Regolazione dell'espressione genetica Flashcards
(32 cards)
Organismo più studiato per comprendere i meccanismi di regolazione dell’espressione genetica
il batterio Escherichia coli. Questo organismo utilizza di solito il glucosio, ma in mancanza di questo composto può sfruttare anche il lattosio. Per utilizzare questo zucchero, sono necessari degli enzimi che in condizioni normali sono praticamente assenti.
A che livello avviene la regolazione genetica nei procarioti
a livello della trascrizione, cioè vengono trascritti in mRNA solo i tratti di DNA corrispondenti alle sequenze geniche che devono essere tradotte in proteine.
Qual’è il sistema più noto di regolazione genetica nei procarioti
l’operone individuato negli anni sessanta da F. Jacob e J. Monod, studiando la regolazione genetica in Escherichia coli.
Operone
un tratto del cromosoma batterico costituito da un promotore, un operatore e uno o più geni strutturali, cioè geni che codificano per specifiche proteine. Il promotore è il sito di attacco dell’RNA polimerasi; l’operatore segue il promotore ed è una breve sequenza di basi a cui si lega la proteina repressore; quest’ultima è codificata da un gene regolatore, non necessariamente adiacente all’operone.
Tipi di operone
operone inducibile e operone reprimibile.
Operone inducibile
normalmente non sono espressi; la loro trascrizione richiede la presenza di una sostanza, detta induttore, che inattiva il repressore. In un operone inducibile, il repressore è normalmente legato all’operatore, impedendo all’RNA polimerasi di legarsi al promotore per trascrivere i geni strutturali. I geni strutturali codificano il gene per una serie di enzimi e l’induttore è di solito il substrato su cui questi agiscono. Grazie a questo sistema, gli enzimi vengono sintetizzati solo quando è presente il loro substrato e quindi soltanto quando sono effettivamente necessari.
Operone reprimibile
sono normalmente espressi, tranne quando è presente un corepressore, che attiva il repressore. In un operone reprimibile, il repressore è normalmente inattivo e l’operone viene perciò trascritto regolarmente. Il repressore rimane inattivo finché non si lega a un corepressore, formando con esso un complesso repressore-corepressore che si lega all’operone, impedendo all’RNA polimerasi di trascrivere i geni strutturali dell’operone.
Due forme della cromatina
eucromatina e eterocromatina.
Eucromatina
poco condensata.
Eterocromatina
troppo condensata e inaccessibile all’RNA polimerasi; a essere trascritta è invece l’eucromatina, più accessibile come stampo.
Modificazione chimica a carico del DNA
metilazione di alcuni nucleotidi di citosina nelle sequenze geniche che non vengono trascritte. Molti tumori sono associati alla presenza di variazioni anomale nella metilazione del DNA.
Controllo della trascrizione negli eucarioti
come nei procarioti, anche negli eucarioti la RNA polimerasi si lega a un sito specifico, detto promotore. La trascrizione però dipende anche dalla presenza di particolari sequenze dette intensificatori (o enhancer), poste a volte anche a grande distanza dal gene trascritto, che aumentano notevolmente la velocità di sintesi dell’RNA. Elementi analoghi agli enhancer sono i silencer che agiscono a distanza inibendo la trascrizione.
Controllo della maturazione e del trasporto dell’RNA
il precursore dell’RNA viene profondamente modificato prima di migrare nel citoplasma. La regolazione dell’espressione genica si può attuare attraverso la maturazione selettiva degli RNA precursori: i trascritti primari di mRNA modificati migrano nel citoplasma, mentre quelli non maturi restano nel nucleo e sono poi degradati. Lo stesso trascritto primario di mRNA può inoltre essere elaborato in maniere differenti, assemblando diversamente gli esoni e producendo così più di una proteina a partire dallo stesso mRNA.
Controllo della traduzione
il controllo della traduzione si attua attraverso il legame dell’mRNA a proteine inibitrici presenti nel citoplasma, che si legano alla sua estremità 5’, impedendo il legame con il ribosoma.
Controllo delle modificazioni post-traduzionali
l’attivazione delle proteine sintetizzate, e la durata della loro vita nella cellula, dipende in gran parte da modificazioni che le catene polipeptidiche subiscono una volta sintetizzate.
Epigenetica
riguarda i meccanismi di controllo dell’attività genica che non alterano la sequenza dei nucleotidi e che si verificano durante la vita di un organismo.
DNA non codificante
introni, un’altra parte è dispersa nel genoma sotto forma di un gran numero di sequenze ripetute.
Trasposomi
tratti di DNA che possono spostarsi da un punto all’altro del cromosoma, modificando le sequenze originarie. Questa caratteristica è dovuta alla presenza nel trasposone di un gene che codifica per un enzima, la trasposasi, responsabile del movimento. L’inserimento di un trasposone in una sequenza di DNA codificante può danneggiare gravemente la sequenza, cioè provocare una mutazione che distrugge la capacità del gene di codificare una proteina funzionale.
Telomeri
sono sequenze di nucleotidi ripetute, poste all’estremità dei cromosomi. Queste sequenze hanno un ruolo protettivo in quanto ogni volta che il DNA si replica vanno persi brevi tratti di DNA posti all’estremità del filamento. A ogni replicazione, quindi, il telomero si accorcia, a meno che nella cellula non sia presente l’enzima telomerasi, che ripristina la lunghezza originale. Questo enzima normalmente è presente nelle cellule riproduttive e nelle cellule staminali, mentre nelle altre scompare e in tal modo la lunghezza dei telomeri funge da “orologio mitotico” controllando la senescenza e la morte cellulare: dopo 50-70 divisioni i telomeri sono ormai troppo corti e la cellula muore. L’enzima telomerasi spesso è presente nelle cellule tumorali, cui garantisce la possibilità di replicazione illimitata e l’immortalità.
I virus sono altamente specifici
possono infettare solo le cellule che possiedono sulla propria superficie determinati recettori. Legarsi tramite le proteine del capside a questi recettori, i virus possono entrare nelle cellule ospiti in modi diversi: la maggior parte inietta nella cellula solo il proprio acido nucleico, abbandonando il capside sulla superficie cellulare; altri entrano invece per intero nella cellula, liberando il loro acido nucleico solamente una volta entrati.
Categorie di virus
virus a DNA, virus a RNA (retrovirus) e batteriofagi.
Virus a DNA
il DNA virale si replica normalmente e viene trascritto sotto forma di mRNA, che dirigerà poi la sintesi dei costituenti virali utilizzando la DNA polimerasi, l’RNA polimerasi, i nucleotidi e gli amminoacidi della cellula ospite.
Virus a RNA
in alcuni, l’acido nucleico è replicato da un enzima, detto RNA replicasi, che sintetizza nuovo RNA utilizzando come stampo l’RNA virale; in altri, chiamati retrovirus, l’RNA virale viene utilizzato come stampo per copiare un singolo filamento di DNA complementare (cDNA), mediante un enzima detto trascrittasi inversa, penetrato nella cellula infettata insieme all’acido nucleico del virus. Successivamente, il filamento di cDNA fa a sua volta da stampo per la sintesi di un filamento complementare di DNA, formando una doppia elica di cDNA. Questa si integra poi nel genoma della cellula ospite e viene trascritta per dare mRNA e nuove molecole di RNA virale.
Viroidi
sono agenti patogeni costituiti da piccole molecole circolari di RNA a singolo filamento. Sono noti soltanto nelle piante, dove provocano numerose malattie; possono essere trasmessi da una pianta all’altra attraverso il contatto con lesioni infette oppure da una generazione a quelle successive.
