Genetica agraria

AA).

Tutto ciò avviene nei ribosomi, costituito da due parti dette: subunità ribosomiale

minore e subunità ribosomiale maggiore. In queste subunità troviamo tre siti: sito A,

dove entra l’aminoacil-tRNA con l’AA che poi si lega all’mRNA; il sito P, dove si trova

un tRNA che porta la catena polipeptidica che si sta creando; il sito E, dove esce il

tRNA.

Ci sono tre fasi principali nella traduzione: inizio, fase in cui mRNA e subunità si

associano e il tRNA si lega al codone AUG, assistita dai fattori di inizio (proteine), e

vengono letti i nucleotidi di mRNA; allungamento, in cui vengono aggiunti AA alla

catena polipeptidica in costruzione, assistita da fattori di allungamento, il tRNA carico

entra nel sito A ed ha un codone complementare a quello di mRNA e, grazie alla

subunità maggiore che presenta il ribozima, il legame tra il tRNA nel sito P e il suo AA

viene rotto per poi ricrearsi con il tRNA nel sito A, consegnato il codone AUG il tRNA si

sposta nel sito E ed esce dal ribosoma per entrare nel citosol e cercare un’altra

metionina, a questo punto nel sito P si ha un tRNA che ha due AA e così continuerà a

scorrere il ribosoma per formare la catena polipeptidica; terminazione, fase che si ha

quando nel sito A del ribosoma si trova un codone di stop UAA, UAG o UGA dell’mRNA

che si legano a un fattore di rilascio che rompe il legame tra il tRNA nel sito P e la

catena polipeptidica; a questo punto il polipeptide si separa dal ribosoma.

Nei procarioti, non essendo presente l’involucro nucleare, la trascrizione e la

traduzione avvengono insieme.

Quando la proteina si separa dal ribosoma è in una forma inattiva e non definitiva, per

questo possono essere tolti segmenti della catena per far spazio a lipidi e carboidrati,

e piano piano la proteina si ripiega; molti dicono che le proteine chaperoni aiutano ad

avere la corretta struttura; possono essere poi trasportate al reticolo endoplasmatico

e, da lì, vengono trasportate tramite vescicole alla destinazione finale, che può essere

un lisosoma, la membrana o all’esterno della cellula.

Trascrizione

Pre-mRNA mRNA

traduzione

polipeptide e

ribosoma

Mutazioni delle basi: come influenzano la proteina.

Le mutazioni sono cambiamenti del materiale genetico ereditario, causati da errori

casuali della DNA polimerasi. Possono avvenire per: mutazione di coppie di basi

(puntiformi) o sostituzione di coppie di basi; entrambe possono alterare la struttura e

funzionamento delle proteine.

Esistono diversi tipi di mutazione e vediamo quali sono:

1. Mutazione missenso avviene quando una base nel DNA è sostituita con

un’altra base, così la sequenza codificante avrà una lettera mutata; può causare

problemi di salute ed è spesso collegata a tumori e condizioni genetiche.

2. Mutazioni non-senso avviene quando una base viene modificata, in modo che

il codone della tripletta diventi un codone di stop; provoca l’arresto della

trascrizione in mRNA, che quindi sarà anche un filamento più corto, e porta a

problemi di salute come la fibrosi cistica.

3. Mutazione silente avviene quando c’è un cambiamento nella sequenza di DNA

che però non altera la sequenza amminoacidica, per tanto la proteina non

subirà variazioni.

4. Mutazione frame-shift avviene quando c’è un’inserzione/delezione di un

nucleotide nel DNA che causa una lettura errata della sequenza di DNA,

producendo proteine anormali o non funzionanti.

ESPRESSIONE GENICA.

Introduzione.

Le differenze di struttura e delle varie funzioni delle cellule non dipendono dalla

presenza o assenza di un gene, ma dipende se è espresso o meno (se sono attivi o

no); ci sono geni chiamati housekeeping che sono attivi in quasi tutte le cellule, altri

sono accesi o spenti (espressi o non) a seconda del tipo di cellula. L’espressività di un

gene è legata alla regolazione trascrizionale che determina quali geni devono essere

trascritti e in quale quantità; alcune regolazioni sono post trascrizionali, altre

avvengono durante la traduzione e altri ancora sono post traduzionale.

Espressione genica nei procarioti.

Se un batterio cambia habitat, alcuni processi metabolici possono essere spenti

mentre altri, invece, possono essere attivati. Nel 1961 fu ideato il modello dell’operone

per controllare l’espressione dei geni del metabolismo del lattosio; l’operone è un

gruppo di geni/sequenze coinvolte nella regolazione, una di queste sequenze è il

promotore al quale si lega l’RNA polimerasi per trascrivere. Ogni operone, dopo la

trascrizione, diventerà un singolo mRNA che codifica diverse proteine. Oltre

all’operone possiamo trovare l’operatore, un segmento al quale si lega una proteina

regolatrice (inibitore o attivatori), che è codificata da un gene che non appartiene

all’operone. Una proteina regolatrice è il repressore, che, se attiva non fa esprimere i

geni dell’operone; un’altra è l’attivatore che, se attiva, fa esprimere i geni.

