Diapositiva 1 - Liceo Malpighi

I PROCARIOTI ATTIVANO/DISATTIVANO GENI IN
FUNZIONE DELL’AMBIENTE (DISPONIBILITÀ
ALIMENTARE
E.COLI METABOLIZZA LATTOSIO
PRODUCENDO 3 ENZIMI
 Beta
galattosidasi
 Lattosio
permeasi
 Lattosio
transacetilasi
MODELLO DELL’OPERONE
PROTEINA CRP E CAMP
(ATTIVATORI DELLA PRODUZIONE DI MRNA)
IL MODELLO DELL’OPERONE
NEI BATTERI (PROCARIOTI)
I batteri regolano l’espressione genica in funzione della relazione con l’ambiente
ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA EUCARIOTE
COME I NUCLEOTIDI SI ORGANIZZANO PER ESPRIMERE
UN’INFORMAZIONE DELL’ORGANISMO?
procarioti
Genoma eucarioti
Salamandra: 40 volte il
genoma umano
 Giglio: 150 miliardi pb
 Ameba:670 miliardi pb
 Grano tenero:126
cromosomi


Le dimensioni del
genoma non è correlato
alla complessità
ORGANIZZAZIONE DEI GENOMI
CHE BISOGNO C’È DI TUTTO QUEL
DNA?
salamandra:genoma 40 volte più grande di quello umano
giglio : genoma di 150 miliardi di paia di basi
Ameba: 670 miliardi di paia di basi
Uomo: 3 miliardi di paia di basi
 Poliploidizzazione
(esempio grano tenero)
 Trasposoni e Retrotrasposoni (esempio mais)
 Sequenze ripetitive
 Inserimenti virali
 Introni
 pseudogeni
I genomi molto grandi lo sono a causa di DNA
non codificante.
NELLE PIANTE, IN ANFIBI E RETTILI È
FREQUENTE LA POLIPLOIDIA
GLI INTRONI CIRCA 50% DEL DNA
SEQUENZE NON CODIFICANTI ALL’INTERNO DI
UN GENE- VENGONO TRASCRITTE MA
ELIMINATE NELLO SPLICING
ORIGINE DEGLI INTRONI – FUNZIONE
Rimanenze di esoni
mutati e disattivati
(relitti)
 Virus integrati che si
sono disattivati o
hanno lasciato residui
 Specie collegate hanno
densità di introni
diverse

Ogni introne possiede
sequenze di nucleotidi
in testa e coda che
sono riconosciuti dagli
spliceosomi
 Hanno capacità di
autosplicing
 Permettono la
ricombinazione degli
esoni (splicing
alternativo
 Sono sede di attacco
per fattori di
regolazione

TRASPOSONI (ELEMENTI GENETICI MOBILI) SEQUENZE
GENICHE CHE SI POSSONO MUOVERE IN POSIZIONI
DIVERSE SUI CROMOSOMI: TRASPOSONI
Possono alterare
l’espressione di geni
adiacenti
 Sono presenti nei
procarioti e negli
eucarioti
 È uno dei processi che
diversificano il Dna
delle specie
(riarrangiamento del
Dna)

TRASPOSONI E RETROTRASPOSONI
 Serve
per proteggere il DNA da mutazioni
(esempio telomeri)
 In momenti di stress ossidativo i trasposoni
sono attivati e si moltiplicano
 Questo
DNA sarebbe “altruista” perché
sacrifica se stesso esponendosi alle mutazioni
 Non si sa ancora cosa risvegli i trasposoni.
L’ipotesi non è confermata
SEQUENZE ALTAMENTE RIPETUTE NON
CODIFICANTI E NON TRASCRITTE 40%
(ES.ETEROCROMATINA)
Sequenze SINE (sequenze
corte )
20-50 pb ripetute fino
a 106
 sono raggruppate in
zoneDNA
microsatellite
 es. centromeri e
telomeri dei
cromosomi

Sequenze LINE
(sequenze lunghe)
300-6000 pb ripetute
fino a 50.000 volte
sparse in tutto il
genoma
 Ne sono state
individuate 1 milione
 Sono il 10% del DNA
 Es. sequenze ALU

COME LA CELLULA EUCARIOTE
SILENZIA O ACCENDE UN GENE?
A livello di trascrizione
la compattazione del
DNA (eucromatina
eterocromatina)
 Fattori basali di
trascrizione
 Proteine regolatrici
dell’attività di
trascrizione
(attivatorisilenziatori)

