Le mutazioni genetiche

Materie:	Tesina
Categoria:	Biologia
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LE MUTAZIONI

Qualsiasi variazione avvenga nella sequenza nucleotidica del DNA è detta mutazione. Le mutazioni possono coinvolgere grandi porzioni di un cromosoma o soltanto una singola coppia di nucleotidi. Le mutazioni all'interno di un gene possono esser divise in due categorie generali: le sostituzioni e le inserzioni. Una sostituzione consiste nello scambio di un nuclotide con un altro. A seconda di come la sostituzione viene tradotta, si possono verificare diversi casi: può non avvenire alcun cambiamento nella proteina, può verificarsi un cambiamento non significativo oppure può aver luogo una variazione dall'esito talvolta letale per un organismo. Il fatto che alcune sostituzioni non producano alcun effetto è dovuto ad una ridondanza del codice genetico; per esempio se a causa di una mutazione un codone GAA dell'mRNA si modificasse in GAG, non si formerebbe una proteina differente perchè GAA e GAG codificano entrambe per lo stesso amminoacido (glucosio). Altre volte lo scambio di un singolo nuclotide potrebbe alterare un amminoacido, ma avere comunque scarsi effetti sulla funzione complessiva della proteina. Alcune sostituzioni, provocano una sostanziale alterazione della proteina, tale da impedire la normale funzione. Talvolta una sostituzione può dare origine ad una proteina migliore, molto più spesso, però, tale mutazioni sono nocive. Le mutazioni per inserzione di uno o più nucleotidi di un gene hanno spesso effetti letali. Durante la traduzione, l'mRNA viene letto come una serie di triplette di nucleotidi, aggiungere o togliere nucleotidi può provocare uno spostamento del sistema di lettura del messaggio genetico. Tutti i nucleotidi posti dopo l'inserzione verranno raggruppati in codoni diversi da quelli originali. Il risultato sarà quasi sicuramente un polipeptide non funzionale. L'insorgere di nuove mutazione, ossia la mutagenesi, può avvenire in molti modi. Le mutazioni dovute ad errori durante la duplicazione o la ricombinazione del DNA vengono dette mutazioni spontanee. Altre fonti di mutazioni sono alcuni agenti fisici o chimici detti mutageni. I mutageni fisici più comuni in natura sono le radiazioni ad alta energia, come i raggi X e la luce ultravioletta. I mutageni chimici sono di vario tipo: uno di essi è costituito da sostanze chimiche che sono simili alle normali base azotate del DNA, ma che non si appaiano in modo corretto. Le mutazioni indotte da sostanze chimiche possono provocare il cancro. Dopo la fine della seconda guerra mondiale le mutazioni che sono avvenute per via dello scoppio della bomba atomica sono mutazioni che hanno portato a malattie come il CANCRO. Il Cancro è una malattia dove le cellule sfuggono ai meccanismi di controllo che normalmente limitano la loro crescita e la loro divisione. Il comportamento anomalo delle cellule cancerose fu osserva quando ancora non si sapeva nulla riguardo al ciclo cellulare e al suo controllo. Uno dei primi successi riportati nella lotta contro il cancro fu la scoperta di un virus che ne determina l'insorgenza nei polli. Molti virus in grado di provocare il cancro portano nel loro acido nucleico specifici geni che, una volta all'interno delle cellule ospiti, possono rendere la cellula cancerosa. un gene che causa il cancro è detto oncogene. Bishop e Varmus fecero una scoperta sorprendente osservarono che un virus che causa il cancro nei polli contiene un oncogene che è una versione alternata del gene presente nelle cellule normali di questi animali; evidentemente, il virus aveva prelevato il gene da una cellula ospite precedente. I cromosomi di alcuni animali, compreso l'uomo, contengono geni che possono essere trasformati in oncogeni. Un gene normale che ha la potenzialità di diventare un oncogene è chiamato proto-oncogene. Nel tentativo di chiarire il ruolo normale di questi geni, i ricercatori scoprirono che diversi proto-oncogeni codificano per i fattori di crescita o per altre proteine che influenzano la sintesi o la funzionalità dei fattori di crescita stessi. Affinché un proto-oncogene divenga un oncogene si deve verificare una mutazione nel DNA. A sinistra nella figura1una mutazione nel proto-oncogene stesso origina un oncogene da cui deriva una proteina iperattiva, il cui effetto stimolatore è più forte del normale. Al centro un errore nella duplicazione del DNA o nella ricombinazione genera copie multiple del gene, che vengono trascritte e tradotte: il risultato è un eccesso della normale proteina stimolatrice. A sinistra il proto-oncogene si è spostato dal suo sito del DNA cellulare raggiungendo un altro locus, probabilmente veicolato da un trasposone. In questa nuova posizione, il gene si trova sotto il controllo di un diverso promotore e di altri elementi genetici regolatori, il che determina una trascrizione maggiore.
