Regolazione genetica

Regolazione genetica

Per regolazione genetica si intente la capacità delle cellule di controllare l'azione dei geni, in modo tale che l'informazione portata da esso diventi un prodotto di natura proteica. Quindi diciamo che la regolazione serve per accendere o spegnere gran parte dei geni.

Questo viene fatto soprattutto per questioni energetiche, perchè se tutti i geni fossero attivi inutilmente ci sarebbe uno spreco di energia inutile.

Un esempio possiamo farlo con E coli. Questo batterio utilizza il lattosio come elemento, che essendo un disaccaride va scomposto in : glucosio e galattosio. Se non è presente lattosio, non c'è nessuna molecola di beta-galattosidasi che permette la biosintesi delle molecole per demolirla, mentre in altri casi la presenza di una sostanza può bloccare la sintesi di certe proteine. Per esempio gli enzimi indispensabili per la biosintesi dell'amminoacido triptofano, vengono continuamente sintetizzati a meno che il triptofano non sia già presente. E coli quindi sembrano incapaci di regolare la loro produzione enzimatica. Le cellule producono beta-galattosidasi anche in assenza di lattosio, questi però sono mutanti, e si riproducono meno velocemente di quelli normali.

Una corretta regolazione genetica permette uno sviluppo embrionale esatto. Infatti un organismo pluricellulare si sviluppa a partire da una cellula fecondata, lo zigote, e poi si divide in continuazione per mitosi e citodieresi dando vita a nuove cellule, che poi si specializzano, diventando cellule nervose, cellula muscolari etc. Le cellule dello stesso individuo avranno lo stesso genoma( patrimonio genetico) ma diverse proteine ( proteoma).

Questo è molto visibile nei globuli rossi dei mammiferi, perchè nelle diverse fasi della vita sintetizzano emoglobina diversa, in base alla quantità di ossigeno che devono assumere, infatti il feto e l'embrione devono catturare l'ossigeno dal sangue della madre, quindi svilupperanno e attiveranno tipi di emoglobina più aggressivi. Mentre da adulti cambia, verranno disattivati quelli “ da piccoli” e ne verranno attivati altri, perchè da adulti l'ossigeno viene catturato dall'aria. ATTENZIONE! Tutte le informazioni genetiche contenute nello zigote sono presenti ancora in tutte le cellule diploide del nostro organismo.

Per dimostrarlo il biologo Gurdon prese i nuclei di cellule intestinali di un girino, lo ha posto nela cellula enucleata di una rana e poi ha prodotto un nuovo girino. Il nuovo girino conteneva le stesse informazioni di quello di partenza. Quindi pare chiaro che il differenziamento delle cellule di un organismo pluricellulare dipende dall'attivazione o inattivazione di certi gruppi di geni.

Questo riprende la clonazione.

Fonti : Libro Zanichelli invito alla biologia. blu

Anemia falciforme

L'anemia falciforme o drepanotica è una malattia genetica del sangue in cui i globuli ossi assumono una forma irregolare, ricurva che assomiglia a una mezzaluna o falce. Questa forma è diversa da quella tipica a disco bioncavo elastica e deformabile. In questa anemia i globuli rossi si trovano in circolo, sono rossi anormali, e facilmente aggregabili, questo è un ostacolo per il normale passaggio degli eritrociti ( globuli rossi )nei vasi sanguigni favorendo gli ingorghi. Questi globuli sono meno forti di quelli normali e producono anemia a causa della loro fragilità. La vita degli eritrociti a mezza luna è di 10-20 giorni mentre normalmente durano 4 mesi.

Questa anemia si sviluppa con la diminuzione del pH ematico, gravi infezioni, queste condizioni sono tipiche della porzione venosa dei capillari ed aumentano durante forzato esercizio fisico e nei soggiorni in alta montagna.

Cause:

L'anemia falciforme è causata da una mutazione del gene che dirige la sintesi dell'emoglobina, una proteina che cattura l'ossigeno dai polmoni. Nell'adulto ogni molecola ha una struttura quaternaria, 4 subunità con due catene alfa identiche composte da 141 aminoacidi e due catene Beta di 146 aminoacidi.

Nell'anemia la mutazione interessa solo una base nucleotidica del gene che caratterizza la subunità beta. Infatti questa mutazione provoca la sostituzione di un aminoacido ( acido glutammico ) con la valina.

Sintomi:

I sintomi dell'anemia falciforme sono pallore, stanchezza, e pelle fredda. I neonati non presentano sintomi di questo genere. Negi omozigoti il sintomo più frequente sono le crisi dolorose, episodi sporadici. Queste crisi sono dovute al ricrearsi dell'ostruzione del flusso sanguigno.

La malattia è frequente in Africa centro orientale, e a sud dell'Arabia e nel Mediterraneo, soprattutto nelle zone in cui vi è la malaria. Da un censimento del 2000 risulta che in Italia vi sono 240 pazienti con anemia drepanocitica e 622 con talassodrepanocitosi

Mutazioni genetiche

Le mutazioni genetiche

il botanico olandese Hugo de Vries definì le mutazioni come caratteristiche che appaiono nel fenotipo( è l'insieme di tutte le caratteristiche osservabili di un organismo vivente).

Una mutazione è un cambiamento del numero di nucleotidi in un segmento di acido nucleico. Le mutazioni avvengono nei gameti, o nelle cellule che danno origine ai gameti.

