Considerazioni tassonomiche - nozioni di genetica applicata
Inviato: 25 apr 2014, 15:09
Nozioni di genetica
Cosa studia la Biologia Molecolare
La biologia molecolare studia il DNA, le sue funzioni ed i prodotti ultimi delle sue attività, applicando le conoscenze che ne derivano agli aspetti tassonomici, filogenetici, fisiologici, patologici, epidemiologici, immunologici, diagnostici, terapeutici e profilattici, relativi alle scienze biomediche.Il DNA degli eucarioti, si trova nel nucleo e nei mitocondri.
Il DNA: Struttura e Funzioni
Il DNA (acido desossiribonucleico) è una macromolecola formata da due filamenti antiparalleli (orientati in direzione 5’-3’e 3'-5’) avvolti a doppia elica e uniti da ponti idrogeno. Ciascun filamento è un polimero formato dal susseguirsi di 4 monomeri chiamati nucleotidi che sono costituiti dai“nucleosidi”, costituiti cioè da uno zucchero pentacarbonioso.(il desossiribosio) ed a una base azotata purinica (adenina o guanina) o pirimidinica. (timina o citosina), che si associano ad un gruppo fosfato per formare, nel complesso, l’unità nucleotidica.
I nucleotidi di ogni filamento di DNA sono uniti tra di loro da un legame covalente che si forma tra l'acido fosforico di un nucleotide e lo zucchero del nucleotide successivo. I due filamenti sono a loro volta uniti da legami idrogeno (legami deboli) che si instaurano fra le basi azotate,una purina ed una pirimidina, in particolare:
Adenina -Timina: 2 legami idrogeno
Guanina –Citosina: 3 legami idrogeno
La presenza di un maggior numero di G-C e quindi di più ponti idrogeno tra le basi è indice di una maggiore forza di legame tra i 2 filamenti di DNA: per denaturarli sarà richiesta una maggiore energia.Il DNA è organizzato in sequenze codificanti e non codificanti e la sua unità di misura è il bp (base-pairs-paia di basi)-C e quindi di più ponti idrogeno tra le basi è indice di una maggiore forza di legame tra i 2 filamenti di DNA: per denaturarli sarà richiesta una maggiore energia. Il gene è una sequenza codificante contenente le informazioni necessarie per la sintesi di un prodotto biologico funzionale. Oltre alle sequenze che ne regolano l’attività, ciascun gene eucariotico è costituito da esoni, cioè sequenze codificanti, intervallate dagli introni, sequenze non codificanti la cui funzione non è stata del tutto chiarita ma si pensa che possano avere una funzione regolatoria nella trascrizione e nella sintesi proteica (Si definiscono introni le regioni non codificanti di un gene che, insieme agli esoni, vengono trascritte dalle RNA polimerasi. La trascrizione di una sequenza di DNA porta quindi alla formazione di un trascritto primario (pre-mRNA) che deve essere sottoposto a splicing, il processo che porta alla rimozione degli introni e alla formazione degli mRNA maturi[1]. Gli introni sono presenti solo negli eucarioti e negli archeobatteri, ma non negli eubatteri -dove tutto l'RNA trascritto rimane nel mRNA (o tRNA, rRNA)- i quali si sono allontanati (diramati) prima dalla linea evolutiva comune di eucarioti e archeobatteri). In queste ultime regioni si possono accumulare mutazioni in quanto la loro modificazione non interferisce con la sintesi di un prodotto biologico funzionale
Viene usato il rDNA, quella parte del DNA che riporta le variazioni dell' RNA, di norma quello che registra le variazioni delle proteine.
Il DNA ribosomiale (rDNA):
struttura e funzioni
L’rDNA codifica per le tre componenti strutturali dell’rRNA (18S, 5.8S, 28S) che sono presentI nei ribosomi di tutti gli eucarioti. La sua funzione nei meccanismi biologici essenziali alla cellula fa sì che la struttura dei geni dell’ rDNA sia, in alcune parti, altamente conservata in tutti i metazoi.
