” o i B l i t rlo n e Ca g r “ e CORSO DIPi GENETICA o n i o rb t r U e i b d DEL GENE LARoNATURA à t i s r e v i 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 l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i 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 B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U La procedura sperimentale ” o I risultati ottenuti ” o i B l i o 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 i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U ” o 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 i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n 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 r e a OMOZIGOSI g C r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U GLOSSARIO Bone marrow: midollo osseo Heart: cuore Kidney: rene Brain: cervello Lung: polmone Spleen: milza Colinearità gene - proteina i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n 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 i 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 ” o i B l i o t 1 l n + 1 r e a g “C 4 2 + + r e o i 2 P 3 n + + i o b t 4 r + r - U e i b d o 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 i B centrale l i t rlo n e Ca della g r “ e i o P n i biologia o rb t r U e 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 i B l i t rlo n procarioti ed e Ca g r “ e i eucarioti o P n i o b t r r U e i b d o R tà i s r e v i n U La RNA polimerasi i B l i t rlo È la responsabile della n e Ca sintesi dell’RNA g r “ messaggero (mRNA) e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U ” o Il ribosoma ” o È composto di proteine ed RNA ribosomale (rRNA) la cui sintesi avviene nel nucleolo. i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U Il tRNA (o RNA di trasferimento) ” Legge il codice sulimRNA e lootraduce B l i in sequenze polipeptidiche. t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U L’inizio della sintesi proteica i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U ” o L’elongazione del polipeptide i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U ” o Elongazione e ” termine del o i B l i o t l n epolipeptide ar g “C r e o i P in o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U Il polisoma ” o i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o 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 l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U ” 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 B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb t r U e i b d o R tà i s r e v i n U ” o Differenza tra eucarioti e procarioti ” o i B l i t rlo n e Ca g r “ e i P ino o rb Nei procarioti t r U e non c’è i b d o separazione R tà spaziale e/o i s temporale tra r e trascrizione e v i n traduzione! U