Tutte le cellule di un organismo contengono un numero di cromosomi
diploide (2n) tipico della specie a cui l’organismo appartiene. I cromosomi
sono presenti in coppie di omologhi. Nei cromosomi sono sistemati in precisa
sequenza i GENI.
Il gene è tutta la sequenza nucleotidica necessaria alla sintesi di un
RNA funzionale
Nei PROCARIOTI la regione di controllo o promotore è una regione fra il nuceotide 10 e
il nucleotide 35 a monte del 1° nucleotide da trascrivere. Questa regione viene
riconosciuta dalla unità sigma (fattore sigma) della RNA polimerasi. Il riconoscimento
genera un’interazione fra enzima e DNA che favorisce l’apertura della doppia catena. La
regione è denominata Pribnow box.
Negli EUCARIOTI spesso il promotore è a circa 30 nucleotidi a monte del sito di inizio
della trascrizione e contiene la sequenza TATA (TATA box)
Negli eucarioti il gene da trascrivere viene individuato dai fattori di trascrizione
TRASCRIZIONE DELL’RNA SUL DNA
La doppia elica è srotolata dall'enzima ELICASI
e l'RNA polimerasi (in verde) sintetizza nuovo
RNA, muovendosi in direzione 5’-3’. Mano a
mano che si allunga, l'RNA rimane attaccato
alla polimerasi.
ORGANIZZAZIONE DEI GENI NEI PROCARIOTI.
UN ESEMPIO: L’OPERONE LAC
Operone: insieme di geni regolati in
maniera coordinata.
Z
β-GALATTOSIDASI
lattosio: INDUTTORE
Y
A
TRANSACETILASI
LATTOSIO PERMEASI
ORGANIZZAZIONE DEI GENI NEI PROCARIOTI
UN ESEMPIO: L’OPERONE Triptofano
Enzimi della via di sintesi del triptofano
triptofano:
COREPRESSORE
REGOLAZIONE GENICA
NEI PROCARIOTI
a, Induzione enzimatica
(Es. operone lac).
b, Repressione enzimatica.
(Es. operone Trp)
Le frecce blu indicano la sintesi del
repressore da parte del gene
regolatore attraverso la sintesi di un
RNA messaggero (mRNA).
Nei procarioti la trascrizione produce un
RNA messaggero definitivo
L'RNA messaggero definitivo si lega subito ai
ribosomi e dà inizio alla sintesi proteica ancor
prima che la sua sintesi si sia completata
(ridisegnata da E.D.P. De Robertis, F. Saez,
E.M.F. De Robertis, Cell biology, 1975
Saunders).
REGOLAZIONE GENICA
NEGLI EUCARIOTI
Le regioni di controllo
della trascrizione negli
eucarioti
possono
essere numerose.
ORGANIZZAZIONE DEI GENI NEGLI EUCARIOTI
Mentre nei procarioti e negli eucarioti più primitivi quasi tutto il DNA del cromosoma
contiene informazione genica, negli eucarioti più evoluti la parte di DNA non
significativa (pari al 95%) come informazione è preponderante rispetto a quella
significativa. I geni lungo il cromosoma possono essere solitari, disposti in famiglie e
ripetuti in tandem.
GENI SOLITARI: geni rappresentati una sola volta nel genoma
aploide di un organismo.
FAMIGLIE GENICHE: geni che codificano per proteine con sequenze
amminoacidiche simili, ma non identiche (es. immunoglobuline,
collageni, actine, protein chinasi, fattori di trascrizione).
GENI RIPETUTI IN TANDEM: geni codificanti rRNA, tRNA, istoni.
Codificano RNA e proteine pressoché identiche.
Mentre il gene o unità di trascrizione dà luogo, nei procarioti, ad un trascritto tutto e
immediatamente funzionale (che può essere policistronico), negli eucarioti il
trascritto (monocistronico) si chiama trascritto primario e viene fortemente
modificato prima di diventare funzionale. La regione di controllo della trascrizione è
nei procarioti unica, mentre negli eucarioti è plurima o variamente regolata.
CISTRONE: unità genetica che
codifica per un polipeptide
MATURAZIONE DEL TRASCRITTO PRIMARIO DEGLI mRNA
Negli eucarioti il trascritto primario, comprendente ESONI e INTRONI (a) subisce
tre modificazioni principali:
Formazione del cappuccio al 5’ (7-metilguanosina)
Formazione della coda di poliA al 3’
Taglio degli introni e giunzione degli esoni (splicing)
FORMAZIONE DEL CAPPUCCIO
FORMAZIONE DEL
CAPPUCCIO
Structure of the 5′ methylated cap of
eukaryotic mRNA. The distinguishing
chemical features are the 5′ → 5′
linkage of 7-methylguanylate to the
initial nucleotide of the mRNA
molecule and the methyl group on
the 2′ hydroxyl of the ribose of the
first nucleotide (base 1). Both these
features occur in all animal cells and
in cells of higher plants; yeasts lack
the methyl group on base 1. The
ribose of the second nucleotide (base
2) also is methylated in vertebrates.
