I LIPIDI SONO LE “FRONTIERE” DELLA VITA 1 1

I Lipidi Sono composti ternari (C, H, O) Componenti fondamentali delle membrane cellulari e degli steroidi (ormoni) Comprendono: acidi grassi (trigliceridi e fosfolipidi) ed il colesterolo

I Lipidi Nell’organismo umano costituiscono circa il 17% del peso corporeo In base alla funzione che svolgono si distinguono in: lipidi di deposito o di riserva: per lo più sono trigliceridi e si accumulano negli adipociti lipidi strutturali: per lo più sono lipidi complessi, formano le membrane cellulari lipidi regolatori: precursori di vitamine e di ormoni

Acidi Grassi Catena idrocarburica con gruppo carbossilico (acido) terminale Sono composti polari con una zona idrofilica (COOH) ed una idrofobica (CH3) insolubile in acqua Acidi grassi saturi e insaturi I grassi vegetali sono meno tossici per l’uomo, rispetto a quelli animali perché insaturi

Gli acidi grassi hanno lunghe catene carboniose Gruppo carbossilico Coda idrofobica 10 6

Gli acidi grassi sono lunghe molecole di idrocarburi contenenti un gruppo –COOH

Acidi Grassi Acidi grassi saturi: assenza di doppi legami nella catena carboniosa (acido palmitico C16:0) Acidi grassi insaturi: presenza di doppi legami nella catena carboniosa (acido oleico C18:1, acido linoleico C18:2, acido linolenico C18:3)

I lipidi semplici: i gliceridi glicerolo + 1 acido grasso → monogliceride glicerolo + 2 acidi grassi → digliceride glicerolo + 3 acidi grassi → trigliceride Se gli acidi grassi sono tutti uguali → gliceride puro Se gli acidi grassi sono diversi → gliceride misto

I trigliceridi Sono costituiti da 1 molecola di glicerolo legate a 3 catene di acidi grassi Sono rappresentati dai comuni grassi ed olii Rappresentano una fonte energetica superiore rispetto ai carboidrati Si accumulano nel tessuto adiposo (grasso sottocuteneo) Svolgono anche la funzione di isolante termico Grassi di origine vegetale liquidi a temperatura ambiente (es. olio di oliva, olio di semi) Grassi di origine animale solidi a temperatura ambiente (es. burro, lardo, grasso animale) Ac. oleico Acido butirrico

Le sostanze lipidiche ricche di acidi grassi saturi sono solide a temperatura ambiente → “grassi” Le sostanze lipidiche ricche di acidi grassi insaturi o polinsaturi sono liquide a temperatura ambiente → “oli”

Omega-3, -6, -9 Sono acidi grassi essenziali indispensabili per il corretto funzionamento dell’organismo. Sono noti per il mantenimento dell’integrità delle membrane cellulari. Omega-3: l'ultimo doppio legame è presente sul terzo carbonio a partire dalla fine (ad es. acido linolenico C18:3). Si trova nei pesci e in alcune microalghe. Omega-6: l'ultimo doppio legame è presente sul sesto carbonio a partire dalla fine (ad es. acido linoleico C18:2). Si trova nell’olio di girasole. Omega-9: l'ultimo doppio legame è presente sul nono carbonio a partire dalla fine (ad es. acido oleico C 18:1). Si trova nell’olio di oliva.

