1) REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA-PROCARIOTI, Appunti di Biologia

Scarica 1) REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA-PROCARIOTI e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA: PROCARIOTI 14/03/2023 Maione CARATTERISTICHE GENERALI REGOLAZIONE GENICA Meccanismi basali del flusso dell’informazione genetica dal DNA sino al prodotto genico finito.  Regolazione dell’espressione genica significa che il processo è controllato e che non tutti i geni vengono usati nello stesso momento e non sempre con la stessa intensità. Quindi esistono livelli diversi di quantità del prodotto finale e del momento in cui si producono.  I geni possono essere accesi o spenti. L’accensione e lo spegnimento sono controllati da diversi agenti come l’ambiente.  Scopo principale nei procarioti e negli eucarioti è quello di fare “economia” e di esprimere solamente geni che servono per le condizioni del momento (tutti gli organismi si sono evoluti per non fare cose “inutili” e sprechi); un altro motivo è che se una qualsiasi cellula esprimesse tutti i geni e avesse tutti i prodotti proteici nello stesso momento ci sarebbe un gran caos, interferenze e gravi problemi.  Negli eucarioti pluricellulari l’espressione è alla base del differenziamento cellulare, che implica accensione di alcuni geni che servono per quel tipo cellulare e spegnimento, anche definitivo, di geni che non servono. LIVELLI DI CONTROLLO NELLA REGOLAZIONE 1) A livello trascrizionale, più logico spegnere o no un gene a monte prima che codifichi per una proteina; 2) A livello della maturazione, cioè un rallentamento o un’accelerazione (3’-poli A, cappuccio); 3) Negli eucarioti, dove c’è una separazione tra nucleo e citoplasma, può essere controllato il trasporto dal nucleo al citosol → complesso del poro; 4) Dopo che l’RNA è stato maturato e trasportato la cellula può decidere se tradurlo oppure no -> traduzionale. TIPI DI GENI COSTITUTIVI: no regolazione, espressione costante; REGOLATI: espressi in relazione ad esigenze cellulari; - Inducibili: geni inattivi → attivati💡 da segnali nell’ambiente; - Reprimibili: geni accesi💡 → spenti in alcune circostanze. Il controllo della trascrizione implica interazioni tra proteine regolatrici (fattori di trascrizione specifici) e sequenze regolatrici. Nel promotore:  TATABOX: sequenze prossimali dove si legano le RNA polimerasi e i fattori trascrizionali (TF);  Fattori trascrizionali generici o basali (TF): responsabili del riconoscimento delle sequenze promotore e della TATABOX, dell’attivazione dell’RNA polimerasi II💡 e servono per trascrivere il DNA, quando a livello trascrizionale ci sono solo loro, si tratta di una trascrizione basale (a basso livello e costante); Sequenze più o meno distanti dal promotore:  Proteine regolative (TF specifici) legano le proteine e possono esercitare un effetto: o Positivo: promuovendo l’attività del complesso basale, proteina come attivatore💡; quando questa proteina non c’è la trascrizione è repressa. o Negativo: bloccandone l’attività 💡, se non c’è la trascrizione avviene. Proteine che interagiscono con il DNA tramite interazioni:  NON Specifiche: interazioni di legame tra proteina e DNA presenti a tutti i livelli del DNA; es: interazioni tra scheletro e zucchero fosfato, funzionamento fibra nucleosomica (i gruppi R delle proteine basiche istoni interagiscono con gruppi acidi del P), proteine reclutate per la riparazione.  Specifiche: si legano ad una sequenza specifica del DNA, più geni sono regolati da una proteina in maniera coordinata. COME RICONOSCE UNA PROTEINA LA SEQUANZA REGOLATRICE? Una proteina interagisce con altre proteine attraverso motivi strutturali: conformazioni diverse con superfici e tasche con una diversa affinità chimica e complementarità. 1) helix-turn-helix (elica-giro-elica): due  eliche, separate da un pezzetto senza struttura secondaria che fa piegare queste due eliche in modo che si mettano perpendicolari l’una all’altra e si infilano nella struttura della doppia elica; 2) zinc finger (dito di zinco): dito perchè questi motivi formano delle protrusioni che sembrano delle dita di una mano, zinco perchè sono tenute insieme da atomi di zinco. 