Lez6_Organizzazione genomica

07/01/2015
Interazioni proteina-DNA
1) Proteine che legano la doppia elica del DNA in
maniera non sequenza-specifica: histone-like
proteins (HU protein)
2) Proteine che legano strutture “particolari” del DNA:
-“single strand DNA-binding proteins” (SSBP);
- proteine che legano sequenze ricche in A/T
(es. H-NS, IHF, “chromosome organizers”)
3) Proteine che legano sequenze specifiche
I PLASMIDI
• Molti batteri oltre al cromosoma contengono molecole di
DNA più piccole (da 1-2,000 a 100-500,000 pdb), dette
plasmidi.
• Queste molecole non sono indispensabili per le funzioni
fondamentali del batterio (ceppi della stessa specie possono
esserne privi).
• I plasmidi sono generalmente molecole di DNA circolare e
superavvolto.
• I plasmidi replicano indipendentemente dal cromosoma del
batterio, anche se necessitano del medesimo “macchinario
enzimatico” del cromosoma perché avvenga la loro
replicazione.
Funzioni codificate dai plasmidi
• I plasmidi possono codificare per diverse funzioni che
conferiscono al batterio nuove proprietà:
• RESISTENZA AD ANTIBIOTICI E, SOSTANZE TOSSICHE,
RADIAZIONI…
• CAPACITA’ DI PRODURRE ANTIBIOTICI, TOSSINE,
FATTORI DI VIRULENZA…
• NUOVE CAPACITA’ METABOLICHE
•…
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Il meccanismo di inizio di replicazione dei
plasmidi ne controlla il numero di copie
Ma tornando al cromosoma
batterico……..
Perché è così importante il DNA?
Perché contiene l’informazione genetica…..
Un gene da un punto di vista “genetico”:
GENE= unità fondamentale dell’informazione genetica
Tipicamente un gene corrisponde ad una proteina
(o ad un RNA con funzione specifica)
Un gene da un punto di vista “biochimico”:
Sequenze di DNA che, una volta trascritte e tradotte
contengono l’informazione minima necessaria per la
produzione di una proteina specifica
Il genoma batterico medio
Genoma=insieme dei geni di un
organismo
Un batterio come Escherichia coli
possiede un genoma di 4.300.000 bp
circa che codifica per circa 4300 geni
1 gene medio=1000 nucleotidi (regioni
non-codificanti escluse)
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“Genoma”= insieme dei geni di un organismo
“Mappatura”= identificazione di elementi genici
Sequenziamento genomico
• Il DNA contiene l’informazione genica di un
organismo, contenuta nelle sue specifiche
sequenze nucleotidiche.
• Conoscere la sequenza di un genoma
(l’insieme dei geni di un organismo) ci
permette di avere importanti informazioni
sulla sua biologia.
• A tutt’oggi (10/10/2013) sono state rese
disponibili le sequenze di 28333 microrganismi
(+ virus=4200, eucarioti=1600) Fonte:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/
Interpretazione delle sequenze
di DNA
5’
3’
3’
3’
5’
3’
5’
AATAAAAATTTAACTCAATTTGTATCAAAAAATAACAGAAATCTAGCAGTTTTTGTAT
TTTATTTTTAAATTGAGTTAAACATAGTTTTTTATTGTCTTTAGATCGTCAAAAACATA
3’
5’
5’
3’
TTGCTGCTGGTGCTGCAATGGCTGATGAAGCTGTTGTTCATGACAGTTATGCATTCG
AACGACGACCACGACGTTACCGACTACTTCGACAACAAGTACTGTCAATACGTAAGC
3’
3
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Che cosa ci permette di identificare le sequenze codificanti
(cioè i geni) da una sequenza di DNA?
Risposta:
Dalla nostra conoscenza del
codice genetico!
AUG e GUG (ATG e GTG nel DNA)
è il codone di inizio per la sintesi
proteica
UAA (TAA), UAG (TAG) e UGA
(TGA) sono i codoni di stop
Concetto di Open Reading Frame
(ORF)
Una “Open Reading Frame”, cioè una “lunga” sequenza di codoni
in frame rappresenta un potenziale gene
924 paia di basi
ATG CGA ATA AAT TTC GCA CAA……………………........GGC TAC TAA
Met Arg Ile Asn Phe Ala Gln……………………………..Gly Tyr STOP
307 amino acidi
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Sequenze codificanti e non-codificanti
nel genoma batterico
= 1000 bp
Geni:
CDS= Coding Sequences
ORF= Open Reading Frames
N.B.: nei microrganismi le sequenze geniche non presentano interruzioni
(es. da sequenze introniche)
Operoni: gruppi di geni parte di una
unica unità trascrizionale
L’organizzazione di geni in operoni è tipica dei procarioti (Bacteria ed
Archea) e molto meno frequente in Eukarya.
Il numero di geni presenti in un operone è variabile (2-15 geni)
Generalmente i geni di un operone codificano per proteine con funzioni
correlate tra loro (es. enzimi di una stessa via metabolica)
Siti di “risorse genomiche”
• Colibri (http://genolist.pasteur.fr/Colibri/)
• Ecocyc (http://ecocyc.org/)
• Craig Venter Institute
http://cmr.jcvi.org/tigr-scripts/CMR/CmrHomePage.cgi
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