La natura del gene - la genetica a urbino

”
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CORSO DIPi GENETICA
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b
d DEL GENE
LARoNATURA
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t
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s
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v
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n
U
Geni ed errori congeniti del
”
o
metabolismo cellulare
i
B
il
t rlo
n
Benzer e
aveva dimostrato
con gli
a
g
C
r
esperimenti
sul“fago
T4 che il cistrone è
e
i
o
l’unità
Tuttavia non era noto
P di funzione.
n
ifosse il cistrone, né il suo
o
né
cosa
b
t funzionamento.
r
r
Nel 1908 il medico A.
U
e
i
b
Garrod
aveva osservato che molti difetti
d
o
R tà congeniti dell’uomo erano dovuti a
i
caratteri recessivi ed erano correlati a
s
r
difetti metabolici.
e
v
i
la nfenilchetonuria
(correlata all’albinismo) è dovuta
U
Ad esempio,
all’incapacità di trasformare la fenilalanina in tirosina; la fenilalanina si
accumula e viene trasformata in un composto tossico, l’acido fenilpiruvico.
PKU e albinismo
i
B
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R tà
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s
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v
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n
U
”
o
Beadle e Tatum (1941)o”
i
B
l
i
o
t scoperta
La reale funzione dei geni fu
da Beadle e
l
n
r crassa. Essi
e
Neurospora
Tatum che lavoravano sulla
a
g
C
r
irradiarono questo organismo, “
seminarono
le spore su
e
o
terreno completoPie poi le
riseminarono su terreno
n
i
minimo per to
vedere bse crescevano. Dopodiché
r
r
selezionarono
i mutanti
per un certo nutriente
U
e
i
b
(auxotrofi)
e
cercarono
di capire qual era il difetto.
d
o
R primo
à
Il loro
lavoro fu sui mutanti incapaci di
t
i arginina. I test di complementazione
cresceressenza
r di mappatura rivelarono che esistevano tre
e i dati
e
v
i
loci
diversi per il controllo del suo metabolismo, che
n
Uchiamarono arg-1, arg-2 e arg-3.
i
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U
La procedura
sperimentale
”
o
I risultati ottenuti ”
o
i
B
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t
l
n
Se si somministrano ai tre ceppi delle
r
e
a
g “C
sostanze chimicamente simili all’arginina,
r
e ceppio
cioè la citrullina e l’ornitina, i itre
P in
reagiscono differentemente. o
b
t
r
Era noto che nella rcellula
U
e
sostanze simili possono
essere
i
b
d
o
convertite una nell’altra
dagli
R tà
enzimi, per cui Beadle ei Tatum
s il Nobel) ipotizzarono che in realtà i
r
(che per questo ricevettero
e
v
mutanti alterassero
ognuno una diversa tappa della stessa via
i
n
metabolica! U
Mutante
arg1arg2arg3-
+
-
+
+
-
+
+
+
Un gene, un enzima
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P ino
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”
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Interpretazione molecolare
”
o
dei dati genetici precedenti
i
B
il
o
t
l
n
r
A questo punto diventano chiari molti e
rapporti mendeliani
atipici,
a
g a fiore
C
come la complementazione: due linee
bianco (mutanti),
r
“
e rossio (selvatici) in prima
i
incrociate tra loro, danno fiori
P
n
generazione, e fiori rossi eobianchi (ini seconda generazione) con
b
t
r
un rapporto 9:7. Ora è r
facile interpretare perché: si tratta di
U
e
una via metabolica b
con (almeno)
due enzimi e tre substrati
i
d
o
coinvolti. Si spiega
anche
R tà la dominanza e la recessività: il
dominante ha ancora la ifunzione enzimatica, il recessivo no.
s
r
e
v
i
n
U
pigmento
rosso
precursore
bianco 2
precursore
bianco 1
Enzima
allele A
Enzima
allele B
Sequenziamento delle proteine
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U
”
o
Nel 1953 Frederick Sanger ottiene la prima sequenza polipeptidica
completa, l’insulina bovina.
Un gene, una sequenza polipeptidica
”
Sanger aveva dimostrato
la
o
costanza ili della B sequenza
o
t delle
l
aminoacidica
proteine, cioè
n
r
e proteina
a
la g
stessa
ha sempre gli
C
r
“
stessi
aminoacidi,
nello stesso
e
i
o
P ordine.
n
Vernon Ingram studiò
i
o l’emoglobina
b
selvatica (HbA) e
t
r
r
U
e
quella che provoca l’anemia
i
b
d
o
falciforme (HbS), scoprendo che
R tà
una singola sostituzione aminoi
s
acidica è la causa della creazione
r
e
di
una
proteina
mutante
v
i
n
responsabile di tutte le patologie
U
umane connesse a questo tipo di
anemia.
