Appunti Microbiologia( cellula, antibiotici, respirazioni, fermentazioni ecc..)

1.d REGOLAZIONE TRASCRIZIONALE NEGLI ARCHEA

Regolazione negativa

Regolazione dei geni codificanti per gli enzimi coinvolti nella fissazione

dell'azoto (archea azotofissatori).

La proteina repressore NrpR si lega alle sequenze BRE e TATA box,

impedendo l'interazione con le proteine TFB e TBP che sono necessarie al

riconoscimento del promotore.

In carenza di ammoniaca si ha l'accumulo di alfa-chetoglutarato, che agendo

da induttore si lega NrpR; questo si stacca dal DNA, permettendo il legame

della Pol.

A concentrazioni di ammoniaca ottimal, l'alfa-chetoglutarato è convertito in

glutammato, quindi il repressore rimane legato al DNA, impedendo la

trascrizione.

Regolazione positiva

Geni coinvolti nella fermentazione e nella riduzione dello zolfo elementare ad

H S. I due tipi di metabolismi ovviamente non avvengono

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contemporaneamente. La proteina regolatrice SurR funge sia da attivatore che

da repressore:

se lo zolfo è assente, SurR attiva la trascrizione dei geni coinvolti in

• fermentazione, reprimendo quelli coinvolti nel metabolismo dello zolfo

se è presente zolfo, SurR si stacca dal DNA permettendo l'espressione dei

• geni coinvolti nel metabolismo dello zolfo, e reprimendo la trascrizione

dei geni coinvolti nella fermentazione.

2. REGOLAZIONE DELLA TRADUZIONE

2.a Riboswitch

Riboswitch = corti corti segmenti di una molecola di mRNA, che fungono da

interruttori genici legandosi a una molecola bersaglio, modulano la

→

traduzione di quell'mRNA. E. coli,

Esempio: regolazione della sintesi della tiamina in agendo su un

riboswitch localizzato in prossimità della sequenza di Shine-Dalgarno o RBS.

Sufficiente aa: la tiamina (molecola bersaglio) si lega due strutture a forcina del

riboswitch, sull'mRNA distorsione della struttura che provoca una mutazione

→

conformazionale della regione di SD, che impedisce il legame del ribosoma al

filamento.

2.b Controllo stringente

Modalità di regolazione globale della sintesi di aa e non solo.

In carenza di aa tRNA scarichi blocco della trascrizione dei geni coinvolti

→ →

nella sintesi di rRNA, quindi, blocco della sintesi delle proteine ribosomiali e

dell'assemblaggio dei ribosomi.

2.c Small RNA (sRNA) o RNA antisenso

Sono codificati dal genoma della cell; spesso sono complementari a una

regione specifica dell'mRNA, localizzata di solito a monte dei trascritti di un

determinato operone. Un singolo sRNA può legarsi anche a target diversi.

In grado di controllare espressione genica:

alterazione della trascrizione

• alterazione della stabilità dell'mRNA

• alterazione dell'inizio della traduzione: legandosi all'mRNA causa un

• ingombro sterico che impedisce al ribosoma di cominciare a leggere il

filamento.

Gli sRNA possono operare due tipi di regolazione.

Regolazione positiva.

• In determinate condizioni, sull'mRNA, si forma una doppia elica che

◦ maschera, nasconde il sito di legame per il ribosoma. Legandosi, lo

sRNA fa cambiare la struttura a doppia elica, permettendo al ribosoma

di legarsi al suo sito.

La stabilità dell'mRNA è alterata da enzimi detti nucleasi:

◦ esonucleasi che degradano la molecola agendo a partire dalle

estremità + ribonucleasi che agiscono all'interno della molecola di

mRNA.

Gli mRNA presentano sequenze UTR = sequenze non tradotte, alle quali si

appaia sRNA formazione di una doppia elica, proteggendo il filamento dalle

→

nucleasi, che riconoscono solo singole eliche.

Regolazione negativa.

•

Lo sRNA si lega a una regione specifica dell'mRNA, favorendo la lettura di un

solo gene da parte del ribosoma. Es: gene galE dell'operone gal; proteina sod

(superossido dismutasi): in carenza di ferro non viene sintetizzata, mediante

azione di uno sRNA che maschera il sito di riconoscimento del ribosoma.

2.d Regolazione nella sintesi dei ribosomi

E. coli

Esempio: operone S10 di sintesi delle subunità ribosomiali.

→

In condizioni di crescita è presente rRNA e la cell necessita di sintetizzare

ribosomi l'operone è trascritto e tradotto in proteine ribosomiali.

→

In assenza di rRNA, è comunque sintetizzata la proteina ribosomiale L4, che

va poi a legarsi al 5' dell'mRNA dell'unità trascrizionale S10, bloccandone la

traduzione.

3. REGOLAZIONE NELLA SINTESI DEGLI AMMINOACIDI

Può agire a vari livelli:

a) nella trascrizione, tramite due meccanismi differenti

b) nella traduzione

c) modulando l'attività del primo enzima chiave della via biosintetica.

3.a REGOLAZIONE TRASCRIZIONALE

Controllo negativo di un gene reprimibile

• Attenuazione

•

ATTENUAZIONE= meccanismo che determina lo stop prematuro della

trascrizione, utilizzando la traduzione come segnale di alti/bassi livelli della

concentrazione di aa.

Esempio: operone Trp (operone triptofano)

Struttura: gene codificante per il repressore (terminatore), regione

promotore, regione operatore

regione leader (L), cinque geni strutturali cinque enzimi.

→

La regione leader (L) si colloca a monte del primo gene. È lunga ca 150 pb.

