basi genetica ed ingegneria genetica
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L'INFORMAZIONE GENETICAL'INFORMAZIONE GENETICA
La grammatica del DNALa grammatica del DNA
Il DNAIl DNA
E’ la molecola depositaria E’ la molecola depositaria dell’dell’INFORMAZIONE INFORMAZIONE dell’dell’INFORMAZIONE INFORMAZIONE GENETICAGENETICA che regola la che regola la trasmissione dei trasmissione dei CARATTERI EREDITARICARATTERI EREDITARI
IL PASSAGGIO IL PASSAGGIO DELL’INFORMAZIONEDELL’INFORMAZIONE
L’informazione genetica viene trasmessa L’informazione genetica viene trasmessa mediante un proprio linguaggiomediante un proprio linguaggio
Per comprendere come vengono trasmessi i Per comprendere come vengono trasmessi i Per comprendere come vengono trasmessi i Per comprendere come vengono trasmessi i caratteri ereditari basta pensare a quelle che caratteri ereditari basta pensare a quelle che sono le regole della comunicazione verbalesono le regole della comunicazione verbale
LaLa geneticagenetica e la e la grammaticagrammatica hanno molto in hanno molto in comune…..comune…..
IL PASSAGGIO IL PASSAGGIO DELL’INFORMAZIONEDELL’INFORMAZIONE
•• LETTERE LETTERE -- L’informazione genetica si L’informazione genetica si trasmette tramite un alfabeto composto di trasmette tramite un alfabeto composto di sole 4 lettere: le sole 4 lettere: le BASI AZOTATEBASI AZOTATE, meglio , meglio conosciute come conosciute come AdeninaAdenina, , CitosinaCitosina, , GuaninaGuaninaconosciute come conosciute come AdeninaAdenina, , CitosinaCitosina, , GuaninaGuaninae e TiminaTimina, cioè , cioè A C GA C G e e TT
•• PAROLAPAROLA -- La parola attraverso la quale il La parola attraverso la quale il DNA esprime un comando si chiama DNA esprime un comando si chiama GENEGENE
•• FRASEFRASE -- Un comando può essere espresso Un comando può essere espresso tramite uno o più tramite uno o più GENIGENI
IL SIGNIFICATO DEL IL SIGNIFICATO DEL MESSAGGIO GENETICOMESSAGGIO GENETICO
Il significato di una parola è dato dalla Il significato di una parola è dato dalla sequenza delle lettere che la compongonosequenza delle lettere che la compongono
CANECANESe noi cambiamo la sequenza delle lettere Se noi cambiamo la sequenza delle lettere cambiamo il significato della parola cambiamo il significato della parola
ACNEACNEAllo stesso modo la sequenza delle Allo stesso modo la sequenza delle basi azotatebasi azotate nel nel DNADNA determinano il significato del messaggio geneticodeterminano il significato del messaggio genetico
IL SIGNIFICATO DEL IL SIGNIFICATO DEL MESSAGGIO GENETICOMESSAGGIO GENETICO
Il significato di una parola è dato dalla Il significato di una parola è dato dalla sequenza delle lettere che la compongonosequenza delle lettere che la compongono
CANECANESe noi cambiamo una o più lettere la parola può Se noi cambiamo una o più lettere la parola può perdere il suo significato perdere il suo significato
CCVVNENENel linguaggio della genetica questa si chiama Nel linguaggio della genetica questa si chiama
MUTAZIONEMUTAZIONE
LA COMPLESSITÀ DEL LA COMPLESSITÀ DEL MESSAGGIO GENETICOMESSAGGIO GENETICO
Una informazione semplice può essere trasmessa da Una informazione semplice può essere trasmessa da una sola parolauna sola parola
FERMATI!FERMATI!FERMATI!FERMATI!Quando l’informazione genetica è trasmessa da un Quando l’informazione genetica è trasmessa da un solo gene abbiamo quello che si chiamasolo gene abbiamo quello che si chiama
CARATTERE MONOGENICOCARATTERE MONOGENICO
LA COMPLESSITÀ DEL LA COMPLESSITÀ DEL MESSAGGIO GENETICOMESSAGGIO GENETICO
