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2 Classificazione È possibile suddividere le mutazioni in due macrocategorie: • MUTAZIONI IN AVANTI = FORWARD MUTATION: wild type → gene mutato; • RETROMUTAZIONE = BACKWARD MUTATION: gene mutato → wild type. Le MUTAZIONI IN AVANTI\Forward mutation sono quel tipo di mutazione (e quindi di cambiamento della sequenza nucleotidica) che porta da una condizione wild type ad una condizione mutata. Le RETROMUTAZIONI sono invece quel tipo di mutazioni che porta da una condizione mutata a una condizione wild type. Si tratta di un secondo evento mutazionale, proprio perché logicamente la condizione iniziale mutata implica che il primo evento mutazionale sia già avvenuto. È molto importante tenere a mente questo concetto perché influenzerà la classificazione delle varie retromutazioni (e anche perché spesso agli esami si fa confusione). Domanda: “Le retromutazioni sarebbero per esempio le correzioni delle basi errate?” • No, si tratta di due cose distinte e separate, le retromutazioni sono delle vere e proprie mutazioni, non hanno a che vedere con i meccanismi di correzione delle basi errate di cui la cellula dispone e che affronteremo in avanti. Le retromutazioni sono dei secondi eventi mutazionali. Sarebbe come dire che l’attività di correzione delle bozze della DNA polimerasi fosse una retromutazione, quindi la risposta è no. Infatti, l’attività di correzione delle bozze è un meccanismo duraturo e programmato dalla cellula quando riconosce degli errori nell’appaiamento delle basi; al contrario la mutazione in generale è un evento improvviso. È possibile utilizzare diversi criteri di classificazione per raggruppare le mutazioni geniche: • ORIGINE, che ci consente di distinguere le mutazioni in o SPONTANEE o INDOTTE, che avvengono in presenza di agenti mutageni di natura fisica, chimica o infettiva (saranno approfondite più avanti); • TIPO DI CELLULA in cui avviene la mutazione, cioè o SOMATICHE o GERMINALI, o germ-line • TIPO DI ESPRESSIONE o CONDIZIONALI o NON CONDIZIONALLI • EFFETTO SULLA FUNZIONE • CAMBIAMENTI MOLECOLARI • RICADUTA SULLA TRADUZIONE
3 Classificazione per TIPO DI CELLULA Adesso ci soffermeremo sulla classificazione in base al tipo di cellula in cui avviene la mutazione, somatica o germinale: • MUTAZIONE SOMATICA, avviene a livello di una cellula somatica, è un evento mitotico o post-mitotico, per cui tutte le cellule che deriveranno da quella mutata erediteranno a loro volta la mutazione; trattandosi però di una cellula somatica questa mutazione non verrà ereditata dalle generazioni successive; • MUTAZIONE GERMINALE, avviene a livello dei gameti e dunque lo zigote (prima cellula diploide che si viene a formare) porterà con sé la mutazione, trasmettendola a tutte le future cellule dell’individuo, che appunto si origineranno dallo zigote. Classificazione per EFFETTO sulla FUNZIONE Una mutazione può portare a: • PRODOTTO NON FUNZIONALE • PRODOTTO PARZIALMENTE FUNZIONALE • ASSENZA DEL PRODOTTO Al di là dei cambiamenti molecolari è possibile classificare le mutazioni in base all’effetto sulla funzione, sull’espressione. Questa classificazione ci consente di catalogare tutte le mutazioni viste sopra in base a questo unico criterio. • MORFOLOGICHE, determinano nuove caratteristiche fenotipiche visibili; • LETALI, provocano un effetto letale sulla sopravvivenza; • CONDIZIONALI, in cui la comparsa di un determinato fenotipo avviene solo in un ambiente particolare detto restrittivo; • AUXOTROFICHE, che determina l’incapacità di sintetizzare uno specifico nutriente – riprenderemo questo genere di mutazioni a proposito del test di Ames (altra domanda a cui gli studenti non rispondono, nonostante sia un argomento semplice), effettuato per capire se una sostanza può essere mutagenica. Per potere eseguire questo test utilizzeremo un ceppo batterico auxotrofico per l’istidina, cioè un ceppo batterico incapace di sintetizzare l’istidina: questo implica che il ceppo non può crescere senza l’istidina; • CON PERDITA DI FUNZIONE (loss of function) è recessiva se l’allele selvatico e` sufficiente a sopperire alla mancanza dell’altro allele che è mutato; è dominante se l’allele selvatico non è sufficiente a sopperire alla mancanza dell’allele mutato; • CON ACQUISTO DI FUNZIONE (gain of function) la mutazione costituisce acquisto di funzione precedentemente assente, si comporta da dominante.
4 Classificazione per CAMBIAMENTI MOLECOLARI • MUTAZIONI PUNTIFORMI o SOSTITUZIONI DI BASI, quando una coppia di nucleotidi viene sostituita da un’altra coppia di nucleotidi (ci si riferisce a “coppie di basi” per la struttura a doppia elica del DNA); o INSERZIONI DI BASI, quando nella sequenza del DNA viene inserita una o poche coppie di basi; o DELEZIONI DI BASI, quando nella sequenza del DNA viene deleta una o poche coppie di basi. Le MUTAZIONI PER SOSTITUZIONE DI BASI possono essere divise in due grandi gruppi, mutazioni per: • TRANSIZIONE, quando una coppia purina-pirimidina viene sostituita con un’altra coppia purina-pirimidina – nell’esempio una coppia adenina-timina viene sostituita da una coppia guanina-citosina • TRANSVERSIONE, quando avviene la sostituzione di una coppia purina-pirimidina con una coppia pirimidina-purina, al contrario. Se abbiamo per esempio la coppia guanina- citosina (purina-pirimidina), la sostituzione per transversione darà la coppia citosina- guanina (pirimidina-guanina), oppure la coppia timina-adenina (sempre pirimidina-purina, invece che purina-pirimidina come nel gene wild type). Quindi la sostituzione per transversione di una coppia purina-pirimidina può dare sia l’inverso della coppia wild type, sia l’altra coppia nella forma però pirimidina-purina. Classificazione per EFFETTO sulla FUNZIONE Le mutazioni avvengono a livello del DNA, quindi nel momento in cui il DNA andrà in contro a trascrizione la mutazione si ripercuoterà sul trascritto, e quindi anche al livello del prodotto della traduzione: l’alterazione a livello della sequenza di m-RNA determina un cambiamento della sequenza dei codoni e quindi della proteina finale. In base all’effetto che le mutazioni per sostituzione possono determinare a livello della traduzione possiamo classificare mutazioni: • MISSENSO, quando la sostituzione di una coppia nucleotidica porta a livello dell’m-RNA alla formazione di un codone che codifica per un amminoacido diverso – un esempio di