Presenta

una corta sequenza codificante, con codone di inizio + stop e due codoni

• codificanti per Trp, adiacenti; si distinguono la regione 1 e la regione 2.

Codifica per un peptide di 14 aa (peptide leader), in cui sono presenti due Trp

di seguito

una sequenza detta attenuatore, in cui si distinguono la regione 3, la

• regione 4 e una coda di poli(U).

Le varie regioni possono appaiarsi formando strutture a forcina:

a) 1-2 e 3-4, con l'appaiamento 3-4 che corrisponde al codone di STOP

b) altrimenti 2-3 segnale di continuazione per la trascrizione.

→

Scarso Trp inizia la trascrizione dell'operone, e contemporaneamente

→

avviene la traduzione dell'mRNA.

Traduzione della regione leader: il tRNA carica il triptofano sul peptide in

formazione, ma dato che non si ha Trp a disposizione, la traduzione si blocca

sulla regione 1; di conseguenza non può avvenire l'appaiamento 3-4, mentre

avviene l'appaiamento delle regioni 2 e 3 dell'attenuatore formando una forcina

la trascrizione procede, in modo che la cell venga rifornita di Trp richiesto per

→

procedere anche con la traduzione.

Se invece si ha Trp in abbondanza, la traduzione della regione 1 dell'mRNA

avviene correttamente si ha l'appaiamento 3-4 stop. La trascrizione si

→ →

blocca, mentre la traduzione, data la disponibilità dell'aa procede.

Bacillus subtilis regolazione della sintesi di aa solo tramite un particolare tipo

→

di attenuazione: si ha sempre la formazione di strutture terminazione/anti-

terminazione della trascrizione, ma: la proteina regolatrice è circolare

(proteina trap).

In abbondanza dell'aa, la proteina trap lega 11 residui dell'aa in

• questione e il complesso va a formare la struttura di terminazione per la

trascrizione.

In assenza dell'aa, la proteina trap non forma tale struttura e la

• trascrizione procede.

Inoltre, l'operone presenta la regione T box, codificante per la proteina anti-

trap. A elevate concentrazioni dell'aa, la proteina anti-trap non è sintetizzata;

la proteina trap quindi forma il complesso di terminazione. A basse

concentrazioni dell'aa, i tRNA sono scarichi, e vanno a legarsi alla regione T

box, permettendo la sintesi della proteina anti-trap; questa va a rivestire la

proteina trap, impedendole di associarsi all'aa.

3.b REGOLAZIONE TRADUZIONALE

Amminoacil tRNA sintasi sintesi del tRNA.

→

Il tRNA si lega a una regione T-box del gene codificante per la amminoacil tRNA

sintasi: se il tRNA è carico, si forma una struttura di terminazione che inibisce

la trascrizione dell'enzima; se il tRNA è scarico si forma la struttura di anti-

terminazione.

3.c REGOLAZIONE ENZIMATICA – CONTROLLO DELLE VIE BIOSINTETICHE

Regolazione della sintesi di Arg: repressione degli enzimi coinvolti nelle vie

biosintetiche in seguito all'aggiunta di Arg. L'andamento della sintesi proteica

totale rimane invariato.

Regolazione allosterica – Feedback-negativo

I geni sono trascritti e tradotti, regolazione a livello del prodotto genico: il

prodotto enzimatico, quando raggiunge una certa concentrazione, si lega al

sito allosterico dell'enzima; ciò modifica la conformazione del sito attivo

riducendo la sua affinità per il substrato.

a) Vie di sintesi lineari. L'aa si lega al primo enzima della via biosintetica.

Questa forma di regolazione non è presente in tutti i batteri, dipende

anche dalle condizioni in cui il batterio vive

b) Vie di sintesi ramificate. Più aa coinvolti nella stessa via due

→

possibilità:

tutti inibiscono l'enzima che sintetizza il precursore comune

◦ altrimenti inibizione del primo enzima subito dopo la ramificazione dal

◦ precursore comune, in modo da bloccare la sintesi solo dell'aa in

eccesso, non inibendo anche la sintesi degli altri.

Modificazione post-traduzionale

In alternativa, inattivazione dell'enzima tramite modificazione per aggiunta di

un gruppo chimico:

glicosilazione

• acetilazione

• fosforilazione

• adenilazione ecc.

•

Un tipo di modificazione post traduzionale è la rimozione di amminoacidi

dalla regione N-terminale della proteina attraverso l'azione di una proteasi.

Ad esempio l'ormone insulina, in seguito alla formazione dei ponti disolfuro,

è tagliato due volte, con la rimozione del cosiddetto propeptide presente nel

centro della catena. L'insulina matura consiste dunque di due polipeptidi

legati tra loro attraverso ponti disolfuro.

3.d REGOLAZIONE DELLA BIOSINTESI DI METIONINA (Met)

aa fondamentale fornisce gruppo metile a molte vie metaboliche; la Met è

→

metilata grazie al coenzima S-adenosin metionina (SAM).

La SAM funge anche da regolatore biosintetico, formando una struttura di

terminazione/anti-terminazione della trascrizione.

Elevata quantità di Met nella cell elevata concentrazione di SAM: SAM

• →

si lega all'attenuatore dell'operone, formando la struttura di

terminazione = forcina seguita dalla classica coda di poli U, che blocca la

trascrizione

Bassa concentrazione di SAM SAM non si lega a regione attenuatore,

• →

quindi regioni 1 e 2 si appaiano impedendo formazione della struttura

terminatore trascrizione continua.

→

4.REGOLAZIONE GLOBALE

A variazioni delle condizioni ambientali la cell reagisce con l'attivazione di

trascrizione e traduzione di geni per rispondere a tali cambiamenti: espres