Alcune mutazioni riguardano l'aggiunta, la perdita o la sostituzione di un singolo nucleotide e sono chiamate mutazioni puntiformi. Se l'amminoacido viene inserito diverso da quello presente si chiama mutazione di senso, come per l'anemia falciforme che contiene 4 catene polipeptidiche due alfa e due beta, le catene alfa sono normali e presentano l'acido glutammico, le catene beta contengono l'amminoacido valina.

Capita però che la sostituzione di un amminoacido con un altro non comporti conseguenze per le proteine.

Un altro tipo è la mutazione non senso, quando il nucleotide viene scambiato con un codone di arresto, questo provoca la fine della sintesi proteica e spesso è origine di malattie gravi.

Poi c'è la mutazione silente, quando al nucleotide non corrisponde un amminoacido nel momento della traduzione e quindi non si hanno conseguenze per l'individuo.

Se si perde una proteina si chiama delezione, l'aggiunta insertimento di nucleotidi in un gene.

Esistono delle mutazioni spontanee che derivano dalle sostanze tossiche dai processi metabolici della cellula, come radicali liberi che interagiscono con il DNA modificandolo, altre mutazioni sono date dai mutageni, come i raggi X.

Traduzione DNA

Processo di traduzione

la sintesi proteica si chiama traduzione, questa si divide in 3 fasi:

1. inizio, o start , qui il tutto incomincia quando la subunità minore del ribosoma si attacca al filamento di mRNA all'estremità 5'. Per esempio in Eschierichia coli 5' si attacca al ribosoma iniziale ance se è ancora in fase di trascrizione, quindi queste due fasi avvengono contemporaneamente, tRNA si attacca per appaiarsi al codone, ed è in genere AUG. Questi procarioti hanno una forma modificata dell'amminoacido metionina chiamata fMet ( formilmetionina). La combinazione poi tra la subunità minore, il mRNA e il tRNA è chiamata complesso di inizio, una volta formato la subunità maggiore si attacca e il tRNA d'inizio con fMet va ad occupare la posizione P ( sitoP) ( DA PEPTIDE). L'energia necessaria per compiere questo atto produce energia, guanosina trifosfato oppure GTP

2) fase di allungamento o produzione, il secondo codone dell mRNA è posizionato nel sito A ( amminoacile) , qui un tRNA con il suo codone si inserisce sull' mRNA dopo di che si forma un legame peptidico tra i due amminoacidi attaccando fMet con il secondo.

2. Poi mRNA scorre in avanti e tRNA si trova nel sito E( exit) e viene liberato, il secondo tRNA al quale sono uniti fMet e l'altro amminoacido passa a P, il terzo complesso si inserisce in A che diventa libero.

2. Terminazione, dove nell' mRNA si trova uno dei tre codoni che hanno il segnale di stop, non esistono tRNA adatti e quindi termina la fase. Si inserisce nel sito A una proteina di rilascio chiamata fattore di rilascio e la traduzione cessa. Nelle cellule procariote la parte iniziale della molecola dell' mRNA rimane libera e un altro ribosoma può legarsi, un gruppo di ribosomi che legge la stessa molecola è detto polisoma o poliribosoma
   

Sintesi proteica

La sintesi proteica

negli organismi eucarioti i meccanismi con cui avviene la sintesi proteica sono complessi, una caratteristica degli eucarioti è che la trascrizione avviene nel nucleo e poi la sintesi nel citoplasma. La sintesi proteica per avvenire ha bisogno dell'RNA ribosomiale e quello di trasporto. La sintesi avviene nei ribosomi, costituiti per due terzi da RNA e per un terzo da proteine, contengono l'RNA ribosomiale ( rRNA) , questo è costituito da due subunità:

-la parte più piccola quella minore ha solo un sito per l'mRNA

-la parte più grande ha tre siti di legame per tRNA

le molecole di RNA di trasporto ( tRNA) possono essere paragonate a un dizionario che traduce il linguaggio degli acidi nucleici in proteine. Una molecola di tRNA ha la forma di una croce rovesciata, ha una catena CCA con cui termina sempre nell'estremità 3' e qua si lega un amminoacido specifico, nella parte opposta c'è un anticodone, complementare a un codone dell'mRNA. Un'altra regione funziona come sito di riconoscimento, chiamato amminacil-.tRNA sintetasi ognuno di questo sito di questi enzimi ha un sito di legame per un dato amminoacido.

Codice genetico

Il codice genetico

le proteine contengono 20 amminoacidi differenti ma come sappiamo RNA e DNA contengono solo 4 nucelotidi, quindi ci deve essere un codice, un sistema di segnali o simboli al quale viene attribuito un significato, il messaggio nel DNA serve per sintetizzare una proteina.

Se ci sono 20 differenti amminoacidi , se ogni nuceotide codificasse per un amminoacido allora corrisponderebbero soltanto 4 amminoacidi, se fosse codificato da due se ne avrebbero 16 ( 4^2 ) invece è codificato da 3 nucleotidi (4^3) 64 , bastano ed avanzano, tre di queste terzine servono da stop. Ogni tripletta è chiamata codone. Spesso i diversi codoni differiscono solo per l'ultimo nucleotide.

Come si scoprì ciò?

Si pensò che l'mRNA fosse idoneo a decifrare il codice, Niremberg studiò E. coli a cui aggiunse degli amminoacidi marcati radioattivamente e campioni di RNA prelevati da organismi. Tutti i campioni di RNA stimolavano la sintesi proteica.

