le mutazioni introduzione

🧬  Che cos’è la caratteristica principale del DNA?

La caratteristica principale del DNA è la sua capacità di duplicarsi in modo semiconservativo, cioè ogni nuova molecola contiene un filamento originale e uno neosintetizzato.
➡ Questo garantisce fedeltà nella trasmissione dell’informazione genetica da una cellula madre alle cellule figlie.

🧬 Chi ha scoperto la struttura del DNA e cosa implica?

James Watson e Francis Crick (1953) hanno scoperto il modello della doppia elica del DNA.
Capirono che, conoscendo la sequenza di un filamento, l’altro è automaticamente determinato, suggerendo così un meccanismo di copiatura del materiale genetico.

💡 Curiosità:
Il modello è stato pubblicato su Nature nel 1953, e rappresenta una delle più grandi scoperte biologiche del XX secolo.

🧬 Perché il DNA è considerato il “latore” dell’informazione genetica?

Perché può conservare e trasmettere informazioni in modo stabile e fedele, garantendo la continuità genetica tra le generazioni.
Il DNA contiene le istruzioni per costruire e far funzionare un organismo.

🔧 Meccanismi di protezione:

• Correzione degli errori (proofreading) durante la replicazione.

• Sistemi di riparazione del DNA che eliminano mutazioni accidentali.

🌱Chi introdusse il concetto di mutazione e mutante?

Il botanico olandese Hugo de Vries (1848–1935), osservando variazioni spontanee nelle piante, ipotizzò la presenza di cambiamenti improvvisi nei geni e coniò i termini mutazione e mutante.

🧬 Che cosa sono gli alleli?

Gli alleli sono versioni alternative dello stesso gene situate nello stesso locus (posizione) su cromosomi omologhi.

La ricombinazione genica e la segregazione degli alleli nei gameti durante la meiosi aumentano la diversità geneticatra gli individui.

🌍 Come le mutazioni contribuiscono all’evoluzione?

Le mutazioni introducono novità genetiche che possono:

• fornire nuove possibilità di adattamento,

• aumentare la variabilità intra-specie,

• permettere una migliore sopravvivenza in ambienti in cambiamento.

👉 Queste novità sono la base della selezione naturale e quindi dell’evoluzione biologica.

⚖ Perché il tasso di mutazione deve essere bilanciato?

Perché:

• se troppo alto, può causare mutazioni dannose o letali, portando all’estinzione;

• se troppo basso, manca la variabilità necessaria all’evoluzione.

➡ Gli organismi mantengono un equilibrio naturale tra stabilità genetica e innovazione evolutiva.

🧫 Che cosa sono le mutazioni patogenetiche?

Sono mutazioni che causano malattie o alterazioni del fenotipo.
Possono:

• modificare la funzione di una proteina,

• aumentare la suscettibilità a una patologia,

• o provocare malattie ereditarie (es. anemia falciforme, fibrosi cistica).

💡 Qual è il legame tra mutazione e variabilità genetica?

La mutazione è la sorgente primaria della variabilità genetica.
Questa variabilità:

• viene amplificata da fenomeni come ricombinazione e sessualità,

• permette alle specie di adattarsi e sopravvivere nel tempo.

🧬 Cos’è una mutazione?

Una mutazione è un evento casuale, stabile ed ereditabile che provoca un cambiamento nel patrimonio genetico di un organismo.

Può:

• avvenire in qualsiasi tipo di DNA (anche mitocondriale),

• colpire regioni codificanti o non codificanti del genoma,

• avere effetti diversi sul fenotipo.

💡 Approfondimento:
Le mutazioni non sono sempre “cattive”: molte sono neutre o benefiche, e rappresentano la base della variabilità genetica ed evolutiva.

🧫 A quali livelli può avvenire una mutazione?

Le mutazioni si classificano in base alla dimensione e all’estensione della variazione:

1. Mutazioni geniche o puntiformi → coinvolgono una o poche basi del DNA.

2. Mutazioni cromosomiche → alterano la struttura di un cromosoma (es. perdita, duplicazione o inversione di tratti).

3. Mutazioni genomiche → modificano il numero complessivo di cromosomi (es. trisomie, monosomie).

🎯 Esempio:

• Mutazione genica → anemia falciforme (una singola base cambiata nel gene della β-globina).

• Mutazione cromosomica → delezione di un frammento del cromosoma 5 (sindrome del “cri du chat”).