Il lattosio è uno zucchero che una volta metabolizzato fornisce energia alle cellule; nel

suo metabolismo ci sono 3 geni molto importanti: lacZ, lacY e lacA, adiacenti fra di

loro sul cromosoma; tutti e 3 fanno parte della stessa unità trascrizionale (trascritti

insieme). LacZ codifica per un enzima che catalizza la trasformazione da lattosio a

glucosio e galattosio, metabolizzati a sua volta da altri enzimi e producendo energia.

LacY codifica per la permeasi, enzima che trasporta il lattosio dentro la cellula,

consumando energia. LacA codifica per la transcaetilasi.

L’operone lac è controllato dal repressore lac (proteina regolatrice), che si lega

all’operatore, e codificato dal gene lacl, separato dal lac ma vicino; quando manca li

lattosio il repressore attivo si lega all’operatore bloccando il legame tra RNA,

promotore e polimerasi. Quando è presente il lattosio l’operone si attiva e vengono

sintetizzati i 3 enzimi. Così il lattosio entra nella cellula e viene convertito in

allolattosio, un suo isomero, che è un induttore dell’operone lac così il repressore non

è più capace di legarsi, perché cambia forma, al lac non bloccando l’RNA. Viene, per

questo motivo, definito operone inducibile.

Nella biosintesi del triptofano è coinvolto un operone, chiamato operone trp (da trpE a

trpA) con il promotore a monte del gene trpE; la sua espressione è legata al repressore

trp, che è sintetizzato in forma inattiva, perciò se non è presente triptofano allora i

geni saranno espressi, quando è presente invece non c’è bisogno di sintetizzarlo

(perché si lega al repressore, attivandolo, e così si blocca la catena); in questo caso si

tratto di un operone reprimibile ed il triptofano è il suo corepressore.

Entrambi i tipi di operone sono un tipo di regolazione genica negativa: geni

normalmente attivi che vengono spenti da una proteine repressiva.

La regolazione genica positiva per l’operone lac (inducibile) si ha quando l’operone

viene trascritto in presenza di lattosio ma non di glucosio, perché più efficiente del

lattosio come fonte di energia, così il lattosio viene usato per formare l’induttore

(allolattosio) che si lega al repressore e lo inattiva, come già scritto, però l’RNA

polimerasi può essere messa in gioco lo stesso tramite una CAP, proteina recettore

che si lega al promotore, e insieme al AMP ciclico, per far avvenire la trascrizione dei

geni.

Regolazione genica negli eucarioti.

È regolata anche in questo caso da operoni, e ci sono due regolazioni possibili:

regolazione a breve termine, gruppi di geni vengono accesi e spenti a seconda delle

condizioni ambientali; regolazione a lungo termine, regolazione richiesta

dall’organismo per lo sviluppo. Le regolazioni sono più complesse rispetto a quelle

procarioti perché di per sé la cellula eucariote è più complessa, c’è la presenza della

cromatina, trascrizione e traduzione sono separate dalla membrana.

La struttura della cromatina è molto importante per l’espressività di un gene, i geni

molto vicino agli istoni, che compongono la cromatina, sono inattivi perché non hanno

i promotori accessibili alla trascrizione; quindi, per attivare un gene bisogna che la

cromatina si rimodelli per rendere accessibile il promotore, processo chiamato

rimodellamento della cromatina; nel processo sono coinvolti attivatori, complessi di

rimodellamento ed enzimi. La regolazione d’inizio trascrizione è la più importante:

-il promotore è una sorta di attivatore per la trascrizione che inizia, anche, grazie alla

presenza di una sequenza di DNA nel promotore, chiamata TATA box;

-la RNA polimerasi II è quella che effettivamente svolge la trascrizione che, però non

sa da dove iniziare, per questo ci sono dei fattori di trascrizione che riconoscono la

TATA box comunicandolo alla RNA polimerasi II e iniziare la trascrizione;

-sono presenti, nella regione prossimale del promotore, elementi prossimali del

promotore che regolano la velocità di trascrizione;

-la velocità non è sempre la stessa, perché è presente l’enhancer, una sequenza di

DNA lontana, che contiene delle sequenze regolatrici che appunto regolano a che

velocità deve essere trascritto un gene. Questo può essere influenzato anche da

attivatori e repressori.

RNA polimerasi II, TATA box e attivatori regolano la velocità in modo da ottenere la

massima trascrizione.

Attivatori e repressori sono quelli che regolano la trascrizione tramite il processo

combinatorio della regolazione genica, ossia combinandosi fra loro. Considerando due

geni teorici, A e B, per ottenere la massima trascrizione del gene A, gli attivatori 2, 5,

7 e 8 devono essere legati ai loro attivatori nell’enhancer; mentre per il gene B i geni

legati all’enhancer devono essere 1, 5, 8 e 11.

Un tipo di regolazione genica, chiamata coordinata, è a opera di fitormoni come le

auxine. L’auxina attraversa la membrana plasmatica ed entra nel citoplasma, dove

viene legata a un recettore; questo complesso entra nel nucleo, dove si lega ad altre

sequenze regolatrici e grazie a questo legame è attivata la trascrizione dei geni.

La regolazione epigenetica avviene perché le piante devono adattarsi a vari stress

biotici e abiotici e, per farlo devono esserci tanti cambiamenti di molecole; questi

cambiamenti sono controllati a livello epigenetico, ossia non a livello di DNA ma a

livello di modifiche chimiche ereditarie. Questa regolazione ha tre meccanismi di

sopravvivenza: metilazione del DNA, dove viene aggiunto