regolazione dell'espressione genica, nei procarioti e negli eucarioti, operatore e promotore, vari tipi di regolazione, Dispense di Genetica

Scarica regolazione dell'espressione genica, nei procarioti e negli eucarioti, operatore e promotore, vari tipi di regolazione e più Dispense in PDF di Genetica solo su Docsity! LA REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA Ci sono cellule come le cellule eucariote che hanno meccanismi più complessi rispetto alle cellule procariotiche, per cui ciascuna ha un ruolo specifico, quindi è indispensabile che la cellula svolga le sue funzioni in maniera precisa. Alcuni geni vengono espressi in maniera costitutiva, in quanto la loro espressione è fondamentale per il loro corretto funzionamento della cellula. Tali geni detti housekeeping che troviamo sia nei procarioti che negli eucarioti. Sono sempre espressi. Un esempio di geni costituiti sono quelli che codificano per tRNA o per proteine ribosomiali. Le cellule procariotiche subiscono cambiamenti rapidi e reversibili delle vie metaboliche che consentono loro di adattarsi velocemente condizioni ambientali. Esistono dunque accanto a geni housekeeping anche geni inducibili o reprimibili. Quando l’ambiente cambia, alcuni processi metabolici vengono bloccati mentre altri vengono attivati. Nei procarioti la maggior parte dei geni è organizzata in operoni. Un operone è un insieme di geni procariotici poste sotto il controllo di diverse sequenze regolatrici di DNA. Tra le sequenze regolatrici troviamo: -Promotore -Operatore Il trascritto di un operone è unico e codificherà per più proteine. Ecco l'importante è sapere che ogni cellula ha i suoi geni housekeeping è che questi vengono sempre espressi in ogni condizione e in ogni momento funzionale. La trascrizione di 3 geni che formano un operone avviene una volta e codifica per 3 proteine diverse. Il promotore è sempre presente. L’operatore è un’altra sequenza regolatrice che può o non può essere presente, l’operone vuol dire che sotto il controllo dello stesso promotore abbiamo CDS di geni diversi e sono uno di fianco all’altra. Il gene è costituito da: promotore, 5 primo UTR, CDS del gene 1, CDS del 2, CDS del gene 3, 3 primo UTR. Abbiamo 3 geni codificano per 3 enzimi che effettuano IDROLIZZAZIONE DEL LATTOSIO, e sono tutti e tre sotto il controllo dello stesso promotore quindi uno operone è un insieme di geni sotto il controllo delle sequenze regolatrici del DNA. I geni si trovano uno accanto all'altro proprio perché la cellula ha necessità di esprimere di tutti e tre contemporaneamente siccome svolgono la stessa funzione piuttosto che trascriverle solo uno gene produce direttamente un trascritto che li contenga tutti e tre. Questi 3 lavorano insieme per consentire al lattosio di essere trasportato nella cellula batterica e idrolizzato, questo operone non è costitutivo, perché la cellula batterica utilizza il glucosio come fonte di energia, se c’è lattosio invece la cellula batterica sintetizza gli enzimi del lattosio come fonte di energia. Accanto al promotore può essere presente l’operatore è una sequenza regolatrice che può o non può essere presente che si trova tra l’unità trascrizionale e il promotore. un esempio e l’operone LAC Il nostro batterio di riferimento è L. coli, l’operone Lac è così organizzato abbiamo, 3 geni LACz che codifica per la ᵦ-galattosidasi che consente l’idrolizzazione del lattosio LACy che codifica per la permeasi LACa che codifica per la transacetilasi Questi 3 lavorano insieme per consentire al lattosio presente nel mezzo e di essere trasportato nella cellula batterica e idrolizzato. Un operone inducibile, viene trascritto in presenza di un induttore in questo caso è il lattosio e quindi un operone non espresso dalla cellula viene espresso nel momento in cui è presente l’induttore. Questo gene è un operone inducibile cioè viene indotto dalla presenza del lattosio quindi se nel mezzo c'è il glucosio questo perone non viene espresso o se ci sono glucosio e lattosio la cellula batterica preferisce il glucosio utilizza il glucosio accanto al promotore in questo operone troviamo anche l'operatore, l'operatore in questo caso ma non è sempre così è localizzato tra il promotore e fra due unità trascrizionale questi tre costituiscono la nostra unità trascrizionale. Quando nel mezzo non è presente il lattosio ma comunque se c’è il glucosio l’operone non viene trascritto perché c’è un repressore che si lega all’operatore e blocca la polimerasi, il repressore LAC viene trascritto da un altro gene che si chiama LACi. Il repressore LAC lega l’operatore e quindi non vengono trascritti i 3 geni, se c’è