• Mutazione genomica → trisomia 21 (sindrome di Down).

⚙ Cosa determina l’effetto di una mutazione sul fenotipo?

L’effetto dipende da dove e come avviene la mutazione:

• Se colpisce un gene essenziale o una regione regolatrice, può alterare gravemente la funzione.

• Se colpisce DNA non codificante, può essere neutra o avere effetti regolatori indiretti.

Cosa sono le mutazioni con perdita di funzione (loss of function)?

Sono mutazioni che riducono o eliminano la funzione di un gene.
➡ Il prodotto genico (proteina o RNA) può essere:

• non sintetizzato,

• non funzionante,

• o prodotto in quantità insufficiente.

Esempi:

• Mutazione nel gene CFTR → causa fibrosi cistica.

• Mutazione nel gene BRCA1 → riduce la protezione contro i tumori.

⚡ Cosa sono le mutazioni con acquisto di funzione (gain of function)?

Sono mutazioni che potenziano o modificano la funzione del gene, causando una nuova attività o una iperattività.

Esempi:

• Mutazioni che causano iperespressione di oncogeni, come RAS o MYC, possono portare allo sviluppo di tumori.

• Mutazione nel gene FGFR3 → accrescimento osseo anomalo (nanismo acondroplasico).

🧬Differenza tra mutazioni somatiche e germinali

Tipo di mutazione	Dove avviene	Effetti	Ereditarietà
Somatica	In cellule del corpo (non germinali)	Può causare malattie come il cancro, ma resta limitata all’individuo	❌ Non ereditaria
Germinale	Nelle cellule della linea germinale (spermatozoi o ovuli)	Può essere trasmessa alla prole	✅ Ereditaria

💡 Approfondimento:
Tutte le cellule del nuovo organismo derivato da un gamete mutato porteranno la mutazione, che potrà quindi trasmettersi alle generazioni successive.

🧩 7. Classificazione dettagliata delle mutazioni geniche (puntiformi)

🔹 Sostituzioni di basi

Una base del DNA viene sostituita con un’altra.
Possono essere:

• Transizioni: purina ↔ purina (A ↔ G) o pirimidina ↔ pirimidina (C ↔ T).

• Trasversioni: purina ↔ pirimidina (A o G ↔ C o T).

🔹 Tipi di sostituzioni secondo l’effetto:

• Silente (samesense): non cambia l’amminoacido → nessun effetto.

• Missense: cambia un amminoacido → può alterare la proteina.

  • Missense neutra: sostituzione con amminoacido simile → effetto minimo.

• Nonsense: sostituzione che introduce un codone di stop prematuro → proteina troncata e non funzionale.

🔹 Inserzioni e delezioni

• Inserzione: aggiunta di una o più basi.

• Delezione: perdita di una o più basi.
  ➡ Se il numero di basi inserite o rimosse non è multiplo di 3, si genera una mutazione frameshift, che sposta la cornice di lettura → proteina completamente alterata.

🧬 Mutazioni cromosomiche: variazioni strutturali

1. Delezione: perdita di un tratto di cromosoma.

   • Interstiziale (parte interna persa) o terminale (parte finale persa).

2. Duplicazione: ripetizione di un tratto di cromosoma.

3. Inversione: un tratto di DNA si stacca, ruota e si reinserisce al contrario.

   • Pericentrica → coinvolge il centromero.

   • Paracentrica → non coinvolge il centromero.

4. Traslocazione: scambio di frammenti tra cromosomi diversi.

   • Reciproca → scambio bidirezionale.

   • Non reciproca → scambio unidirezionale.

⚠ Esempio clinico:
La traslocazione reciproca t(9;22) → forma il cromosoma Philadelphia, tipico della leucemia mieloide cronica.

🧬 Mutazioni genomiche: variazioni del numero di cromosomi

• Euploidia: numero normale di set cromosomici (es. 2n).

• Aneuploidia: variazione del numero di cromosomi (non multiplo del set).

  • Monosomia (2n–1): mancanza di un cromosoma (es. sindrome di Turner, X0).

  • Trisomia (2n+1): un cromosoma in più (es. trisomia 21, Down).

• Poliploidia: più di due set completi di cromosomi (3n, 4n, ecc.).

  • Autopoliploidia: duplicazione del proprio genoma.

  • Allopoliploidia: fusione di genomi di specie diverse (tipica delle piante).

🧬 Da dove originano le mutazioni?