DIETA MEDITERRANEA La dieta mediterranea, a base di verdure, pesce, frutti di mare, frutta, legumi, cereali integrali, olio extravergine d’oliva e consumo moderato di vino, è caratterizzata dal corretto apporto di omega-3 ed omega-6 Molti studi indicano che i soggetti che seguono questo tipo di alimentazione sono meno soggetti allo sviluppo di malattie cardiache

I lipidi semplici: il colesterolo e gli steroidi Il colesterolo svolge funzioni essenziali: costituente di membrane cellulari delle cellule animali precursore della vitamina D (importante per la crescita di ossa e denti) composto di partenza per la sintesi degli acidi biliari (prodotti dal fegato) Può essere sintetizzato dalle cellule (origine endogena) o introdotto con la l’alimentazione (origine esogena) costituisce gli ormoni sessuali prodotti dalle ghiandole surrenali (testosterone, aldosterone, estradiolo) ed altri ormoni steroidei (es. cortisone)

I livelli di colesterolo nel sangue vanno tenuti sotto controllo: perchè? Il colesterolo in eccesso nel fegato si accumula dando origine ai calcoli biliari Il colesterolo in eccesso nel sangue si accumula sulle pareti interne delle arterie provocando la formazione di placche che causano aterosclerosi

I lipidi semplici: le cere Essendo insolubili in acqua, le cere svolgono un’importante funzione di rivestimento protettivo ed impermeabilizzante Le penne degli uccelli La cuticola sulle foglie Le api le usano per costruire le pareti degli alveari Conferiscono lucentezza ai frutti (mele, pere, ciliegie)

Lipidi complessi: i fosfolipidi Prodotti nel fegato Costituiti da: testa idrofilica (fosfato, glicerolo) code idrofobiche (2 catene di acidi grassi) Principali costituenti delle membrane plasmatiche cellulari (doppio strato lipidico) insieme alle proteine

LE PROTEINE SONO LE MOLECOLE EFFETTRICI CHE MEDIANO TUTTE LE REAZIONI DELLA VITA 5 18

Sono i “mattoni” del corpo umano… Proteine Sono i “mattoni” del corpo umano… Ma anche le proteine sono costituite da mattoni ancor più piccoli amminoacidi

Gli amminoacidi Composti quaternari (C,H,O,N) Hanno un gruppo carbossilico (COOH) e un gruppo amminico (NH2) Costituiscono le unità funzionali delle proteine Le proteine sono composte da venti amminoacidi

R R Gli amminoacidi sono caratterizzati da 2 gruppi chimici Gruppo amminico Gruppo carbossilico R R 11 21

Gli amminoacidi possono unirsi tra loro Legame peptidico Estremità amminica Il ripetersi di questa reazione dà luogo a polipeptidi e proteine

GLI AMMINOACIDI DI UNA PROTEINA SONO LEGATI MEDIANTE LEGAME PEPTIDICO C C H O N C OH C C N C H O H2O 9 23

Gli amminoacidi e la formazione del legame peptidico Un amminoacido è un composto chimico caratterizzato da un gruppo amminico (NH2), un gruppo carbossilico (COOH) ed un gruppo R specifico per ogni amminoacido. Gli amminoacidi sono tenuti insieme mediante un legame peptidico: esso si forma tra il gruppo carbossilico di un amminoacido ed il gruppo amminico dell’amminoacido successivo, in una reazione che prevede la perdita di una molecola di acqua (H2O)

Venti amminoacidi compongono le proteine

La strategia del “Lego” molecolare: si può costruire un numero enorme di proteine partendo da pochi (20) elementi di base

collagene proteina nativa proteina denaturata

Le proprietà delle proteine dipendono dalle caratteristiche chimiche degli amminoacidi che le compongono Gli amminoacidi possono essere classificati in base alle proprietà delle catene laterali: amminoacidi non polari amminoacidi polari non carichi amminoacidi aromatici amminoacidi acidi amminoacidi basici

AMMINOACIDI ALIFATICI NON POLARI

AMMINOACIDI AROMATICI

AMMINOACIDI POLARI NON CARICHI

AMMINOACIDI CATIONICI AMMINOACIDI ANIONICI

Gli amminoacidi si dividono in essenziali e non Sono definiti essenziali quegli amminoacidi che l'organismo umano non riesce a sintetizzare in quantità sufficiente: fenilalanina, isoleucina, lisina, leucina, metionina, treonina, triptofano e valina Legumi, cereali e verdure costituiscono un’importante fonte di amminoacidi essenziali

