4B ODO gio 30 ottobr..

Il genoma dei batteri è organizzato in operon
Un operon è una unità trascrizionale indipendente,
formata da (2-15) geni regolati da un solo promotore
I geni di un operon sono diversi, ma concorrono
allo sviluppo di una medesima funzione
IL PROMOTORE DEI BATTERI
L’RNA POLIMERASI riconosce alcune sequenze nucleotidiche
nella regione del promotore, al 5’ dell’inizio di trascrizione
L’RNA POLIMERASI si lega direttamente a queste regioni del
promotore, senza la necessità di “fattori di trascrizione”. Le
sequenze dei promotori dei Procarioti sono altamente
conservate in due specifiche regioni (-10 e -35 dall’inizio della
trascrizione)
Nei batteri è presente un solo tipo di RNA polimerasi
s
Il fattore s lega in modo
sequenza-specifico il promotore
e promuove il legame della
porzione catalitica
La porzione catalitica per la
sintesi di una molecola di RNA
sullo stampo di una singola
elica di DNA è formata dal
complesso wa2bb’
Il genoma dei batteri codifica
per pochi diversi fattori s
w
a
b
a
b’
s = sigma; w = omega;
a = alfa; b = beta e beta’
Stadio lento :
L’RNA polimerasi lega il complesso dei fattori
di trascrizione sul promotore, apre la doppia
elica di DNA ed inizia a fare RNA
Stadio veloce :
L’RNA polimerasi cambia conformazione, lega
i fattori di elongazione e la sintesi di RNA
procede a grande velocità
Il complesso dei fattori di trascrizione resta
legato al promotore, arriva un’altra RNA
polimerasi … il ciclo si ripete
Nei batteri la trascrizione e la traduzione sono
quasi simultanee:
mentre ancora si svolge la trascrizione dell’mRNA, un
primo ribosoma si lega ed inizia la sintesi proteica
poco dopo, un
secondo ribosoma
si lega ed inizia
una nuova sintesi
proteica
Operon del Triptofano
• Il battere trascrive e traduce l’operon del triptofano
soltanto quando questo amminoacido non è disponibile in
quantità adeguata.
• La trascrizione nei batteri deve quindi essere regolata.
• La regolazione dipende da proteine che assumono due
conformazioni, di cui solo una può legare il DNA.
• L’operon del triptofano esempio di regolazione negativa.
OPERON del Triptofano: REGOLAZIONE NEGATIVA
In presenza di triptofano, il complesso
triptofano/repressore si lega al
promotore dell’operon impedendo Repressore/triptofano
attivo
alla RNA polimerasi di trascrivere
Il legame triptofano/repressore è un legame con
bassa affinità, dipende quindi dalla concentrazione
del triptofano nel battere
Repressore
inattivo
Quando il triptofano sta per finire, il
repressore si distacca dal promotore
permettendo la trascrizione
RNA polimerasi
Promotore
Geni
dell’Operon
Operatore
DNA
Repressore
attivo
Repressore
attivo
Triptofano
La regolazione negativa di un operon dipende da una proteina che, cambiando
conformazione, si può legare alla sequenza operatore nel promotore impedendo
così alla RNA polimerasi di legarsi e di trascrivere l’operon
Repressore
inattivo
Repressore
inattivo
Lattosio
Operon LAC
Operon TRP
LATTOSIO
Galattosio
Glucosio
1) Presenza di solo glucosio = OPERON OFF
IL BATTERE METABOLIZZA GLUCOSIO
2) Presenza di solo lattosio = OPERON ON
IL BATTERE METABOLIZZA LATTOSIO
?
3) Presenza di glucosio e lattosio = OPERON OFF
Conseguenze della regolazione
positiva dell’Operon Lac
Operon Lac
L’operon LAC è soggetto a doppia regolazione sia negativa che
positiva.
Le tre proteine codificate dai tre geni dell’operon LAC sono:
• la b-galattosidase, un enzima che idrolizza il lattosio formando
glucosio e galattosio (codificato dal gene X);
• la b-galattoside permeasi, un enzima della membrana che
trasporta il lattosio dentro la cellula (codificato dal gene Y);
• L’enzima codificato dal gene Z produce la b-galattoside
transacetilasi, un enzima che trasforma il galattosio in glucosio.
Il Lattosio è un
disaccaride formato da
galattosio e
glucosio.
Galattosio
Glucosio
Il Lattulosio è un
disaccaride formato da
galattosio e
fruttosio.
Galattosio
Il Saccarosio è
un disaccaride
formato da
glucosio e
fruttosio.