Severo Ochoa aveva sviluppato un metodo per sintetizzare un lungo filamento di RNA mediante l'unione di nucleotidi, con questa tecnica egli aveva prodotto in provetta un RNA che conteneva soltanto una base azotata l'uracile, si chiamava poli-U, in 20 provette che contenevano ribosomi, ATP ed enzimi necessari, venivano messi 20 amminoacidi dei quali uno solo era marcato radioattivamente, e poi fu aggiunto poli-U, in 19 provette non si creò nulla, ma in una soltanto si vide un polipeptide la fenilalanina radioattiva.

Una cosa fantastica è che il codice genetico è identico in tutti gli organismi, noi abbiamo dentro il codice genetico dell' Homo sapiens, ciò che cambia sono i mitocondri in quanto li ereditiamo solo dalla mamma. Spesso i virus utilizzano le nostre cellule per farsi copiare, infatti il loro DNA viene copiato all'interno del nostro DNA, per esempio il virus della varicella non sparisce, lo copiamo sempre, finchè un giorno non verrà il fuoco di S. Antonio.

Trascrizione DNA

RNA

la sequenza lineare degli amminoacidi di una sequenza polipeptidica determina la struttura della proteina, e questa struttura ne determina la forma.

L'acido ribonucleico (RNA) è una sostanza simile al DNA, ha un ruolo importante nella traduzione dell'informazione genetica, infatti le cellule molto ricche di RNA sintetizzano grandi quantità di proteine, e nelle cellule eucariote l'RNA si trova nel citosol dove avviene la sintesi proteica.

Esperimenti sui virus diedero una conferma di ciò: quando una cellula viene infettata da un virus, dal DNA viene sintetizzato l'RNA.

Differenze tra RNA e DNA

	Zucchero	Base pirimidinica	Struttura lineare	Ripiegamenti
DNA	desossiribosio	Timina	Doppio filamento	Doppia elica
RNA	Ribosio	Uracile	Unico filamento	Unico filamento

L'RNA messaggero ( mRNA) copia le informazioni e le porta dal nucleo al luogo dove si sintetizzano le proteine, queste molecole sono assemblate da uno dei due filamenti di DNA, come il DNA ogni molecola di RNA ha un estremità 5' 3' , ha lo scopo di trascrivere il messaggio di un segmento di DNA. Particolari sequenze nucleotidiche dette promotori sono i luoghi dove si lega l'enzima RNA polimerasi, qui si apre il DNA in due filamenti. I promotori sono i segnali di partenza per la sintesi dell'RNA, mentre esistono le sequenze di arresto che bloccano la sintesi.

Quando l'RNA messaggero ha finito il suo compito, questo si scompone nei nucleotidi che lo formano.

Ci sono tre fase quindi:

• inizio dove RNA polimerasi riconosce il promotore e si attacca ad esso, questa operazione è aiutata da un fattore sigma
• poi c'è la fase di allungamento dove RNA polimerasi sintetizza il trascritto di mRNA e il fattore sigma si stacca
• fase finale quella di terminazione dove RNA polimerasi incontra una sequenza di arresto e blocca la trascrizione.

Però come abbiamo detto nel post precedente ci sono alcune parti chiamate introni ( erano il 24 % ) che non vengono tradotte in proteine, mentre gli esoni ( il 2 %) vengono tradotti. Questi introni furono scoperti quando tentarono di ibridare mRNA e Dna, due filamenti singoli di acidi nucleici tendono ad appaiarsi per formarne uno doppio, se si scalda una doppia elica di DNA questi filamenti tendono a staccarsi, ossia si denatura, prendendo uno dei due filamenti e raffraddandolo in presenza di mRNA si può capire quanto questi acidi nucleici siano simili in base alla lunghezza dei tratti che si appaiano, e non c'era corrispondenza tra le molecole di RNA maturo, quello che giunge nel citosol era diverso da quello prima.

Ma allora come si fa a raggiungere lo stato maturo? Prima della maturazione all'mRNA viene aggiunto un cappuccio di un insolito nucleotide chiamato 7metilguanosina, questo serve per far uscire l'mRNA dal nucleo per attaccarlo al ribosoma eucariote, viene aggiunta una coda poli-A che da stabilità alla molecola. Dopo di che avviene lo splicing, ossia un meccanismo con cui avviene il taglio degli introni e l'unione degli esnoni, essi sono saldati assieme, questi intorni vengono eliminati da un grosso complesso molecolare chiamato spliceosoma, sono subunità ( insieme di polipeptidi). Spesso pre-mRNA identici vengono rielaborati in molteplici mRNA maturi ( splicing alternativo). Come per esempio nella maturazione di ghiandole che producono ormoni.

Le proteine

Codice genetico e sintesi delle proteine

Archibald Garrod ipotizzò che alcune malattie causate dall'incapacità di svolgere processi chimici potessero essere ereditarie, e pensò che questo fosse causato da carenze enzimatiche. Successivamente si capì che tutte le attività biochimiche della cellula dipendono dagli enzimi.

George W Beadle lavorò sui mutanti di Drosophila ossia il colore degli occhi, capì che questi colori fossero il risultato della variazione di un unico enzima.

Edward Tatum studiando la Neurospora ( muffa del pane) riuscì a dimostrare la relazione tra il mutante e la perdita di funzioni degli enzimi.

