Universita di Bari Le mutazioni riguardano tutti i
Universita’ di Bari Le mutazioni riguardano tutti i sistemi biologici; la variabilità genetica è alla base dell’evoluzione by GP&NA
Universita’ di Bari Tasso di mutazione & Probabilita’ di un particolare tipo di mutazione in funzione del tempo (no di mutazioni per coppia di nucleotidi per generazione). Esso e’ influenzato dalla “costituzione” genetica dell’organismo (Maschi e femmine dello tesso ceppo di Drosophila hanno lo stesso TM, mentre ceppi diversi no). & FREQUENZA DI MUTAZIONE= numero di eventi di un tipo di mutazione(frazione di cellule o individui di una popolazione) by GP&NA
Universita’ di Bari Tassi di mutazione spontanea organismo gene tasso Zea mays Sh>sh Su>su 1 x 10 -6 per generazione 2 x 10 -6 per generazione D. melanogaster y+ > y bw+>bw 1 x 10 -4 per cellula germinale 3 x 10 -5 per cellula germinale Mus musculus D > d 3 x 10 -5 per cellula germinale Homo sapiens emofilia A distrofia Duchenne acondroplasia corea di Huntinghton retinoblastoma neurofibromatosi 3 x 10 -5 3 x 10 -4 7 x 10 -5 1 x 10 -6 2 x 10 -5 9 x 10 -5 by GP&NA per per per cellula cellula germinale germinale
Universita’ di Bari Cause delle mutazioni spontanee 1. errori nella replicazione 2. tautomeria: modificazioni spontanee ed occasionali delle basi del DNA 3. errori del crossing over durante la meiosi 4. radiazioni 5. destabilizzazione indotta dagli elementi trasponibili by GP&NA
Universita’ di Bari Errori nella replicazione DNA polimerasi III (5’ frequenza di 1/104 basi. Sistema di controllo (3’ Genoma umano Ad ogni ciclo replicativo 3’) compie errori con 5’) riduce gli errori 1/106 2, 75 x 109 basi 5, 5 x 103 mutazioni ogni secondo si replicano 109 cellule by GP&NA
Universita’ di Bari Tautomeria le basi possono passare dallo stato chetonico normale a quello enolico raro; dalla forma iminica normale a quella aminica rara. by GP&NA
Universita’ di Bari Tautomeria e conseguenze Nella sua forma rara una base puo’ formare legami diversi rispetto a quelli normali e causare appaiamenti errati. by GP&NA
Universita’ di Bari Transizione MSe la transizione avviene durante la duplicazione del cromosoma causa sostituzione di basi. 5’ 3’ ACGTC TGCAG 3’ 5’ AC TG G T *T A C G 5’ 3’ ACGTC TGTAG 5’ 5’ C T G AG C 5’ 3’ ACGTC TGCAG 3’ 5’ 3’ by GP&NA 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ ACGTC TGCAG ACATC TGTAG ACGTC TGCAG 3’ 5’
Universita’ di Bari Lo spettro elettromagnetico Raggi cosmici Raggi gamma 10 -5 nm 10 -3 nm Raggi X radiazione ionizzante piu’ alto by GP&NA 1 nm UV 750 nm rosso blu verde giallo 380 nm LUCE VISIBILE Infrarossi 3 lunghezza d’onda 10 nm Microonde 106 nm Onde radio 109 nm Livello energetico piu’ basso 103 m
Universita’ di Bari Radiazionizzanti e conseguenze & Le radiazionizzanti penetrano nei tessuti in notevole profondità. Nel loro percorso collidono con gli atomi che incontrano e determinano il rilascio di elettroni e la formazione di ioni carichi positivamente. Questi collidono con altre molecole e quindi si liberano ulteriori elettroni e così via. Si forma quindi un cono di ioni lungo il percorso di ogni raggio ad alta energia attraverso i tessuti viventi. MLe radiazionizzanti possono provocare rotture cromosomiche e quindi sia riarrangiamenti cromosomici che mutazioni puntiformi. by GP&NA
Universita’ di Bari UV formazione di dimeri TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA Endonucleasi TGCTCATATGGACA T T AGTCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA Esonucleasi TGCTCATATGG CGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGT A A TCAGCCAAGTACCA DNA polimerasi I TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA Ligasi TGCTCATATGGACATAGCGGTTCATGGT ACGAGTATACCTGTATCAGCCAAGTACCA by GP&NA Radiazioni non ionizzanti e riparazione I raggi UV inducono la formazione di dimeri di timina adiacenti nel DNA; questo modifica la conformazione della doppia elica. La distorsione può essere riparata mediante fotoreattivazione e per escissione (a sinistra)
