Tipizzazione ed analisi popolazionistiche dei polimorfismi del locus
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La Regolazione dell’espressione genica nei batteri e batteriofagi Sintesi 16 1. Molti geni dell’organismo devono rispondere (attivandosi o disattivandosi) a variazioni ambientali 2. Il processo di attivazione/disattivazione genica in risposta a stimoli ambientali si chiama regolazione 3. Concetto di operon nei procarioti 4. Meccanismi di regolazione negativa e positiva Alcuni meccanismi sono molto semplici: fago λ Alcuni meccanismi sono molto semplici: fago λ replicazione, ricombinazione testa, coda Utilizzo del lattosio in E. coli Variabilità fenotipica in E. coli: enzimi sintetizzati Lattosio, glucosio: Glu, non Lac Lattosio, non glucosio: Lac sintesi regolabile degli enzimi per Lac: Lac+ Lattosio, glucosio: Glu, non Lac Lattosio, non glucosio: non Lac deficit della sintesi degli enzimi per Lac: LacLattosio, glucosio: Glu, Lac Lattosio, non glucosio: Lac sintesi costitutiva degli enzimi per Lac: Lacc Modello dell’operon: (Monod e Jacob) Organizzazione dell’operon per il lattosio Funzionamento dell’operon per il lattosio in assenza di lattosio Funzionamento dell’operon per il lattosio in presenza di lattosio Controllo negativo della trascrizione 1. Un repressore controlla negativamente la trascrizione (cioè la disabilita) 2. I geni strutturali Z, Y ed A possono trascrivere solo se viene rimossa i’inibizione rappresentata dal repressore Trascrizione all’operon del lattosio: 1 Trascrizione all’operon del lattosio: 2 Mutazioni nonsenso sono mutazioni polari Mutazione in Z: galattosidasi alterata, né permeasi né transacetilasi Mutazione in Y: permeasi alterata, manca la transacetilasi Mutazione in A: transacetilasi alterata Diploidia parziale nello studio dell’operon a+ a- a+ a- Fenotipo -: l’allele mutato produce una sostanza che si diffonde: il sito a è un gene Fenotipo +: l’allele mutato manca di una funzione: il sito a è una regione regolatrice del DNA Mutanti Oc: recessivi Mutanti I-: dominanti Mutanti I Mutanti I- Un passo indietro Lattosio, glucosio: Glu, non Lac Lattosio, non glucosio: Lac sintesi regolabile degli enzimi per Lac: Lac+ Il controllo negativo spiega perché i geni per il lattosio non sono espressi in assenza di lattosio Ma perché non sono espressi quando sono presenti sia lattosio che glucosio? Controllo positivo: Repressione da catabolita Repressione da catabolita In presenza di glucosio, sono bassi i livelli cellulari di cAMP Riassumendo 1. Glucosio, non lattosio repressore attivo, cAMP basso, poco cAMP-CAP al sito CAP Nessuna trascrizione all’operon lac 2. Glucosio, lattosio repressore inattivo, cAMP basso, poco cAMP-CAP al sito CAP, Bassi livelli di trascrizione all’operon lac 3. Non glucosio, lattosio repressore inattivo, cAMP alto, molto cAMP-CAP al sito CAP, Alti livelli di trascrizione all’operon lac Regioni regolatrici dell’operon lac Controllo negativo Controllo positivo L’operon per il triptofano in E. coli Regione leader: tascritta, non tradotta L’operon per il triptofano in E. coli •TrpR è prodotta da un gene distante dall’operon •Da sola non è in grado di legarsi al sito o (aporepressore) •Quando è legata a molecole di trp, si lega al sito o e inibisce la trascrizione Attenuazione all’operon per il triptofano in E. coli Un secondo meccanismo, legato alla regione leader, agisce quando trp è poco e può ridurre di 10 volte i livelli di trascrizione trp-tRNA scarichi: blocco della traduzione Riassumendo 1. Niente trp Bassa affinità dell’aporepressore per o, trp-tRNA scarichi Alti livelli di trascrizione all’operon trp 2. Poco trp Bassa affinità dell’aporepressore per o, trp-tRNA carichi Bassi livelli di trascrizione all’operon lac 3. Tanto trp Alta affinità del repressore per o (trp-tRNA carichi, ma non conta) Nessuna trascrizione all’operon lac Operon per la resistenza all’arsenico in E. coli 3 geni strutturali: Ars-A: ATPasi Pompa dell’arsenico Ars-B: Unità transmembrana Ars-C: catalizza la riduzione di anioni in substrati utilizzabili dalla pompa 2 geni regolatori: Ars-D in competizione con l’arsenico e il tellurio Ars-R Riassunto •Geni funzionalmente collegati sono spesso localizzati in regioni contigue del cromosoma •Nei casi più semplici (fago λ) questa contiguità è sufficiente a determinare una regolazione genica •In altri casi (lac, trp, ars in E. coli) delle proteine (repressori) inibiscono o attenuano la trascrizione: controllo negativo •In molti casi (lac, in E. coli)esistono anche controlli positivi che stimolano la trascrizione
