LA REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA DEI PROCARIOTI, Schemi e mappe concettuali di Biologia

Scarica LA REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA DEI PROCARIOTI e più Schemi e mappe concettuali in PDF di Biologia solo su Docsity! LA REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA DEI PROCARIOTI Anche se sono genomi più semplici degli eucarioti, essi sono in grado di regolare la propria espressione genica sulla base del loro fabbisogno al fine di evitare la sintesi di enzimi che non sarebbero utilizzati. Sono cellule che in genere utilizzano il glucosio come fonte di energia ma alcuni batteri hanno sviluppato dei meccanismi che permettono di utilizzare zuccheri alternativi ad esempio il lattosio. Essendo per natura unicellulari, con una crescita rapida e con una vita breve ... devono sintetizzare solamente prodotti proteici di cui hanno bisogno in quel momento. | batteri rispondono ai cambiamenti ambientali attivando o disattivando la trascrizione dei propri geni in maniera rapida ed efficiente e questo è possibile perche i geni funzionalmente correlati, coinvolti nella stessa funzione, si trovano nel DNA dei batteri nello stesso operone. Come avviene quindi la trascrizione ovvero come i geni vengono trascritti da una molecola di DNA ad una molecola di mRNA che sarà necessaria per la sintesi delle proteine ?? Il tutto avviene grazie ad una unità di trascrizione chiamata OPERONE. L'OPERONE (complesso di piu' geni posti in serie e trascritti tutti a partire da un solo promotore) è riconoscibile all’interno del DNA perchè comprende diverse sequenze : - il PROMOTORE (rappresenta una zona di riconoscimento e di attacco per la molecola di RNA-polimerasi cioè l'enzima deputato alla sintesi di RNA a partire da uno stampo di DNA) - OPERATORE = una sequenza di nucleotidi posta dopo il promotore al quale si lega un repressore o un attivatore. E' la parte più importante perchè è a questo livello che ‘avviene la trascrizione, L'operatore è regolato da proteine che possono attivare la trascrizione oppure inibirla. Nel caso in cui la proteina induca e awvii la trascrizione prende il nome di attivatore (CONTROLLO POSITIVO), in questa fase la RNA - polimerasi si lega al promotore e inizia la lettura dei geni strutturali. Nel caso in cui invece la proteina reprima la trascrizione prende il nome di repressore (CONTROLLO NEGATIVO), in questa fase la RNA - polimerasi non riesce a legarsi al promotore quindi la trascrizione viene bloccata e non può avvenire in quanto non possono essere letti i geni strutturali. - 10 più GENI STRUTTURALI (codificano le proteine e le attività enzimatiche) e si trovano dopo l'operatore - un GENE REGOLATORE = codifica la proteina REPRESSORE che si legherà all'operatore. Può trovarsi in qualsiasi punto del cromosoma. In verità non appartiene all’operone - il TERMINATORE TERMINATSEE OPERONE Geni strutturali V N.B. l’operone viene trascritto tutto insieme, formando un unico MRNA anche se i geni strutturali corrispondono a proteine separate (esempio n° 3 nell’operone lac e n° 5 nell’operone trp) REGOLAZIONE GENICA NEI BATTERI trascrizionale : regola la trascrizione dei geni e. Controllo positivo e negativo (a) Controllo negativo (b) Controllo positivo Sito di legame Sito di legame Sito di legame Sito di legame dell’attivatore del repressore Gene dell’attivatore del repressore Gene | Promotore | pes I Promotore | n pref ni n. Il repressore L'attivatore y RNA = inibisce facilita f la trascrizione la trascrizione é polimerasi Promotore OFF RNA >» polimerasi Repressore Roo CONTROLLO NEGATIVO INDUCIBILE cr i OFERONE leo I I n INS mRNA MRNA N N 22 | I iù > è © # pra enzimaZ enzima) enzimaA Una