Biologia animale e vegetale

NEI PROCARIOTI

Si ha il modulo dell'operone del lattosio. Il fatto che un gene venga trascritto o meno

dipende dall'attivazione di attivatori e dalla rimozione di repressori (=devo schiacciare

l'acceleratore e togliere il freno a mano per partire). Il lattosio è uno zucchero disaccaride

formato da glucosio e galattosio. I batteri usano come fonte energetica il glucosio. Se

fornisco ai batteri il lattosio, questi non possono utilizzarlo: possono usarlo se interviene

l'enzima β-galattosidasi che scinde il disaccaride. Due ricercatori si sono accorti che

aggiungendo galattosio aumentava la β-galattosidasi (β-gal). Normalmente il batterio non

ha β-gal: aggiungendo lattosio questo enzima si attiva. A monte del gene β-gal c'è un gene

i che mantiene silente il gene: i codifica per un repressore espresso nelle cellule che fa sì

che il β-gal non venga espresso. Il lattosio è in grado di legare la proteina inibitore:

impedisce all'inibitore di funzionare e dunque si attiva β-gal. Nel promotore del β-gal c'è

una sequenza promotore alla quale le proteine possono legarsi: in assenza di lattosio

l'inibitore si lega a β-gal e tiene impresso l'enzima. Se cambia la sequenza per il lattosio

l'inibitore non si lega più. Se l'inibitore si lega, l'rna polimerasi non può andare avanti a

tradurre e non esprime β-gal. Se c'è lattosio questo si lega all'inibitore, l'rna polimerasi non

ha più ostacoli e dunque attiva l'espressione della proteina. Per usare il lattosio non basta

il β-gal, ma occorre una permeasi e un'acetilasi che devono permettere al lattosio di

entrare e di acetilarsi. I procarioti lo fanno nel modo più semplice: per essere sicuri di

avere tutti e tre questi geni, questi vengono messi insieme in fila sul gene così l'rna

polimerasi li trascrive insieme (quando parte la trascrizione di uno, parte anche quella

➡

secondo e del terzo) gli rna policistronici hanno più unità di informazioni: portano le

informazioni per fare 3 proteine diverse. L'insieme dei geni che sta sulla via metabolica e

l'inibitore prendono il nome di operone.

Ciascun gene può essere regolato in modo indipendente: negli eucarioti è più complicato

perché si può avere contemporaneamente l'espressione di più geni che stanno su

cromosomi diversi. Per l'operone del lattosio si dice che c'è un sistema induttibile. Le vie

cataboliche sono inducibili: sono indotte dal substrato, ovvero si ha l'inizio della sintesi di

β-gal nel momento in cui mi serve demolire quella molecola.

CRP (recettore dell'AMP ciclico -> adenosina monofosfato, fosfato che si richiude sull'OH

ad anello): è una proteina che si lega sul promotore solo se c'è AMP ciclico (=cAMP). Se

c'è glucosio il cAMP è basso, se non c'è glucosio è alto. CRP è un attivatore della

trascrizione. Come agisce? Crea una sorta di stortura nel dna che rende più visibile la

regione d'attacco per l'rna polimerasi.

2 proteine che entrano in gioco: repressore + CRP

1° situazione: c'è glucosio -> non c'è cAMP, non c'è lattosio, non si ha la sintesi di β-gal

>>GENE SPENTO

2° situazione: do ai batteri solo lattosio: questo toglie l'inibitore, non c'è glucosio, c'è cAMP

➡

alto e dunque funziona la proteina CRP ho tanta sintesi delle proteine che devono usare

il glucosio. >>GENE TANTO ESPRESSO

3° situazione: ho glucosio e lattosio: il lattosio toglie l'inibitore, il glucosio fa sì che CRP

non funzioni, pertanto si ha una trascrizione a bassi livelli. >>GENE TRASCRITTO A

BASSA EFFICIENZA

L'operone LAC è il primo esempio di espressione genica (basato su 2 proteine) ed è un

esempio di sistema inducibile (=qualcosa che faccio quando ho un substrato da attivare).

Dunque…

La presenza di cAMP fa sì che CRP funzioni:

➡

(a) CRP legato posso avere tante copie di un gene

➡

(b) CRP non legato rna polimerasi incontra meno il promotore: la trascrizione è a bassa

efficienza (=gene espresso a bassa efficienza).

! RICORDA

Per usare il lattosio l'enzima chiave è la β-gal, enzima che scinde il lattosio | occorrono

anche permeasi, che permette al lattosio di entrare | acetilasi, che aggiunge un gruppo

acetile rendendo il lattosio utilizzabile. Per essere sicuri di avere una copia di tutti e tre i

geni nei procarioti questi vengono messi sullo stesso operone. Rna policistronici:

permettono la trascrizione di queste proteine (V, permeasi e acetilasi) -> no negli eucarioti!

