GENETICA

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GENETICA

• Lereditarietà dei caratteri

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Tanti perché

• Perché organismi di una specie producono esseri
  della stessa specie?
• Perché i fratelli, pur nati dagli stessi genitori
  , sono diversi tra loro?

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• Dove sono localizzati i caratteri ereditari?
• Con quale modalità si trasmettono?
• Cosè il codice genetico?
• Le malattie genetiche
• Lingegneria genetica

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Dove sono i caratteri ereditari

• I caratteri di un individuo sono determinati da
  istruzioni poste allinterno di ogni cellula
  (nucleo), sui cromosomi, e precisamente su un
  loro componente, il DNA

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Dinosauri, ambra e DNA

• In Jurassic Park il DNA di un dinosauro, vissuto
  60 milioni di anni fa, veniva innestato in
  embrioni, da cui nascevano piccoli di dinosauro

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I cromosomi

• Cromosomi umani (maschio)
• Walther Flemming (1843-1905)
• 46 uomo, cervo abbaiante
• 48 gorilla, formica dei boschi
• 38 gatto
• I cromosomi sono raggruppabili a due a due, detti
  omologhi (23 coppie nelluomo)

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I cromatidi

• I cromosomi appaiono spesso costituiti da due
  cromatidi uniti in corrrispondenza del
  centromero.
• I cromatidi sono assolutamente identici fra loro
• rappresentano ciascuno una doppia elica di DNA

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GENI

• Nel cromosoma si riconoscono tante porzioni, i
  geni.
• Linsieme dei geni di un individuo è detto
  genotipo

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Cromosomi omologhi

• I geni, situati allo stesso livello su cromosomi
  omologhi, agiscono sullo stesso carattere

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Caratteri dominanti e recessivi
Alcuni caratteri delluomo Alcuni caratteri delluomo Alcuni caratteri delluomo
carattere allele dominante allele recessivo
Capelli (colore) neri biondi
Capelli (forma) ricci lisci
Occhi (colore) scuro azzurro
Orecchio (lobo) staccato attaccato
Mano (uso) destra sinistra
Gruppo sanguigno A, B 0
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Omozigoti ed eterozigoti

• Individui che presentano per un certo carattere
  gli stessi alleli sono detto omozigoti (puri),
  altrimenti eterozigoti (ibridi)
• Linsieme delle caratteristiche visibili viene
  definito fenotipo
• Es. individui che hanno, per il carattere gruppo
  sanguigno, genotipo A0 (A su un cromosoma, 0
  sullomologo) e AA presentano lo stesso fenotipo
  (gruppo A)

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23 cromosomi dal padre23 cromosomi dalla madre

• Nella meiosi i cromosomi omologhi si separano,
  per cui i gameti contengono solo 23 cromosomi.
• Nello zigote si ricompone il numero dei cromosomi
  caratteristico della specie

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Maschio o femmina(Morgan 1926)
22 coppie di autosomi 1 coppia di cromosomi
sessuali (XX femmina, XY maschio)
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La trasmissione dei caratteri ereditari (Mendel)

• Prima legge i figli di genitori di due diverse
  linee pure sono tutti ibridi con carattere
  dominante
• Seconda legge il carattere recessivo ricompare
  nella seconda generazione nel rapporto 1 . 3

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Un esempio applicato alluomoi gruppi sanguigni

• Il gruppo sanguigno (A, B, AB, 0) viene ereditato
  dai genitori
• Gli alleli in gioco sono tre A, B, 0
• Gli alleli A e B sono codominanti, 0 è recessivo

genotipo fenotipo
AA A0 A 42
BB B0 B 9
00 0 46
AB AB 3
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Madre AB, padre 0

• I gameti materni possono avere lallele A o B
• I gameti paterni possono avere solo lallele A
• Possono nascere figli A o B con uguale
  probabilità

gameti 0 0
A A0 A0
B B0 B0
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La struttura del DNA

• La struttura molecolare del DNA fu scoperta da
  James Watson e Francis Crick nel 1953
• Struttura a doppia elica due filamenti collegati
  da basi azotate accoppiate tra loro
• Le basi si legano secondo una regola precisa
• Adenina Tinina (A-T)
• Citosina Guanina (C-G)

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La replicazione del DNA

• La replicazione del DNA ha inizio con la
  separazione delle due eliche.
• Ciascuna elica dirige quindi la sintesi di
  unelica complementare (secondo i legami
  obbligati)

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Il gene si esprime attraverso la sintesi delle
proteine

• Noi siamo fatti di proteine
• Sono proteine lemoglobina, i pigmenti, gli
  ormoni, gli enzimi,
• Un gene esercita la sua influenza sul fenotipo
  perché è preposto alla produzione di una proteina
• Un gene una proteina

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Il codice genetico

• Le proteine sono una sequenza di amminoacidi (20
  tipi)
• Ogni amminoacido è riconosciuto da un gruppo di
  tre basi (tripletta o codone)
• Il codice è universale

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Le mutazioni piccoli cambiamenti del DNA

• Anomalie cromosomiche
• Mutazioni geniche lalterazione di una singola
  tripletta (amminoacido) comporta una proteina
  alterata
• Mutageni
• Sostanze chimiche
• Radiazioni
• elettromagnetismo
• Somatiche - germinali