LE PROTEINE SONO UNA CLASSE DI COMPOSTI MOLTO VERSATILE Quante proteine sono teoricamente ottenibili? Quanti dipeptidi? 202 Quanti tripeptidi? 203 Quante proteine di 150 amminoacidi? 20150 8 34

LE PROTEINE SONO UNA CLASSE DI COMPOSTI MOLTO VERSATILE EMOGLOBINA trasporto DNA POLIMERASI enzima MELANINA protettiva ANTICORPI difesa TOSSINA TETANICA tossina INSULINA ormone CD4 recettore MIOSINA contrattile 7 35

L’architettura delle biomolecole: la natura disegna

La struttura delle proteine Correlazione struttura → funzione Struttura primaria: sequenza di amminoacidi che formano una catena polipeptidica Struttura secondaria: la catena polipeptidica si ripiega a formare strutture ad -elica o a foglietti  Struttura terziaria: la catena polipeptidica può essere lineare (proteina fibrosa) o avvolgersi su se stessa assumendo una forma quasi sferica (proteina globulare) Struttura quaternaria: associazione di più catene polipeptidiche. Ad esempio: emoglobina (proteina presente nei globuli rossi, con funzione di trasporto dell’ossigeno nel sangue)

Proteina non ripiegata catene non polari catene polari Proteina ripiegata Proteina non ripiegata IL RIPIEGAMENTO DI UNA PROTEINA DIPENDE DALLA INTERAZIONE DEGLI AMMINOACIDI CON L’ACQUA 38

a-elica foglietto b Simbologia

Una forma, quindi una struttura, è collegata ad una funzione: gli strumenti molecolari

PORINA: canale di ingresso

TOPOISOMERASI: elimina superavvolgimenti del DNA

TRASCRITTASI INVERSA: lettore di informazioni

GLI ACIDI NUCLEICI CONTENGONO L’INFORMAZIONE DEL PROGETTO VITA 3 44

GLI ACIDI NUCLEICI RAPPRESENTANO LE PROTEINE RAPPRESENTANO IL SOFTWARE DELLE CELLULE LE PROTEINE RAPPRESENTANO L’ HARDWARE 6 45

I N F O R M A Z E A C I D N U C L E I 4 46

LA COMPOSIZIONE CHIMICA DEGLI ACIDI NUCLEICI E’ MOLTO SEMPLICE BASI AZOTATE ZUCCHERI PENTOSI GRUPPO FOSFATO 1 : 1 : 1 1 48

I NUCLEOTIDI Il DNA è un polimero I suoi monomeri sono i NUCLEOTIDI BASE AZOTATA Gruppo fosfato zucchero Il DNA è un polimero I suoi monomeri sono i NUCLEOTIDI I nucleotidi sono formati da: gruppo fosfato zucchero deossiribosio base azotata

FOSFATI ZUCCHERO BASE 13 50

T U C A G LE BASI AZOTATE TIMINA URACILE CITOSINA ADENINA GUANINA PIRIMIDINE: UN ANELLO ETEROCICLICO TIMINA URACILE CITOSINA T U C C=O C=O C-NH2 C-H H-N PURINE: 2 ANELLI ETEROCICLICI CONDENSATI C-CH3 H-N N C-H ADENINA GUANINA O=C C-H O=C C-H O=C C-H A G N-H N-H N-H 51

Le basi azotate PURINE PIRIMIDINE citosina timina uracile

L’appaiamento delle basi implica la formazione di legami idrogeno I legami idrogeno si formano tra un atomo elettronegativo (accettore) e un atomo di idrogeno legato covalentemente ad un altro atomo elettronegativo (donatore) Tali legami sono più forti quando l’atomo accettore è in linea con il legame covalente tra l’atomo donatore e l’idrogeno