Le mutazioni possono avere origine spontanea (senza causa apparente) oppure essere indotte da agenti esterni (fisici, chimici o biologici).

• Spontanee: avvengono casualmente, per errori naturali nei processi cellulari.

• Indotte: causate da mutageni, cioè agenti che aumentano artificialmente la frequenza di mutazione.

💡 Ricorda:
Ogni mutazione, spontanea o indotta, modifica in modo stabile e ereditabile il DNA, ma solo quelle nella linea germinale possono essere trasmesse alla prole.

⚛ Cosa sono le mutazioni spontanee?

Sono mutazioni che si verificano naturalmente, senza intervento di fattori esterni.
Sono dovute a errori interni alla cellula o a processi biochimici normali che, occasionalmente, alterano il DNA.

📍Cause principali:

1. Errori durante la replicazione del DNA (es. inserzione o sostituzione di una base).

2. Errori nei processi di ricombinazione o segregazione dei cromosomi.

3. Eventi di trasposizione → spostamento di sequenze mobili (trasposoni).

4. Reazioni chimiche spontanee nel DNA:

   • Deaminazione (C → U),

   • Depurinazione (perdita di basi A o G).

🧠 Approfondimento:
Anche se esistono enzimi di “correzione delle bozze” e sistemi di riparazione del DNA, alcuni errori sfuggono al controllo, diventando mutazioni vere e proprie.

⚙ Cosa si intende per mutazioni indotte?

Sono mutazioni provocate da agenti mutageni esterni (fisici, chimici o biologici) che aumentano artificialmente il tasso di mutazione.

Esempi di cause:

• Radiazioni ionizzanti (raggi X, raggi γ) → rotture del DNA.

• Radiazioni UV → formazione di dimeri di timina.

• Sostanze chimiche → alterano le basi o ne imitano la struttura.

• Virus o elementi trasponibili → inseriscono il loro DNA nel genoma ospite.

⚠ Nota:
Molti mutageni sono anche cancerogeni, perché le mutazioni indotte in geni di controllo del ciclo cellulare possono favorire lo sviluppo di tumori.

💥 Cosa sono gli agenti mutageni?

Gli agenti mutageni sono fattori fisici, chimici o biologici che modificano la struttura del DNA o interferiscono con i suoi meccanismi di replicazione e riparazione.

🔹Mutageni fisici

• Radiazioni UV: provocano legami anomali tra basi adiacenti (dimeri di timina).

• Radiazioni ionizzanti: rompono i filamenti del DNA (singoli o doppi).

🔹Mutageni chimici

• Agenti alchilanti (es. etilmetansolfonato, EMS) → modificano basi azotate.

• Analoghi delle basi (es. 5-bromouracile) → imitano le basi naturali e causano errori di appaiamento.

• Acridine e intercalanti (es. proflavina) → si inseriscono tra le basi del DNA e provocano frameshift.

🔹Mutageni biologici

• Virus → possono inserire il proprio DNA nel genoma ospite (es. HPV, virus dell’epatite B).

• Trasposoni → segmenti mobili di DNA che si “spostano” e alterano geni.

📊 Frequenza e tasso di mutazione

• Frequenza di mutazione: numero di volte in cui una mutazione compare in una popolazione.

• Tasso di mutazione: probabilità che una mutazione avvenga in un determinato gene per generazione.

📉 Valori tipici:

• Nell’uomo: da 10⁻⁴ a 10⁻⁷ mutazioni/gene/generazione.

• Varia a seconda di:

  1. Dimensione del gene (più grande → più mutabile).

  2. Presenza di “hot spots” → regioni particolarmente soggette a mutazioni.

  3. Sequenze CpG islands → basi citosina seguite da guanina, più instabili per metilazione.

💡 Esempi concreti:

• Gene DMD (distrofia muscolare di Duchenne): tasso di mutazione alto (~1/10.000).

• Gene piccoli (es. per enzimi metabolici): tasso molto più basso (~1/10.000.000).

🧠 Da cosa dipende la frequenza naturale delle mutazioni?

Dipende da:

• la costituzione genetica dell’individuo (alcuni genomi sono più instabili),

• la lunghezza e la complessità del gene,

• l’efficienza dei sistemi di riparazione del DNA,

• l’ambiente intracellulare (presenza di radicali liberi o stress ossidativo).

• Le mutazioni spontanee sono una fonte essenziale di variabilità per l’evoluzione.

