Regolazione genica e operoni nei procarioti, Sintesi del corso di Biologia

Scarica Regolazione genica e operoni nei procarioti e più Sintesi del corso in PDF di Biologia solo su Docsity! REGOLAZIONE GENICA • I GENOMI DEI PROCARIOTI GENOMA = insieme dei geni contenuti nel DNA Nel 1995 Venter e Smith sequenziarono il primo genoma completo di un organismo procariote: Haemophilus influenzae. principali caratteristiche: 1. Piccoli : sono in un unico cromosoma circolare costituito da DNA a elica 2. Compatti : 85% del DNA codifica proteine 3. Plasmidi : piccole molecole di DNA circolari che possono essere trasferite da una cellula all'altra. tutte le attività metaboliche avvengono nel citoplasma Nucleoide contiene il materiale genetico. •REGOLAZIONE GENICA - Alcune proteine prodotte costantemente, perché sono sempre necessarie, altre solo quando il batterio ne ha bisogno. - la cellula dimostra di riconoscere una variazione chimica dell'ambiente esterno e di saper attivare o bloccare i suoi geni. Esempio : metabolismo del lattosio in Escherichia Coli , un batterio che si trova nel nostro intestino: capace di adattarsi ai cambiamenti del suo ambiente. - Il glucosio è la fonte energetica preferita da E. coli , ma in presenza di lattosio , il batterio attiva geni specifici per produrre proteine coinvolte nel metabolismo - La ß-galattosidasi è un enzima chiave per la scissione del lattosio; la sua sintesi aumenta notevolmente in presenza di lattosio. - Senza lattosio, la sintesi di ß-galattosidasi si interrompe, e le molecole già prodotte persistono durante le divisioni cellulari. I geni responsabili della sintesi delle proteine coinvolte nel metabolismo (del lattosio) sono chiamati GENI STRUTTURALI e codificano enzimi cruciali per adattarsi alle variazioni ambientali. • GLI OPERONI L’operone è l’unità trascrizionale dei batteri, composta da due o più geni strutturali associati e sequenze di DNA regolatrici. - I geni accomunati dalla stessa attività sono trascritti in un unico mRNA e sono regolati insieme. Includono un promotore (sequenza a cui si lega la RNA polimerasi), un operatore (lega il repressore ), un terminatore e due o più geni strutturali. Sono controllati da un gene regolatore specifico che codifica per la proteina repressore. La presenza o assenza del repressore legato all'operatore determina se la RNA polimerasi può legarsi al promotore e iniziare la trascrizione. - Se il repressore è legato, la trascrizione è bloccata. - Se il repressore non è legato, la RNA polimerasi può iniziare la trascrizione e i geni vengono espressi. Gli operoni possono essere di due tipi: - Inducibili, il repressore è rimosso solo in presenza di una molecola segnale chiamata induttore. - reprimibili , il repressore diventa attivo solo in presenza di una molecola esterna chiamata corepressore. In entrambi i casi la caratteristica più importante è la capacità di cambiare forma in presenza del corepressore o dell'induttore. • OPERONE LAC SISTEMA INDUCIBILE La regolazione dipende dalla presenza o assenza di lattosio come induttore che regola la formazione del legame fra repressore e operatore. - In assenza di lattosio il repressore si lega all'operatore e blocca la trascrizione genica . - Quando c'è lattosio, esso si lega al repressore e ne modifica la struttura, impedendo di legarsi all'operatore e permettendo l'attacco dell' RNA polimerasi per la trascrizione e la traduzione dei geni coinvolti nel metabolismo del lattosio. Caratteristiche dei sistemi inducibili : - In assenza dell'induttore , l'operone è inattivo. - Il controllo è esercitato da una proteina regolatrice (il repressore) che disattiva l'operone. - L'aggiunta dell'induttore trasforma il repressore e attiva l'operone • LE SEQUENZE RIPETUTE NEI GENOMI I genomi degli organismi eucarioti sono pieni di sequenze ripetute che non codificano proteine: 1. sequenze altamente ripetute: ripetute migliaia di volte ma mai trascritte e sparse nel genoma→ microsatelliti. La presenza o l'assenza di specifiche sequenze microsatellite può essere sfruttata per scopi di identificazione 2. sequenze moderatamente ripetute : ripetute migliaia di volte perchè c’è più richiesta come i geni che codificano tRNA rRNA in maniera costante. 