Genetica e microbiologia:

Genetica e
Microbiologia
Appunti di Carlo Mantovani
Università degli Studi di Padova
Facoltà: Medicina
Corso di Laurea in Fisioterapia
Esame: Genetica e Microbiologia
Docenti: Vincenzo di Iorio
A.A. 2021/2022GENETICA 
06/10/2021 
DNA E GENOMA  
Il genoma è l’intero patrimonio genetico di un organismo, dove ci sono tutte le istruzioni per lo sviluppo e 
le funzioni di tutte le cellule. Il genoma umano è costituito da circa 3 miliardi di paia di basi e contiene un 
numero di geni (ancora imprecisato) pari a circa 25.000 - 30.000. È scritto nel linguaggio del DNA, una 
molecola identica in tutte le cellule che costituiscono l’individuo ed è presente nel nucleo. Il DNA è la 
molecola depositaria dell’informazione genetica, comprende circa 25,000/30,000 geni. DNA è il termine 
tecnico con cui definiamo l’acido desossiribonucleico. Con il DNA identifichiamo tutto il materiale 
all’interno del nucleo, quindi anche i geni, ma non solo. Il DNA è una molecola tuttora misteriosa, in quanto 
i geni coprono solo il 2%. Rimangono ignote le zone vuote, quindi quelle senza geni. Un gene è un 
frammento di DNA che attraverso il processo di trascrizione origina il trascritto, il quale va incontro alla 
sintesi proteica.                                  
Quando parliamo di cromosoma parliamo di un estesa porzione di DNA che contiene più geni, anche 
centinaia o migliaia, oppure una zona priva di quest’ultimi. 
Parliamo di malattia recessiva quando la mutazione è recessiva, cioè non è in grado di interferire con la 
funzione dell’allele normale, anche se l’individuo è portatore della mutazione.                                                                                                      
Noi abbiamo circa 30.000 geni e quindi 60.000 alleli, cioè forme alternative dello stesso gene.                                              
C’è poi una correlazione tra genotipo e fenotipo (ovvero i caratteri che si manifestano) 
MALATTIE GENICHE E CROMOSOMICHE   
Tra una malattia genica e una malattia cromosomica è più grave quest’ultima, e in particolare la trisomia 1: 
infatti il cromosoma 1 è il più grande di tutti, contiene dunque più geni e quindi più funzioni vengono a 
mancare.                                               
Non necessariamente però la mutazione di un gene è inferiore a quella di un cromosoma: infatti se c’è la 
mutazione di un singolo gene (mutazione puntiforme) che però è indispensabile per la vita, questo 
comporta che anche tutto il resto non funzioni e quindi, in questo caso, avrebbe degli effetti gravissimi, 
anche più di una mutazione cromosomica.   
MALATTIE GENETICHE    
La malattia genetica è una condizione di malattia, causata da una o più anormalità del genotipo, che 
possono verificarsi a livello di un solo/singolo gene o coinvolgerne anche più di uno. In tal senso abbiamo: 
• Mutazione dei geni                                                            
• Alterazione dei cromosomi   
ACIDI NUCLEICI  
Come è fatta la molecola di DNA? Il DNA è una molecola che ha una struttura a due eliche complementari. 
Il DNA non è esclusivo del nucleo, infatti anche i mitocondri lo contengono nella membrana mitocondriale. 
Esiste un’altra versione di DNA, ovvero l’RNA: può venire considerato un surrogato del DNA, ha anche un 
ruolo di sicurezza: c’è la necessità di svolgere determinate funzioni vitali e per svolgerle ho bisogno di 
macchinari accessori presenti nel citoplasma e per eliminare i rischi di danneggiare il DNA, quest’ultimo 
rimane nel nucleo. Per consentire di espletare le funzioni indispensabili per la vita, la natura ha creato delle 
versioni di DNA mobili, come l’RNA messaggero. L’RNA ha tre versioni:  
• RNA messaggero (mRNA): trasporta l’informazione genetica dal DNA al citoplasma, dove vengono 
sintetizzate le proteine. Per la formazione dell’mRNA è necessario l’enzima RNA polimerasi   
1• RNA transfer (tRNA): trasporta gli amminoacidi liberi nel citoplasma ai ribosomi, durante la sintesi
proteica e serve per tradurre l’informazione contenuta nella sequenza di nucleotidi dell’mRNA in una
sequenza di amminoacidi.
-L'RNA transfer (o RNA di trasporto), abbreviato in tRNA, è una piccola catena di RNA (di 74-93 nucleotidi)
che trasferisce un amminoacido specifico ad una catena polipeptidica in crescita al sito ribosomiale della
sintesi proteica durante la traduzione.
-Il tRNA ha un sito di attacco per l'amminoacido ed una regione con tre basi (nucleotidi), chiamata
anticodone, che riconosce il corrispondente codone a tre basi dell'mRNA attraverso l'appaiamento di basi
complementari.
-Ogni tipo di molecola di tRNA può legarsi ad un solo tipo di amminoacido, ma essendo presenti nel DNA
tipi diversi di codoni che specificano uno stesso amminoacido, molti tipi di tRNA con anticodoni differenti
possono portare lo stesso amminoacido.