( come funziona il suo esperimento:

estrassero le spore della muffa erano degli incroci tra ceppi normali e ceppi esposti a raggi X, questa spora veniva lasciata crescere in un terreno normale, poi una parte della muffa venne spostata in un terreno con i minimi nutrimenti e privo di amminoacidi, questo le impedì di crescere, perchè non poteva sintetizzare alcuni amminoacidi. Poi la muffa venne riposta in terreni minimi diversi, ciascuno contenente uno solo dei 20 diversi amminoacidi, e capirono così quale era l'enzima che permetteva la mutazione della muffa. ( in questo caso la prolina ) )

Gli enzimi sono essenziali per l'attività cellulare, questi si agganciano alla molecola e si attraggono tra di loro iniziando in iterazione.

Quindi noi sapevamo che un gene = un enzima, ma questo è sbagliato perchè vi sono proteine che non sono enzimi. Quindi un gene = una proteine, ma anche questo quando si capì che le proteine erano catene polipeptidiche divenne sbagliato. Quindi un gene = una catena polipeptidica.

Anche questo venne poi modificato, quando si scoprì che alcuni geni possono portare l'informazione genetica per la sintesi di molecole di RNA. Questi geni sono chiamati geni strutturali.

Anomalie

Linus Pauling pensava che le malattie che riguardano l'emoglobina potessero derivare da una variazione della proteina della molecola di emoglobina. Prelevò alcuni campioni di emoglobina da individui affetti da anemia e altri sani. Con l'elettroforesi ( strumento per osservare il comportamento di molecole sciolte in una soluzione e sottoposte a un campo elettrico e fa muovere le molecole in velocità diverse) capì le diverse forme di emoglobina. Quella normale ha una maggior carica negativa, una persona eterozigote ha una copia del carattere dell'anemia e uno normale, quindi le produce entrambe.

Cromosomi cellule

I cromosomi delle cellule procariote ed eucariote

Procariote	Eucariote
Unico cromosoma diametro 2 nanometri circolare	Il genoma è suddiviso in più cromosomi
Sola molecola di DNA a doppio filamento che forma un anello	Contiene più DNA
4,7 milioni di paia di basi	Stretta associazione tra DNA e proteine
Compattato dentro al nucleoide	Tanti segmenti di DNA ripetuti
	Molto più complesso
	Unica molecola lineare con due estremità
	2 metri di DNA in ogni cromosoma

Cromatina

Nelle cellule eucariote il DNA è combinato con le proteine, e questo insieme si chiama cromatina, esistono due tipi di cromatina, l'eucromatina si colora debolmente e l'eterocromatina si colora di più. Durante la divisione cellulare la cromatina diventa più densa, durante l'interfase è prevalente l'eucromatina, e i geni possono trasmettere le informazioni, mentre eterocromatina è localizzata nelle zone dove non ci sono geni.

Nell'eterocromatina ci sono le sequenze ripetitive di DNA.

Scomponiamo un cromosoma :

nella cromatina le proteine più abbondanti appartengono a una classe di piccoli polipeptidi detti istoni, questi hanno carica positiva e sono attratti dal DNA carico negativamente, questi fanno piegare e avvolgono il DNA. Ci sono diversi istoni (H1,H2A,H2B,H3,H4).

Le unità fondamentali in cui viene compattata sono chiamati nucleosomi, sono come delle perle di una collana, la distanza tra un nucleosoma e l'altro è di 7 nanometri, e il diametro è di 11 nm. Ogni nucleosoma è formato da otto molecole di istoni intorno ai quali si avvolge due volte il filo di DNA. I nucleosomi poi vengono compattati per creare una fibra di 30 nm grazie a una rete proteica chiamata matrice nucleare vengono compattati ancora di più in domini ad ansa. Questi gruppi si avvicinano ancora per dare vita al cromosoma.

In tutte le cellule c'è la stessa quantità di DNA, e in tutte le cellule eucariote c'è una parte di DNA cui non si sa ancora il suo scopo. Il 2% del DNA codifica le proteine ( esoni) , il 24% (introni) regolano quando e come i cromosomi devono essere espressi, il 59 % è una serie di sequenze ripetute.

Il 59 % del DNA è caratterizzato da sequenze ripetute chiamate DNA microsatellite, questo permette di identificare un individuo, esistono migliaia di copie dette sequenze moderate ripetitive.

Queste sequenze per gli istoni e per tre dei 4 rRNA formano il nucleolo.

Si chiamano sequenze altamente ripetitive quelle più lunghe.

Esistono altre sequenze ripetitive ma non identiche tra di loro, sono simili e dette famiglie genetiche. L'ultima classe è formata dal DNA a copia unica.  

Telomerasi

La telomerasi : invecchiamento cellulare

Tutto parte dai telomeri, ossia degli orologi biologici: con la riproduzione questi continuano ad accorciarsi fino quando non svolgono più la loro funzione, infatti essi proteggono i cromosomi dall' “ usura”. Dietro a ciò c'è la telomerasi, un enzima formato da una parte proteica e una parte di RNA, il suo scopo è quello di rimettere una sequenza di telomeri al loro posto quando una cellula si duplica, solo che questi telomeri non sono infiniti, e quando li finisce, la cellula muore.

Questa sequenza telomerica ( TTAGGG) si lega al cromosoma e sporge, duplicando poi il DNA usando lo stampo dell'RNA della telomerasi. ( operazione chiamata trascrtittasi inversa ) .

In alcune cellule ( come quelle somatiche) questa attività tende a scomparire, e quindi i cromosomi si accorciano portando l'invecchiamento.