3. trasposoni (sequenza di DNA capace di spostarsi nel genoma): R etrotrasposoni : trascritti in RNA che funge da stampo per un nuovo DNA che si inserisce in un nuovo punto del genoma. A DNA , invece, non utilizzano intermedi di RNA. Si staccano dalla posizione originale e si inseriscono in un nuovo punto senza essere duplicati. • I GENI INTERROTTI E LO SPLICING Molti geni eucarioti sono formati da sequenze non codificanti, gli introni , e sequenze codificanti, gli esoni → ogni tratto codifica una piccola parte della proteina chiamata dominio Durante la trascrizione inizialmente il gene viene trascritto per intero dal pre-mRNA e successivamente lo splicing (la rimozione degli introni) salda gli esoni grazie a particolari ribonucleoproteine nucleari (snRNA) - La maturazione del RNA porta anche l'aggiunta di un cappuccio di guanina all'estremità 5 e di una lunga coda di adenina all'estremità 3' che lo proteggono e ne facilitano il legame con i ribosomi. LA REGOLAZIONE PRIMA DELLA TRASCRIZIONE • LA TRASCRIZIONE PROCARIOTI - 1 promotore . 1 terminatore - geni con funzioni ani raggruppati in operoni e trascritti come unica entità - l’RNA polimerasi si lega direttamente alle sequenze del promotore - 1 tipo di RNA polimerasi EUCARIOTI -1 promotore - 1 terminatore - geni con funzioni ani sparsi nel DNA - l’RNA polimerasi si lega al DNA dopo essersi associato ai fattori di trascrizione - 3 tipi di RNA polimerasi ● II geni per le proteine ● I geni per gli rRNA ● III geni per i tRNA - regolazione più fine grazie alle sequenze supplementari dei promotori -modulazione intensità • L'ESPRESSIONE GENICA E LA STRUTTURA DELLA CROMATINA Prima della trascrizione: agiscono alcuni meccanismi di regolazione modificando la struttura più o meno condensata della cromatina (=associazione del DNA con le proteine) Questi meccanismi comprendono il rimodellamento della cromatina ,un processo tramite il quale specifiche proteine modificano la struttura del nucleosoma (un complesso di DNA avvolto in ottomeri di istoni ) molto compatto, rendendo la cromatina accessibile al complesso di trascrizione. • I MECCANISMI DI REGOLAZIONE DELL'INTERO CROMOSOMA in interfase si distinguono due tipi di cromatina: - EUCROMATINA: dispersa e più densa contiene il DNA che viene trascritto in mRNA. - ETEROCROMATINA :condensata e compatta poichè contiene geni che non vengono trascritti CORPO DI BARR= esempio di eterocromatina In una cellula femminile accade spesso che un cromosoma X casuale rimanga inattivo, infatti la trascrizione nei maschi e nelle femmine è la stessa nonostante ogni cellula femminile abbia una duplice copia del cromosoma x. Un corpo di Barr è un cromosoma X inattivo estremamente condensato. LA REGOLAZIONE DURANTE LA TRASCRIZIONE •LA TRASCRIZIONE DIFFERENZIALE I geni housekeeping sono quei geni che sono sempre trascritti indistintamente in tutti i tipi di cellule, poiché svolgono funzioni di base essenziali per il funzionamento di tutte le cellule. Mentre i geni housekeeping sono costantemente attivi, esistono anche altri geni che vengono trascritti solo in specifici tipi di cellule o in risposta a determinati segnali ambientali. Tali geni sono espressi tramite la trascrizione dierenziale : mentre i geni housekeeping sono espressi in tutte le cellule, gli altri geni sono trascritti solo in alcuni tessuti. • FATTORI DI TRASCRIZIONE E SEQUENZE REGOLATRICI L’RNA polimerasi negli eucarioti per potersi legare al promotore e iniziare la trascrizione ha bisogno di proteine specifiche che formano il fattore di trascrizione. Esso è attivato da proteine regolatrici che si trovano a monte del promotore e può legarsi a: - INTENSIFICATORI o enhancers: stimolano ulteriormente l'attività del complesso di trascrizione attraverso ripiegamenti del DNA, portando l'enhancer in contatto con il promotore. - SILENCERS (silenziatori) che hanno l'eetto opposto. Quando si legano a specifici repressori proteici, possono arrestare la trascrizione. La combinazione di diversi fattori di trascrizione, insieme alle sequenze regolatrici, determina la velocità finale della trascrizione. • IL DIFFERENZIAMENTO DELLE CELLULE Tutte le cellule di un organismo contengono lo stesso corredo genetico, ma durante lo sviluppo, le cellule diventano sempre più dierenziate, acquisendo caratteristiche specifiche. Questo processo di specializzazione cellulare è mediato da cambiamenti nell'espressione genica, che coinvolgono l'attivazione o l'inattivazione di vari fattori di trascrizione. • L’AMPLIFICAZIONE GENICA→ produce più copie di un gene così da aumentarne la velocità di trascrizione.