• RNA ribosomiale (rRNA): è un elemento costitutivo dei ribosomi
Da un punto di vista chimico, gli acidi nucleici sono polimeri costituiti da subunità dette monomeri che 
concatenati uno all’altro formano la catena polinucleotidica. Il monomero è il nucleotide, costituito da uno 
zucchero a 5 atomi di carbonio (ribosio o desossiribosio), una base azotata e un gruppo fosfato. Il 
nucleoside è formato dallo zucchero e dalla base azotata. Le basi si distinguono in: 
• puriniche (adenina e guanina) con doppio anello aromatico, più grandi
• pirimidiniche (citosina, timina e uracile), più piccole
I nucleotidi sono legati tra di loro con un legame fosfodiesterico (struttura primaria). La struttura 
secondaria è determinata dai legami ad idrogeno tra le basi azotate complementari del DNA.      
La duplicazione del DNA è semiconservativa: uno dei due filamenti verrà poi utilizzato per sintetizzare il 
filamento nuovo, quindi un filamento di origine parentale e un filamento nuovo. Questa tecnica di 
duplicazione semiconservativa è utile perché così si riducono i rischi di mutazione.  
I numeri 5’ e 3’ si riferiscono al legame tra il gruppo fosfato in posizione 5 di un nucleotide e il gruppo OH in 
posizione 3 nell’altro nucleotide. La DNA polimerasi non è in grado di aggiungere un nucleotide 
all’estremità 5’ dove è presente il gruppo fosfato, ha bisogno dell’estremità 3’, dove è presente il gruppo 
OH, dell’altro nucleotide, che è detto nucleotide di innesco e perciò l’aggiunta dei nucleotidi può avvenire 
in un’unica direzione: da 5’ a 3’ (filamento senso) 
La replicazione semiconservativa è il miglior sistema per ridurre le mutazioni? Il filamento vecchio nella 
nuova cellula non va incontro a nessuna modifica e quindi non è soggetto a mutazione. Gli errori possono 
verificarsi dunque nel nuovo filamento, dove posso appaiare due basi azotate sbagliate come A-C o G-T: 
non è dunque il miglior modo per ridurre la probabilità di mutazioni. La replicazione semiconservativa, 
dunque, permette di mantenere fedele, divisone dopo divisone, uno dei due filamenti.       
La replicazione può avvenire anche in una modalità differente: le cellule staminali vanno incontro alla 
divisone in cui si conservano i due filamenti a sé stessa: la cellula staminale che tenderà a mantenere la 
staminalità mantiene i filamenti vecchi. Quindi questo porta a 0 il rischio di mutazione per la cellula 
staminale ma mi aumenta la probabilità di avere mutazioni nella cellula figlia, ma questo non è importante 
perché la cellula figlia ha vita breve e quindi il difetto è ininfluente. La staminale va a creare in maniera 
continua la progenie e può dunque tollerare il difetto presente nelle cellule figlie. Diverso è se una 
mutazione colpisce la cellula staminale, in quanto poi anche le cellule figlie erediteranno questa mutazione, 
creando un danno significativo.   
2Importante: il DNA e l’RNA hanno zuccheri diversi (rispettivamente desossiribosio e ribosio), il DNA ha la 
timina mentre l’RNA ha l’uracile. Un’altra importante differenza è che l’RNA è a singolo filamento. Il 
promotore è quella parte del DNA che decide se un gene è espresso o meno: questa è la regolazione 
dell’espressione genica che consente ad una cellula di esplicare una determinata funzione, come per 
esempio i coni e i bastoncelli, che hanno due funzioni diverse: i primi sono responsabili della visione diurna, 
mentre i secondi anche della visione notturna 
ORGANIZZAZIONE DEL DNA NEI CROMOSOMI 
Negli eucarioti rispetto ai procarioti è più complesso: il DNA è compattato all’interno del nucleo ed è qui 
che entrano in gioco le proteine: all’interno del nostro nucleo abbiamo metà DNA e metà proteine, legate a 
punti specifici con un ruolo importante. Perché questo nucleo è fortemente compattato? Un nucleo è 
grande all’incirca 5-6 μm (i globuli rossi 6-7 μm). La molecola di DNA è lunga all’incirca 2m. Qui entrano in 
gioco gli istoni, le proteine più abbondanti associate al DNA eucariotico. Sono proteine che tengono 
impacchettato il DNA nel nucleo. Quello delle proteine è anche un sistema di protezione per il DNA; inoltre, 
gli istoni regolano l’espressione genica (o genetica): modalità con cui i geni (DNA) possono essere attivati (o 
accesi o espressi o codificati) o repressi (o silenti o non codificati)          
 
08/10/21 
La cromatina si presenta in due forme: eucromatina ed eterocromatina. L’eterocromatina corrisponde 
all’80% del DNA nucleare; sono porzioni di DNA geneticamente inattive, in quanto non vengono trascritte 
perché sono zone del DNA troppo compatte e inaccessibili all’RNA polimerasi. L’eterocromatina è ricca di 
sequenze ripetute di DNA ed esiste in due forme:  
• eterocromatina costitutiva: è una struttura ripetitiva priva di valore genico, che quindi non codifica  
• eterocromatina facoltativa: è così denominata perché in particolari condizioni sia naturali che 
sperimentali è in grado di trasformarsi in eucromatina, ossia in cromatina attiva nella trascrizione di RNA. 