Gli ingegneri genetici con delle loro ricerche hanno dimostrato che in alcuni casi si può attivare o bloccare la telomerasi, quindi anche per esempio l'orologio delle cellule tumorali.

Questo perchè accade? Durante la duplicazione del DNA c'è un filamento che va in una direzione uguale a quella della forcella e uno contrario, il filamento nella direzione esatta non ha problemi, mentre abbiamo detto che l'altro deve ,per duplicarsi ,continuare una successione di “ attacca e stacca” del primer per poter essere replicato. Però non può duplicare la parte tra l'ultimo frammento di Okazaki e l'estremità finale, quindi c'è un pezzetto libero, che poi porta all'accorciamento dei telomeri.

Alcuni studi fatti dai ricercatori del Nurses Health Study hanno esaminato i campioni di sangue di 5243 donne di età compresa tra 42 e 69 anni, capendo che lo stress, la paura e le fobie portano a un invecchiamento precoce delle cellule.

Altri come un gruppo di ricercatori della Duke University e dell’University College di Londra, hanno collaborato con 1100 famiglie britanniche. Questi hanno capito che l'invecchiamento cellulare e quindi l'accorciamento dei telomeri si verifica nei bambini che subiscono violenza domestica o bullismo.

Alcuni scienziati di Harvard sono riusciti a invertire il processo di invecchiamento dei topi, questi scienziati hanno allevato dei topi geneticamente modificati privandoli della telomerasi ,e questi avevano dei disturbi: scarso olfatto, cervello più piccolo e sterilità, quando poi dall'esterno è stato inserito l'enzima tutti i tessuti danneggiati si sono riparati. Questi scienziati pensano anche che possa essere applicato lo stesso processo agli uomini, e potrebbe funzionare se applicato regolarmente.

http://www.youtube.com/watch?v=pfQ4tAZ9Jf0

http://www.youtube.com/watch?v=2xMhfdeeU8Y

Fonti :

http://www.ghiandolapineale.it/files/telomerasi.htm

http://www.lescienze.it/topics/news/telomeri-1153910/

wikipidia.

http://www.vivereinarmonia.it/benessere/articolo/nobel-agli-studi-sulla-longevita.aspx

Clonazione

Clonare

C'è un giochino interessante su un sito inglese dal quale ho preso spunto per questo post:

http://learn.genetics.utah.edu/content/tech/cloning/clickandclone/

Cloneremo Mimi e Megod, un topino e una topina.

Bisogna isolare la cellula donatrice dai due topini, successivamente dobbiamo rimuovere e staccare il nucleo dalla cellula uovo ( quindi quella di Mimi presumo) , poi trasferire il nucleo delle cellule somatiche all'interno del enucleata cellula uovo. Poi dobbiamo simulare la divisione cellulare, inserendo delle gocce di un liquido chimico che fa iniziare la divisione cellulare, poi impiantare l'embrione in Momy ( ossia la mamma “ artificiale” ). Ed il topino nasce!

Oltre al giochino esistono altri tipi di clonazione?

Un po' di storia: preso spunto da : http://www.filosofico.net/bioeticaclonaz.htm

Le prime clonazioni avvennero sulle rane, da Robert Briggs e Tomas King, trapiantarono il nucleo di una cellula di embrione di una rana in una cellula uovo, e i nuovi embrioni venivano poi cresciuti. Poi nel 1979 venne pensata la divisione degli embrioni, per ottenerne due identici, questa tecnica fu applicata all'uomo, ottennero 48 embrioni clonati.

Nle 1996 nacque Dolly, il primo mammifero clonato, fu realizzato dai ricercatori di Edimburgo, prelevarono il nucleo da una cellula mammaria di una pecora adulta e la trasferirono in un ovulo privato del suo nucleo, e poi fu in seguito trapiantato nell'utero di un'altra pecora. Si ha così una riproduzione asessuale che genera un individuo identico a quello di partenza.

La clonazione è molto comune nell'agricoltura, dove si producono piantine in massa. Un clone non ha rimescolamento di DNA rispetto alla sua copia.

Duplicazione DNA

Duplicazione del DNA

Il DNA si duplica in continuazione compiendo soltanto da 1 a due errori in media, per esempio i batteri commettono errori più frequentemente, circa 1000 volte in più degli eucarioti, i batteri possono permettersi di sbagliare più frequentemente in quanto è l'unica loro possibilità per creare variabilità, e anche perché si riproducono così velocemente che anche se qualche cellula muore non ha importanza.

Il DNA duplicandosi crea copie di se stesso, i due filamenti si separano creando una forcella preceduta da una buca chiamata bolla di duplicazione. Il DNA si apre dove trova una successione di legami T-A perchè essendoci soltanto due legami a idrogeno è più facile romperli che quelli a tre. Il DNA ci mette circa due ore a duplicarsi, vengono posizionati circa 50 nucleotidi al secondo.

La duplicazione avviene durante la fase S del ciclo cellulare.