A livello post
trascrizionale
Regolazione a livello
di splicing
 Luogo citoplasmatico
in cui la proteina
viene prodotta

LA SINTESI PROTEICA NELLE
CELLULE EUCARIOTE





Solo nelle zone accessibili del DNA (eucromatina)
RNA-polimerasi molto più complesso (non lega il DNA in modo
diretto)
Necessità di proteine sul promotore (fattori basali di trascrizione)
Modulazione dell’attività (proteine attivatrici e silenziatrici)
Presenza di esoni e introni
ACETILAZIONE DEGLI ISTONI- METILAZIONE
DEL DNA
EUCROMATINA/ETEROCROMATINA
Acetilazione= DNA decondensato (si
trascrizione)
Metilazione del DNA= compattazione (no
trascrizione)
Puff cromosomici
LA COMPATTAZIONE
DEL DNA
Parti non espresse del DNA sono
precedute da isole CpG metilate
ACETILAZIONE DEGLI ISTONI
MATURAZIONE DEL TRASCRITTO PRIMARIO
LO SPLICING
Per mantenere integro il filamento: capping (nucleoside) in 3’ e PoliA in 5’
Per mantenere integro il filamento: capping (nucleoside) in 5’ e PoliA in 3’
LO SPLICING
ALTERNATIVO
PROTEINE REGOLATRICI
DELL’ESPRESSIONE GENICA  FATTORI
DI TRASCRIZIONE
FATTORI BASALI DI
TRASCRIZIONE
Sul promotore
 Indispensabili ad
RNA polimerasi per
legarsi al DNA
 Nell’insieme formano
una costruzione
proteica
indispensabile alla
trascrizione

FATTORI DI
MODULAZIONE
ATTIVATORI/SILENZIAT
ORI
Proteine leganti il
DNA che
interagiscono con i
fattori basali
 Possono essere vicine
o lontane dal gene
strutturale
 Attivatori: aumentano
la trascrizione
 Silenziatori:
sopprimono la

FATTORI DI TRASCRIZIONE NEI GENOMI DI
DIVERSI ORGANISMI
IL PROMOTORE NEGLI EUCARIOTI
FATTORI BASALI DI TRASCRIZIONE
TATA box
sequenza canonica localizzata insieme
ad altre sequenze canoniche come la
CAAT Box o la GC Box, sul promotore
regione che facilita l'attacco della RNA
polimerasi (trascrizione di un mRNA) e
sulla quale la RNA polimerasi inizia ad
aprire l'elica di DNA.

TBP


La TATA Binding Protein
o TBP è una proteina
legante che si lega
specificamente alla TATA
Box.
È uno dei fattori basali
di trascrizione,
indispensabile per
assemblare la macchina
di trascrizione eucariotica
TBP compie il primo
passo nella sequenza di
eventi che porteranno
all'attivazione del
promotore
ESEMPIO DELL’IMPORTANZA DEI FATTORI
BASALI DI TRASCRIZIONE: COREA DI
HUNTINGTON
La mutazione di 1 fattore basale determina
l’assenza dei recettori cellulari per la dopamina
Sito enancher
ATTIVATORI - ENHANCER
MUOVONO
TRASPOSONI?I GENI SI MUOVONO!
BARBARA MC CLINTOCK
I TRASPOSONI NOBEL 1992
( SU STUDI FATTI NEL 1951)
Trasferimento di geni
la coniugazione batterica
Trasferimento di geni:
La trasduzione batterica
I geni si trasferiscono per
mezzo di un vettore virale
Trasduzione
generalizzata: i geni
trasportati sono casuali
Virus HIV
Sito di inserzione del Fago Lambda
trasduzione specializzata: i geni trasportati
sono specifici e collocati nei pressi dei siti di
integrazione del cromosoma batterico
PROVIRUS: VIRUS CHE INTEGRANO IL DNA VIRALE
CON IL CORREDO GENETICO DEGLI EUCARIOTI
(VIRUS A DNA/VIRUS AD RNA O ANCHE DETTI
RETROVIRUS)
Le tecniche del DNA ricombinante
Trasformazione batterica
 La
scoperta: Werner Arber, Daniel
Nathans e Hamilton Smith.
 Nel 1978 ricevettero il Premio Nobel in
medicina "per la scoperta degli enzimi di
restrizione e la loro applicazione a problemi
di genetica molecolare".
GLI ENZIMI DI RESTRIZIONE
ENZIMI DI RESTRIZIONE