• Le mutazioni indotte sono usate in ricerca genetica e miglioramento delle piante (mutagenesi controllata).

• Alcuni organismi come i virus a RNA (es. HIV, influenza) hanno altissimi tassi di mutazione, motivo per cui evolvono rapidamente e resistono ai farmaci.

🧠 cosa sono le mutazioni spontanee?

Le mutazioni spontanee sono variazioni del DNA che avvengono senza intervento di agenti esterni, cioè in modo naturale e casuale.
Sono eventi rari, ma inevitabili, che derivano da errori intrinseci nei processi molecolari cellulari, come:

• la replicazione del DNA,

• la ricombinazione genetica,

• oppure da reazioni chimiche spontanee a carico delle basi azotate.

Caratteristiche principali:

• Avvengono senza causa apparente esterna.

• Sono stabili ed ereditabili se non vengono corrette dai sistemi di riparazione.

• Sono alla base della variabilità genetica naturale, ma anche di malattie ereditarie e tumori.

⚙ quando si verificano?

Principalmente durante la replicazione del DNA, fase in cui la doppia elica viene separata e copiata.
Il macchinario enzimatico (DNA polimerasi e proteine accessorie) ha il compito di:

• Aggiungere nucleotidi complementari alla catena stampo;

• Controllare la correttezza dell’appaiamento;

• Correggere gli errori tramite meccanismi di proofreading.

Tuttavia, anche la DNA polimerasi non è infallibile:

• in media, commette 1 errore ogni 10⁷–10⁸ basi,

• ma grazie ai sistemi di correzione, solo 1 su 10⁹–10¹⁰ diventa una mutazione stabile.

🧪erroi dovuti alle basi tautomeriche

Che cosa sono i tautomeri?
Le basi azotate del DNA (adenina, timina, citosina e guanina) possono esistere sotto due forme strutturali alternative, dette tautomeriche:

• una forma stabile (più comune),

• e una forma rara e transitoria (tautomero).

Queste forme differiscono per la posizione di atomi di idrogeno e per la distribuzione dei legami (es. cheto ↔ enolo o ammino ↔ immino).

Effetto sul DNA:
Le forme tautomeriche alterano la capacità di formare legami idrogeno, generando appaiamenti anomali (non canonici).

Esempi:

• Adenina (in forma tautomerica) → si appaia con citosina invece che con timina → errore A–C.

• Guanina (in forma tautomerica) → si appaia con timina invece che con citosina → errore G–T.

Conseguenza finale:
Se la base ritorna poi alla forma normale, la nuova catena conserva l’errore. Dopo 2–3 cicli di replicazione, l’errore si “fissa” → si ottiene una mutazione puntiforme detta transizione (purina↔purina o pirimidina↔pirimidina).

💡 Esempio pratico:
DNA originale: 5’-G C-3’
→ forma tautomerica G–T durante la replicazione
→ successivamente: 5’-A T-3’
→ mutazione G:C → A:T (transizione).

🧬 slittamento dell’elica

Durante la replicazione, il DNA polimerasi può incontrare sequenze ripetute (come AAAA, CCGG, ecc.) e “scivolare” sullo stampo, causando appaiamenti disallineati.

Due possibilità:

1. 🔹 Slittamento della catena stampo:
   → una o più basi della catena madre sporgono e non vengono copiate.
   → Risultato: delezione nella nuova catena.

2. 🔹 Slittamento della nuova catena:
   → lo stampo viene “letto due volte”.
   → Risultato: inserzione di basi aggiuntive.

Effetto complessivo:
Entrambi i casi producono mutazioni frameshift, cioè spostano la cornice di lettura del gene durante la traduzione → la proteina risultante è totalmente alterata e spesso non funzionale.

💡 Esempio clinico:
L’espansione di triplette ripetute (come CAG, CGG) causa malattie genetiche come:

• Corea di Huntington,

• Sindrome dell’X fragile,

• Distrofia miotonica.

Queste patologie derivano proprio da slittamenti ripetuti in zone “hot spot”.

cosa sono gli hot spots?

Gli hot spots sono regioni del genoma particolarmente predisposte a mutazioni.
Sono caratterizzate da:

• sequenze ripetute o simmetriche,

• presenza di CpG islands (regioni ricche in C seguita da G),

• basi chimicamente instabili, come la 5-metilcitosina.