il lattosio nel mezzo, la cellula ha necessità di utilizzare il lattosio per produrre energia quindi viene prodotta l’ALLOLATTOSIO, questo lega il repressore e lo disattiva, il repressore non è più capace di legare l’operatore e quindi la polimerasi può trascrivere l’operone LAC. Un operone reprimibile, cioè che normalmente la cellula esprime e che in determinate condizioni decidere di non esprimere. Esempio di un Operone con 5 geni che sono coinvolti nella biosintesi del triptofano, se nel mezzo di crescita in cui si trova il batterio è presente il triptofano allora inizia a prendere questo amminoacido dalla dall'esterno e quindi non ha più bisogno di produrlo per questo è un operone reprimibile. negli operoni inducibili abbiamo l'induttore negli operoni reprimibili abbiamo il repressore Quando il Triptofano è assente nel mezzo abbiamo sempre il promotore, l’operatore ma i geni sono addirittura 5 quindi il numero di geni presenti in un operone sono variabili anche qui c'è un gene regolatorio che produce il repressore è inattivo quindi non lega l’operatore, perciò avviene la trascrizione dei 5 geni. Il triptofano presente lega il repressore e lo attiva, perciò lega l’operatore e la polimerasi non può più trascrivere l’operone. Questi operoni sono reversibili quindi la cellula può passare da una condizione all’altra tutte le volte che ne ha bisogno. Negli eucarioti la regolazione dell’espressione genica si verifica a 4 diversi livelli:  Regolazione trascrizionale la cellula decide se trascrivere o meno un gene e l’intensità con la quale deve essere trascritto  Regolazione post trascrizionale cioè la cellula trascrive un gene e agisce sul trascritto  Regolazione traduzionale la cellula trascrive il gene e il trascritto passa nel citoplasma la regolazione avviene durante la traduzione  Regolazione post traduzionale trascrive il gene, il trascritto va nel citoplasma viene tradotto e la regolazione avviene a livello della proteina. LE MUTAZIONI Una mutazione è un cambiamento nella struttura o nella sequenza di DNA che coinvolge regione genomiche in cui sono presenti dei geni. -Spontanea -Somatica -Indotta -Germinale Da un punto di vista evoluzionistico distinguiamo: -Mutazioni favorevoli cioè l’individuo con la mutazione ha acquisito un vantaggio e questa viene fissata perciò si troverà in tutti gli individui della specie, esempio la vista dei felini nel buio; -Mutazioni neutrali cioè l’individuo non avrà ne uno svantaggio e ne un vantaggio, non influisce sulle attività dell’individuo; -Mutazioni deleterie può conferire uno svantaggio ma non si fissano; -Mutazioni letali gli individui con questa mutazione non sopravvivono. Le mutazioni spontanee e indotte Sebbene la frequenza con cui la DNA polimerasi introduce errori nella sequenza del DNA sia molto bassa, questi eventi sono comunque possibili. Le mutazioni spontanee avvengono durante il processo di replicazione del DNA accanto a queste ci sono quelle indotte cioè dovute all’intervento di particolari sostanze chiamate mutageni, possono essere chimici o fisici, in particolare raggi uv, x, e raggi gamma. Una mutazione somatica interessa le cellule somatiche e gli effetti si osserveranno solo nell’individuo che presenta la mutazione Una mutazione germinale interessa le cellule della linea germinale e quindi la mutazione e gli effetti che essa provoca verranno trasmessi alla generazione successiva. Una mutazione puntiforme determina un cambiamento in un sito specifico del genoma e distinguiamo: Transizioni un nucleotide viene sostituito con un nucleotide dello stesso tipo (purina-purina, pirimidina- pirimidina) Transversioni la sostituzione avviene con un nucleotide di un altro tipo (purina-pirimidina) Indel un'abbreviazione che sta per inserzione o delezione, la delezione può avvenire ad esempio, la polimerasi durante la replicazione salta per un qualsiasi motivo un nucleotide di fatto questo nucleotide viene deleto e quindi la sequenza che ne deriverà avrà perso un nucleotide. Al contrario non l’inserzione la DNA polimerasi può erroneamente aggiungere un nucleotide in più che però non corrisponde a nessun nucleotide sullo stampo e la molecola che ne deriverà avrà un’inserzione. Gli effetti di una mutazione puntiforme possono essere molteplici. Si parla di: Mutazione missenso se la sostituzione nucleotidica causa un cambiamento di codone. Mutazione non senso in questo caso il codone viene convertito in un codone di stop e in questo caso si dice che viene prodotta una proteina tronca. Mutazione silente perchè non causa effetti sulla proteina, perché il codone che si ottiene specifica per lo stesso aminoacido del