Genetica Batterica: Struttura e Funzionamento, Dispense di Chimica

Scarica Genetica Batterica: Struttura e Funzionamento e più Dispense in PDF di Chimica solo su Docsity! Genetica batterica Capsula: involucro di protezione e adesione alle superfici Parete cellulare: rivestimento rigido di protezione e sostegno; consente il mantenimento della forma Membrana plasmatica: circonda la cellula e regola il traffico delle molecole Nucleoide: regione contenente il materiale ereditario (DNA) Plasmidi: porzioni di DNA che posseggono le proprietà di un cromosoma. Ribosomi: organuli preposti alla sintesi proteica Pili: strutture per l’ancoraggio Flagelli: Strutture per il movimento STUTTURA DI UNA CELLULA PROCARIOTICA Il materiale genetico presente nella cellula batterica è costituito dall’insieme di tutti i geni presenti sia nell’unico cromosoma che negli elementi extracromosomici trasmissibili. L’unico cromosoma batterico è costituito da una molecola di DNA circolare a doppio filamento e presente in una unica copia (aploidia) IL MATERIALE GENETICO I plasmidi, elementi genetici extracromosomici presenti in unica o molte copie, sono autonomi rispetto al cromosoma batterico e generalmente trasmissibili da una cellula all’altra. Contengono informazioni importanti ma non indispensabili alla sopravvivenza: produzione di tossine, adesine, enzimi che conferiscono resistenza ai farmaci antibatterici. IL MATERIALE GENETICO Il meccanismo di divisione nei batteri non richiede la fusione di due cellule genitori per la creazione di una cellula figlia, non c’è quindi mescolamento di genomi diversi come accade negli eucarioti. Tuttavia, anche nei batteri esistono meccanismi che permettono di ricombinare i loro geni, estremamente utili dal punto di vista evolutivo, perché introducono quella variabilità genetica che permette di sopravvivere a eventuali cambiamenti dell'ambiente. RICOMBINAZIONE GENICA TRASFORMAZIONE A questo punto i frammenti di DNA entrano, si appaiano e possono ricombinarsi Da un batterio lisato si liberano frammenti di DNA, alcuni dei quali possono penetrare in una cellula viva. Si verifica un evento di ricombinazione tra il frammento di DNA e il cromosoma ospite TRASDUZIONE Meccanismo di trasferimento del DNA da un batterio a un altro a opera di un virus. Il DNA del batteriofago viene iniettato per dare inizio a un ciclo litico. Il DNA dell’ospite viene digerito In una «infezione» successiva, il DNA batterico si inserisce nel nuovo cromosoma ospite mediante ricombinazione Durante il ciclo litico, frammenti di DNA batterico vengono impacchettati nei capsidi fagici (la cell ospite trascrive DNA del fago) Trasduzione 1.11 DNA di un fago temperato penetra nella cellula batterica, 2.11 DNA fagico può essere integrato nel DNA della cellula ospite come un profago. DNA fagico con 3. Quando il profago si geni batterici trasforma in litico, il DNA batterico viene DNA degradato e nuovi fagi vengono prodatti. | nuovi fagi possono contenere | del batterico frammentato DNA batterico, dò O 39 A4.La cellula batterica si lisa e libera fagi, capaci di infettare altre cellule, 5. Un fago infetta una nuova cellula ospite. introdotti nella nuova cellula ospite vengono integrati nel DNA della cellula ospite. Essi diventano parte del DNA batterico e vengono replicati con esso. | 6.1 genl battericì In aggiunta al cromosoma principale, molti batteri ospitano cromosomi circolari più piccoli, definiti plasmidi. Normalmente i plasmidi contengono poche dozzine di geni. I Plasmidi possiedono un’origine della duplicazione (ori, la sequenza in corrispondenza della quale ha inizio la duplicazione del DNA) e ciò consente di considerarli cromosomi. I PLASMIDI Di regola i plasmidi si duplicano in contemporanea con il cromosoma principale, possono trasferirsi da una cellula all’altra durante la coniugazione. I plasmidi hanno un’esistenza indipendente e non c’è bisogno che si ricombinino con il cromosoma principale della cellula ospite perché i loro geni possano essere espressi. I PLASMIDI Quando i plasmidi passano in una cellula mediante coniugazione, i loro geni possono essere espressi nella cellula ricevente. Esistono vari tipi di plasmidi, classificabili in base al tipo di geni che contengono. Tra i tipi di plasmidi oggi noti ci sono: • i plasmidi R (o fattori di resistenza), che portano geni che conferiscono resistenza agli antibiotici. • i plasmidi metabolici che conferiscono