L’appaiamento delle basi implica la formazione di legami idrogeno H s u g a r citosina guanina N O H s u g a r C 3 timina adenina 54

La complementarietà La complementarietà si basa su: Dimensioni delle basi Numero di legami idrogeno

Legami idrogeno: deboli e altamente direzionali L’energia rilasciata contribuisce alla stabilità termodinamica della doppia elica

Legame fosfodiestereo

Struttura I I nucleotidi sono legati l’uno all’altro attraverso il gruppo fosfato Gruppi fosfato e molecole di zucchero formano una successione lineare Le basi azotate legate alle molecole di zucchero sporgono dalla struttura

Struttura II Una molecola di DNA è formata da due catene basi Una molecola di DNA è formata da due catene di nucleotidi appaiate secondo le regole della complementarietà doppia elica Una sorta di scala a pioli avvolta a spirale dove i pioli sono le coppie di basi complementari

Struttura del DNA Deoxyribonucleic Acid (acido deossiribonucleico) La struttura del DNA fu scoperta da Watson e Crick. E’ importante per la trasmissione ereditaria dei caratteri tra genitori e figli. E’ una doppia elica formata da 2 catene polinucleotidiche, cioè composte da una successione di nucleotidi, tenute insieme da legami idrogeno. I nucleotidi sono legati tra loro tramite un legame fosfodiestereo tra il fosfato di un nucleotide ed il gruppo -OH del nucleotide successivo. Le sequenze dei due filamenti sono complementari: - ad una A su un filamento corrisponde sempre e solo una T sul filamento complementare e viceversa; 2 legami idrogeno. - ad una C su un filamento corrisponde sempre e solo una G sul filamento complementare e viceversa; 3 legami idrogeno.

D O P I A E L C D N A WATSON E CRICK Premio Nobel nel 1953 61

Il DNA è una doppia elica (WATSON e CRICK)

Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2006 63

DOPPIA ELICA SOLCO MINORE SOLCO MAGGIORE DNA B NORMALE 64

Struttura del DNA

NEL DNA E’ CONTENUTA L’INFORMAZIONE SULLA STRUTTURA DELLE PROTEINE L’INFORMAZIONE VIENE REPLICATA L’INFORMAZIONE E’ TRASCRITTA E POI TRADOTTA IN PROTEINE 66

Dogma centrale della biologia Duplicazione del DNA Trascrizione sintesi mRNA Traduzione sintesi della proteina

Funzioni del DNA Materiale ereditario: viene duplicato e trasmesso alle cellule figlie Programma della cellula: contiene le informazioni per la sintesi di tutte le proteine dell’organismo Ogni tratto di DNA che porta l’informazione per la sintesi di una proteina→GENE Nel DNA delle cellule della specie umana ci sono circa 30.000 geni, in quello di un batterio, poche migliaia

Trascrizione e traduzione del DNA Dogma centrale della biologia molecolare: DNA RNA proteina trascrizione traduzione L’informazione genetica per la sintesi proteica è conservata nel DNA sotto forma di un codice (il codice genetico) in cui la sequenza delle basi determina la sequenza degli amminoacidi nella proteina codificata. Si parla quindi di traduzione del codice genetico.

Il nostro bagaglio genetico è scritto in ogni cellula Le informazioni sono in codice

Replicazione o sintesi del DNA La doppia elica di DNA è “srotolata” da un’elicasi e ognuno dei due filamenti funge da stampo per la sintesi di un filamento complementare. La DNA polimerasi “legge” la sequenza del filamento stampo e ne sintetizza uno complementare impiegando i nucleotidi con base azotata complementare (per es. se trova A sul filamento “stampo”, incorpora T nel filamento “complementare”). Alla fine si ottengono 2 molecole di DNA identiche a quella originale (parentale). E’ un processo semiconservativo: ognuna delle 2 molecole ottenute è formata da un filamento parentale ed un neosintetizzato.