figura 1
Il cancro può essere indotto anche da alterazioni dei geni i cui prodotti inibiscono la divisione cellulare. Questi geni sono detti oncosoppressori, perchè le proteine per le quali essi codificano contribuiscono ad impedire una crescita cellulare incontrollata.
Per comprendere come le proteine codificate da oncogeni e da geni oncosoppressori alterati possono contribuire a determinare una crescita cellulare incontrollata, è necessario innanzitutto considerare i prodotti normali di questi geni. In entrambi i casi, le proteine prodotte sono coinvolte nelle sequenze di trasduzione del segnale, che conducono all'espressione di determinati geni. Esistono due tipi di trasduzione del segnale che portano alla sintesi di proteine che regolano la divisione cellulare. Nella figura 2 la sequenza indicata stimola la mitosi. Il segnale iniziale è un fattore di crescita e la risposta finale della cellula bersaglio è la sintesi di una proteina che induce la cellula stessa a dividersi. Al contrario, la figura 3 mostra una sequenza inibitoria, nella quale un fattore inibente la crescita stimola la cellula bersaglio a produrre una proteina che blocca la proliferazione cellulare. In entrambi i casi, le proteine appena sintetizzate funzionano interagendo con i componenti dei sistemi che controllano il ciclo cellulare. Il riquadro bianco della figura 2 indica che cosa può accadere quando, in una cellula bersaglio, un proto-oncogene diviene un oncogene. Di solito, una sequenza stimolatrice come questa non è in grado di funzionare a meno che sia presente il fattore di crescita. Tuttavia, una proteina codificata da un oncogene può determinare una maggiore frequenza della divisione cellulare anche in assenza del fattore di crescita. Il riquadro bianco della figura 3 spiega come un oncosoppressore proteico mutato possa interferire sulla divisione cellulare. In questo caso, l'oncosoppressore alterato è un fattore di trascrizione non funzionante, che non può essere attivato dalla sequenza di trasduzione del segnale. Il gene che codifica per la proteina che inibisce per la divisione cellulare rimane quindi inattivo e ciò può provocare una proliferazione cellulare anomale.
Un numero crescente di dati sperimentali dimostra che sia necessaria più di una mutazione somatica per dare origine ad una cellula tumorale. Uno dei tipi più studiati di cancro umano è quello dell'intestino crasso. Come accade per altri tumori, lo sviluppo di un cancro del colon in grado di produrre metastasi è un processo graduale. Il primo segnale di un tumore del colon è un'insolita frequenza delle divisioni cellulari dei tessuti che rivestono interamente tale tratto intestinale. In seguito, si forma un tumore benigno, detto polipo, nella parete del colon e infine, compare il tumore maligno, detto carcinoma. Nella maggior parte dei casi , queste modificazioni cellulari vanno di pari passo con alterazioni a livello del DNA. La necessità che si verifichino più mutazioni, di solito ne occorrono almeno 4, spiega perchè il cancro possa richiedere un lungo arco di tempo per svilupparsi. Quando si verifica una mutazione in grado di provocare il cancro, questa viene trasmessa a tutte le cellule che discendono da quella che ha subito la mutazione. Le prime due mutazioni, che avvengono nella formazione di un cancro, fanno in modo che le cellule si dividano più rapidamente mentre per il resto appare tutto normale. La terza mutazione incrementa la velocità di divisione cellulare, ma provoca anche cambiamenti nell'aspetto delle cellule stesse ed infine si verifica la quarta mutazione cancerogena che determina l'avvio di una divisione incontrollata.