Nell’eterocromatina facoltativa i geni sono repressi e le sequenze di geni repressi sono diverse da un tipo 
cellulare all’altro e, a seconda del tipo cellulare, i geni che si esprimono non sono sempre gli stessi: questo 
meccanismo sta alla base della differenziazione cellulare  
L’eucromatina nelle zone, dette in microscopia ottica intercromatiniche, le fibre cromatiniche sono poco 
condensate e perciò sono geneticamente attive. Questa eucromatina, formata da DNA non ripetitivo, è 
sede di processi trascrizionali per la sintesi di RNA messaggero (mRNA) e di trasferimento (tRNA) 
-Nel processo di replicazione, il DNA impartisce gli ordini per la duplicazione di sé stesso. Si formano 2 
molecole identiche.                                        
-Nel processo di trascrizione le istruzioni codificate nel DNA sono riportate in una molecola intermedia, 
l’RNA messaggero, che passa nel citoplasma e porta le informazioni del DNA nel sito cellulare (i ribosomi) 
dove vengono lette e utilizzate.                                  
-Nel processo della traduzione le informazioni del DNA sono trasformate (tradotte) in specifiche proteine. A 
tale scopo sono necessari altri tipi di RNA, l’RNA ribosomiale, contenuto nei ribosomi, sede dell’effettiva 
sintesi, e l’RNA di trasferimento, che trasporta gli aminoacidi ai ribosomi.              
Il processo avviene nel seguente modo: 
-Il ribosoma si muove lungo l’mRNA e sceglie i tRNA + aminoacido secondo la tripletta che legge 
-Si forma il legame peptidico tra 2 aminoacidi in posizione corretta 
3-il tRNA del primo aminoacido è liberato. Il ribosoma si sposta e legge la successiva tripletta. Arriva il nuovo 
tRNA + aminoacido. Si forma il nuovo legame peptidico. Il tRNA scarico è liberato. Il processo si ripete 
-Quando il ribosoma legge una tripletta di fine, il polipeptide si stacca e andrà nello scompartimento 
cellulare a cui è destinato  
Il codice genetico è l’insieme di tutte le possibili combinazioni di 4 basi prese a tre per volta: 4
3
= 64 
triplette di nucleotidi (codoni). Il codice genetico presenta una serie di interessanti caratteristiche: 
• contiene un segnale di inizio, rappresentato dal codone AUG (che codifica per l’aminoacido metionina) 
• contiene segnali di fine lettura, rappresentati da tre codoni di stop (o codoni non senso) 
• non è ambiguo: un dato codone specifica sempre un unico aminoacido. Per esempio, il codone AUU 
codifica sempre l’isoleucina (Ile) 
• è ridondante (o degenerato): quasi tutti gli aminoacidi sono specificati da più di un codone. Per esempio, 
l’isoleucina è codificata dai codoni AUU, AUC e AUA 
• è universale: è valido per tutti gli organismi, con pochissime eccezioni  
ll termine C-value (valore Costante) si riferisce alla quantità di DNA espressa in picogrammi contenuta 
nel nucleo di una cellula aploide. Il concetto di costante si riferisce alle osservazioni del 1948 di R. Vendrely, 
secondo cui era presente una notevole costanza nel contenuto di DNA di tutte le cellule di tutti gli individui 
di una data specie animale 
 
11/10/21 
• Polimorfismo (SNPs) è una variazione del DNA con effetto neutrale o senza effetto fenotipico negativo. 
Quando abbiamo che questa variazione crea un danno abbiamo una mutazione. Infatti, la mutazione è così 
definita: qualsiasi cambiamento permanente del patrimonio genetico, ossia nella sequenza nucleotidica 
codificante del DNA, con eventi negativi sul fenotipo (Genetica Medica). Per i batteri in particolar modo, 
una mutazione crea una resistenza: la cellula batterica cambia grazie all’avvento di una mutazione la 
sequenza amminoacidica di una determinata proteina e se questa stessa proteina veniva riconosciuta da un 
farmaco, è chiaro che verrà meno l’interazione tra quell’antibiotico e la proteina che è cambiata. Questo è 
noto come farmaco resistenza.  