Replicazione del DNA

L’ENZIMA CHE CATALIZZA LA REAZIONE E’ LA DNA POLIMERASI 3’ 5’ BASE BASE BASE BASE BASE BASE BASE L’ENZIMA CHE CATALIZZA LA REAZIONE E’ LA DNA POLIMERASI BASE 3 73

Arthur Kornberg Scoprì la DNA polimerasi I ed il meccanismo della sintesi del DNA utilizzando Escherichia coli Sono necessari quattro componenti: dNTP: dATP, dTTP, dGTP, dCTP (deossribonucleoside 5’-trifosfato) (zucchero-base + 3 fosfati) 2. DNA stampo DNA polimerasi I (chiamata anche enzima di Kornberg) (DNA polimerasi II e III scoperte successivamente) 4. Mg 2+ (ottimizza l’attività della DNA polimerasi)

DNA polimerasi Particolarità funzionali della DNA polimerasi E’ necessario un innesco (RNA)

Caratteristiche principali della sintesi del DNA DNA polimerasi catalizza la formazione di un legame fosfodiestereo tra il 3’-OH del deossiribosio dell’ultimo nucleotide ed il 5’-fosfato del dNTP L’energia per la reazione deriva dal rilascio di due dei tre fosfati La DNA polimerasi “trova” il corretto dNTP complementare in ogni passo del processo di allungamento Velocità ≤ 800 dNTP/secondo Direzione della sintesi 5’  3’

legame fosfodiestereo deossribonucleotide 5’-trifosfato Allungamento del DNA legame fosfodiestereo deossribonucleotide 5’-trifosfato allungamento 5’  3’ DNA poli-merasi filamento nuovo filamento stampo

Replicazione semidiscontinua I due filamenti di DNA hanno una polarità opposta 5’  3’ e 3’  5’ La DNA polimerasi sintetizza DNA solo nella direzione 5’  3’ Il DNA è replicato sui due filamenti stampo in direzioni opposte: Filamento leader: sintetizzato da 5’ a 3’ nella direzione del movimento della forcella di replicazione, la replicazione è continua e richiede un solo RNA d’innesco Filamento tardivo: sintetizzato da 5’ a 3’ nella direzione opposta al movimento della forcella di replicazione, la replicazione è discontinua e richiede molti RNA d’innesco

Movimento forcella di replicazione 5’ 3’ Replicazione semidiscontinua Movimento forcella di replicazione 3’ 5’ 5’ 3’ Il filamento leader si replica in modo continuo Il filamento tardivo si replica in modo discontinuo, un enzima unisce i tratti di DNA (frammenti di Okazaki) 3’ 5’

LA REPLICAZIONE DEL DNA E’ SEMICONSERVATIVA 80

Replication

L’informazione contenuta nel DNA è ricopiata in molecole di RNA la sintesi dell’ RNA prende il nome di TRASCRIZIONE La struttura dell’ RNA è simile a quella del DNA, ma presenta delle differenze: 1. singolo filamento 2. ribosio non deossiribosio 3. uracile non timina 82

Sono sintetizzati 3 tipi di RNA principali: RNA messaggero (mRNA) - contiene il messaggio per la sintesi di proteine RNA transfer (tRNA) - lega gli amminoacidi per la sintesi di proteine RNA ribosomiale (rRNA) - fa parte del ribosoma 83

IL PROCESSO DI TRASCRIZIONE PORTA ALLA SINTESI DI RNA COMPLEMENTARE AL DNA 84

Trascrizione DNA  RNA 1 Le 2 catene di DNA vengono aperte; una funziona da stampo per la sintesi dell’RNA