Il DNA si separa grazie a un enzima, chiamato elicasi, che separa i due filamenti grazie a dei segnali che gli impongono di partire. Quando sono separati una particolare proteina si aggancia ai filamenti per impedire che questi si arrotolino nuovamente. Dopo di che arriva la RNA primasi ( alcuni la chiamano DNA primasi) ed è un primer, ossia deve passare sui filamenti e per attivare la DNA polimerasi che successivamente posiziona i nucleotidi esatti. Però c'è un problema, la DNA polimerasi III percorre soltanto il senso 5' 3', quindi da una parte va nel senso dell'apertura quindi della forcella, ma dall'altro il senso è contrario, quindi compie una serie di “ attacca e stacca” , il primer passa dal punto in cui era al nuovo pezzo aperto dalla forcella, e inizia il suo percorso, si creano però dei frammenti, chiamati frammenti di Okazaki ( nome di un biologo giapponese) questi vengono poi rimossi dalla Polimerasi I e poi sostituiti dalla polimerasi III, intanto la DNA ligasi interviene per “ saldare” con legami a idrogeno le giunture.

Il DNA si duplica in maniera semi-conservativa, infatti metà del DNA diventa metà di una delle copie e l'altra metà dell'altra, quindi essendo gli acidi nucleici complementari, l'altra parte verrà copiata perfettamente identica alla parte separata.

                                                                       http://it.wikipedia.org/wiki/Frammento_di_Okazaki

Video :

 http://www.youtube.com/watch?v=teV62zrm2P0

http://www.youtube.com/watch?v=yqESR7E4b_8

Errori:

Purtroppo il DNA non sempre si copia perfettamente, a volte si verificano degli errori, ed esistono errori di tipo diverso e modi diversi per correggerli. Ad esempio la polimerasi è in grado di correggere da sola i suoi errori, capendo di aver sbagliato, torna indietro e corregge la parte sbagliata, questo è detto proofreading.

Altri enzimi controllano la duplicazione, quando incontrano un errore, tagliano una parte estesa del DNA , la eliminano e poi la sostituiscono con il pazzo esatto. Alcuni errori possono accadere perchè nell' ammasso di sostanze venga persa una purina e un altra sostanza venga messa al suo posto per errore, questo può accadere a causa dei raggi UV.  

PCR

nel 1986 il biochimico Kary B. Mullis ha vinto il premio Nobel per aver scoperto un metodo per produrre copie multiple di frammenti di DNA in laboratorio, questa è data da una reazione a catena della polimerasi ( PCR), si prende un piccolo campione di DNA e si creano in poche ore moltissime copie. Il campione di NA viene posto in una soluzione che contiene molecole di DNA polimerasi, nucleotidi e primer. Come avviene:

-la soluzione viene scaldata a 95° il movimento porta la divisione dei due filamenti di DNA ( denaturazione)

-successivamente la soluzione viene portata a 52° , qui i primer si attaccano e creano la sequenza di innesco

-la temperatura viene rialzata a 75° e qui la DNA polimerasi copia la parte complementare.

Il tutto poi viene ripetuto tantissime volte, ottenendo sempre il doppio delle copie.

Un batterio il Thermus aquaticus ha la capacità di fare ciò naturalmente.  

Il DNA

I geni sono contenuti nei cromosomi, i cromosomi sono molecole costituite da DNA e proteine, molti scienziati pensavano che fosse impossibile che i geni fossero contenuti in essi, perchè troppo semplici, altri invece accettarono l'idea. Le proteine sono polimeri di amminoacidi di 20 tipi diversi, mentre il DNA è un polimero di 4 nucleotidi. Gli amminoacidi funzionano da linguaggio, devono formare un codice che permette di portare informazioni. Si credeva infatti che i geni fossero formati da proteine. Ma si scoprì poi grazie a Hershey che è il DNA il portatore di informazioni, è composto da: zuccheri catene chiuse di 5-6 atomi di carbonio(sp3) ossia il desossiribosio ( per RNA è ribosio), un gruppo fosfato e una base azotata. Le basi azotate possono essere : Purina formate da due anelli ( Adenina e Guanina) o pirimidina formata da un anello ( Timina e Citosina) , una purina si può legare soltanto a una pirimidina, per questioni di lunghezze, infatti il nostro DNA, che ha la forma di una scala a chiocciola, ha distanza tra i due montanti pari a 2 nanometri, e se si legassero due purine questa distanza non sarebbe rispettata. I legami tra A e T sono due legami a idrogeno, mentre G e C tre legami a idrogeno. Il DNA scorre in due direzioni opposte, infatti nella successione si lega un gruppo fosfato allo zucchero, da una parte al 3° carbonio, mentre dall'altra al 5° carbonio, avremo così una successione che va da 5' a 3' e dall'altro lato da 3' a 5', quindi percorrono
direzioni opposte
http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/tour/.

Timeline DNA

Il DNA

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  1865 Mendel studia i caratteri ereditari;
  
  
  
  
  
  
  
  1869 Miecher isolò un acido nucleico dal pus, che lo chiamo acido nucleico e successivamente desossiribonucleico;
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  1902 Garrod studia l'alcaptonuria, una malattia, e ipotizza che fosse causata dalle proteine, venne poi dimostrata da Beadle e Tatum, analizzando la muffa (neurospora) del pane sottoponendola a radiazioni questa faticava a vivere e a riprodursi, successivamente dandogli dall'esterno delle sostanze questa viveva tranquillamente, capirono che i raggi agivano sulle proteine che producevano enzimi;
• dagli anni '40 si capisce che i geni sono presenti nei cromosomi;
• 1941 si scoprì che i geni fabbricano le proteine;
  
  
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  1943 Avery riprese uno studio di Griffith, il quale utilizzava dei batteri, Molti di questi virus erano virulenti, mentre altri erano innocui, alcuni però da innocui diventavano virulenti, ma non capì il perchè. Avery capì che il fattore trasformante era il DNA e che quindi il materiale genetico era contenuto all'interno di esso, questo non fu accettato subito, perchè si pensava fosse impossibile che una struttura semplice potesse contenere informazioni così complesse. 
  