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Il genoma umano

• 3 miliardi di caratteri (basi) suddivisi in 46
  volumi (cromosomi)
• Il DNA è un filamento lungo 2 metri
• 30.000-40.000 geni
• Solo il 3-5 del genoma è formato da geni
  (sequenze che codificano proteine)
• Il progetto genoma si prefigge la conoscenza
  completa del DNA delluomo

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Limpronta genetica
Il DNA di ciascun individuo è unico Il DNA può
essere ottenuto da fonti diverse (sangue,
capelli, saliva,) Se ne ricava un profilo unico
(tranne che per i gemelli omozigoti) Tale profilo
è riscontrabile, sempre uguale in tutte le
cellule di un uomo
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Geni e malattie

• Aberrazioni cromosomiche
• Malattie legate al cromosoma sessuale X
• Malattie recessive legate agli autosomi

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Anomalie cromosomiche

• Sindrome di Down (trisomia 21)
• Sindrome di Turner (mancanza di uno dei due
  cromosomi X, cioè X0)
• Sindrome di Klinefelter (i maschi hanno due
  cromosomi X e uno Y, cioè XXY)

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Sindrome di Down

• Trisomia cromosoma 21
• 47 cromosomi anziché 46
• Non disgiunzione nel corso della meiosi
• Il rischio della trisomia aumenta con laumentare
  delletà della madre
• Cure diagnosi prenatale mediante amniocentesi

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Malattie legate al cromosoma sessuale X
(recessive)

• Emofilia
• Daltonismo
• Distrofia muscolare di Duchenne

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Emofilia

• Forte ritardo nella coagulazione del sangue,
  dovuta allassenza o alla presenza in quantità
  insufficiente di una proteina ematica
• Cure trasfusioni di concentrato della proteina
  mancante

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Daltonismo
Incapacità di percepire distintamente i colori
rosso e verde (John Dalton (1766-1844)) Non
esistono cure
30
Distrofia muscolare di Duchenne

• La DMD colpisce uno su 3000 maschi (manca la
  distrofina)
• Precoce generazione muscolare (su una sedia a
  rotelle già a 12 anni)
• Il gene è localizzato in Xp21 (2,3 Mb)

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Malattie recessive legate agli autosomi

• Albinismo
• Fenilchetonuria
• SCID
• Anemia falciforme
• Talassemia
• Fibrosi cistica

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Albinismo

• Mancanza di un enzima per la produzione di
  melanina
• La pelle color rosa pallido, iridi rossastre e
  capelli giallo paglierino
• Vulnerabili allesposizione solare

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SCID

• Severe combined immunodeficiency
• Malattia del bambino nella bolla
• Deficit dellenzima ADA
• Cure trasfusioni, trapianto di midollo osseo

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Fenilchetonuria

• Carenza o assenza di un enzima che trasforma la
  fenilalanina in tirosina

Laccumulo di fenilalanina danneggia gravemente
le cellule nervose (ritardo mentale) Cure
diagnosi prenatale e dieta a basso contenuto di
fenilalanina
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Anemia falciforme
È la più grave delle malattie anemiche I globuli
rossi hanno una forma a falce e possono ostruire
i capillari sanguigni

• È dovuta ad una mutazione puntiforme
  dellemoglobina
• Nellomozigote è assai grave
• Cure trasfusioni

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Talassemia
Lanemia mediterranea è presente nelle aree che
sono o sono state interessate dalla malaria I
globuli rossi sono in numero inferiore e più
piccoli

• Talassemia minor
• Morbo di Cooley
• Cure trasfusioni, trapianto di midollo
• Diagnosi prenatale

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Fibrosi cistica

• Disturbi polmonari
• Il muco, più vischioso, invade i bronchi
• Il gene responsabile è sul cromosoma 7
• Cure antibiotico e drenaggio bronchiale

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Malattie autosomiche dominanti
Corea di Huntington

• Progressiva degenerazione delle cellule nervose
• Presente fin dalla nascita, esplode a 35-45 anni

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Terapia genica

• Sostituire i geni malati con quelli sani
• Terapia somatica germinale
• Ex vivo le cellule bersaglio vengono prelevate
  dallorganismo, trattate e reintrodotte
• In vivo si introduce il gene direttamente nelle
  cellule bersaglio dellorganismo
• Tecniche sperimentali

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I successi della terapia genicail caso della SCID

• Prelievo di sangue periferico (linfociti a vita
  limitata) e dal midollo osseo (cellule staminali
  amatopoietiche)
• Coltivazione in vitro assieme a un vettore
  contenente il gene ADA
• Reinfusione nel paziente

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Lingegneria geneticamodificare il patrimonio
genetico di batteri per produrre proteine umane
importanti per la cura di malattie

• Isolamento del gene umano
• Costruzione del DNA ricombinante
• Introduzione del DNA ricombinante nella cellula
  ospite
• Clonazione del gene e produzione della proteina
• Recupero della proteina

42
I batteri come fabbrica di proteine
43
La biotecnologia (DNA ricombinante)

• Batteri che degradano il petrolio (brevettati)

• Cura della salute diagnosi e terapia
• Zootecnia e agricoltura organismi transgenici
  (qualità, resistenza, )
• Industria chimica batteri utili nellestrazione
  di metalli

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Problemi etici e normativi

• Introduzione di organismi modificati
  nellambiente esterno
• Brevettare la vita (controllo brevettuale della
  progenie)
• Manipolazione del genoma umano (non a fini
  esclusivamente terapeutici)