Nella maggior parte degli eucarioti i geni dell’rDNA si presentano in sequenze ripetute ed il numero di copie varia a seconda dell’organismo;inoltre le diverse copie dell’rDNA possono essere presenti in più loci distinti oppure un icolocus
.
All’interno di ogni unità di trascrizione sono presenti due principali regioni codificanti per le subunità 18S e 28S di rRNA e una regione più piccola codificante per la subunità 5.8S. Inoltre vi è uno spazio di trascrizione interna (Internal Transcribed Spacer-ITS) che prende il nome di ITS-1 (compreso tra le sequenze 18S e 5.8S) e di ITS-2 (compreso tra le sequenze 5.8S e 28S). Queste differenti regioni hanno un alto grado di variabilità intra-ed interspecifica: mentre le regioni 5.8S, 18S e 28S (codificanti) presentano sequenze altamente conservate, le regioni ITS-1 e ITS-2 (non codificanti) presentano un rilevante polimorfismo intra-e interspecifico:queste ultime regioni infatti sono excise dall’RNA in un processo di splicing post-trascrizionale e quindi, non codificando per un prodotto genico, sono soggette ad elevata variabilità di sequenza. Questa variabilità rende particolarmente interessante lo studio e la caratterizzazione molecolare di queste regioni per la differenziazione di specie di parassiti e per scopi evoluzionistici
. Inoltre, la loro localizzazione tra regioni conservate (18S e 28S) permette l’impiego di primers universali; aspetto utile quando si intraprendono ricerche di base. A causa della loro evidente divergenza evoluzionaria con un alto grado di variazioni intraspecifiche e intraindividuali le regioni ITS-1 e ITS-2 complicano l’impiego di tecniche di biologia molecolare per la diagnostica di specie, per cui per questo scopo si preferisce l’impiego di regioni maggiormente conservate (ad esempio di rDNA). Al contrario, la caratterizzazione molecolare dell’ITS1 e dell’ITS2 può rivelarsi molto utile negli studi di genetica di popolazione.
Infatti, talvolta alcune popolazioni parassitarie mostrano eterogeneità elevata in sequenza e/o lunghezza, che riflette “variazioni di popolazione”.
Cosa studia la Biologia Molecolare
La biologia molecolare studia il DNA, le sue funzioni ed i prodotti ultimi delle sue attività, applicando le conoscenze che ne derivano agli aspetti tassonomici, filogenetici, fisiologici, patologici, epidemiologici, immunologici, diagnostici, terapeutici e profilattici, relativi alle scienze biomediche.Il DNA degli eucarioti, si trova nel nucleo e nei mitocondri.
Il DNA: Struttura e Funzioni
Il DNA (acido desossiribonucleico) è una macromolecola formata da due filamenti antiparalleli (orientati in direzione 5’-3’e 3'-5’) avvolti a doppia elica e uniti da ponti idrogeno. Ciascun filamento è un polimero formato dal susseguirsi di 4 monomeri chiamati nucleotidi che sono costituiti dai“nucleosidi”, costituiti cioè da uno zucchero pentacarbonioso.(il desossiribosio) ed a una base azotata purinica (adenina o guanina) o pirimidinica. (timina o citosina), che si associano ad un gruppo fosfato per formare, nel complesso, l’unità nucleotidica.