Una informazione complessa invece è trasmessa da Una informazione complessa invece è trasmessa da una frase composta da più paroleuna frase composta da più parole
FERMATI ALLA STAZIONEFERMATI ALLA STAZIONEFERMATI ALLA STAZIONEFERMATI ALLA STAZIONEQuando l’informazione genetica è trasmessa da più Quando l’informazione genetica è trasmessa da più di un gene abbiamo quello che si chiamadi un gene abbiamo quello che si chiama
CARATTERE POLIGENICOCARATTERE POLIGENICO
La maggior parte dei caratteri ereditari dell’uomo La maggior parte dei caratteri ereditari dell’uomo (altezza, colore dei capelli ecc.) sono poligenici (altezza, colore dei capelli ecc.) sono poligenici
IL PASSAGGIO IL PASSAGGIO DELL’INFORMAZIONEDELL’INFORMAZIONE
L’informazione genetica trasmette alle L’informazione genetica trasmette alle cellulecellule le le istruzioni necessarie per il loro istruzioni necessarie per il loro funzionamentofunzionamento
Questo processo si svolge grazie al coinvolgimento Questo processo si svolge grazie al coinvolgimento di tre tipi di molecoledi tre tipi di molecole
DNADNA -- Contiene l’informazione geneticaContiene l’informazione genetica
RNARNA -- Trasporta l’informazione geneticaTrasporta l’informazione genetica
PROTEINAPROTEINA -- Esprime l’informazione Esprime l’informazione geneticagenetica
di tre tipi di molecoledi tre tipi di molecole
Le Le proteineproteine sono quindi il terminale dell’informazione sono quindi il terminale dell’informazione geneticagenetica
Sono le Sono le componenti funzionalicomponenti funzionali del nostro organismo e del nostro organismo e consentono lo svolgimento delle reazioni chimiche consentono lo svolgimento delle reazioni chimiche all’interno delle nostre cellule (all’interno delle nostre cellule (metabolismometabolismo) che ci ) che ci
IL PASSAGGIO IL PASSAGGIO DELL’INFORMAZIONEDELL’INFORMAZIONE
all’interno delle nostre cellule (all’interno delle nostre cellule (metabolismometabolismo) che ci ) che ci consentono di vivereconsentono di vivere
Svolgono molte funzioni, ecco alcuni esempiSvolgono molte funzioni, ecco alcuni esempi
La La CheratinaCheratina, costituisce il componente principale , costituisce il componente principale dell’epidermide dell’epidermide
L’L’EmoglobinaEmoglobina, trasporta l’ossigeno nel sangue , trasporta l’ossigeno nel sangue L’L’AmilasiAmilasi, digerisce l’amido , digerisce l’amido
L'INFORMAZIONE GENETICAL'INFORMAZIONE GENETICA
Il passaggio dell’informazioneIl passaggio dell’informazione
LA STRUTTURA DEL DNALA STRUTTURA DEL DNA
LA STRUTTURA DEL DNALA STRUTTURA DEL DNA
NUCLEOTIDE
BASE AZOTATADESOSSIRIBOSIO
La struttura del DNA è determinata dall’appaiamento delle basi, possibile soltanto fra Adenina-Timina e Citosina-Guanina
LA STRUTTURA DEL GENELA STRUTTURA DEL GENE
IL PASSAGGIO IL PASSAGGIO DELL’INFORMAZIONEDELL’INFORMAZIONE
L’informazione genetica trasmette alle L’informazione genetica trasmette alle cellulecellule le le istruzioni necessarie per il loro istruzioni necessarie per il loro funzionamentofunzionamento
Questo processo si svolge grazie al coinvolgimento Questo processo si svolge grazie al coinvolgimento di tre tipi di molecoledi tre tipi di molecole
DNADNA -- Contiene l’informazione geneticaContiene l’informazione genetica
RNARNA -- Trasporta l’informazione geneticaTrasporta l’informazione genetica
PROTEINAPROTEINA -- Esprime l’informazione Esprime l’informazione geneticagenetica
di tre tipi di molecoledi tre tipi di molecole
RNA vs DNARNA vs DNA
RIBOSIO
DESOSSI RIBOSIO
URACILE AL POSTO DI
TIMINA
SINGOLO FILAMENTO
DOPPIO FILAMENTO
COSA SONO LE PROTEINE?COSA SONO LE PROTEINE?