Universita’ di Bari Riparazione del DNA nell’uomo Xeroderma pigmentosum: malattia autosomica recessiva, estrema sensibilità della pelle ai raggi UV ed elevata incidenza di carcinomi della pelle e melanomi. Causa: incapacità di riparare i danni al DNA provocati dai raggi UV per l’inabilità ad operare il taglio iniziale che porta alla eliminazione del dimero di timina ed alla sua riparazione. by GP&NA
Universita’ di Bari Origine delle mutazioni spontanee Non esiste una quantità adeguata di radiazioni di fondo (raggi cosmici, materiali radioattivi terrestri) sufficiente per spiegare i tassi di mutazione osservati nella maggior parte degli organismi. Ad esempio, in Drosophila, il tasso di mutazione spontanea è circa 1300 volte quello atteso considerando l’intensità delle radiazioni naturali e quindi hanno piccola responsabilità nella determinazione delle mutazioni spontanee. by GP&NA
Universita’ di Bari Carico da radiazione naturale nell’uomo sorgente di radiazione dose in m. Sv/anno radiazioni naturali 0, 82 radiazione cosmica 0, 28 radioisotopi nel corpo 0, 28 altre radiazioni 0, 26 radiazioni dovute alla civilizzazione 0, 35 esami radioscopici 0, 20 radiofarmaci 0, 02 -, 04 irradiazione da raggi X dovuti a 0, 04 -, 05 televisione, radiazione da edifici 0, 04 -, 05 inquadramento da test armi nucleari 0, 04 -, 05 centrali nucleari 0, 01 aereo 0, 004 -, 008 TOTALE ca. 1, 17 by GP&NA
Universita’ di Bari Cause delle mutazioni spontanee La natura del processo di mutazione spontanea va cercata all’interno della cellula e dell’organismo. In Drosophila maschi e femmine dello stesso ceppo hanno = tasso di mutazione, mentre individui di ceppi diversi hanno TM differenti by GP&NA • TEMPERATURA • ETA’ • GENI MUTATORI • ELEMENTI TRASPONIBILI
Universita’ di Bari Elementi trasponibili (ET) Elementi genetici che si spostano nel genoma. Se si inseriscono in/o nelle vicinanze di un gene lo inattivano ET elemento genetico trasponibile Gene Segmento genico separato da un ET m. RNA polipeptide attivo m. RNA polipeptide tronco inattivo MLe mutazioni da ET sono molto elevate; per esempio nel granturco i mutanti waxy naturali da ET sono circa 80% by GP&NA
Universita’ di Bari Possiamo incrementare la frequenza di mutazione? chimici i mutageni by GP&NA fisici genetici
Universita’ di Bari Mutageni chimici e loro azione Nome comune A. AGENTI ALCHILANTI: Gas di mostarda (iprite) EMS EES NTG azione, proprietà particolari donano gruppi alchilici ad altre molecole transizioni etilazione; transizioni G: C-A: T etilazione; bifunzionale lega i due filamenti del DNA provocando rotture ed aberrazioni. deaminazione B. ANALOGHI DI BASE: incorporati durante la replicazione 5 -BU analogo della timina; transizioni per tautomeria 5 -Br. DU analogo della adenina; transizioni per tautomeria 2 -AP transizioni per tautomeria C. COLORANTI ACRIDINICI: intercalanti, distorcono la struttura del DNA; alla replicazione si ha l’inserzione o la delezione di una o più basi Proflavina sfasamento del modulo di lettura Arancio di acridina sfasamento del modulo di lettura by GP&NA
Universita’ di Bari P X Cl. B F 1 ? ? Cl. B: test per la selezione di mutazioni X-linked indotte in D. melanogaster Cl. B Letale Reincrocio Cl. B ? X Cl. B Letale by GP&NA ?
Universita’ di Bari Azione mutagena dei raggi X * il numero delle mutazioni legate al sesso aumenta linearmente con la dose somministrata * il numero di mutazioni è cumulativo by GP&NA
Universita’ di Bari Incrocio disgenico promuove la mobilizzazione dell’elemento trasponibile P conseguenze: - sterilità - alta frequenza di mutazioni - alterazioni cromosomiche non disgiunzione by GP&NA
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