  
  
  
  
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  1952 Alfred Hershey e Chase studiarono dei virus chiamati batteriofagi perchè attaccavano dei batteri, inserendo il loro DNA e la cellula distruggendosi produceva altri virus. ( processo di Coniugazione, dove i virus con un tubicino scambiano DNA con altre cellule)
  
  Questi contenevano DNA e proteine, il DNA aveva fosforo mentre le proteine zolfo, questi vennero segnati con degli isotopi radioattivi dello zolfo e del fosforo, notarono che lo zolfo rimaneva fuori dalla cellula, mentre il fosforo, quindi il DNA riusciva, a penetrare.
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  1952 Chargaff scoprì che la proporzione tra le 4 BASI AZOTATE è la stessa in tutti gli individui di una determinata specie, ma varia da una specie all’altra;
  SPECIE: popolazione di individui che possono riprodursi e hanno una prole feconda. 
  
  
  
  
  
  
  
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  1953 Franklin ( una donna) utilizza i raggi X per capire la struttura del DNA ( purtroppo muore troppo giovane);
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  1950 circa Pauling pensa che la forma elicoidale del DNA possa anche essere delle proteine;
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  Anni '50 Watson e Crik utilizzarono i dati scoperti sul DNA per creare il loro modello. ( Presero il premio Nobel senza citare neanche la povera Franklin)
  

  
  

Mendel

Gregor Mendel a Brno nel 1822, divenne un monaco boemo, si interessò della
 genetica, per capire quali fossero le origini di così tante persone diverse. 
Molte persone a quei tempi tentavano di trovare una soluzione si pensava 
a una serie di essenze che si mescolavano.  Solo Mendel capì che vi era un 
ereditarietà per mescolamento, con dei caratteri che  venivano spartiti nelle
 generazione seguenti. Mendel giunse così alla conclusione che  i caratteri 
ereditari sono una serie di unità finite. Solo poi questi divennero i geni. Nel 
1865 pubblicò il suo lavoro dal titolo "Esperimenti sull'ibridazione delle
 piante". Nel suo  studio, durato 8 anni, trovò le leggi dell'ereditarietà. 
Mendel essendo un monaco poteva  coltivare, gli esseri più vicini a lui erano
 le piante e tra queste scelse Pisum sativum ossia la pianta di piselli, si
 riproduceva spesso e aveva caratteristiche distinguibili è una pianta
 ermafrodita, quindi ha entrambi gli apparati sessuali infatti si autofeconda,
 ma lui per  compiere la sua ricerca compie un'impollinazione forzata. 
Scelse queste caratteristiche:

Carattere	Varianti
Posizione del fiore	assiale o terminale
Colore del fiore	porpora o bianco
Forma del seme	liscio o rugoso
Forma del baccello	gonfio o sgonfio
Colore del seme	giallo o verde
Colore del baccello	verde o giallo
Altezza del fusto	lungo o corto

Come si svolge la sua ricerca:

per prima cosa scelse alcune piante e creò delle linee pure, che poi potessero

 auto impollinarsi  queste in genetica si chiamano linee parentali pure 

segnalate con una P. Dopo di che incrociò le piante con caratteri antagonisti,

 prima che i fiori fossero maturi gli rimuoveva gli stami e le antere, e poi

 quando erano maturi cospargeva con un pennello gli stigmi dei fiori con

 le antere dell'altra linea parentale, creando degli ibridi. Da qui vide che 

si manifestava solo uno dei due caratteri. chiamo questa fase  f1.

Da qui capii che c'era un carattere dominante, ossia quello che si note e 

un altro recessivo che c'è ma non si nota.  Allora cercò il carattere

 mancante facendo autoimpollinare gli f1 e notò che era ricomparso 

nella f2 con un rapporto 3:1 e poi del 25%

Da qui deriva la prima legge di Mendel la legge della segregazione 

ossia della separazione, in ogni individuo

 ci sono due fattori per ogni carattere.

Oggi questi fattori sono presenti in due varianti chiamate alleli. L'allele
 dominante viene indicato con una  lettera maiuscola, quello recessivo 
con una lettera minuscola. Se due alleli sono entrambi recessivi o dominanti
l'organismo si chiama omozigote, invece se sono diversi è eterozigote
 Con il quadrato di Punnet si può capire facendo l'esempio del seme 
giallo la teoria di Mendel  sulle colonne e le ighe ci sono i possibili alleli 
dei gameti ( G,g), le righe i gameti femminili e le colonne
quelli maschili.