Glucosio
Fruttosio
Fruttosio
REGOLAZIONE POSITIVA DI UN OPERON
In presenza di glucosio, il battere usa glucosio ma:
tiene in uno stato di pre-allerta i promotori di operon
che permettono l’impiego di fonti di cibo alternative
che sono presenti nell’ambiente circostante, pronto
ad attivarli non appena il glucosio dovesse
improvvisamente finire
tiene in uno stato di completa inattivazione i
promotori di operon che permettono l’impiego di fonti
di cibo alternative che NON sono presenti
nell’ambiente circostante
L’interazione della RNA polimerasi assemblata sul
promotore dipende dalla sequenza del DNA del
promotore ed influenza l’inizio della trascrizione
s
w
b
b‘
a
s
Promotore forte
b
w
Promotore debole
a
b’
A causa della regolazione negativa:
1) quando c’è solo glucosio, l’operon LAC è OFF ed il
battere metabolizza glucosio
2) quando c’è solo lattosio, l’operon LAC è ON ed il battere
metabolizza glucosio ottenuto dal lattosio
3) quando c’è sia glucosio che lattosio, l’operon LAC sarebbe
inevitabilmente ON con la conseguenza che il battere
sprecherebbe energia producendo glucosio dal lattosio
4) in effetti, a causa del promotore debole, la trascrizione
resta OFF nonostante che l’RNA polimerasi sia legata al
promotore
A causa della regolazione positiva:
a) la trascrizione si verifica solo quando il glucosio sta per
finire e questo fatto consente al battere di sopravvivere
quando il glucosio non è più reperibile nell’ambiente
QUANDO IL GLUCOSIO
STA PER FINIRE …
membrana cellulare
cAMP
PROTEINA DI
REGOLAZIONE
INATTIVA
PROTEINA DI
REGOLAZIONE
ATTIVA
alta costante di affinità (Km)
Aminoacil-tRNA sintetasi
Triptofano
Repressore operon TRP
bassa costante di affinità (Keq)
bassa costante di affinità (Km)
Enzimi del metabolismo
Lattosio
Repressore operon LAC
alta costante di affinità (Keq)
poco triptofano
poco lattosio
La formazione dei complessi di proteine avviene sulla base
della complementarietà delle superfici, rispettando l’ordine
RNA polimerasi I
trascrive per il pre-rRNA che,
maturando nel nucleolo, origina
i vari rRNA che saranno poi
assemblati con proteine
provenienti dal citosol per costruire le due subunità del
ribosoma
La trascrizione dei geni in vivo può chiamare in
causa contemporaneamente più RNA polimerasi
gene 4
gene 1
DNA
gene 2
RNA
RNA polimerasi
gene 3
NUCLEOLO
I geni necessari per l’assemblaggio dei
ribosomi sono un MODULO FUNZIONALE
Alla costruzione del ribosoma partecipano:
- i trascritti della RNA Pol I (rRNA)
- varie decine di proteine sintetizzate nel citosol dalla
traduzione di trascritti della RNA Pol II (mRNA) relativi
a geni per le proteine costituenti il ribosoma ed enzimi
per la maturazione dei vari rRNA nel nucleolo
- vari piccoli RNA trascritti dalla RNA Pol III che guidano
la maturazione degli rRNA nel nucleolo e la formazione
del ribosoma (RNA 5S)
RNA polimerasi III:
• tRNA (RNA transfer)
• miRNA (microRNA)
• snoRNA (small nucleolar RNA)
• tiRNA (triplex iRNA)
• snRNA (alcuni small nuclear RNA)
• gRNA (RNA guida)
• SRP-RNA
• RNA della telomerasi
• Xist RNA
• piRNA (piwi RNA) – silenziamento di geni e retrotrasposoni
Negli eucarioti, la sequenza CCA all’espremità 3’ viene
aggiunta enzimaticamente, un nucleotide alla volta,
usando due molecole di CTP ed una molecola di ATP
La RNAse P è un ribozima che interviene
nel processo di maturazione dei tRNA
L’amminoacido corrispondente all’anticodone verrà aggiunto nel citosol da
amminoacil-tRNA sintetasi, utilizzando l’energia liberata dall’idrolisi di ATP
Questi enzimi sanno legare
nucleotide contenente adenina
da due nucleotidi contenenti
l’amminoacido ad un
che è preceduto
citosina (CCA)
7 bp acceptor stem
O
O
H2C
H2C
NH
NH
N
O
dihydrouridine (UH2)
HN
O
pseudouridine (