Quando si parla di mutazioni si può, anche, parlare di microevoluzione, in quanto una delle cinque cause della microevoluzione è rappresentata dalle mutazioni, essendo le mutazioni un cambiamento nel DNA che dà origine a nuovi alleli. La mutazione è d'importanza vitale per l'evoluzione in quanto è l'unica forza che genera realmente nuovi alleli. Le mutazioni sono la causa principale della variabilità genica e rappresentano il punto di partenza dei processi evolutici. Oltre alle mutazioni troviamo altre quattro cause di microevoluzione: - la deriva genetica è un cambiamento dovuto alla casualità nel pool genico di una piccola popolazione. Un fenomeno che coinvolge una popolazione abbastanza ristretta da subire gli effetti della deriva genetica viene chiamato effetto collo di bottiglia che è un tipo di deriva genica causata da un evento che riduce drasticamente le dimensioni di una popolazione. Un'altra situazione che può dare origine ad una popolazione abbastanza piccola da essere soggetta a deriva genetica è la colonizzazione di un nuovo habitat da parte di un numero limitato di individui. Il cambiamento causale del pool genico di una piccola colonia è chiamato effetto del fondatore esso ha avuto un notevole importanza nell'evoluzione di molte specie delle isole Galapagos. -Il flusso genico cioè l'acquisizione o la perdita di alleli da parte di una popolazione in seguito alla migrazione di individui o di gameti. Il flusso genico si verifica quando individui fertili entrano a far parte di una popolazione o se ne allontanano, oppure quando vi è un trasferimento di gameti da una popolazione ad un'altra. Il flusso genico tende a ridurre le differenze genetiche tra le popolazioni. - L'accoppiamento non casuale può modificare i pool genici e la selezione dei partner sessuali secondo criteri prestabiliti. In realtà nella maggior parte delle popolazioni l'accoppiamento non casuale è la regola. In alcune specie tendono ad accoppiarsi maschi e femmine con tratti fenotipici simili. L'accoppiamento non casuale è la regola tra gli organismi che sono stabili in un luogo o che tendono ad effettuare minimi spostamenti; in tali casi, gli individui si accoppiano generalmente con i loro vicini, piuttosto che con i componenti di una popolazione più distante. -La selezione naturale che comporta un diverso successo riproduttivo, è la causa che interviene con più probabilità nei cambiamenti adattativi di un pool genico.
Continuando a parlare di mutazioni possiamo dire che esse sono alla base della variabilità genetica insieme alla ricombinazione sessuata. Come sappiamo le mutazioni possono effettivamente produrre nuovi alleli. Per esempio una mutazione puntiforme in un gene consiste nella sostituzione di un nuclotide con un altro. In rare occasioni un allele mutante può realmente migliorare l'adattamento di un organismo all'ambiente e può far aumentare il suo successo riproduttivo. Questo tipo di effetto è più probabile quando l'ambiente cambia in modo tale che mutazioni, in precedenza svantaggiose, nelle nuove condizioni risultano favorevoli. Sono invece chiamate mutazioni cromosomiche quei cambiamenti che coinvolgono pezzi di DNA abbastanza lunghi da essere visibili al microscopio. Una singola mutazione cromosomica colpisce molti geni ed è quasi certo che sia dannosa. Molto raramente una traslocazione potrebbe portare benefici; talvolta il passaggio di un pezzo di cromosoma ad un altro può associare tra loro alcuni geni. Organismi con tempi di riproduzioni molto brevi, possono evolversi rapidamente grazie alle sole mutazioni. Per la maggior parte degli animali e delle piante , i tempi lunghi che caratterizzano una generazione e la condizione generalmente diploide impediscono per lo più, alle mutazioni di causare variazioni genetiche da una generazione all'altra, almeno nelle popolazioni molto vaste; di conseguenza, le variazioni genetiche che rendono possibile l'adattamento degli animali e delle piante dipendo principalmente dalla ricombinazione sessuata. Ad ogni generazione si verificano nuove combinazioni di alleli già esistenti dovute a tre tipi casuali di ricombinazione sessuata: l'assortimento indipendente sei cromosomi omologhi durante la meiosi, il crossing-over durante la meiosi e la fecondazione casuale di una cellula uovo da parte di uno spermatozoo.