Una piccola popolazione di uccelli che colonizza un’isola isolata avrà una composizione genetica che potrebbe differire da quella della popolazione di origine. - EFFETTO COLLO DI BOTTIGLIA (bottleneck)→ Si verifica quando una popolazione subisce una drastica riduzione delle dimensioni a causa di eventi come disastri naturali, epidemie o caccia. La variabilità genetica viene ridotta, poiché solo un numero limitato di individui sopravvive e trasmette i propri alleli alla generazione successiva. Ad es. Gli elefanti marini settentrionali hanno subito un collo di bottiglia tra il 1820 e il 1880, quando ne rimasero solo 20 individui. Oggi sono circa 30.000, ma sono geneticamente molto simili tra loro. - PICCOLE DIMENSIONI DELLA POPOLAZIONE→ Popolazioni che rimangono costantemente piccole per lunghi periodi di tempo (ad esempio, a causa di spazi limitati o risorse insufficienti) sono più vulnerabili agli effetti della deriva genetica. Effetti della deriva genetica: - FISSAZIONE ALLELICA→ In una popolazione chiusa, la deriva genetica porterà inevitabilmente un allele a diventare fisso (frequenza 100%) mentre gli altri andranno perduti (0%). - RIDUZIONE DELLA VARIABILITA’ GENETICA→ La deriva genetica riduce la diversità genetica all’interno di una popolazione nel tempo, specialmente in quelle piccole o isolate. - DIFFERENZIAZIONE TRA POPOLAZIONI→ Popolazioni diverse che subiscono deriva genetica indipendente possono divergere geneticamente l’una dall’altra, anche se partono con la stessa composizione allelica iniziale.