I nucleotidi di ogni filamento di DNA sono uniti tra di loro da un legame covalente che si forma tra l'acido fosforico di un nucleotide e lo zucchero del nucleotide successivo. I due filamenti sono a loro volta uniti da legami idrogeno (legami deboli) che si instaurano fra le basi azotate,una purina ed una pirimidina, in particolare:
Adenina -Timina: 2 legami idrogeno
Guanina –Citosina: 3 legami idrogeno
La presenza di un maggior numero di G-C e quindi di più ponti idrogeno tra le basi è indice di una maggiore forza di legame tra i 2 filamenti di DNA: per denaturarli sarà richiesta una maggiore energia.Il DNA è organizzato in sequenze codificanti e non codificanti e la sua unità di misura è il bp (base-pairs-paia di basi)-C e quindi di più ponti idrogeno tra le basi è indice di una maggiore forza di legame tra i 2 filamenti di DNA: per denaturarli sarà richiesta una maggiore energia. Il gene è una sequenza codificante contenente le informazioni necessarie per la sintesi di un prodotto biologico funzionale. Oltre alle sequenze che ne regolano l’attività, ciascun gene eucariotico è costituito da esoni, cioè sequenze codificanti, intervallate dagli introni, sequenze non codificanti la cui funzione non è stata del tutto chiarita ma si pensa che possano avere una funzione regolatoria nella trascrizione e nella sintesi proteica (Si definiscono introni le regioni non codificanti di un gene che, insieme agli esoni, vengono trascritte dalle RNA polimerasi. La trascrizione di una sequenza di DNA porta quindi alla formazione di un trascritto primario (pre-mRNA) che deve essere sottoposto a splicing, il processo che porta alla rimozione degli introni e alla formazione degli mRNA maturi[1]. Gli introni sono presenti solo negli eucarioti e negli archeobatteri, ma non negli eubatteri -dove tutto l'RNA trascritto rimane nel mRNA (o tRNA, rRNA)- i quali si sono allontanati (diramati) prima dalla linea evolutiva comune di eucarioti e archeobatteri). In queste ultime regioni si possono accumulare mutazioni in quanto la loro modificazione non interferisce con la sintesi di un prodotto biologico funzionale
Viene usato il rDNA, quella parte del DNA che riporta le variazioni dell' RNA, di norma quello che registra le variazioni delle proteine.
Il DNA ribosomiale (rDNA):
struttura e funzioni
L’rDNA codifica per le tre componenti strutturali dell’rRNA (18S, 5.8S, 28S) che sono presentI nei ribosomi di tutti gli eucarioti. La sua funzione nei meccanismi biologici essenziali alla cellula fa sì che la struttura dei geni dell’ rDNA sia, in alcune parti, altamente conservata in tutti i metazoi.
Nella maggior parte degli eucarioti i geni dell’rDNA si presentano in sequenze ripetute ed il numero di copie varia a seconda dell’organismo;inoltre le diverse copie dell’rDNA possono essere presenti in più loci distinti oppure un icolocus
.
All’interno di ogni unità di trascrizione sono presenti due principali regioni codificanti per le subunità 18S e 28S di rRNA e una regione più piccola codificante per la subunità 5.8S. Inoltre vi è uno spazio di trascrizione interna (Internal Transcribed Spacer-ITS) che prende il nome di ITS-1 (compreso tra le sequenze 18S e 5.8S) e di ITS-2 (compreso tra le sequenze 5.8S e 28S). Queste differenti regioni hanno un alto grado di variabilità intra-ed interspecifica: mentre le regioni 5.8S, 18S e 28S (codificanti) presentano sequenze altamente conservate, le regioni ITS-1 e ITS-2 (non codificanti) presentano un rilevante polimorfismo intra-e interspecifico:queste ultime regioni infatti sono excise dall’RNA in un processo di splicing post-trascrizionale e quindi, non codificando per un prodotto genico, sono soggette ad elevata variabilità di sequenza. Questa variabilità rende particolarmente interessante lo studio e la caratterizzazione molecolare di queste regioni per la differenziazione di specie di parassiti e per scopi evoluzionistici
. Inoltre, la loro localizzazione tra regioni conservate (18S e 28S) permette l’impiego di primers universali; aspetto utile quando si intraprendono ricerche di base. A causa della loro evidente divergenza evoluzionaria con un alto grado di variazioni intraspecifiche e intraindividuali le regioni ITS-1 e ITS-2 complicano l’impiego di tecniche di biologia molecolare per la diagnostica di specie, per cui per questo scopo si preferisce l’impiego di regioni maggiormente conservate (ad esempio di rDNA). Al contrario, la caratterizzazione molecolare dell’ITS1 e dell’ITS2 può rivelarsi molto utile negli studi di genetica di popolazione.
Infatti, talvolta alcune popolazioni parassitarie mostrano eterogeneità elevata in sequenza e/o lunghezza, che riflette “variazioni di popolazione”.
Gaspy. molto interessante 