Quando si parla di classificazione di mutazioni si apre un mondo:  
• mutazioni somatiche: mutazioni che avvengono nelle cellule del nostro corpo, per esempio nelle cellule 
dell’occhio o del pancreas (appunto le cellule somatiche) 
• mutazioni germinali, se la mutazione interessa le cellule dei gameti, quindi gli spermatozoi e la cellula 
uovo 
Quando parlo di mutazione somatica o germinale già implico nel termine che non è una mutazione che si 
esplica ovunque: sono correlate al distretto (alla parte del corpo) che è coinvolto.                                                                     
Il cancro rientra nelle mutazioni somatiche perché quando vado ad analizzare le cellule tumorigeniche, 
poco importa di che cancro stiamo parlando perché stiamo parlando di un distretto cellulare interessato, ad 
esempio il pancreas. Quando parlo del gene che causa il cancro della mammella, non parlo di una 
mutazione somatica perché è una mutazione che il soggetto ha ereditato, non è una mutazione de novo, è 
una mutazione che ha in tutte le sue cellule. Quindi una mutazione de novo (o ex-novo) è una mutazione 
che effettivamente non c’è, possiede un fenotipo aberrante e non è ereditabile.                                                         
Quando parliamo invece di tipo di alterazione è riferita al fatto se sono mutazioni che coinvolgono un gene 
4(mutazioni geniche o puntiformi) o un cromosoma (mutazioni cromosomiche).                                                                  
Molto importante è la modalità di trasmissione e in tal senso l’albero genealogico è il modo più semplice 
per poter delineare una malattia genetica e dire se la stessa malattia è dominante, recessiva, X-Linked o De 
novo-Sporadica. Sporadica indica che non c’è un’ereditarietà, perché sono mutazioni che i genitori non 
hanno. Una mutazione de novo non è ereditaria, ma una volta che il soggetto ne è affetto, esso può 
trasmetterla alla progenie; un qualche evento l’ha fatta insorgere, però di fatto non era prevedibile, in 
quanto non c’è ereditarietà  
Chi le causa queste mutazioni? Si parla a questo punto di mutazioni di natura spontanea o indotta: 
spontaneo è un qualcosa in cui non necessariamente c’è un evento esterno che va a perturbare un 
qualcosa, è accaduto e basta. Spontaneo = naturale, come l’invecchiamento.                                                           
Indotto invece è un qualsiasi evento che va a contrastare fenomeni come la fertilità. Quando la mutazione 
è dovuta a cause naturali, quindi insorge spontaneamente, il difetto è da rintracciare o nella ricombinazione 
(crossing over), nella replicazione (duplicazione semiconservativa) o nella riparazione del DNA. In ogni ciclo 
cellulare abbiamo 3 miliardi di basi che verranno copiate e quindi dobbiamo accettare che ci siano degli 
errori e in questo caso interviene il meccanismo di riparazione del DNA: quest’ultimo non interviene 
soltanto quando meccanismi esterni causano questi errori, ma interviene anche quando ci sono delle 
incongruenze durante la fase S.                                                                                                                                                   
Il processo di replicazione del DNA rappresenta di fatto la principale fonte di mutazioni. Tutti gli organismi 
possiedono due meccanismi fondamentali di salvaguardia della fedeltà dell’informazione molecolare e 
quindi di ridurre i rischi di mutazioni:  
• correzione di bozze: correzione degli errori di appaiamento commessi dalla DNA polimerasi mentre la 
replicazione è in corso. È un meccanismo che abbiamo per ridurre l’insorgenza delle mutazioni. Un 
appaiamento non canonico (tipo G-T o A-C) si dice miss-match: in questo caso il meccanismo di correzione 
di bozze va a correggere questo errore. Il meccanismo di correzione di bozze interviene nel correggere gli 
appaiamenti errati anche dopo la replicazione del DNA; quindi, c’è un ulteriore check per verificare se la 
replicazione è avvenuta nel modo corretto o meno. Sono enzimi che fanno questi ripari del DNA ed essendo 
enzimi sono geni, quindi codificano una proteina. L’enzima è una proteina che è coinvolta in una reazione.                    
Siamo dotati quindi di una serie di enzimi capaci di correggere danni che il nostro DNA può subire 
dall’esterno, in particolar modo con le radiazioni.                                     
Un altro evento chiamato in causa è la ricombinazione o crossing over, è un evento molto importante in 
biologia che sta alla base della nostra variabilità: è un meccanismo che consente di creare delle versioni 
uniche di cromosomi e quindi, per ogni cromosoma, non avrò il cromosoma parentale come mi è stato 
trasmesso dalla mamma e il papà, grazie proprio alla ricombinazione che consente di scambiare dei 
segmenti di cromatidi non fratelli. Questi chiasmi, questi eventi di scambio avvengono anche all’interno dei 
geni (intragenica) e avvengono anche all’interno degli esoni. Il crossing over è un processo biologico 
spontaneo che fa parte (come la trascrizione, come la replicazione) dei nostri processi biologici. È la 
ricombinazione che fa sì che noi abbiamo spermatozoi differenti.                                
I cromatidi fratelli sono il risultato della duplicazione, è quindi la copia fedele di quel segmento di DNA. 
Questo crossing over richiede un apparato enzimatico importante.                            
Quando abbiamo parlato di queste mutazioni che insorgono è importante sapere che se le mutazioni sono 
causate da duplicazione del DNA in primis è chiaro subito che il sito dove insorgono queste mutazioni può 
essere la spermatogenesi. Se io trovo una mutazione germinale, e quindi una mutazione dei gameti, 
statisticamente non posso non pensare che questo processo venga chiamato in causa perché ha nella sua 
natura un rischio alto dal momento che produce tantissime fasi S e quindi tantissime duplicazioni del DNA. 
Se faccio un confronto con l’ovogenesi, la storia è completamente diversa: nell’ovogenesi non ci sono fasi S 
e quindi questo processo di ovogenesi ci salvaguardia dalle mutazioni puntiformi. Questo processo mi può 
però destabilizzare una non corretta segregazione dei cromosomi, ovvero non vanno in maniera equilibrata 
ai rispettivi poli ma possono migrare contemporaneamente ai due rispettivi poli. Se i cromosomi migrano 
5entrambi in un polo, l’altro polo ne rimane privo e l’ovocita rimane privo del cromosoma; arriva lo 
spermatozoo che però incontrerà una sola copia di quel cromosoma: è il caso della monosomia. È più bassa 
la probabilità che questi eventi accadano nel maschio.                          