Trascrizione DNA  RNA 2

Trascrizione DNA  RNA 3

Trascrizione DNA  RNA 4

RNA e DNA Nel citoplasma Lo zucchero è il ribosio Al posto della base timina, c’è l’uracile Molecole di decine, centinaia o migliaia di nucleotidi Una singola catena di nucleotidi Sintetizzato su stampo DNA (non in grado di autoduplicazione) RNA e DNA Nel nucleo delle cellule, nei mitocondri e nei cloroplasti (poco) Lunghissime molecole di decine di migliaia o centinaia di migliaia di milioni di coppie di nucleotidi Doppia catena di nucleotidi Sintetizzato su stampo DNA (autoduplicazione) DNA RNA Basi azotate uracile adenina guanina citosina timina

Le differenze tra DNA e RNA DNA RNA E’ FORMATO DA Doppio filamento Singolo filamento ZUCCHERO Desossiribosio Ribosio BASI AZOTATE A, T, C, G A, U, C, G NELLE CELLULE EUCARIOTICHE SI TROVA Nel nucleo Nel nucleo e nel citoplasma

mRNA o RNA messaggero viene sintetizzato nel nucleo, complementare a un tratto di una delle due catene di DNA porta nel citoplasma l’istruzione “fotocopiata” inserito nei ribosomi, viene letto e l’informazione viene “tradotta”

MODIFICHE POST-TRASCRIZIONALI - Cappuccio - Poliadenilazione Il trascritto primario (Pre-mRNA) viene maturato in mRNA - Cappuccio - Poliadenilazione - Rimozione introni CAP 7-metilguanosina

codificanti (introni). I geni eucariotici sono interrotti da sequenze non codificanti (introni). Esse vengono trascritte nell’mRNA insieme alle sequenze codificanti (esoni), ma eliminate prima che questo raggiunga il citoplasma. Questo processo di eliminazione degli introni prende il nome di splicing.

tRNA o RNA transfer anticodone amminoacido ogni molecola di amminoacido viene legata nel citoplasma a una specifica molecola di tRNA il tRNA è una corta catena di nucleotidi a forma di trifoglio anticodone c’è una esatta corrispondenza tra l’amminoacido e l’anticodone del tRNA cui viene legato

Struttura del tRNA anticodone Le molecole di tRNA sono stabili per la presenza di regioni a doppia elica

tRNA Struttura tridimensionale

sintesi proteine: tappe TRASCRIZIONE: sintesi di RNA su stampo DNA TRADUZIONE: far corrispondere a ogni tripletta RNA un preciso amminoacido, per cui una successione di triplette viene “tradotta” in una successione di amminoacidi (polipeptide) catena DNA stampo trascrizione traduzione

Le informazioni per la sintesi delle proteine sono contenute nel DNA trascrizione in mRNA traslocazione del mRNA nel citoplasma traduzione nei ribosomi presenti nel reticolo endoplasmatico rugoso Sintesi delle proteine

Macchine molecolari operano con precisione per attuare il programma scritto

LA TRADUZIONE L’mRNA è costituito da 4 nucleotidi diversi la cui combinazione potrà generare 64 diverse triplette o codoni Dal momento che gli amminoacidi sono solo 20, alcuni amminoacidi sono codificati da più triplette e 3 codoni corrispondono al segnale di stop della traduzione Il codice genetico è degenerato, dal momento che più codoni possono codificare uno stesso amminoacido Le triplette che codificano lo stesso amminoacido presentano solitamente le prime due posizioni conservate, mentre la terza varia 4 nucleotidi per codificare 20 amminoacidi nt aa 64 codoni per 20 aa ? 41 = 4 42 = 16 61 codoni per 20 aa 43 = 64 3 codoni di STOP

IL PROCESSO DI TRADUZIONE 101

TRADUZIONE

3’ 5’ 103

3’ 5’ 104

3’ 5’ NH2 105

3’ 5’ NH2 106

3’ 5’ NH2 107

3’ 5’ NH2 108

Filmati traduzione

IL CODICE GENETICO Come fanno i ribosomi a capire quale sequenza di amminoacidi dovrà formare la proteina basandosi sulla sequenza di nucleotidi dell’mRNA? Nella traduzione di un mRNA, che avviene in direzione 5’-3’, la sequenza nucleotidica viene letta in gruppi consecutivi di 3 nucleotidi chiamati TRIPLETTE Utilizzando degli mRNA sintetici e analizzando la catena polipeptidica che si forma in vitro è stato possibile identificare l’amminoacido codificato da ogni tripletta