	G	g
G	GG	Gg
g	Gg	gg

Ordiniamo i dati così ottenuti in una tabella:

Genotipo	Frequenza genotipica	Fenotipo	Frequenza fenotipica
GG	25%	seme giallo	75%
Gg	50%	seme giallo
gg	25%	seme verde	25%

parentesi  Questo assetto genetico, presente quindi nel genoma di ogni organismo,
viene detto genotipo. La maniera con cui gli alleli si manifestano viene definita fenotipo.

la trasmissione contemporanea di più caratteri (diibrido)

Mendel poi studiò la trasmissione di caratteri diversi. Incrociò due piante
 con due caratteri diversi. f1 era composta da elementi che avevano lo
stesso fenotipo dominante, e poi fece autofecondare f1 ottenendo f2
 con 4 fenotipi diversi.

 il quadrato di Punnett (per chiarezza, indicherò anche i fenotipi)

 i gameti  sono di 4 tipi (GL, Gl, gL, gl)

	GL	Gl	gL	gl
GL	GGLL (giallo-liscio)	GGLl (giallo-liscio)	GgLL (giallo-liscio)	GgLl (giallo-liscio)
Gl	GGLl (giallo-liscio)	GGll (giallo-rugoso)	GgLl (giallo-liscio)	Ggll (giallo- rugoso)
gL	GgLL (giallo-liscio)	GgLl (giallo-liscio)	ggLL (verde-liscio)	ggLl (verde-liscio)
gl	GgLl (giallo-liscio)	Ggll (giallo-rugoso)	ggLl (verde-liscio)	ggll (verde-rugoso)

vengono detti genotipi ricombinanti i fenotipi nuovi come
 giallo-rugoso e verde-liscio da qui deriva la seconda legge
 di Mendel detta assortimento indipendente dei caratteri nel quale due omozigoti

diversi per due caratteri con due coppie di alleli si ottengono individui
nei quali i caratteri sono dati indipendentemente l'uno dall'altro.

Ho preso spunto da questo sito :D
http://www.scienzeascuola.it/joomla/le-lezioni/24-lezioni/472-la-genetica-di-mendel

Mitosi e meiosi

Nel post precedente parlavo del ciclo cellulare e ora continuo con la Mitosi e la Meiosi.
Prima però conviene fare una descrizione dei cromosomi e i geni:
prima che avvenga la divisione cellulare il nucleo che contiene il DNA sembra una sostanza omogenea chiamata cromatina, essa è costituita da DNA e proteine, poi il DNA si raggruppa per costituire la struttura filamentosa e a bastoncino dei cromosomi, ciascuno di essi è composto da due cromatidi ( per capirci due punte di una X), questi sono uniti ( nel centro della x) da un punto chiamato centometro.

La mitosi: 

nella mitosi da una cellula madre di partenza si formano due cellule figlie. Come detto sopra durante la divisione del DNA si creano due parti uguali di cromosoma chiamate cromatidi. Durante la prima fase della mitosi abbiamo la creazione del fuso, una struttura formata da fibre proteiche ( una volta completata sembra un pallone da rugby) le fibre separano le due parti di cromatidi. Nelle cellule animali da ciascuna parte del fuso si posizionano i centrioli da cui partono altre fibre chiamate aster che fissano i poli del fuso alla membrana.

La mitosi si divide in:

interfase: dove il DNA si duplica ma il contenuto del nucleo è ancora poco visibile, i centrioli sono due coppie poste dalla stessa parte

profase iniziale: avviene la condensazione del DNA e la duplicazione in cromosomi, formazione del fuso e posizionamento dei centrioli

metafase iniziale:  i cromosomi agganciati al fuso si spostano verso il piano equatoriale ( si orientano nello stesso modo)

anafase: i due cromatidi che erano ancora uniti si separano allontanandosi l'uno dall'altro

telofase: i cromosomi hanno raggiunto i poli pposti e incomincia la demolizione del fuso e la citodieresi. 

durante la citodieresi si divide il citoplasma, la membrana della cellula conincia a restringersi lungo la circonferemza della cellula creando un solco che diventa sempre più profondo. Nelle cellule vegetali invece si crea una " barriera" di vescicole.

La meiosi: avviene con la riproduzione sessuata perchè richiede la partecipazione di due sessi diversi, vi è la fecondazione. Ogni organismo ha un numero di cromosomi caratteristico della propria specie ( noi ne abbiamo 46 un cavallo 64 un cane 78). Le cellule sessuali sono i gameti e contengono esattamente la metà dei cromosomi ( quindi un gamete umano ha 23 cromosomi). Di chiama aploide il numero di cromosomi presenti nei gameti mentre quello delle cellule somatiche si chiama diploide essendo doppio. La fusione dei due gameti è detto zigote.In ogni cellula diploide ogni cromosoma ne ha uno uguale a se, si dicono omologhi.
La divisione dei cromosomi nei gameti avviene perchè altrimenti si arriverebbe a un numero enorme generazione dopo generazione, invatti N+N ( se chiamiamo n metà dei cromosomi) creano 2N che poi si divide di nuovo, ma se non si dividessero avremo 2N+2N = 4N e nel futuro 4N+4N = 8N e così via.
la meiosi è leggermente differente dalla mitosi perchè si divide in meiosi I e meiosi 2.

Avete notato che ci sono dei cromosomi con due pezzetti di colori diversi nella meiosi? Questo si chiama Crossing over, è uno scambio di piccoli segmenti corrispondenti tra i cromatidi. I due cromatidi dei due cromosomi omologhi non avranno più materiale genetico uguale così le combinazioni possibili diventano maggiori. I due nuclei che si formano alla fine della meiosi I sono aploidi, dato che i cromosomi omologhi sono già separati.

riassumendo:
La mitosi può aver luogo in cellule sia aploidi che diploidi
ha luogo mediante una sola serie di divisioni
le cellule che si creano contengono gli stessi cromosomi di partenza
non c'è mescolamento di patrimonio genetico

la meiosi ha luogo solo nelle cellule diploidi
ha luogo tramite due serie di divisioni
le cellule che si formano hanno metà dei cromosomi di partenza
si verificano molte variazioni di materiale genetico