Quando abbiamo mutazioni de novo la prima causa è la spermatogenesi. Una mutazione che mi compare 
nello spermatozoo, che andrà a fecondare, come errore nella fase S è una mutazione germinale di origine 
paterna.                                                                  
Se la mutazione è negli spermatogoni, spesso ritroviamo dei mosaicismi germinali, ovvero andremo ad 
ottenere un liquido seminale misto, composto da spermatozoi che vengono da cellule normali ma anche da 
cellule mutate 
Quando parliamo di mutazioni indotte il tasso di mutazione aumenta enormemente. Se avessimo parlato di 
quelle spontanee, gli eventi sarebbero stati molto rari. Quando invece c’è qualcosa nell’aria che respiro, che 
mangio o comunque qualcosa di indotto come i mutageni chimici il rischio aumenta e si entra nel contesto 
della mutagenesi ambientale. I mutageni chimici sono quelle sostanze, in primis molecole, che si 
combinano con il DNA penetrando all’interno delle cellule attraverso l’involucro nucleare e qui causano 
danni alle nostre basi nucleotidiche oppure, ancora peggio, sono molecole simili alle basi e perciò sono 
incorporate per errore da parte della DNA polimerasi causando errori. I mutageni chimici, quindi, possono 
causare sostituzioni di nucleotidi oppure inserzioni o delezioni di nucleotidi  
I mutageni fisici, come i chimici, fanno danni al DNA ma hanno un’altra composizione e sono: radiazioni UV 
a bassa energia e poco penetranti, i raggi X, ovvero radiazioni ionizzanti ad alta energia e altamente 
penetranti. Se queste radiazioni riescono ad arrivare al DNA inducono, in particolar modo gli UV, la 
formazione di dimeri di timina. Cosa succede a questo segmento? Se questo è un gene ed era il primo 
nucleotide di un codone non ha più quel significato genetico e crea un danno enorme, perché poi si 
replicherà e userà come filamento stampo quello sbagliato con la doppia timina perché la DNA polimerasi 
non riesce a riconoscere questo errore.                                       
Il meccanismo di mutagenicità radiazioni ionizzanti è più pericoloso perché ha un danno più alto; infatti, si 
possono avere la rottura di un singolo filamento oppure la rottura del doppio filamento, modificazione 
chimica delle basi o la rimozione di singole basi  
Le mutazioni germinali colpiscono i gameti e possono essere trasmesse alla prole, mentre le mutazioni 
somatiche non hanno questo rischio di essere trasmesse alla prole, si esauriscono nell’individuo, sono 
mutazioni che riguardano un tessuto specifico e che vengono trasmesse alla progenie della cellula colpita e 
dunque rimane delimitata in quel determinato tessuto. In entrambi i casi possiamo parlare di mosaicismo, 
ovvero un fenomeno per cui un individuo presenta regioni del corpo caratterizzate da linee cellulari che, 
sebbene derivino dallo stesso zigote da cui derivano le altre, possiedono un patrimonio genetico alterato in 
seguito a mutazioni somatiche; la massima espressione di mutazione somatica è il cancro. Se poi una 
mutazione avviene in una cellula che poi perdiamo non avremo traccia di quel ritrovamento genetico 
 
13/10/21 
DIVERSI TIPI DI MUTAZIONI  
• Mutazione genica: evento per cui un gene si trasforma da una forma allelica ad un’altra e il nuovo allele è 
ereditato secondo le leggi di Mendel. Il gene mutato è trasmesso poi alla prole. In generale, una mutazione 
genica non è necessariamente patogenica  
• Retromutazione: mutazione da un allele anormale ad un allele standard, quindi il contrario del caso 
precedente  
• Mutazione morfologica: mutazione che si esprime in un’alterazione della forma dell’organismo  
6• Mutazioni letali, subletali e determinali: mutazioni che determinano la morte, la bassissima 
sopravvivenza o il danneggiamento dell’organismo. Le mutazioni letali le ho nel caso di omozigosi, in cui 
entrambi gli alleli sono mutati e questo comporta l’incompatibilità con la vita; nel caso dell’eterozigosi ho 
invece un gene mutato e l’altro normale, questo comporta che l’individuo abbia la patologia che però non è 
incompatibile con la vita 
• Mutazioni condizionali: mutazioni in cui il fenotipo si manifesta solo in particolari condizioni ambientali 
come il pH, temperature, CO
2
… 
• Mutazioni biochimiche: mutazioni che determinano la perdita o il cambiamento di un passaggio 
biochimico; sono mutazioni degli enzimi che fanno determinate reazioni metaboliche ed è chiaro che se ho 
un enzima mutato il processo non va a buon fine 
• Mutazioni nutrizionali: mutazione per cui microrganismi passano da un genotipo standard con cui è 
possibile la crescita con un terreno minimo (prototrofi) a un nuovo genotipo in cui è richiesta la 
somministrazione supplementare di specifiche sostanze (auxotrofi). È una mutazione che non consente di 
creare la biosintesi di sostanze essenziali e quindi è necessaria l’aggiunta di sostanze esterne  
• Mutazioni per resistenza: mutazioni che determinano la capacità di resistere a sostanze tossiche (o a 
farmaci) o a organismi patogeni cui invece il genotipo standard è sensibile.  
