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
