La mutazione
Cambiamento ereditario, raro, casuale ed
improvviso che provoca una alterazione
qualitativa e/o quantitativa dell’informazione
genetica.
Crea variabilità sulla quale agisce la selezione
naturale nel processo evolutivo.
È alla base del miglioramento genetico di
piante ed animali di interesse agronomico.
Tipi di mutazioni
• Geniche o puntiformi
• Cromosomiche
• Genomiche
Mutazioni geniche o puntiformi
•
•
•
sostituzioni di basi
-
transizioni (purina/purina, pirimidina/pirimidina)
-
transversioni (purina/pirimidina, pirimidina/purina)
delezioni
inserzioni
In questi ultimi casi si tratta , nell’ambito del
gene, di acquisto o perdita , di uno o
piùnucleotidi.
Purine: A; G
Pirimidine: T ; C
Mutazioni cromosomiche
• Indicano cambiamenti
nella struttura di un
cromosoma: delezione di
una parte, inversione,
duplicazione,
inserzione,traslocazione,
movimento
• Gli effetti sul fenotipo
dipendono dall’entità della
porzione cromosomica
coinvolta.
Mutazioni genomiche
• Riguardano il numero di
cromosomi di una data
specie;
• Può interessare una o più
coppie
• Le ripercussioni sul
fenotipo sono quasi
sempre gravi
• L’origine di queste
mutazioni è associata a
errori durante la divisione
cellulare
EFFETTI DELLE MUTAZIONI SUL
FENOTIPO
CAUSE
1. Mutazioni puntiformi per
sostituzioni di basi;
2. Mutazioni per inserzione o
delezione di una o più coppie
di basi
EFFETTI
1a missenso : amminoacido diverso;
1b non senso : interruzione sintesi
proteica;
1c silente : non si manifesta
2a
Mutazione frameeshift
EFFETTI DELLE MUTAZIONI NEL FENOTIPO
CAUSE
3. retromutazioni :
mutazioni successive a
quelle originarie ;
EFFETTI
3 a ritorno dal fenotipo
mutante a quello
selvatico ( normale )
4. soppressioni: mutazioni in
punti diversi dello stesso
gene o di altri geni
4 a ripristino del fenotipo
selvatico anche se il
genotipo rimane invariato,
alterato da entrambi gli
eventi mutazionali.
Mutazioni puntiformi
Mutazioni puntiformi per sostituzione
Mutazioni puntiformi per sostituzione
Mutazioni spontanee e mutazioni indotte
La differenza principale tra mutazioni spontanee ed
indotte è la frequenza di mutazione:
Le mutazioni indotte hanno una frequenza di mutazione
superiore a quella che si osserva per le mutazioni spontanee
10-4, sono causate da
agenti mutageni
10-7, non se
ne conosce
l’origine
specifica
ORIGINE DELLE MUTAZIONI
Mutazioni spontanee
•
Errori compiuti durante la duplicazione
del DNA ( tautomeria delle basi );
•
Errori compiuti durante la
ricombinazione e / distribuzione dei
cromosomi nelle cellule figlie;
•
•
Azione dei trasposoni
Danni al DNA per idrolisi spontanea o
lesioni ossidative ( deaminazione o
depurinazione
Errori durante i meccanismi di
riparazione del DNA
•
Mutazioni indotte
Fattori fisici
• Radiazioni ionizzanti : raggi X e
gamma)
•
Radiazioni UV ( dimeri di timina che
bloccano DNA polimerasi e quindi la
duplicazione del DNA ; riparabile per
fotoriattivazione)
Fattori chimici
Si distinguono in:
• Analoghi delle basi ( es. 5 – bromouracile )
• Agenti modificanti ( es. acido nitroso )
• Agenti intercalanti ( es. acridina )
Le transizioni tautomeriche delle basi
causano errori di appaiamento
Lesioni spontanee: depurinazione
Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti
Le ionizzanti comprendono:
- radiazioni di natura elettromagnetica (raggi X, raggi gamma, raggi cosmici),
caratterizzate da frequenze elevate e bassa lunghezza d’onda
- radiazioni di natura corpuscolata (particelle alfa, elettroni, neutroni, protoni)
RADIAZIONI IONIZZANTI
•
I raggi X e γ hanno la capacità di penetrare nei tessuti generando
ioni e radicali liberi , che sono in grado di rompere i legami chimici
presenti nella molecola del DNA;
•
Quindi le radiazione ionizzanti possono indurre rotture dei
cromosomi, sono le più pericolose, provocano rotture a livello delle
due eliche del DNA , difficilmente riparabili;
•
Generalmente i raggi X e γ sono usati a scopo terapeutico grazie
alla loro caratteristica di penetrare i tessuti.