MUTAZIONI CROMOSOMICHE 
Le mutazioni cromosomiche possono essere di due tipi: 
• mutazioni del numero di cromosomi: monosomie, trisomie…  
• mutazioni nella struttura: posso avere anche 46 cromosomi ma al contempo anche delle alterazioni da 
parte dei cromosomi come traslocazione, inversione, delezioni… 
MUTAZIONI GENICHE 
Le mutazioni geniche sono definite anche puntiformi e sono dovute in gran parte alla sostituzione di una 
singola base nucleotidica del DNA con un ‘altra. Altri tipi di mutazione si originano in seguito alla perdita 
(delezione) o all’aggiunta (inserzione o duplicazione) di una base nel filamento del DNA 
La sostituzione di una base nucleotidica con un’altra può avere conseguenze più o meno gravi sul prodotto 
finale, ovvero la proteina specificata da quel gene. In base alle conseguenze che se ne hanno distinguiamo 3 
tipi:  
• mutazioni silenti: se in seguito alla sostituzione di una base si ottiene una tripletta che specifica per lo 
stesso amminoacido e la proteina prodotta sarà la stessa. Le mutazioni silenti riguardano la terza base del 
codone, quella che varia tra codoni diversi che specificano lo stesso aminoacido. È una sostituzione in terza 
base ma codifica lo stesso aminoacido  
• mutazioni di senso (missenso): nella maggior parte dei casi la nuova tripletta codifica per un diverso 
aminoacido. Se vado a modificare il primo nucleotide della tripletta CCU e ottengo GCU passo dalla prolina 
all’alanina. È patologica? Dipende. Quando cambio un aminoacido con un altro la prima cosa che devo 
prendere in considerazione è l’entità del cambio: vado a fare un confronto. Un aminoacido si diversifica da 
un altro per il gruppo R, che diventa più complicato man mano che vado avanti, non solo dal punto di vista 
strutturale, ma anche dal punto di vista dell’ingombro. Certe sostituzioni del gruppo R possono essere 
quindi tollerate, mentre altre possono risultare devastanti.                                                                                                   
Un esempio di mutazione missenso l’abbiamo nell’anemia falciforme, in cui si verifica una mutazione 
missenso nel gene β-globina. L’acido glutamminico in posizione 6, carico negativamente, (ovvero posizione 
dei nucleotidi 16-18) viene sostituito dalla Valina (idrofobico). Da un punto di vista delle interazioni, la 
7valina in posizione 6 interagisce con un'altra valina e questo causa una formazione di aggregati molecolari 
che precipitano nel globulo rosso. L’emoglobina anziché avere una struttura a tetramero, in conseguenza 
della mutazione avrà una struttura completamente diversa, degli aggregati molecolari con un peso 
importante che quindi causa una precipitazione nel caso del globulo rosso e non solo, perché alterano 
anche la struttura dei globuli rossi e questo poi si traduce con l’impossibilità di espletare la propria 
funzione, ovvero quella di trasportare ossigeno.                              
Un altro esempio di mutazione missenso è quello della sindrome AEC, compatibile con la vita, ma causa 
danni agli arti, alla pelle e alla vista.                                         
Sono tutti esempi che dimostrano come la sostituzione di un aminoacido possa produrre delle patologie più 
o meno gravi.                                                                                 
La gravità degli effetti di una sostituzione dipenderà dalla somiglianza tra l’aminoacido sostituito e il nuovo 
e dalla posizione della sostituzione.                                   
La sequenza di una proteina, ad esempio l’emoglobina, dell’uomo, del maiale, del cane o del cavallo 
differisce per parecchi aminoacidi ma tuttavia tutte queste emoglobine svolgono la funzione in modo 
efficiente.                             
Alcune regioni della proteina sono molto simili anche tra specie filogeneticamente lontane (ad esempio 
nell’emoglobina la regione dell’eme).                  
Si dice in gergo tecnico che questa è una regione ben conservata  
• Mutazioni nonsenso: mutazione in cui la sostituzione del nucleotide, in seconda base, porta alla 
formazione di un codone di stop: UGG → UAG. Se il nuovo codone che si forma dalla sostituzione codifica 
per il segnale di stop avremo una proteina più corta della precedente (dipende dal punto in cui è avvenuta 
la sostituzione). Una mutazione nonsenso porterà dunque alla sintesi di una proteina tronca: se ho uno 
stop dopo 4-5 aminoacidi, l’effetto è devastante; ma lo è anche se interrompiamo la sintesi di una proteina 
lunga 1000 aminoacidi dopo 800-900 aminoacidi perché la genetica ci insegna che anche un aminoacido 
diverso può portare a patologie, quindi a maggior ragione anche averne 4-5 o addirittura 100 o 200. Lo stop 
dunque porta in ogni caso a patogenicità  
• Mutazioni di frame-shift: le mutazioni frame-shift o di slittamento del modulo di lettura consistono 
nell’inserzione o delezione di un numero di nucleotidi non divisibile per 3 (1,2,4,5,7,8,10…) con 
conseguente sfasamento della cornice di lettura delle triplette dell’RNA messaggero. Talvolta l’errore 
consiste nell’inserire una base in più nella sequenza del DNA. Atre volte durante la replicazione o durante la 
riparazione del DNA si ha la perdita di una base. In entrambi i casi la lettura di tutta la sequenza che segue 
viene completamente alterata.  Nel caso di inserzione (inserimento) di una base, la parte a monte rimane 
invariata, mentre sfalsa la lettura della porzione codificante a valle dell’inserimento della base. Se c’è una 
delezione di un nucleotide, avrò uno spostamento della griglia a valle della perdita.                                                        
Una delezione meno drammatica potrebbe essere la delezione di un intero codone: in questo caso avrò la 
produzione di una proteina priva dell’amminoacido associato al codone perso. In questo caso, la perdita 
della tripletta di nucleotidi potrebbe venire tollerata.                                       
Se si verifica una delle tre mutazioni sopra citate, il fenotipo che ne deriva è lo stesso, in quanto in questi 
casi produco una proteina non funzionale.                      