Motivo:
Le CpG possono essere metilate (→ 5-metilcitosina), e questa base è chimicamente molto reattiva, soggetta a deaminazione spontanea che la trasforma in timina → errore non riconosciuto → mutazione stabile.

Effetto evolutivo:
Questi “punti caldi” contribuiscono alla diversità genetica ma anche a mutazioni patologiche nei geni cruciali (es. p53, BRCA1).

cos’è la depurinazione?

È la perdita spontanea di una base purinica (adenina o guanina) dal DNA.
Avviene per rottura del legame N-glicosidico tra base e desossiribosio, lasciando un sito “vuoto” detto sito apurinico (AP site).

Cause:

• Attacchi idrolitici spontanei (acqua → rottura del legame).

• Normale instabilità chimica del DNA in ambiente cellulare.

Conseguenze:

• Durante la successiva replicazione, la DNA polimerasi trova un “buco” e può inserire un nucleotide casuale → mutazione non prevedibile.

💡 Dati quantitativi:
Ogni cellula umana subisce circa 10.000 depurinazioni al giorno, ma quasi tutte vengono riparate dal sistema BER (Base Excision Repair).

cos’è la deaminazione?

La deaminazione è una reazione chimica spontanea in cui una base azotata del DNA perde un gruppo amminico (-NH₂).
Questo gruppo è importante perché contribuisce a determinare quali legami idrogeno la base può formare.
Quando lo perde, la base cambia struttura e comportamento chimico, quindi non si appaia più con la base corretta, ma con un’altra.

👉 In pratica, una base “si trasforma” in un’altra, e questo cambia le coppie canoniche A=T / G≡C.

COME AVVIENE

Nel nucleo cellulare, il DNA è immerso in un ambiente acquoso dove avvengono continuamente piccole reazioni chimiche:

• idrolisi (rottura con H₂O),

• ossidazioni,

• e deaminazioni.

Queste reazioni non richiedono agenti esterni: sono spontanee e dipendono dal tempo, dal pH e dalla temperatura fisiologica.
La cellula normalmente le ripara subito, ma se l’errore sfugge, viene “fissato” nella prossima replicazione.

conseguenze

Una mutazione cambia la sequenza di DNA → può alterare:

• la proteina prodotta,

• la sua funzione,

• oppure non avere effetto (mutazione silente).

TIPI DI DEAMINAZIONE E CONSEGUENZE CHIMICHE

Base di partenza	Base dopo la deaminazione	Effetto sull’appaiamento	Conseguenza mutazionale
Citosina (C)	→ Uracile (U)	U si appaia con Adenina (A)	Alla replicazione → G:C diventa A:T (transizione)
5-metilcitosina (5mC)	→ Timina (T)	T si appaia con Adenina (A)	Mutazione non riconosciuta → transizione stabile G:C → A:T
Adenina (A)	→ Ipossantina (I)	I si appaia con Citosina (C)	A:T → G:C (transizione)
Guanina (G)	→ Xantina (X)	X si appaia ancora con Citosina (C)	Di solito nessuna conseguenza, ma può bloccare la replicazione

⚙ Tipi di effetto

Tipo	Effetto	Esempio
Silente	Nessun cambiamento nella proteina	AAA→AAG (Lys)
Missense	Cambia un amminoacido	Anemia falciforme
Nonsense	Codone di stop prematuro	Distrofia Duchenne
Frameshift	Inserzione/delezione → lettura spostata	Talassemia β

cos’è la depurinazione?

• La depurinazione è la perdita spontanea di una base purinica (Adenina o Guanina) dal DNA.

• Si rompe il legame N-glicosidico che lega la base allo zucchero (desossiribosio).

• La molecola rimane con un sito apurinico (AP site), priva della base.

🔹 Meccanismo e conseguenze

1. Sito AP presente → DNA polimerasi deve replicare la sequenza.

2. La polimerasi inserisce un nucleotide casuale → mutazione puntiforme.

3. Se vicino a sequenze ripetute → possibile frameshift (spostamento della cornice di lettura).

Nota: la depurinazione è casuale ma molto frequente: ~10.000 eventi/cellula/giorno.

🔹 Riparazione

• Il sistema Base Excision Repair (BER):

  1. Rimuove lo zucchero senza base (AP site).

  2. Inserisce la base corretta → evita mutazione.

• Se BER fallisce → mutazione fissa → possibile effetto fenotipico.