3) helix-loop-helix (elica-ansa-elica): che ha un pezzo non strutturato molto più ampio rispetto ad elica-giro-elica; 4) cerniera di leucine dove due alfa eliche si intrecciano tra loro mantenute insieme dalle interazioni tra le leucine di un’elica e l’altra (interazioni idrofobiche perchè questo amminoacido R è idrofobico). RICONOSCIMENTO del DNA da parte di p53 mediante i residui: Arg 248, Arg 273, Arg 280, Lye 120; REPRESSIONE DA CATABOLITA o EFFETTO GLUCOSIO Per trascrivere è necessario che venga eliminato il repressore💡, ma si verifica anche un altro fenomeno: il glucosio impedisce che vengano sintetizzati gli enzimi per utilizzare il lattosio. Per la cellula conveniene usare direttamente il glucosio, che è una fonte di energia più efficiente perché si usa così come è. Una cellula per trascrivere l’operone deve avere lattosio e non deve avere glucosio, ma come fa questo? Per trascrivere: NO repressore + attivatore + NO glucosio  oltre alla rimozione del repressore richiede anche la presenza di un attivatore, nel promotore vi è un sito di controllo positivo dove si lega un attivatore: o AMP ciclico → CAP → lega il promotore e attiva💡. - CAP: Catabolite Activator Protein, attivatore della trascrizione. - cAMP: funge da regolatore allosterico della CAP ed è un attivatore; è sintetizzato grazie ad un enzima chiamato adenilato ciclasi ed è un nucleotide ciclico dove è presente un legame intramolecolare, cioè il gruppo fosfato interagisce con il gruppo ossidrile. Quando c’è glucosio: inibisce enzima adenilato ciclasi → poco cAMP → impedisce l’attivazione di CAP; a. SI glucosio (cAMP scarso) - NO lattosio: glucosio inibisce l’enzima adenilato ciclasi → non sintetizza cAMP → no CAP → repressore attivo💡 (fa regolazione negativa) →operone non trascritto proteina CAP non è attivata dall’cAMP. b. SI GLUCOSIO (cAMP scarso) - SI LATTOSIO Non c’è il repressore, grazie al lattosio, ma senza la presenza di un attivatore (CAP), il quale non viene sintetizzato a causa della presenza del glucosio → no/scarsa trascrizione; c. NO GLUCOSIO ❌ (cAMP abbondante) - SI LATTOISIO No repressore e no glucosio → si sintetizza l’adenilato ciclasi → sintetizza cAMP → produce CAP (attivatore della trascrizione💡) → grandi quantità di mRNA lac trascritto. d. NO GLUCOSIO NO LATTOSIO -> NO ENERGIA POSITIVO✓ INDUCIBILE📈: Operone Arbinosio  Inducibile: operone normalmente spento, non a causa di un repressore, ma non c’è attivatore💡; il quale viene attivato quando c’è substrato, ovvero arbinosio💡, che cambia conformazione e promuove trascrizione;  Positivo: poiché non ci è un repressore. OPERONI REPRIMIBILI📉 coinvolti in vie anaboliche Raggruppamenti di operoni e più economia -> TUTTO acceso / TUTTO spento; NEGATIVO❌ REPRIMIBILE📉: Operone Trp (co-repressore & terminazione prematura) Operone Trp è formato da un promotore, un operatore, una regione chiamata “attenuatore” e poi ci sono 5 geni strutturali (trpA, trpB, trpC, trpD, trpE) che codificano per enzimi che portano alla formazione finale del triptofano. Anche qui c’è un gene regolatore che codifica per una proteina repressore.  Il repressore normalmente si trova in forma inattiva💡, cioè ha una conformazione tale da non potersi legare all’operatore →NEGATIVO.  I geni sono normalmente accesi💡, ma possono spegnersi quando nella cellula si accumula il triptofano -> REPRIMIBILE.  Il triptofano stesso, che è il prodotto finale, quando è in abbondanza funziona da co- repressore, poiché si lega al repressore fungendo da attivatore allosterico. Il repressore passa così da uno stato inattivo ad uno attivo💡 e si va a legare all’operatore, bloccando l’avanzamento dell’RNA polimerasi. POSITIVO✓ REPRIMIBILE📉: altri batteri  Positivo: non c’è un repressore; Reprimibile: geni sempre accesi e trascritti, operone sempre accesi💡, poiché vi è sempre un attivatore. L’attivatore viene spento con l’accumulo del prodotto finale. ATTENUAZIONE→ terminazione prematura della trascrizione e funziona grazie ad un repressore che si lega all’operatore. OPERONE Trp: nella regione leader, subito dopo l’operatore, ed interviene subito dopo che il processo è iniziato. Se 1 si appaia con 2 e 3 con 4 -> si forma la forcina di replicazione; se 2-3 terminazione 💡:  Assente Trp 💡→il ribosoma non trova tRNA carico, allunga il peptide → forcina 2-3 → anti- terminazione → continua la trascrizione;  Presenza Trp ✓→ il ribosoma scorre fino al codone di STOP (2) → forcina 3-4 →forcina di terminazione. Trp co-repressore & meccanismo di terminazione prematura; Subunità SIGMA: mediante interazione tra promotore e RNA polimerasi:  Interagendo con le regioni -10, -35;  Esistono diverse subunità sigma che interagiscono specificamente con diverse sequenze consenso presenti in diverse classi di promotori = promuovono la trascrizione di specifiche classi di geni;  Diversi stimoli ambientali possono indurre lo scambio della subunità sigma nella RNA polimerasi e così adattare l’espressione genica alle nuove necessità;  L’attività di sigma può essere controllata da regolazione dell’espressione genica, modifiche post-traduzionali, stabilizzazione/destabilizzazione della proteina; -70: maggior parte dei geni, si lega alla sequenza dei promotori per la RNA polimerasi; -32: in seguito allo shock termico; -28: attivazione di flagelli; -38: fase stazionaria e stress; -54: metabolismo dell’azoto.