• Mutazione causativa 
Una variazione della sequenza del DNA… 
…che è trovata solo negli individui affetti 
…che non è mai ritrovata in quelli non affetti  
…che spiega il processo patologico 
8…che, quando corretta nel tempo, fa recuperare un fenotipo normale 
Queste definizioni sono applicabili quando ho a che fare con una malattia dominante perché queste frasi 
sono riconducibili ad una malattia dominante in cui è sufficiente un’alterazione in un allele. Nelle malattie 
recessive le dovrò modificare perché compare un altro individuo che è il portatore.                
In genetica, il carattere che per noi è l’allele, è dominante se nell’eterozigote predomina uno dei due 
caratteri sull’altro  
MALATTIE 
in medicina la malattia è: 
• dominante: fenotipo clinicamente malato, manifesto con 1 allele mutato 
• recessiva: fenotipo clinicamente manifesto con 2 alleli (sempre riferiti ad un singolo gene) mutati 
(omozigote o eterozigote composto).                         
Ciascuno di noi possiede 2 copie di ogni gene contenuto nei cromosomi. Ognuna delle due copie è detta 
allele. Un allele proviene dal padre (allele paterno) e uno dalla madre (allele materno). Non sempre gli alleli 
sono uguali fra loro, anzi spesso presentano delle differenze. Gli alleli sono quindi versioni diverse dello 
stesso gene. Un allele può essere dominante (A) o recessivo (a):  
• Se un individuo possiede 2 alleli uguali dello stesso gene si dice omozigote (AA o aa). Se si verifica una 
mutazione, entrambi gli alleli sono mutati. È proprio questa la situazione di omozigosità recessiva, ovvero 
ho due alleli omozigoti ma mutati 
• Se un individuo possiede 2 alleli diversi dello stesso gene si dice eterozigote (Aa). Se si verifica una 
mutazione, un allele è mutato, l’altro è normale. L’eterozigote per le malattie dominanti, è malato, mentre 
per le malattie recessive è sano, è solo un portatore  
La consanguineità aumenta il tasso di omozigosità (due alleli identici) e quindi di produrre un figlio malato. 
Il matrimonio misto, ovvero con un partner non consanguineo, mi consente di avere figli malati con una 
bassissima probabilità, perché se io porto una mutazione, la probabilità che anche il partner abbia la mia 
stessa mutazione è prossima allo 0. 
Ogni individuo è portatore sano di almeno 8 malattie genetiche recessive, di cui 3 letali 
Fratelli, genitori-figli ¼ omozigosi 
Fratellastri, zii-nipoti 1/8 omozigosi  
cugini diretti 1/16 omozigosi 
secondi cugini 1/64 omozigosi  
• L’eterozigosità composta è quella situazione delle malattie recessive in cui ho 2 alleli mutati, ma la 
mutazione è diversa. L’alto numero di portatori è un fattore di rischio per l’eterozigosi composta (due 
mutazioni di nome diverso nei due alleli). Da non confondere con la digenica: eterozigosità (e omozigosità) 
è riferito sempre alla coppia di alleli di un gene: allele P63 tipo 1, allele P63 tipo 2.                                         
Quando invece ho una mutazione nel P63 e una mutazione nel P73 sei un eterozigote digenico perché sei 
portatore di due mutazioni recessive ma in due geni coinvolti nella medesima funzione 
 
 
 
918/10/21 
Dalla slide 108 (prima figura sottostante posta a sinistra) si può notare che l’individuo o è sano o è malato 
perché quando uno dei due alleli è mutato è sufficiente per espletare una condizione patologica e questo 
implica che per le malattie dominanti non esiste il concetto di portatore sano.                       