🔹 Implicazioni biologiche

• Fonte di variabilità genetica spontanea.

• Se colpisce geni essenziali → può causare malattie ereditarie o aumentare il rischio di cancro.

• Combina frequenza elevata e riparabilità → equilibrio tra stabilità genomica e evoluzione.

differenza tra deaminazione e depurinazione

• Deaminazione: cambia identità chimica della base, ma la base resta legata allo zucchero.

• Depurinazione: perde completamente la base, lasciando un buco (AP site) nel DNA.

• Entrambe possono portare a mutazioni puntiformi, ma il meccanismo chimico e il tipo di danno sono diversi.

cos’è la 5mC?

La 5-metilcitosina è una citosina naturale modificata con un gruppo metile sul carbonio 5. Si trova soprattutto nelle regioni CpG, che sono importanti per la regolazione dell’espressione genica e per meccanismi epigenetici.

Questa base può subire deaminazione spontanea, trasformandosi in timina. A differenza della citosina normale, che quando diventa uracile viene riconosciuta e riparata dai sistemi di riparazione del DNA, la timina derivata dalla 5-metilcitosina non viene correttamente riconosciuta come errore. Di conseguenza, la mutazione rimane stabile e permanente.

Questo fenomeno porta alla sostituzione di una coppia G-C con una coppia A-T. Le regioni ricche di 5-metilcitosina, come le CpG islands, diventano quindi punti caldi per le mutazioni spontanee. Queste mutazioni sono tra le più comuni nel genoma umano e possono avere effetti importanti, sia sull’evoluzione che sulla comparsa di malattie genetiche o tumori.

In sintesi, la presenza di 5-metilcitosina aumenta la probabilità di mutazioni spontanee non riparabili, rappresentando una delle principali fonti di variabilità genetica e di transizioni C-T nel DNA umano.

cosa sono le mutazioni indotte?

Le mutazioni indotte sono variazioni del DNA che si verificano quando la frequenza di mutazione aumenta per l’azione di agenti esterni, detti mutageni, chimici o fisici. Questi agenti favoriscono errori durante la replicazione del DNA, modificano le basi o danneggiano la struttura cromosomica.

Le mutazioni indotte rappresentano un compromesso evolutivo: le novità genetiche sono utili per la diversità e l’adattamento, ma solo quelle selezionate stabilmente dall’ambiente restano nel genoma a lungo termine.

mutageni chimici

I mutageni chimici sono sostanze in grado di aumentare il tasso di mutazioni rispetto al livello spontaneo. Possono agire in diversi modi: modificando le basi del DNA, intercalandosi tra le coppie di basi, generando radicali altamente reattivi, o alterando la catena stampo durante la replicazione. Possono avere specificità variabile, alcuni selezionano bersagli precisi nel genoma e vengono usati come strumenti sperimentali per identificare geni o sequenze.

🔹 Tipologie principali e meccanismi1⃣ Analogi delle basi

• Molecole simili alle basi naturali, incorporabili nel DNA durante la replicazione.

• Esempio: 5-bromouracile (5BU), derivato della timina con il gruppo metile sostituito dal bromo.

  • Stato normale → si comporta come timina → si appaia con adenina

  • Stato raro → si comporta come citosina → si appaia con guanina

• Conseguenze:

  • Se incorporato nello stato normale e poi passa allo stato raro → transizione TA → CG

  • Se incorporato nello stato raro → transversione CG → AT

• Importanza: strumenti per riconoscere sequenze nucleotidiche e identificare geni mutanti.

2⃣ Agenti alchilanti

• Chimici che aggiungono gruppi alchilici (metile, etile) alle basi.

• Effetto principale: alterano l’appaiamento canonico → coppie di basi non corrette.

• Esempi: guanina metilata si comporta come adenina, timina metilata come citosina.

• Conseguenza: mutazioni puntiformi per transizione (es. G→A, T→C).

• Uso sperimentale: studio dei geni e identificazione dei loci mutati.

3⃣ Agenti intercalanti

• Molecole planari, simili per dimensioni e forma a una coppia di basi purina-pirimidina.

• Si inseriscono tra le coppie di basi del DNA.

• Esempi: coloranti acridinici, proflavina.

• Meccanismo:

  • Inserimento nel filamento stampo → inserzione casuale di un nucleotide → mutazione frameshift

  • Inserimento nel filamento neo-sintetizzato → alla replicazione successiva → delezione → frameshift

• Conseguenza: alterazione della cornice di lettura, possibile perdita di funzione proteica.