Proprieta’ del codice genetico A triplette Non esiste sovrapposizione Senza punteggiatura Il codice genetico è univoco, degenerato e universale 111

Il codice genetico codone anticodone TRIPLETTA: una delle 64 possibili combinazioni lineari di 3 nucleotidi ANTICODONE: tripletta di tRNA complementare a una tripletta (codone) dell’mRNA

6 113

5 114

ma …… c’è posto per il disordine ? Abbiamo visto che ci vogliono regole per conservare l’ordine nella natura ma …… c’è posto per il disordine ?

Il disordine è un processo spontaneo Esher – Ordine e caos Il disordine è un processo spontaneo

riutilizza gli stessi schemi o ne sperimenta di nuovi ? La Natura riutilizza gli stessi schemi o ne sperimenta di nuovi ? Un elemento importante: il caso

Mutazioni e casualità: gli adattamenti funzionali degli esseri viventi Charles Robert Darwin (1809-1882)

Il disordine è potenzialità, fantasia e creatività

per preservare e conservare per sperimentare e cambiare Quindi: serve L’ORDINE per preservare e conservare serve IL DISORDINE per sperimentare e cambiare

DNA detectives Life learning Center

DNA fingerprinting La molecola del DNA possiede caratteristiche che consentono di differenziare i diversi individui Queste differenze vengono utilizzate per studi che trovano sviluppo in diversi ambiti: forense, medico, evoluzionistico ecc. In campo forense la tecnica del DNA fingerprinting vede utilizzo immediato nelle indagini della polizia scientifica Life learning Center

Il DNA : dal progetto generale al progetto individuale Life learning Center

le differenze intraspecifiche…….. La variabilità dell’informazione genetica determina la variabilità delle forme di vita, le differenze intraspecifiche…….. …….ed interspecifiche Life learning Center

Differenza genetica relativamente comune in una popolazione Polimorfismo Differenza genetica relativamente comune in una popolazione gruppi sanguigni (A, B, AB, 0)

Ciascuno di noi puo’ essere omozigote o eterozigote per un particolare gene In una popolazione ci possono essere molti alleli diversi di un particolare gene Un allele è polimorfico se è presente nella popolazione con una frequenza superiore a 0.01 Life learning Center

Questi individui presentano alleli diversi per il gene che codifica il colore dell’iride Life learning Center

La espressione di un carattere si deve all’attività di uno o più geni Life learning Center

Ma cosa determina le differenze nel fenotipo fra individui portatori di alleli diversi di uno stesso gene? Life learning Center

GCA ACA GAT AAT TGT Ala Gly Asp Asn Cys GCA ATA GAT AAT TGT Proteine che differiscono anche per un solo amminoacido possono perdere la funzionalità o esibire una funzionalità diversa GCA ACA GAT AAT TGT Ala Gly Asp Asn Cys GCA ATA GAT AAT TGT Ala Tyr Asp Asn Cys

Una sostituzione amminoacidica può impedire una reazione enzimatica Glicina Tirosina 131

Se confrontiamo sequenze nucleotidiche…….siamo ancora più diversi!!! In media due persone prese a caso differiscono in 1 ogni 1000 coppie di basi Non tutte le differenze nucleotidiche si riflettono in differenze nella sequenza amminoacidica o nei caratteri osservabili Life learning Center

Polimorfismo DEL DNA SNP- Single Nucleotide Polimorphism VNTR - Variable Number of Tandem Repeat P…. RFLP- Restriction Fragment Length P… Life learning Center