codone originario. L’inserzione di un nucleotide e anche la delezione causano uno scivolamento della fase di lettura, questo vuol dire che tutti i codoni da quel punto in poi verranno letti in maniera diversa, la sequenza della proteina potrebbe essere completamente diversa. Se l’indel interessa 3 nucleotidi, verrà aggiunto semplicemente un amminoacido e non avverrà più lo scivolamento della fase di lettura. Infatti abbiamo: la mutazione in frame consiste proprio nell'inserzione o nella delezione di tre nucleotidi o di un multiplo di tre perché questa non causa lo scivolamento della fase di lettura. La mutazione di Splicing la mutazione interessa la giunzione esone introne e l’insorgenza di una mutazione in questo punto può causare errori durante lo splicing ad esempio l’introne non viene rimosso, oppure viene rimosso sia l’introne che l’esone. L’inserzione di un elemento trasponibile all’interno di un gene ha quasi sempre effetti deleteri. Inoltre alcuni trasposoni, che si trasferiscono mediante un meccanismo taglia/incolla, possono nella fase di escissione portare con sé alcuni nucleotidi del sito d’origine causando una delezione. Oppure abbiamo l'eliminazione di un esone Le mutazioni puntiformi sono dovute ai trasposoni che sono sequenze di DNA capace di spostarsi da un punto all'altro del genoma, il trasposone si inserisce all'interno di un gene interrompe il gene e quindi quel gene o non verrà per niente espresso oppure porterà la produzione di una proteina tronca. Una mutazione cromosomica provoca l’alterazione della struttura del cromosoma.  Delezioni  Duplicazioni  Traslocazioni  Inversioni Delezioni è la rimozione di una porzione di cromosoma, a seconda della regione interessata, gli effetti possono essere più o meno gravi. Possono essere causate da agenti mutageni, infezioni virali o da errori che si verificano durante il crossing-over (meiosi I). se la delezione interessa una regione del cromosoma che ricca di geni gli attacchi potrebbero essere anche molto deleteri, inoltre se la delezione riguarda la regione contenente il centromero c'è un cromosoma cosiddetto acentrico l'assenza del centromero non consentirà durante la divisione cellulare l'adeguata ripartizione dei cromosomi nelle cellule figlie e quindi quel cromosoma andrà perso. L'applicazione è legata alla duplicazione di una porzione di cromosoma. Duplicazioni una porzione di cromosoma viene duplicata, questa può unirsi ad un altro cromosoma oppure esistere come un nuovo cromosoma. Può essere causata sempre da errori durante il crossing over siamo nell'ambito della meiosi oppure meccanismi di riparazione del DNA che intervengono in maniera errata. L’applicazione può essere in tandem cioè la porzione di DNA del cromosoma viene duplicata viene inserita fiancheggiando la porzione originale con lo stesso orientamento, può essere in tandem invertita quindi un pezzettino di cromosoma viene duplicato e invertito, in tandem terminale quando viene aggiunto all’estremità del cromosoma Quando viene coinvolto il centromero può creare un nuovo cromosoma. Traslocazioni Una porzione di cromosoma viene escissa e reinserita in un altro punto dello stesso cromosoma o di un cromosoma diverso. Le conseguenze sono variabili a seconda della regione genomica interessata. Si parla di:  traslocazione intracromosomica non reciproca se la porzione interessata viene trasferita in un altro punto dello stesso cromosoma;  Traslocazione intercromosomica non reciproca se la porzione di DNA viene traslocata su un altro cromosoma;  Traslocazione intercromosomica reciproca quando 2 cromosomi si scambiano 2 porzioni di DNA. Inversioni Una porzione di cromosoma viene escissa e i meccanismi di riparazione del DNA la reinseriscono dopo averla stata ruotata di 180 gradi. Spesso non vi sono conseguenze gravi per la cellula. Possono essere:  Paracentriche se non includono il centromero  Imparacentriche se includono il centromero Organizzazione dei cromosomi negli eucarioti Ciascun individuo possiede uno specifico corredo cromosomico. Il numero e la morfologia dei cromosomi sono caratteristici di una data specie. Numero cromosomico aploide (n) numero di cromosomi presenti nel gamete Definisce l’assetto cromosomico del gamete. Numero di base (x) Corrisponde al numero di cromosomi differenti presenti in una specie. Corredo cromosomico diploide Ciascun tipo di cromosoma è costituito da una coppia di cromosomi omologhi. Nell’uomo n=23 e x=23, quindi 2n=2x=46 !!! L’uomo per ciascun cromosoma ha una copia. Quindi 23 coppie di cromosomi. Cromosomi omologhi che contengono la stessa informazione, negli organismi diploidi n ed x coincidono.