4⃣ Radicali liberi chimici

• Molecole o atomi con un elettrone spaiato, molto reattivi.

• Possono reagire con:

  • Basi azotate → modificazioni chimiche → mutazioni

  • Altre molecole biologiche → perossidazione lipidica delle membrane

• Conseguenze: danni irreversibili, mutazioni puntiformi o estese, alterazioni strutturali, possibili effetti sulla divisione cellulare.

🔹 Effetti generali dei mutageni chimici

• Errori durante la replicazione → mutazioni puntiformi o frameshift

• Alterazione delle coppie di basi → transizioni o transversioni

• Danno alle sequenze geniche → possibile perdita di funzione o acquisizione di funzione

• Possono essere specifici per alcuni loci (hot spots mutazionali)

• Contribuiscono alla variabilità genetica, evoluzione, ma anche malattie e cancro

mutageni fisici

I mutageni fisici sono agenti esterni che aumentano il tasso di mutazioni nel DNA tramite danno diretto o indiretto alle basi, alla struttura dei cromosomi o al meccanismo di replicazione. Possono essere radiazioni ionizzanti o radiazioni UV.

• L’azione è spesso subdola e diffusa, non sempre evidente.

• Possono influire sia sull’individuo esposto sia sulla progenie, con effetti a lungo termine sulle popolazioni.

1⃣ Radiazioni ionizzanti

• Comprendono raggi X, raggi alfa, gamma.

• Meccanismo: superano l’energia di legame degli elettroni → generano radicali liberi.

• Effetti sul DNA:

  • Danno diretto alle basi → alterazioni chimiche

  • Rottura dello scheletro zucchero-fosfato → rottura cromosomi

  • Danno all’apparato di divisione cellulare → possibile morte cellulare o aberrazioni

• Conseguenze: mutazioni, alterazioni cromosomiche, potenziali effetti sull’organismo e progenie.

2⃣ Luce ultravioletta (UV)

• Lunghezza d’onda ~260 nm → assorbita da purine e pirimidine.

• Effetti principali: dimeri di timina tra basi adiacenti sullo stesso filamento.

• Conseguenze:

  • Distorsione della doppia elica

  • Blocco della replicazione se il dimero non viene riparato → la sequenza non può essere copiata correttamente

• Sistemi di riparazione:

  • Fotoliasi (in presenza di luce)

  • Riparazione scissione nucleotidica (al buio)

• Nota: gli organismi esposti al sole hanno sistemi di protezione, ma dosi elevate (es. radiazioni nucleari) possono essere letali.

• 3⃣ Radicali liberi fisici

  • Generati da radiazioni ionizzanti o UV.

  • Molecole o atomi con elettrone spaiato, altamente reattivi.

  • Possono reagire con:

    • basi azotate → modificazioni chimiche → mutazioni

    • membrane e altre strutture → danni irreversibili

  • Conseguenze: mutazioni puntiformi, frameshift, rotture cromosomiche, morte cellulare.

  🔹 Effetti generali dei mutageni fisici

  • Danno diretto al DNA → mutazioni puntiformi o estese

  • Distorsione della doppia elica → blocco replicazione

  • Alterazioni cromosomiche → possibile perdita di funzione, aberrazioni

  • Variabilità genetica e rischi per la salute → aumento di suscettibilità a malattie o tumori

  🔹 Prevenzione

  • Limitare l’esposizione a mutageni fisici e chimici

  • Utilizzare sistemi di protezione naturali o artificiali

  • Importante per ridurre danni irreversibili a individui, progenie e popolazioni

radicali liberi mutageni chimici vs radicali liberi mutageni fisici

🔹 Radicali liberi come mutageni chimici

• Generati da sostanze chimiche altamente reattive (es. ossidanti, agenti alchilanti).

• Agiscono chimicamente sul DNA e su altre molecole biologiche, modificando basi azotate o provocando perossidazione lipidica delle membrane.

• Conseguenze: mutazioni puntiformi o estese, danni irreversibili.

🔹 Radicali liberi come mutageni fisici

• Generati da radiazioni ionizzanti o UV che strappano elettroni dagli atomi.

• Possono reagire con basi del DNA, scheletro zucchero-fosfato o membrane cellulari.

• Conseguenze: mutazioni, rotture cromosomiche, danni alla replicazione o alla divisione cellulare.