La pleiotropia di HbS
”
o
L’ANEMIA
i
B
l
i loFALCIFORME È
t
n
LETALE IN
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OMOZIGOSI
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U
GLOSSARIO
Bone marrow: midollo osseo
Heart: cuore
Kidney: rene
Brain: cervello
Lung: polmone
Spleen: milza
Colinearità gene - proteina
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U
”
o
Nel 1967 Charles Yanofsky aveva isolato tutta una
serie di mutazioni a carico del gene A della triptofano
sintetasi di E. coli. Egli scoprì che ad ogni mutazione
corrispondeva un polipeptide difettivo, e che c’era una
correlazione diretta tra posizione della mutazione nel
DNA e posizione dell’aminoacido sbagliato nella
proteina. Riuscì anche ad ottenere un ricombinante
selvatico tra due mutazioni
dello
stesso
aminoacido
(Gly47Arg
e
Gly47Glu),
dimostrando che ogni codone
(Crick e Brenner) è composto
almeno da due reconi (Benzer).
Quindi l’unità di ricombinazione è più piccola dell’unità di traduzione!
Eccezioni
”
o
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B
l
i
t è di rimportanza
Il concetto un gene Ÿ una catena polipeptidica
capitale
lo
n
e inCalcuni
a casi ci sono delle
per la relazione tra gene e funzione. Tuttavia
g
r
ci sono “
due regioni adiacenti nel
ambiguità. Ad esempio in Neurospora
e
i
P . ino
locus adenina-3, dette ad-3A e ad-3B
o
b
t
r
con tutti i mutanti ad-3B;
ß Tutti i mutanti ad-3A complementano
r
U
e
a
lato
dei
mutanti ad-3B e viceversa;
ß i mutanti ad-3A mappano
i
b
d
o
ß i mutanti ad-3A hanno
una
funzione
diversa dai mutanti ad-3B;
R tà
i
ß nessun mutante ad-3A s
complementa
con altri mutanti ad-3A;
r
ß alcuni (non tutti) e
mutanti ad-3B complementano con alcuni altri
v
mutanti ad-3B! ni
U
È possibile che ad-3B siano in realtà due cistroni?
I dati e la loro interpretazione
”
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1
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+
+
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4
r
+ r - U
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R
à
t
La mappa di complementazione
è
una mappa “funzionale”, non fisica. Tuttavia è
i
s
da notare che l’ordine di complementazione
corrisponde generalmente all’ordine
r
e
sulla mappa di ricombinazione.
Inoltre i dati ci dicono che stiamo vedendo un
v
i
cistrone solo (confrontare
1 e 3, e poi questi due con 4). La “frequente”
n
U che non sono delezioni.
reversione ci assicura
1
2
3
4
+ = complementazione; - = non complementazione
3
Mappa
di
complementazione:
la
complementazione
è
nelle
zone
sovrapposizione delle barre.
non
di
Possibili interpretazioni: (a) proteine a domini separati; (b) strutture
quaternarie in grado di compensare le funzioni dei componenti.
Il dogma
”
o
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centrale
l
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n
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della
g
r
“
e
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o
P
n
i
biologia
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t
r
U
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molecolareob di
R
à
t
i
Rappresenta il flusso s
r
e
delle informazioni nelle
v
i
cellule dei viventi.
n
U
Dal DNA alle
”
proteine:
o
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B
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procarioti ed
e Ca
g
r
“
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eucarioti
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La RNA
polimerasi
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B
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È la responsabile della
n
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sintesi dell’RNA
g
r
“
messaggero (mRNA)
e
i
P ino
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r
U
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s
r
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”
o
Il ribosoma
”
o
È composto di proteine ed RNA ribosomale
(rRNA) la cui sintesi avviene nel nucleolo.
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Il tRNA (o RNA di trasferimento)
”
Legge il codice sulimRNA e lootraduce
B
l
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in sequenze polipeptidiche.
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L’inizio della sintesi proteica
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L’elongazione del polipeptide
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Elongazione e
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termine
del
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epolipeptide
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Il polisoma
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R tà
i
s contemporaneamente ciascun mRNA,
Molti ribosomi traducono
r
e
amplificandone v
gli
effetti. Si parla di polisoma o poliribosoma.
i
n
U
Dettaglio del legame peptidico
i
B
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”
o
Nel ribosoma viene catalizzata la
condensazione degli aminoacidi
facendo reagire il gruppo aminico
del
primo
con
il
gruppo
carbossilico del secondo. Il primo
aminoacido della proteina (la
metionina) è all’N terminale,
l’ultimo al C terminale.
Organizzazione 3D delle proteine
i
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Differenza tra eucarioti e
procarioti
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Nei procarioti
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separazione
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spaziale e/o
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temporale tra
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trascrizione e
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traduzione!
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