SNPs GCA ACA GAT AAT TGT GCA ATA GAT AAT TGT Life learning Center

VNTR TTTGCA GCAGCAGCAGCAGCAGAA GATAATTGT AAACGT CGT CGTCGT CGTCGTCTTCTA TTAACA TTTGCA GCAGCAGAA GATAATTGT AAACGT CGTCGTCTTCTA TTAACA I VNTR possono trovarsi in regioni codificanti o non del genoma Life learning Center

Polimorfismi che alterano la lunghezza dei frammenti di restrizione RFLPs restriction fragment length polymorphisms Polimorfismi che alterano la lunghezza dei frammenti di restrizione Risultano da: cambiamenti (e.g. SNPs) che introducono o alterano un sito di restrizione differenze nel numero di copie di un Tandem Repeats (VNTR Polimorphisms)

Sostituzione nucleotidica che cambia un sito di restrizione Sito mutato Digestione con EcoRI Taglio NessunTaglio

Gel Elettroforesi L’elettroforesi separa il DNA in base alle dimensioni DNA migra verso il polo positivo Le molecole piu’ grandi si muovono piu’ lentamente Life learning Center

Life learning Center

Come trovare differenze in due campioni di DNA… Sequenziare i due campioni Poco pratico Necessita’ di grosse quantita’ di DNA Cariotipo Rivela solo grossi cambiamenti Delezioni molto grandi, trisomie, etc. Usare la PCR è il miglior metodo attualmente disponibile!!!!

Life learning Center 141

. Life learning Center 142

Filmato PCR Life learning Center

Facciamo un esempio con una diagnosi di paternità Campione di DNA Reazione di PCR Elettroforesi Life learning Center

L’individuo donatore di questo DNA e’ eterozigote Reazioni di PCR per zone diverse sul DNA L’individuo donatore di questo DNA e’ eterozigote per tutti e due i siti di DNA Life learning Center

Primers rossi Primers gialli Life learning Center

Diagnosi di paternità Figlio Madre Padre x Padre y Life learning Center

Quale è il figlio adottato? Life learning Center

Crime scene Sample: Victim + suspects Suspects Victim AJ OJ DJ Life learning Center

In questa esperienza viene riprodotta una indagine della polizia scientifica, nel corso della quale il materiale biologico, rinvenuto sul luogo del delitto, viene analizzato e comparato con quello appartenente ad alcuni sospettati, tra i quali va individuato il colpevole. Life learning Center

Tecnica del DNA fingerprinting Digestione Elettroforesi Colorazione Life learning Center

Tre campioni di DNA con diversa sequenza nucleotidica: Digestione Tre campioni di DNA con diversa sequenza nucleotidica: Sospettato A, B e C. Life learning Center

I siti di restrizione evidenziati in rosso… Digestione I siti di restrizione evidenziati in rosso… Life learning Center

Digestione …vengono riconosciuti dagli enzimi di restrizione… Life learning Center

Digestione …che tagliano il DNA … Life learning Center

… in frammenti di lunghezza diversa. Digestione … in frammenti di lunghezza diversa. Life learning Center

Elettroforesi Corsa del DNA Life learning Center

Per rendere visibili i frammenti… Colorazione Per rendere visibili i frammenti… Life learning Center

…si aggiunge un colorante che interagisce con il DNA... Colorazione …si aggiunge un colorante che interagisce con il DNA... Life learning Center

…ora i frammenti sono visibili come bande arancioni Colorazione …ora i frammenti sono visibili come bande arancioni Life learning Center

Colorazione Life learning Center

Colorazione Life learning Center

L’analisi dei campioni consente l’identificazione del colpevole Chi è il colpevole? Crime scene Vict Sus1 Sus2 L’analisi dei campioni consente l’identificazione del colpevole Life learning Center

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is more important than knowledge" “Imagination is more important than knowledge" Albert Einstein

In bocca al lupo per il futuro!