N.B. Gli effetti delle radiazioni sono cumulative , c’è infatti una certa
relazione tra il tempo di esposizione alle radiazioni e la frequenza di
mutazioni
RADIAZIONI UV
I raggi ultravioletti (UV) non sono ionizzanti, cioè non hanno energia
sufficiente per ionizzare un atomo
Nonostante ciò gli UV sono un potente agente mutageno perché le basi
puriniche e pirimidiniche del DNA assorbono luce ultravioletta .
Uno degli effetti delle radiazioni UV sul DNA è la formazione di legami
chimici anomali tra molecole di pirimidina adiacenti sulla stessa elica
o poste su eliche opposte DIMERI DI TIMINA
Il sole è una sorgente molto forte di radiazioni UV, ma buona parte
della luce è filtrata dagli strati dell’atmosfera
Mutageni chimici: analoghi di basi
Gli Analoghi di Base sono sostanze chimiche che hanno
una struttura molecolare estremamente simile a quella
delle normali basi che si trovano nel DNA
Un esempio di analogo di base è il 5-bromuracile
Mutageni chimici
TRATTAMENTO CON HNO2 (non è
agente alchilante)
Anche trattamenti con agenti chimici
come l’acido nitroso possono indurre
appaiamenti sbagliati causando
mutazioni puntiformi (transizione AT
GC) sul filamento neo sintetizzato
Mutageni chimici
AGENTI INTERCALANTI
I mutageni intercalanti agiscono
inserendosi tra basi adiacenti
in una o entrambe le eliche di DNA
SUGLI AGENTI INTERCALANTI……
Molti agenti devono il loro potere mutageno alla capacità di intercalarsi tra due basi
azotate consecutive.
Gli intercalanti sono tipicamente molecole planari e aromatiche, come l'etidio, la
talidomide.
Perché un intercalante possa trovare posto tra le due basi, occorre che la doppia
elica si apra e perda la sua conformazione standard. Tali modifiche strutturali
inibiscono sia la trascrizione che la replicazione del DNA ed aumentano la
possibilità di insorgenza di mutazioni. Per tale motivo, gli intercalanti sono
considerati molecole cancerogene, come dimostrato da numerosi studi su
molecole come il benzopirene ( è il maggiore agente mutageno presente nel fumo
di tabacco).
In ogni caso, proprio grazie alla loro capacità di inibire trascrizione e replicazione,
tali molecole sono anche utilizzate in chemioterapia per inibire le cellule
neoplastiche a rapida crescita.
Test di Ames
• Il Test di Ames costituisce un esempio di retromutazione,
infatti si basa sull’uso di Salmonella typhimurium
auxotrofa per l’ istidina.
• Esso viene utilizzato per l’identificazione di sostanze
chimiche mutagene.
• Con un dischetto imbevuto della sostanza da testare, su
terreno minimo, vengono piastrate le cellule.
• Nelle due piastre utilizzate ( p. di controllo e p. di saggio )
il numero di colonie retromutanti his + visibili è minimo
nella prima , ma elevato nella seconda a causa della
presenza del mutageno.
N.B. Osserva fig. 9.25 pag.342 sul testo.
Perchè il test di Ames è utile?
Esiste forte correlazione tra mutagenicità e
cancerogenicità: la maggior parte delle
sostanze mutagene per i batteri sono
cancerogene anche per l’uomo.
E’ quindi molto importante avere un test
semplice come quello di Ames per stabilire se
una sostanza è mutagena.
Osserva la fig . 9.25 pag. 342
sul testo.
