Genetica e biotecnologie DNA mitosi Riproduzione cellulare meiosi Sintesi delle proteine Tecnica del DNA ricombinante

DNA Nel nucleo di ogni cellula umana, i 2 metri circa di DNA Cromosoma si condensano -e sono visibili al microscopio nella metafase- in 46 cromosomi Cromosoma duplicato (metafasico) DNA condensato (cromatina) DNA avvolto sulle proteine di sostegno (istoni) Le 46 molecole di DNA di una cellula umana sono formate da circa 3 milardi di coppie di nucleotidi DNA doppia elica

Cariogramma umano ( ) Nelle cellule umane i cromosomi centromero cromosomi sessuali Nelle cellule umane i cromosomi sono a due a due uguali (2n=46) I cromosomi uguali per dimensioni, forma e successione di informazioni si dicono omologhi 22 coppie di omologhi sono uguali nei 2 sessi  autosomi (22 AA) 2 cromosomi sono uguali nella femmina XX, diversi nel maschio XY  cromosomi sessuali cromatidio Foto cromosomi

Ciclo cellulare La vita di una cellula prevede varie fasi successive G1= interfase S= sintesi Cellule che non si riproducono specializzazione morte Sintesi proteine La vita di una cellula prevede varie fasi successive di attività che possono ripetersi in più cicli Accrescimento (G1) lettura e realizzazione delle istruzioni del programma genetico Duplicazione del DNA (S) quando il rapporto superficie/volume si riduce Riorganizzazione del citoscheletro si prepara il fuso mitotico (G2) mitosi Sintesi DNA

“destino” di una cellula Il ciclo cellulare viene regolato da molecole-segnale Ogni tipo di cellula espone recettori per più tipi di segnali Più segnali lavorano assieme per modulare il comportamento di una specifica cellula sopravvive Frecce verdi: attività legate alla sopravvivenza della cellula Si divide Frecce rosse: riproduzione Frecce nere: differenziazione e specializzazione Si differenzia .mancanza di segnali: morte programmata (apoptosi) muore

Messaggeri cellulari Ormoni prodotti dalle ghiandole endocrine, Cell endocrina sangue recettore Cell bersaglio ormone neurotrasmettitore molecola segnale Messaggeri cellulari Ormoni prodotti dalle ghiandole endocrine, immessi nel sangue, possono raggiungere ogni cellula del corpo Molecole-segnale intercellulari secrete nei liquidi interstiziali, mettono in comunicazione cellule vicine (es.: interleuchine, con cui i linfociti coordinano le azioni immunitarie)                                               Neurotrasmettitori mettono in contatto tra loro le cellule nervose, permettendo il passaggio dello stimolo da cellula a cellula Molecole dello stesso tipo vengono utilizzate in tutti e tre i modi. Ciò che distingue le modalità di azione sono la velocità con cui i segnali vengono avviati alle cellule e la selettività verso le cellule-bersaglio

Organizzazione del DNA Gene –DNA- mRNA primitivo Il DNA degli eucarioti è discontinuo In ogni gene si alternano tratti codificantiesoni e tratti non codificanti  introni Tutto il tratto DNA che corrisponde al gene viene ricopiato in RNA Nel citoplasma l’mRNA primitivo viene tagliato dagli enzimi di restrizione e i tratti corrispondenti agli esoni vengono uniti da enzimi ligasi Si ottiene mRNA da inviare ai ribosomi introni esoni mRNA maturo - enzimi di restrizione (“taglia”) - ligasi (“cuci”) Sintesi RNA nel nucleo Organizzazione del DNA

Le triplette possibili sono 64 (43) Una successione lineare di tre nucleotidi mRNA (tripletta) codifica per un amminoacido Le triplette possibili sono 64 (43) gli amminoacidi 20 tipi Quasi tutti gli amminoacidi sono codificati da più triplette Triplette mRNA Triplette tRNA codone complementari anticodone amminoacido Il codice genetico

Sintesi delle proteine Trascrizione l’istruzione viene ricopiata in RNA Lettura L’mRNA viene portato ai ribosomi Trasduzione Gli enzimi portano ai ribosomi i tRNA con tripletta complementare (anticodone) a ogni tripletta (codone) dell’mRNA Sintesi del polipeptide Ogni tRNA porta un amminoacido particolare a seconda dell’anticodone 1- trascrizione 2- trasduzione Nucleotidi RNA amminoacidi ribosoma proteina Sintesi delle proteine

tecnica DNA ricombinante 1- plasmide con gene per la resistenza a un antibiotico 2- Gene da inserire compreso tra specifiche sequenze nucleotidiche ecoRI 3- enzima ecoRI riconosce e taglia(restrizione) il DNA nelle sequenze ecoRI estremità adesive “a baionetta” Inserzione di un gene in un batterio gene da inserire DNA estraneo Cromosoma batterico clone riproduzione Cellula batterica 4- il gene estraneo viene inserito nel plasmide  DNA ricombinante 5- il plasmide viene inserito in cellule batteriche che si riproducono e danno un clone 6- la coltura batterica viene trattata con l’antibiotico: solo i batteri che ospitano il DNA ricombinante sopravvivono

Inserimento del gene per l’ insulina in un batterio Plasmide enzima restrizione Gene umano inserzione gene DNA ricombinante inserzione plasmide in batterio Clonazione insulina umana Insulina umana Con la tecnica del DNA ricombinante si ottengono: Ormoni Insulina GH e antiGH Anticorpi monoclonali enzimi vaccini

Produzione di anticorpi monoclonali 1- si attivano i linfociti B che producono anticorpi specifici contro un antigene 2- vengono “fusi” (ibridati) con cellule tumorali in grado di riprodursi 3- gli ibridomi conservano la capacità dei linfociti di produrre anticorpi e quella delle cellule tumorali Linfociti che producono anticorpi 4- si ottengono grandi quantità di anticorpi specifici 2- Fusione Anticorpi monoclonali ibridoma 3- Coltura e clonazione degli ibridomi 1- immunizzazione Cellule tumorali

Cromosomi ricombinati Cromosomi omologhi duplicati (1) Meiosi I Fibra del fuso Cromosomi omologhi appaiati(2) Crossing over(3,4) Meiosi II (7,8,9) 4 cromosomi diversi in 4 gameti diversi

Cellule che inviano segnali Endocrine recettore circolo sanguigno cellula-bersaglio ormone A- cellule delle ghiandole endocrine producono sostanze chimiche proteiche o steroidee (ormoni) che riversano nel sangue e possono raggiungere qualunque altra cellula del corpo B- neuroni (cellule nervose) neurotrasmettitori (peptidi o amminoacidi modificati) che trasmettono l’impulso a un neurone successivo o a una fibra muscolare che si contrae                                               Neuroni neurotrasmettitori C- cellule immunitarie (macrofagi e linfociti) recettori di membrana con cui macrofagi e linfociti comunicano per contatto e citochine (proteine)che attivano altre cellule immunitarie con cui attaccare tutto ciò che non appartiene all’organismo Cellule immunitarie) linfocita macrofago recettore