[A. J. Shatkin, 1976, Cell 9:645]
POLIADENILAZIONE
Poly(A)-polymerase
RIMOZIONE DEGLI INTRONI E UNIONE DEGLI ESONI (SPLICING)
UTR: untranslated
region
snRNA: small nuclear RNA.
snRNPs: (pronounced "snurps“):
small
nuclear
ribonucleic
proteins.
SCHEMA DEL MECCANISMO DI SPLICING ALTERNATIVO
A partire da un unico RNA nucleare eterogeneo (hnRNA), dopo
l'eliminazione degli introni (in rosso) e mediante combinazioni distinte
dei vari esoni (in bianco), si possono ottenere classi diverse di RNA
messaggeri (mRNA) dai quali si originano isoforme diverse di una data
proteina.
Perché l’RNA messaggero possa essere tradotto è necessario che vengano
trascritti gli altri due tipi di RNA: l’RNA ribosomiale (rRNA) e l’RNA di
trasferimento (tRNA). L’rRNA, insieme a diverse proteine, forma le subunità
maggiore e minore dei ribosomi.
RIBOSOMI LIBERI E
ASSOCIATI AL RETICOLO
ENDOPLASMATICO
Reticolo
endoplasmatico (RE)
Microfotografia ottenuta con il
microscopio elettronico.
IL NUCLEOLO
In punti precisi di specifici cromosomi esistono in tutte le cellule eucariotiche dei geni
ripetuti in tandem la cui trascrizione porta ad un trascritto primario di 45 S che
formerà per maturazione gli rRNA delle due parti del ribosoma. Trascritti primari e
prodotti di maturazione danno luogo ad una struttura denominata nucleolo.
Il nucleolo è il centro di organizzazione dei ribosomi.
All'interno del nucleolo viene trascritta la molecola di RNA ribosomiale 45 S.
Essa viene poi unita a varie proteine di origine citoplasmatica, formando un
complesso ribonucleoproteico che viene rielaborato per produrre le due
subunità tipiche dei ribosomi citoplasmatici in cui sono presenti gli rRNA
definitivi (con l'intervento, per la costruzione della subunità maggiore, di un
RNA 5 S di origine extranucleolare).
Più precisamente…
Schema di svolgimento del processing dei trascritti
ribosomiali. Il gene trascrive un grande rRNA di 45
S, comprendente sequenze dette spacer intragenici
(in rosso) destinate a essere demolite; da questo
RNA prendono origine una molecola di 18 S, avviata
subito al citoplasma dove costituisce la subunità
minore del ribosoma, e un segmento
polinucleotidico di 32 S che, maturando, origina gli
RNA 28 S e 5,8 S della subunità ribosomiale
maggiore.
Anche gli RNA di trasferimento vengono trascritti da geni ripetuti in
tandem. Il trascritto primario è in genere più lungo e raggiunge la sua
configurazione definitiva solo dopo un processo di maturazione.
IL CICLO CELLULARE
Ogni cellula ha un suo ciclo vitale, comprendente una INTERFASE e la
DIVISIONE CELLULARE. Nasce e vive (G1), prepara la sua divisione (fase
S e G2), si divide (fase M).
Una volta duplicato il DNA (fase S) la cellula entra necessariamente nella fase G2 in cui
prepara tutto il macchinario per la mitosi e controlla eventuali errori avvenuti durante
la duplicazione del DNA, poi entra nella fase M o mitosi. Questa fase, a sua volta, può
essere divisa in varie sottofasi.
STADI DELLA MITOSI NEI BLASTOMERI DI TELEOSTEO
a, Profase. b, Metafase. c, Anafase. d, Telofase (da Freeman e Bracegirdle).
CITOCINESI: Cellula in divisione. La
strozzatura citoplasmatica è indicata
dalle frecce.
Ogni fase del ciclo ha i suoi tempi. Solo la fase G1 può essere prolungata fino
a divenire G0 (cellula quiescente). Come viene regolato il ciclo cellulare?
ANAPHASE-PROMOTING COMPLEX
(APC)
Un momento determinante
per la vita della cellula è il
passaggio dalla fase G1 alla
fase S. Una volta operato
questo passaggio, gli altri
sono obbligatori. Nella fase
S la cellula duplica il suo
patrimonio
di
DNA
(replicazione).
ANAPHASE-PROMOTING COMPLEX
(APC) induce la
degradazione della SECURINA
Attivazione
della
SEPARASI
Degradazione
della COESINA
Separazione dei
CROMATIDI FRATELLI
Ciclo cellulare
Animation: How the Cell Cycle Works
Animation: Control of the Cell Cycle
MITOSI
http://bcs.whfreeman.com/lodish5e/pages/bcsmain.asp?v=category&s=00010&n=01000&i=01010.03&o=|005
10|00520|00530|00540|00560|00570|00590|00600|00700|0001
0|00020|00030|00040|00050|01000|02000|03000|04000|05000
|06000|07000|08000|09000|10000|11000|120
Animation: Mitosis and Cytokinesis
