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UNITÀ L 1 La regolazione dell’espressione genica

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA IL CONTROLLO DELL’ESPRESSIONE GENICA I geni costitutivi sono i geni sempre attivi che codificano per proteine indispensabili per la cellula. Si distinguono in: • inducibili, che codificano per proteine modulate in risposta a determinati segnali molecolari; • reprimibili, che codificano per proteine i cui livelli diminuiscono a seguito di un segnale specifico.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA LA DUPLICAZIONE DEL DNA La doppia elica del DNA è una molecola autoreplicante: essa è infatti capace di riprodurre catene identiche a sé stessa nella fase di preparazione alla divisione cellulare.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA LA SINTESI PROTEICA La sintesi delle proteine coinvolge il DNA come fonte di informazioni e l’RNA come fautore della costruzione stessa delle molecole proteiche. Esistono diversi tipi di RNA: • m. RNA (RNA messaggero); • r. RNA (RNA ribosomale); • t. RNA (RNA trasportatore).

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA LA TRADUZIONE E LA TRASCRIZIONE Grazie a specifici enzimi, un tratto di DNA denominato unità di trascrizione si apre per iniziare la trascrizione. La fase successiva, in cui avviene l’inserimento e l’avanzamento dei t. RNA che trasportano gli amminoacidi dal citoplasma, viene detta traduzione.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA I FATTORI DI REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA Il DNA contiene una specifica sequenza di tratti genetici non codificanti: il promotore, che determina il punto di inizio della trascrizione, e il terminatore, che ne indica la fine.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA LA REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Un operone è formato da un gruppo di geni la cui trascrizione è controllata da un promotore, che determina il punto di inizio della trascrizione, e da un operatore, una sequenza di DNA posizionata subito a valle del promotore su cui si legano i fattori di trascrizione proteici.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA GENI INDUCIBILI: L’OPERONE LAC Nei geni inducibili l’operatore lega stabilmente il repressore fino alla comparsa di un induttore che fa staccare il repressore attivando la trascrizione.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA GENI INDUCIBILI: L’OPERONE LAC Nei geni reprimibili la trascrizione dell’operone è libera di procedere poiché l’operatore non lega alcun repressore.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA ALTRI MECCANISMI DI CONTROLLO DELL’ESPRESSIONE GENICA La sequenza di Shine-Dalgarno, situata a monte del codone di inizio della traduzione (AUG), favorisce l’attacco del ribosoma e quindi la formazione del polipeptide.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA LA REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI I diversi meccanismi di regolazione genica degli eucarioti rappresentano un sistema di controllo della complessità che caratterizza i metabolismi. Si possono riunire in tre gruppi, in base al momento in cui essi agiscono: prima, durante o dopo la trascrizione.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA REGOLAZIONE A MONTE DELLA TRASCRIZIONE La cellula eucariotica regola l’espressione genica a monte della trascrizione attraverso la metilazione o l’acetilazione degli istoni, che condensano o aprono il DNA. La metilazione del DNA avviene di norma sulla citosina adiacente a una guanina.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA REGOLAZIONE DURANTE LA TRASCRIZIONE Affinché la trascrizione inizi e si completi è necessario il legame di TBP alla TATA box e la fosforilazione dell’RNA polimerasi. L’efficienza del processo è regolata da sequenze a monte del promotore, la CAAT box, la GC box e gli enhancer.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA REGOLAZIONE POST-TRASCRIZIONALE Dopo la trascrizione, il cappuccio 5’ e la coda di poli (A) partecipano alla traduzione indirizzando i ribosomi a legarsi all’estremità 5’ della molecola di m. RNA.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA REGOLAZIONE POST-TRASCRIZIONALE Lo splicing è il processo di rimozione degli introni dal trascritto, per determinare uno o più m. RNA maturi.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA ALTRE FORME DI CONTROLLO DELL’ESPRESSIONE GENICA: RNAI E PROTEASOMI Quando un m. RNA non è più necessario, la cellula blocca la sua traduzione producendo i mi. RNA che, attraverso l’RNA interference, accompagnano l’m. RNA verso la degradazione. L’attività delle proteine prodotte è regolata da differenti modificazioni reversibili, la loro degradazione è regolata dall’ubiquitinazione.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA I VIRUS I virus sono particelle infettive, composte solo da materiale genetico circondato da un rivestimento proteico (capside), che utilizzano l’apparato metabolico dell’ospite per replicarsi.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA LA RIPRODUZIONE VIRALE L’infezione virale presenta cinque fasi: 1. l’attacco del virus; 2. la penetrazione; 3. la fase di sintesi; 4. l’assemblaggio; 5. la fase di rilascio.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA I VIRUS PROCARIOTICI I virus procariotici possono attuare: • un ciclo litico, quando a seguito dell’infezione si ha la riproduzione delle particelle; • un ciclo lisogeno, se il materiale genetico virale viene inglobato nel cromosoma batterico infettando molte cellule.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA I VIRUS EUCARIOTICI I virus eucariotici possono contenere DNA ed effettuare cicli litici o lisogeni, o RNA e, con l’aiuto di enzimi contenuti nelle stesse particelle, replicarsi all’interno delle cellule ospiti immediatamente o dopo una fase di latenza.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA IL TRASFERIMENTO GENICO NEI PROCARIOTI Il trasferimento genico orizzontale dei procarioti può avvenire in tre differenti modalità: • trasformazione; • trasduzione; • coniugazione.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA TRASFORMAZIONE La ricombinazione tra il genoma di un batterio e una sequenza di DNA libera assorbita dall’ambiente esterno è chiamata trasformazione.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA TRASDUZIONE La ricombinazione tra il DNA del batterio iniziale e il cromosoma del batterio ricevente è chiamata trasduzione.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA CONIUGAZIONE La coniugazione è il processo attraverso il quale il DNA è traferito direttamente da una cellula donatrice a una ricevente.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA ELEMENTI GENICI MOBILI I plasmidi sono piccole molecole circolari di DNA a doppio filamento presenti in una o più copie all’interno del citoplasma batterico e composte da poche dozzine di geni.

DALLA DOPPIA ELICA ALLA POSTGENOMICA ELEMENTI GENICI MOBILI Il trasposone è formato da un frammento di DNA mobile in grado di spostarsi lungo il genoma con un sistema di trasposizione proprio. Si suddividono in due categorie: • trasposoni a DNA; • retrotrasposoni.