Nel caso delle malattie recessive abbiamo 3 colori (slide 110, figura sottostante posta a destra) perché qui 
la condizione che dobbiamo soddisfare è di avere due alleli mutati per questo determinato locus genico: 
per poter avere la condizione patologica tutti e due gli alleli devono essere mutati. Questo si verifica 
quando mamma e papà erano portatori sani della malattia: in tal caso, ho il 25% di probabilità di 
trasmettere la malattia alla progenie. È chiaro che ora devo distinguere se di fatto i due alleli mutati 
portano la stessa mutazione (omozigosità recessiva) o se ho una diversa mutazione di un allele verso l’altro 
(eterozigosità composta). L’eterozigosità composta per definizione non nasconde un’ereditarietà comune: i 
due genitori, avendo due mutazioni diverse, è ovvio che non sono imparentati e quindi questa è una 
situazione di sfortuna.                                                           
Diverso è se parliamo di omozigosità recessiva perché su 60000 alleli che abbiamo, ho una probabilità 
bassissima di avere la stessa mutazione in un allele, ma questa possibilità aumenta in maniera 
proporzionale al grado di parentela: se era mio nonno che aveva questa determinata mutazione, ce 
l’abbiamo tutti in famiglia; con i matrimoni tra consanguinei, passiamo da una situazione di eterozigosità ad 
una di omozigosità. Quando però questo si esplica? Se ho una mutazione in condizioni di eterozigosità e 
faccio figli con mia cugina, anch’essa in eterozigosità, quest’ultimi saranno in condizioni di omozigosi e 
quindi aumenta il grado di omozigosità. Il grado di omozigosità, ovvero avere due alleli mutati uguali, è un 
evento che statisticamente non dovrebbe mai accadere, perché anche supponendo che io abbia 10 alleli 
mutati e anche un’altra persona che viene da una discendenza lontana dalla mia ha altri 10 alleli mutati, la 
possibilità di avere la stessa mutazione entrambi, è prossima allo 0. Questo non significa che non accadrà 
mai, ma è un evento rarissimo. Questi eventi diventano numericamente palpabili quando abbiamo invece 
matrimoni tra consanguinei: più sono parenti e più alta è la probabilità di avere numerose mutazioni in 
omozigosi e quindi di avere malattie 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10LEGGE DI HARDY-WEINBERG 
Ammettiamo di avere 10 mutazioni in media, ognuno nei propri genomi; questo numero è una costante? 
Può aumentare o diminuire? Nelle discendenze le frequenze di questi alleli mutati rimangono uguali, 
aumentano o diminuiscono e quali sono i fattori che possono condizionare eventualmente questo numero? 
Legge di Hardy-Weinberg: definirono “popolazione in equilibrio” una popolazione all’interno della quale le 
frequenze degli alleli mutati rimangono costanti da una generazione all’altra e le frequenze genotipiche 
sono ricavabili da quelle alleliche: il numero di frequenze degli alleli mutati, se la popolazione è in 
equilibrio, non verrà alterato. Supponiamo di introdurre all’interno del nostro corpo una sostanza che ci fa 
male, anche un virus, e che inizia a rompere il DNA: le frequenze dovrebbero aumentare e questo non lo 
vedi da persona a persona, ma lo vedi nelle generazioni; se uno studia 200 anni di storia, vede che 
effettivamente le frequenze partono ad esempio da 8, poi passano a 12, 14, 20, 40, 50… il DNA sta subendo 
delle mutazioni quando la frequenza degli alleli mutati sta aumentando nelle generazioni  
Le condizioni che devono essere soddisfatte affinché una popolazione si trovi all’equilibrio di Hardy-
Weinberg (HWE) sono le seguenti:  
• Gli accoppiamenti devono essere casuali 
• La popolazione deve essere di grandi dimensioni (teoricamente infinita): fa eccezione l’isolato genetico 
perché se ad esempio prendiamo un gruppo di individui e li portiamo su di un isola, questo cozza con 
l’ipotesi numero due, in quanto la popolazione non è di grandi dimensioni 
• Non deve esserci flusso genico (migrazioni di alleli dentro o fuori una popolazione): quando ci sono alleli 
che vengono da un'altra popolazione, porteranno il loro contributo genetico e questo mi comporta una 
variazione della frequenza allelica perché devo tenere conto dei nuovi alleli che stanno arrivando a causa 
del flusso genico                                                                                                                                         
• Non ci devono essere mutazioni (o meglio fattori di rischio che aumentano la frequenza di queste 
mutazioni)  
• Non si deve verificare selezione naturale, cioè eventi drastici che possono in qualche modo creare una 
risposta genetica di adattamento  
Se queste condizioni sono idealmente soddisfatte, le frequenze alleliche entro una popolazione rimangono 
costanti per un periodo indefinito di tempo 
GENETICA DELLE POPOLAZIONI  
La genetica delle popolazioni è una branca della biologia che studia la costituzione genetica delle 
popolazioni biologiche e del cambiamento di questa composizione per l'influsso delle quattro forze 
evolutive: selezione naturale, deriva genetica, mutazione e migrazione. È cioè lo studio dell'origine e della 
dinamica della variabilità genetica fra individui e popolazioni nel tempo e nello spazio. È attraverso questi 
studi che si sa da dove discendiamo e anche quali sono le prime popolazioni che si sono formate e anche a 
questo punto sapere qual è il DNA ultimo, cioè quello più evoluto che verosimilmente sono gli australiani. 
Il termine "popolazione" può essere definito in vari modi, ma nel senso più comune della parola, è un 
insieme di persone o organismi di una particolare specie vivente in una determinata area geografica. In 
biologia, una popolazione è la più piccola unità nella quale è possibile il cambiamento evolutivo, perché 
permette l'origine di nuovi alleli e il cambiamento della loro frequenza. La variabilità genetica è la base sulla 
quale agisce l'evoluzione 
ETEROZIGOSITA’ COMPOSTA, EREDITARIETA’ DIGIENICA E TRIALLELICA 
Non devo confondere l’eterozigosità composta con l’ereditarietà digenica: ho sempre 2 mutazioni, ma in 
quest’ultima ho 2 mutazioni in 2 geni distinti (P63 e P73 ad esempio) coinvolti nella stessa funzione e quindi 
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