Sono molecole composte di Sono molecole composte di AMINOACIDIAMINOACIDI20 tipi di aminoacidi costituiscono le proteine20 tipi di aminoacidi costituiscono le proteineLa sequenza degli aminoacidi nella proteina è direttamente La sequenza degli aminoacidi nella proteina è direttamente
correlata alla sequenza delle basi azotate del gene che la correlata alla sequenza delle basi azotate del gene che la codificacodifica
IL CODICE GENETICOIL CODICE GENETICO
Il DNA viene letto a triplette, 4Il DNA viene letto a triplette, 433=64 combinazioni possibili=64 combinazioni possibiliAd ogni tripletta corrisponde un aminoacidoAd ogni tripletta corrisponde un aminoacidoTriplette diverse corrispondono allo stesso aminoacido Triplette diverse corrispondono allo stesso aminoacido
(degenerazione del codice)(degenerazione del codice)
DNADNA ATT GCG CTG AACATT GCG CTG AAC
IL DOGMA CENTRALEIL DOGMA CENTRALE
TrascrizioneTrascrizione Grazie alla complementarietà delle Grazie alla complementarietà delle basi, il DNA viene copiato in mRNAbasi, il DNA viene copiato in mRNA
RNA RNA UAA CGC GAC UUGUAA CGC GAC UUG
PROTEINAPROTEINA phe arg lis prophe arg lis pro
TraduzioneTraduzioneOgni tripletta di mRNA corrisponde Ogni tripletta di mRNA corrisponde
ad un aminoacidoad un aminoacido
LA MACCHINA LA MACCHINA DELL’INFORMAZIONEDELL’INFORMAZIONE
L'INGEGNERIA GENETICAL'INGEGNERIA GENETICA
COME SI MANIPOLA IL DNA?COME SI MANIPOLA IL DNA?ENZIMI DI RESTRIZIONEENZIMI DI RESTRIZIONE
COME SI MANIPOLA IL DNA?COME SI MANIPOLA IL DNA?ENZIMI DI RESTRIZIONEENZIMI DI RESTRIZIONE
COME SI MANIPOLA IL DNA?COME SI MANIPOLA IL DNA?ELETTROFORESI SU GELELETTROFORESI SU GEL
COME SI MANIPOLA IL DNA?COME SI MANIPOLA IL DNA?ELETTROFORESI SU GELELETTROFORESI SU GEL
COME SI MANIPOLA IL DNA?COME SI MANIPOLA IL DNA?
COME SI MANIPOLA IL DNA?COME SI MANIPOLA IL DNA?
COME SI ISOLA IL DNA?COME SI ISOLA IL DNA?
LA “POLYMERASE CHAIN LA “POLYMERASE CHAIN REACTION” (PCR)REACTION” (PCR)
Sfrutta il principio della Sfrutta il principio della replicazione del DNAreplicazione del DNA perper
amplificare una specifica sequenza.amplificare una specifica sequenza.
LA “POLYMERASE CHAIN LA “POLYMERASE CHAIN REACTION” (PCR)REACTION” (PCR)
�� MECCANISMOMECCANISMO DELLADELLA REPLICAZIONEREPLICAZIONE –– LaLa DNADNApolimerasipolimerasi puòpuò iniziareiniziare lala replicazionereplicazione solosolo partendopartendo dadaprimersprimers oo inneschiinneschi..
