Il Controllo Dell'Espressione Genica LA REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI E NEGLI EUCARIOTI, Appunti di Biologia

Scarica Il Controllo Dell'Espressione Genica LA REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI E NEGLI EUCARIOTI e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! Il Controllo Dell'Espressione Genica LA REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI E NEGLI EUCARIOTI PROCARIOTI Quando un gene è attivato,una sequenza di DNA viene trascritta in mRNA e il suo messaggio è tradotto in specifiche molecole proteiche. Il processo complessivo con cui l'informazione genetica passa dai geni alle proteine è detto "espressione genetica". Ad esempio l'E.Coli può trovarsi nel nostro intestino in ambienti diversi: ambiente ricco di grassi e glucosio, se si è mangiato pane e burro, o di lattosio, se si è bevuto un bicchiere di latte scremato. In questo caso, l'E.Coli per risparmiare energia produce 3 enzimi necessari per digerire il lattosio, solo una volta presente nell'intestino. I geni che codificano per questi enzimi sono attivati dallo stesso sistema di regolazione e sono vicini tra loro. Accanto a questo gruppo di geni vi sono due sequenze di controllo, che partecipano alla loro regolazione. Una sequenza di nucleotidi corrisponde al promotore, il sito in cui si attacca l'RNA-polimerasi che catalizza la trascrizione. Un segmento di DNA chiamato operatore agisce invece come interruttore tra il promotore e questi tre geni. L'operatore decide quando l'RNA-polimerasi può attaccarsi al promotore e iniziare quindi la trascrizione dei geni. Un simile aggregato è chiamato operone ed è presente solo nei procarioti. • L'operone Lac (lattosio=glucosio + galattosio) inizia a operare quando E.Coli viene a contatto col lattosio e tutti gli enzimi necessari alla sua demolizione vengono assemblati contemporaneamente poiché i geni dell'operone sono controllati tutti dall'operatore. Quando l'operone lac è disattivato, non è presente lattosio nell'ambiente cellulare. La trascrizione è bloccata da una molecola chiamata repressore, una proteina che funziona legandosi all'operatore e impedendo all'RNA polimerasi di attaccarsi al promotore. Il repressore proviene dal gene regolatore, situato all'esterno dell'operone. Per attivare l'operone lac, è necessario che il lattosio si leghi al repressore cambiandone la forma e impedendo l'attacco all'operatore. È solo così che l'RNA polimerasi può legarsi al promotore e cominciare a scorrere lungo i geni dell'operone. • Un secondo tipo di operone, detto trp, e controlla la sintesi degli enzimi per la produzione del triptofano(amminoacido). Al contrario del'operone lac, esso è controllato da un repressore che è inattivo quando si trova da solo; per attivarsi deve combinarsi con una piccola molecola specifica. o Un terzo tipo di operoni usa gli attivatori, proteine che attivano gli operoni legandosi al DNA. Queste facilitano il legame dell'RNA-polimerasi con il promotore, invece che bloccarlo. Con questa varietà di operoni l'E.Coli e gli altri procarioti possono sopravvivere in ambienti mutevoli. EUCARIOTI Negli organismi eucarioti, durante le ripetute divisioni cellulari, che porteranno uno zigote a diventare un organismo pluricellulare adulto, le singole cellule vanno incontro al differenziamento,ossia diventano specializzate nella struttura e nelle funzioni. Il differenziamento è il risultato dell'espressione selettiva dei geni, alcuni vengono attivati, mentre altri rimangono inattivi; il differenziamento non comporta cambiamenti irreversibili al DNA della cellula. Un indizio di questo, è rappresentato dal fenomeno naturale della rigenerazione, ossia la sostituzione di parti corporee perdute che si riscontra in certe specie. Molti animali sono in grado di rigenerare le parti mancanti e a volte, è addirittura possibile che alcune cellule differenziate isolate perdano la loro specializzazione e diano di nuovo origine all'intero organismo. Se srotolato, il DNA complessivo dei 46 cromosomi di una cellula, raggiungerebbe tre metri di lunghezza. Tutto questo DNA può essere contenuto in un nucleo grande circa 5 µm, grazie a un elaborato sistema di avvolgimento e di ripiegamenti (spiralizzazione). Tale sistema prevede più livelli di complessità ed è caratterizzato dal fatto che il DNA (inizialmente ha 2 nm di diametro) è associato a piccole proteine chiamate istoni. Al primo livello di spiralizzazione gli istoni sono attaccati al DNA. Si vengono così a formare i nucleosomi (10 nm di diametro), formati da un filamento di DNA avvolto due volte attorno a un nucleo proteico formato da 8 istoni. I nucleosomi adiacenti sono uniti tra loro da brevi tratti di DNA, chiamati linker. In un successivo livello di spiralizzazione la collana si avvolge su se stessa, formando una fibra elicoidale compatta (30 nm di diametro). Un ulteriore riavvolgimento di questa fibra dà origine a una struttura elicoidale più spessa con un diametro di circa 300 nm. Successivi livelli di ripiegamento e avvolgimento consentono alla cellula di contenere enormi quantità di DNA. Quindi le cellule possono usare i più alti livelli di spiralizzazione per mantenere a lungo i geni inattivi, visto che per far attivare un gene, gli istoni devono staccarsi dal DNA (despiralizzazione). Nelle femmine dei mammiferi uno dei due cromosomi X si presenta fortemente condensato in tutte le cellule somatiche e quasi del tutto inattivo. Questa disattivazione del cromosoma X si verifica in uno stadio precoce dello sviluppo embrionale coinvolgendo uno a caso dei due cromosomi X e viene ereditata da tutte le rispettive cellule figlie.Una cellula eucariotica ha bisogno di attivare (quindi di trascrivere) solo quella piccola parte dei geni necessaria per la sua specifica funzione all'interno dell'organismo. L'attivazione di un gene eucariotico coinvolge, oltre all'RNA-polimerasi, alcune proteine di regolazione chiamate fattori di trascrizione, tra cui gli induttori; essi si legano ad alcune sequenze di DNA chiamate enhancer o intensificatori. Probabilmente il DNA si ripiega e gli induttori interagiscono con altri fattori di trascrizione che poi si legano tra loro presso il promotore del gene. Questo complesso di proteine facilita il corretto legame tra l'RNA-polimerasi e il promotore, e favorisce l'inizio della trascrizione. Oltre agli enhancer e agli induttori, vi sono anche i repressori, proteine che possono legarsi alle sequenze di DNA chiamate silencer (silenziatori) e funzionare di conseguenza da inibitori per l'avvio della trascrizione. In sintesi, sia gli eucarioti sia i procarioti regolano la trascrizione del DNA tramite proteine che si legano al DNA, ma nei primi il processo è più complesso. Una volta