Concetti Chiave
- La trascrizione differenziale consente alle cellule di produrre proteine specifiche in base alla loro funzione, attraverso l'attivazione di geni housekeeping e sequenze regolatrici.
- Sequenze regolatrici come attivatori e silenziatori influenzano il complesso di trascrizione, regolando il numero di geni trascritti in risposta a segnali cellulari.
- La coordinazione dell'espressione genica permette la regolazione simultanea di più geni, particolarmente in risposta a condizioni di stress come la siccità nelle piante.
- Lo splicing alternativo e la durata dell'mRNA influenzano la varietà e la quantità di proteine prodotte, con mRNA eucariotico che può sopravvivere a lungo per tradurre molte copie di proteine.
- Le modifiche post-traduzionali e il clivaggio sono essenziali per attivare certe proteine, mentre virus come il papilloma virus possono alterare questi processi, portando a condizioni patologiche come il cancro.
Differenziazione dell'espressione genica
Trascrizione differenziale: le cellule hanno bisogno di differenziare la loro espressione genica per produrre proteine diverse, in base alla loro funzione.
Geni housekeeping → geni che codificano proteine essenziali per il metabolismo cellulare, quindi sono sempre prodotti.
Ruolo delle sequenze regolatrici
L’RNA polimerasi II si lega al promotore grazie al complesso di trascrizione, questo viene attivato dalle proteine regolatrici che si legano a delle sequenze regolatrici presenti a monte del promotore.
Lontano dal promotore: Sequenze attivatrici (amplificatori) → legano proteine attivatrici che stimolano l’attività del complesso di trascrizione
Silenziatori → si legano a dei repressori proteici: bloccano la trascrizione
Questi regolano il numero di geni da trascrivere.
Coordinazione e amplificazione genica
Coordinazione dell’espressione di più geni:
La regolazione di più geni contemporaneamente è possibile quando i geni hanno le stesse sequenze di regolazione pronte a legarsi alle stesse proteine regolatrici.
Esempio è la risposta al segnale di stress (siccità piante) di un organismo. Sequenza regolatrice specifica → SRE che legandosi a una proteina regolatrice stimola la sintesi di RNA.
Amplificazione genica → creare più copie di un gene con il fine di aumentare la velocità di trascrizione.
Splicing e sopravvivenza dell'mRNA
Splicing alternativo: elimina gli introni ma anche qualche esone in mezzo. Questo porta a formare diverse proteine a partire da un singolo gene (es: tropomiosina).
Tempo di sopravvivenza del mRNA→ (nei procarioti dopo pochi minuti viene demolito) negli eucarioti può sopravvivere anche dei giorni traducendo numerose copie della proteina.
Controllo della traduzione e degradazione
Modifiche chimiche→ alla sequenza che impedisce l’attacco dell’mRNA all’rRNA.
Repressori traduzionali→ si legano all’mRNA bloccando la traduzione quando ad esempio la proteina è in quantità sufficienti e vengono poi disattivati quando occorre riprenderne la sintesi.
Questi controlli possono rallentare il processo di traduzione nel caso in cui mancano dei fattori per produrre quella proteina.
Degradazione proteina→ legame tra lisina della proteina bersaglio e l’ubiquitina (proteina formata da 76 amminoacidi), poi se ne attaccano altre di ubiquitina formando il complesso poliubiquitinico. Poi si legano al proteasoma(complesso proteico). L’energia liberata dall’ATP per staccare l’ubiquitina viene riciclata e denatura la proteina bersaglio.
Virus e modifiche post-traduzionali
Alcuni virus sabotano il sistema, ad esempio il papilloma virus attacca la p53, inibitrice della divisione cellulare, segue una divisione cellulare senza controllo, ovvero il cancro.
Clivaggio→ alcune proteine devono essere modificate per poter essere attivate, ad esempio un polipeptide dopo la traduzione deve essere tagliato per poter diventare insulina.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo dei geni housekeeping nell'espressione genica?
- Come avviene la regolazione della trascrizione genica?
- In che modo lo splicing alternativo contribuisce alla diversità proteica?
- Qual è l'impatto delle modifiche chimiche sull'mRNA e sulla traduzione?
I geni housekeeping codificano proteine essenziali per il metabolismo cellulare e sono sempre prodotti, garantendo così le funzioni vitali delle cellule.
La trascrizione è regolata da sequenze regolatrici che, legandosi a proteine regolatrici, attivano il complesso di trascrizione, permettendo all'RNA polimerasi II di legarsi al promotore e avviare la trascrizione.
Lo splicing alternativo elimina introni e talvolta esoni, permettendo la produzione di diverse proteine da un singolo gene, come nel caso della tropomiosina.
Le modifiche chimiche possono impedire l'attacco dell'mRNA all'rRNA, mentre i repressori traduzionali bloccano la traduzione quando le proteine sono già in quantità sufficienti, regolando così la sintesi proteica.
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