�� SPECIFICITÀSPECIFICITÀ DEIDEI PRIMERSPRIMERS –– SequenzeSequenze didi 2020--2525bpbpconsentonoconsentono didi amplificareamplificare unauna sequenzasequenza unicaunica nelnelconsentonoconsentono didi amplificareamplificare unauna sequenzasequenza unicaunica nelnelgenomagenoma umanoumano..
�� UNICAUNICA DIREZIONEDIREZIONE DIDI POLIMERIZZAZIONEPOLIMERIZZAZIONE –– LaLa DNADNApolimerasipolimerasi èè inin gradogrado didi replicarereplicare ilil DNADNA soltantosoltanto inindirezionedirezione 55’’--33’’..
�� DNADNA POLIMERASIPOLIMERASI TERMOSTABILITERMOSTABILI –– LeLe TaqTaq polimerasipolimerasisonosono inin gradogrado didi resistereresistere allaalla temperaturatemperatura dididenaturazionedenaturazione deldel DNADNA (>(>9090°°C)C) senzasenza degradarsidegradarsi..
LA “POLYMERASE CHAIN LA “POLYMERASE CHAIN REACTION” (PCR)REACTION” (PCR)
LA “POLYMERASE CHAIN LA “POLYMERASE CHAIN REACTION” (PCR)REACTION” (PCR)
UN “CICLO” DI PCR E UN “CICLO” DI PCR E COMPOSTO DA TRE COMPOSTO DA TRE “STEP”“STEP”
--DENANTURAZIONEDENANTURAZIONE--DENANTURAZIONEDENANTURAZIONE--ANNEALINGANNEALING--ESTENSIONEESTENSIONE
•• IlIl principioprincipio delladella PCRPCR èè utilizzatoutilizzato perper “leggere”“leggere”unauna specificaspecifica sequenzasequenza..
•• LaLa reazionereazione sfruttasfrutta lala presenzapresenza didi specialispecialinucleotidinucleotidi dettidetti dideossinucleotididideossinucleotidi..
COME SI “LEGGE” IL DNA?COME SI “LEGGE” IL DNA?
COME SI “LEGGE” IL DNA?COME SI “LEGGE” IL DNA?
II dideossinucleotididideossinucleotidi sonosono legatilegati adad unun fluorocromofluorocromo,, unaunamolecolamolecola cheche eccitataeccitata dada unun laserlaser èè inin gradogrado didiemettereemettere unauna luceluce coloratacolorata
COME SI “LEGGE” IL DNA?COME SI “LEGGE” IL DNA?
L’interruzioneL’interruzione casualecasuale delladella polimerizzazionepolimerizzazione generageneraframmentiframmenti didi diversadiversa lunghezzalunghezza ognunoognuno deidei qualiquali èè“marcato”“marcato” dada unun fluorocromofluorocromo diversodiverso..
COME SI “LEGGE” IL DNA?COME SI “LEGGE” IL DNA?
COME SI “LEGGE” IL DNA?COME SI “LEGGE” IL DNA?