capacità metaboliche alle cellule che li contengono. (ex. Alcuni batteri possono. crescere sugli idrocarburi, utilizzandoli come fonte di carbonio) • i plasmidi F (o fattori di fertilità), che rendono possibile la coniugazione I PLASMIDI Oltre alla ricombinazione genica e all’azione di plasmidi e trasposoni, il genoma procariotico è soggetto a una serie di meccanismi che rendono i batteri in grado di adattarsi con rapidità ed efficienza alle variazioni ambientali. I procarioti infatti sono in grado di regolare con precisione le proteine attive nel proprio citoplasma, così da limitare gli sprechi. Di solito il controllo consiste nell’attivare o disattivare i geni che codificano per la sintesi delle proteine, in modo che ciascuna proteina venga prodotta solo quando serve e nella quantità necessaria. GLI OPERONI In un batterio, la sintesi di una proteina può essere regolata nella fase di trascrizione oppure durante la traduzione. Il metodo più comune di regolazione genica nei batteri è il controllo della trascrizione. GLI OPERONI L’operone è l’unità di trascrizione dei batteri. La trascrizione nei procarioti Attualmente la trascrizione nei procarioti si basa su un modello chiamato operone, proposto dai biologi francesi François Jacob e Jacques Monod. Secondo tale modello, il DNA nei procarioti è formato in successione da: - un gene regolatore -una sequenza promotrice dove si attacca la RNA polimerasi (promotore) - una sequenza che fa da aggancio per gli enzimi attivatori o i repressori (operatore) -geni strutturali che codificano per le future proteine La trascrizione nei procarioti I meccanismi di azione del repressore sono principalmente di due tipi: -In alcuni operoni, il repressore blocca stabilmente l’operatore e viene rimosso solo quando giunge un segnale esterno, che causa il distacco. Questo segnale è una molecola specifica chiamata induttore. - In altri casi, il repressore entra in funzione solo in presenza di una molecola esterna, chiamata corepressore, che lo rende capace di legarsi all’operatore. Un esempio di regolazione batterica: l’operone lac Il metabolismo del lattosio in Escherichia coli è un buon esempio per descrivere la capacità di adattamento dei batteri alle variazioni dell’ambiente esterno. La fonte di energia preferita da E. coli è il glucosio, lo zucchero più facile da metabolizzare, ma non tutto il cibo ingerito dall’ospite contiene un’elevata quantità di glucosio. Per esempio, il batterio può trovarsi improvvisamente sommerso dal latte, che contiene lo zucchero lattosio (disaccaride: galattosio + glucosio). Per essere assorbito e metabolizzato da E. coli, il lattosio deve subire l’azione di tre proteine, di cui una (chiamata β-galattosidasi) è un enzima che catalizza la scissione del legame tra i due monosaccaridi. -Se E. coli cresce in un ambiente contenente glucosio ma privo di lattosio, i livelli di queste tre proteine sono estremamente bassi (i geni che le codificano sono «repressi», cioè inattivi). - Se l’ambiente cambia e il lattosio diventa lo zucchero più abbondante, il batterio si affretta a produrre tutte e tre le proteine. Quindi i geni che codificano per queste proteine vengono attivati, cioè trascritti e tradotti. I geni che codificano i tre enzimi coinvolti nel metabolismo del lattosio di E. coli sono geni strutturali. Un esempio di regolazione batterica: l’operone lac Il legame con l’induttore modifica la struttura tridimensionale della proteina repressore. non può più legarsi all’operatore l’RNA polimerasi può legarsi al promotore trascrizione dei tre geni strutturali. sintesi delle tre proteine necessarie al metabolismo del lattosio. L’operone lac In presenza di lattosio… L’operone lac EB Ilattosio induce la trascrizione, DI legandosi al repressore, che Induttora di conseguenza non può legarsi (lattosio) all'operatore. L'ENA polimerasi si lega al promotore. —— Rapressore inattivo —» Direzione della trascrizione DNA RNA polimerasi [4 Quando il repressore non è legato all'operatore, L’RNA polimerasi può trascrivere igeni per gli enzimi. DNA Trascritto di mRNA Î J Traduzione Enzimi della via di metabolica Parmeasi del lattosio wa ded frgalattosidasi Transacetilasi L’operone lac Quando la concentrazione di lattosio si abbassa… Le molecole di induttore (il lattosio) si separano dal repressore, che riacquista la sua conformazione originaria si lega all’operatore blocco della trascrizione dell’operone lac