proteina repressore è normalmente legata all'operatore e blocca la trascrizione dei geni strutturali poichè, ostacolando il promotore, impedisce all’RNA-POLIMERASI di legarsi al DNA o, se si lega, non può spostarsi lungo i geni. Se è presente una molecola, chiamata induttore (in questo caso il lattosio, che è un “induttore”) questa si attacca al repressore e, modificandone la forma, lo inattiva e lo stacca dall'operatore così si può avviare la trascrizione. Questa trascrizione genererà un mRNA necessario per la sintesi di tutte quelle proteine che sono in grado di metabolizzare (digerire) il lattosio. Venendo metabolizzato il lattosio, la sua concentrazione diminuisce. E cosa succede se diminuisce il lattosio ?? Succede che le molecole dell'induttore si separano dal repressore che riacquista la sua forma originaria ed è di nuovo in grado di legarsi all'operatore bloccando nuovamentela trascrizione dell’operone lac in pratica : l'operone LAC in assenza di lattosio (condizione ambientale) non ha bisogno di metabolizzare “digerire” il lattosio. Quindi in questo caso la proteina repressore si lega al promotore e reprime la trascrizione dei 3 geni (perchè non servono) Se c'è invece la presenza di lattosio, allora occorre metabolizzario utilizzando gli enzimi dei 3 geni quindi succede che parte del lattosio presente nella cellula di unisce al repressore rendendolo inattivo e permettendo quindi alla RNA-polimerasi di attaccarsi al promotore per permettere la sintesi dei 3 geni. CONTROLLO NEGATIVO REPRIMIBILE cIIO OPERONE up ENS N MRNA MANA SS TT i I & e BL e "fado enzima É enzima D enzima C: enzima Benzina A INS RNA Ea ast fi > ie ropressore In questo caso i geni strutturali sono normalmente attivi e avviene la trascrizione, mentre il repressore, pur essendo prodotto, è inattivo. Questo si attiva in presenza di una molecola, detta corepressore (in questo caso il triptofano, che è un aminoacido utile per il batterio), la quale, modificando la conformazione del repressore, lo rende capace di legarsi all'operatore e di bloccare quindi la trascrizione. Il meccanismo si modifica a secondo della presenza o meno di triptofano nel citoplasma.Se c'è una elevata concentrazione di triptofano il batterio non ha bisogno di sintetizzarlo e di produrlo quindi si blocca la trascrizione. Perchè c’è bisogno di un corepressone ? perchè da solo il triptofano non è in grado di legarsi da solo all'operatore in pratica : la proteina “repressore” è espressa in forma-inattiva quindi non può legarsi all'operone TRP. Per potersi legare e quindi reprimere la trascrizione deve rendersi attiva attraverso un co-repressore (che altro non è che il triptofano stesso) quando è presente in eccesso nel sistema cellulare. Si possono presentare 2 casi : - alti livelli di triptofano : l'aminoacido è in eccesso e quindi la sua sintesi può essere interrotta. Quindi una molecola di triptofano si lega alla proteina “repressore” che era inattiva e “aiuta” il repressore ad attivarsi non permettendo la trascrizione. - bassilivelli di triptofano : il batterio necessita di produrre altro triptofano e dato che la proteina “repressore” è inattiva non può essere inattivata la trascrizione. Gli enzimi quindi possono essere sintetizzati e il triptofano viene prodotto. IN CONCLUSIONE, PER ESSERE PIU' PRECISI, | PROCARIOTI REGOLANO L'ESPRESSIONE GENICA SOPRATTUTTO A LIVELLO DI TRASCRIZIONE (PER RISPONDERE DEI CAMBIAMENTI AMBIENTALI) mediante : - subunità sigma (è richiesta dall'RNA-POLIMERASI per riconoscere il promotore) - l’operone = perla regolazione attiva o negativa della trascrizione - il controllo della terminazione = la trascrizione già iniziata non viene portata a termine in particolari condizioni