LIVELLI LIVELLI DIDI INTERVENTO INTERVENTO SUL DNASUL DNA
SOSTITUZIONE O SOSTITUZIONE O INATTIVAZIONE DI INATTIVAZIONE DI
UN UN GENE GENE ENDOGENOENDOGENO
MUTATOMUTATO
INTRODUZIONE DI INTRODUZIONE DI UNA O PIU’ COPIE DI UNA O PIU’ COPIE DI
UN UN GENE GENE
ENDOGENOENDOGENO
INTRODUZIONE DI UN INTRODUZIONE DI UN GENE ESOGENOGENE ESOGENO
MUTATOMUTATO
RIPRISTINO DI UNA RIPRISTINO DI UNA FUNZIONE FUNZIONE
ORIGINARIAORIGINARIA
ENDOGENOENDOGENOFUNZIONANTEFUNZIONANTE
POTENZIAMENTO DI POTENZIAMENTO DI UNA FUNZIONE UNA FUNZIONE
ORIGINARIAORIGINARIA
ATTIVAZIONE DI UNA ATTIVAZIONE DI UNA
NUOVA FUNZIONENUOVA FUNZIONE
COME INSERIRE DNA IN COME INSERIRE DNA IN UNA CELLULAUNA CELLULA
VIENE ISOLATA LA VIENE ISOLATA LA SEQUENZASEQUENZA DI DI DNA CHE SI INTENDE INSERIRE DNA CHE SI INTENDE INSERIRE NELLA CELLULA OSPITENELLA CELLULA OSPITE
VIENE INDIVIDUATO UNVIENE INDIVIDUATO UN VETTOREVETTOREIDONEO, CIOÈ UNA SEQUENZA DI IDONEO, CIOÈ UNA SEQUENZA DI IDONEO, CIOÈ UNA SEQUENZA DI IDONEO, CIOÈ UNA SEQUENZA DI DNA IN GRADO DI PERMETTERE DNA IN GRADO DI PERMETTERE L’INSERIMENTO DEL DNA L’INSERIMENTO DEL DNA TRASPORTATO NEL GENOMA TRASPORTATO NEL GENOMA DELLA CELLULA OSPITEDELLA CELLULA OSPITE
VIENE COSTRUITA UNA MOLECOLA VIENE COSTRUITA UNA MOLECOLA DIDI DNA RICOMBINANTEDNA RICOMBINANTE,, CIOÈ CIOÈ FORMATA DAL DNA VETTORE E DAL FORMATA DAL DNA VETTORE E DAL DNA DEL GENE DA INSERIREDNA DEL GENE DA INSERIRE
L’INSERIMENTO DEL DNA NELLA L’INSERIMENTO DEL DNA NELLA CELLULA: FASI E PROBLEMATICHECELLULA: FASI E PROBLEMATICHE
DIFFICOLTÀDIFFICOLTÀ NELL’ISOLAMENTONELL’ISOLAMENTO DELDEL GENEGENEINDIVIDUATOINDIVIDUATO ALL’INTERNOALL’INTERNO DIDI UNUN GENOMAGENOMACOMPLESSOCOMPLESSO
ISOLAMENTOISOLAMENTOGENIGENI IDONEIIDONEI
CARATTERIZZAZIONECARATTERIZZAZIONE DIDI VETTORIVETTORISELETTIVISELETTIVI PERPER GLIGLI SPECIFICISPECIFICI TIPITIPI
UTILIZZAZIONE UTILIZZAZIONE VETTORI IDONEIVETTORI IDONEI SELETTIVISELETTIVI PERPER GLIGLI SPECIFICISPECIFICI TIPITIPI
CELLULARICELLULARI DADA COLPIRECOLPIREVETTORI IDONEIVETTORI IDONEI
LALA PERCENTUALEPERCENTUALE DIDI CELLULECELLULE CHECHEINCORPORANOINCORPORANO ILIL DNADNA NELNEL GENOMAGENOMA ÈÈBASSOBASSO
INCORPORAZIONE INCORPORAZIONE DNA NEL GENOMA DNA NEL GENOMA OSPITEOSPITE
METTEREMETTERE ILIL GENEGENE INSERITOINSERITO ININCONDIZIONICONDIZIONI DIDI ESPRIMERSIESPRIMERSI SOLTANTOSOLTANTONELLENELLE CELLULECELLULE DOVEDOVE LALA SUASUA FUNZIONEFUNZIONEÈÈ RICHIESTARICHIESTA
ESPRESSIONE ESPRESSIONE MIRATA DEL GENE MIRATA DEL GENE INSERITOINSERITO
GENE SELETTOREGENE SELETTORE
PROCARIOTI PROCARIOTI -- VETTORI DI VETTORI DI CLONAGGIOCLONAGGIO
GENE SELETTOREGENE SELETTORE
PROCARIOTI PROCARIOTI -- SELEZIONESELEZIONE
ampamp
XX--galgal
PROCARIOTI PROCARIOTI -- APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
KaryKary MullisMullis,, premiopremio NobelNobel perper lala chimicachimica 19931993
••InIn unauna famosafamosa intervistaintervista sisi domandòdomandò retoricamenteretoricamente sese avrebbeavrebbe maimai scopertoscopertoilil PCRPCR sese nonnon avesseavesse assuntoassunto LSDLSD,, concludendoconcludendo cheche nene dubitavadubitavaseriamente,seriamente, inin quantoquanto potevapoteva letteralmenteletteralmente vederveder lavorarelavorare ii singolisingoli polimeripolimeri eeammettendoammettendo didi avereavere imparatoimparato parecchioparecchio graziegrazie aa taletale esperienzaesperienza..
••SostieneSostiene cheche "la"la scienzascienza deidei mediamedia èè unauna fesseria"fesseria" perper finirefinire addiritturaaddirittura conconl'ipotesil'ipotesi didi essereessere statostato rapitorapito daglidagli alienialieni;; gligli accaddeaccadde unauna nottenotte deldel 19851985,, ininunun boscobosco neinei pressipressi didi MendocinoMendocino CountyCounty inin CaliforniaCalifornia..
JamesJames DeweyDewey Watson,Watson, premiopremio NobelNobel perper lala MedicinaMedicina 19621962
Nell'ottobreNell'ottobre 20072007 TheThe IndependentIndependent pubblicavapubblicava unauna suasua dichiarazionedichiarazione secondosecondo lalaqualequale ««II nerineri sonosono menomeno intelligentiintelligenti deidei bianchibianchi»» ee cheche l'ideal'idea cheche ««l'eguaglianzal'eguaglianzadelladella ragioneragione condivisacondivisa dada tuttitutti ii gruppigruppi razzialirazziali sisi èè rivelatarivelata unauna delusione»,delusione», tantotantocheche «chi«chi haha aa cheche farefare concon dipendentidipendenti didi colorecolore pensapensa cheche questoquesto nonnon siasia vero»vero»..
NeancheNeanche duedue giornigiorni dopo,dopo, nellanella tempestatempesta delledelle innumerevoliinnumerevoli preseprese didi distanzadistanza eedopodopo diversediverse collaborazionicollaborazioni scientifichescientifiche ee divulgativedivulgative andateandate inin fumo,fumo, WatsonWatsonritratta,ritratta, affermandoaffermando cheche lele suesue dichiarazionidichiarazioni nonnon poggiavanopoggiavano susu alcunaalcuna basebaseritratta,ritratta, affermandoaffermando cheche lele suesue dichiarazionidichiarazioni nonnon poggiavanopoggiavano susu alcunaalcuna basebasescientificascientifica ee nonnon riuscivariusciva nemmenonemmeno aa rendersirendersi contoconto didi comecome avesseavesse potutopotutoaffermareaffermare talitali sciocchezzesciocchezze..
TrascorsiTrascorsi pocopoco menomeno didi duedue mesimesi dalladalla dichiarazione,dichiarazione, ilil genomagenoma didi JamesJames WatsonWatsonèè statostato resoreso pubblico,pubblico, dietrodietro suasua esplicitaesplicita richiesta,richiesta, eded èè risultatorisultato avereavere 1616 voltevolte piùpiùgenigeni didi origineorigine "nera""nera" nelnel proprioproprio DnaDna rispettorispetto alal biancobianco mediomedio occidentaleoccidentale.. CiòCiòsignifica,significa, concon tuttatutta probabilità,probabilità, cheche unun suosuo bisnonnobisnonno oo trisavolotrisavolo eraera didi origineorigineafricanaafricana..