Gli operoni che agiscono su vie cataboliche sono indicibili. Sulle vie anaboliche sono

spenti/repressi dalla molecola che devo fare: le vie anaboliche bloccano la sintesi degli

enzimi che devono farli -> sono reprimibili; per esempio quello che serve per la sintesi del

triptofano (amminoacido): ha una serie di enzimi che entrano in gioco per la sua

produzione che sono su un operone: la cellula produce questi enzimi fintanto che ne ha

bisogno, quando non ne ha più bisogno smette di farli. La regolazione è simile a quella del

lattosio, ma funziona in modo un po' diverso.

Nella regione del triptofano c'è un altro modello che entra in gioco: trascrizione e

traduzione possono andare di pari passo nei procarioti (a differenza che negli eucarioti in

cui prima si ha la trascrizione, poi la traduzione). A livello dell'operone del triptofano (trp)

c'è un repressore che blocca l'espressione degli enzimi che servono per farlo (se il trp è

presente), se invece non è presente, il repressore non si lega e la rna polimerasi va avanti

a trascrivere gli enzimi. Nelle prime sequenze ci sono sequenze che richiedono trp nella

proteina: queste regioni che precedono i geni che servono per il trp o si accoppiano a 3-4

o a 2-3 a seconda della velocità di traduzione:

>rapida: forcella 3-4 -> è un segnale di stop per polimerasi

>lenta: forella 2-3

2 sistemi di controllo:

(a) presenza o meno del repressore

(b) forcelle a seconda della rapidità della trascrizione

Nei procarioti ci sono proteine che legano l'rna polimerasi o il promotore e permettono la

trascrizione: queste proteine sono chiamate TF (transcription factors).

[anche negli eucarioti] queste proteine riconoscono sequenze che si trovano a monte del

sito di trascrizione: hanno un alto contenuto di adenina e timina → sono le TATA box |

oppure un alto contenuto di C e G → sono le GC box | infine ci sono anche le CAAT box.

Sequenze di questo tipo indicano che "lì vicino" c'è il sito di inizio della trascrizione.

Ci sono diversi tipi di rna polimerasi. (vedi sul libro)

Con rna polimerasi ci si riferisce a rna pol II, ma ce ne sono anche altri due tipi. [quali?

Vedi libro]

Negli eucarioti il dna è associato agli istoni: nei complessi di inizio di trascrizione ci sono

sempre delle istone acetilasi, proteine deputate al rimodellamento della cromatina (che

non deve essere troppo stretta intorno agli istoni per essere trascritta).

Non è difficile identificare le proteine a monte del promotore, ma la difficoltà sta nel fatto

che questi promotori sono già presenti sui geni, ma ci sono proteine che possono legare

sequenze (=sequenze enhancer), che sono zone che non hanno nulla a che fare con

l'inizio della trascrizione, ma che grazie al ripiegamento della cromatina si trovano nei

pressi del promotore. Il complesso del promotore è sul gene e spesso viene attivato da

quelle proteine enhancer che per ripiegamento del dna si trovano nei pressi del sito

d’inizio, vanno a toccare un elemento del complesso d’inizio che libera l’rna polimerasi, la

quale inizia a trascrivere fino a che non trova un segnale di stop. Le proteine che

interagiscono con il dna sono raggruppabili in 3 famiglie:

1# proteine con due alfa eliche separate sono proteine elica giro elica, riescono a legare

sequenze specifiche a livello dei promotori genici.

2# proteine ZF (> Zinc Finger): hanno una sequenza amminoacidica che si ripiega su un

atomo di zinco si crea così una struttura a dito che si intercala al dna.

3# proteine leucine zipper: si richiudono su se stesse come zip, si formano ponti S-S e

questa struttura può agganciare il dna.

Eucarioti ≠ Procarioti

> Eucarioti: la trascrizione avviene a livello nucleare; un gene interrotto (esoni-> geni

codificati, introni-> geni non codificati) viene inizialmente trascritto nel trascritto primario,

che subisce modificazioni una volta portato fuori dal nucleo, poi in un secondo momento si

ha la traduzione in proteina. Negli eucarioti poi ciascun gene è regolato in modo

indipendente: ciascun rna codifica per una sola proteina; ciò implica una sincronia

nell’attivazione dei genii per cui geni in luoghi diversi devono essere attivati

contemporaneamente.

> Procarioti: traduzione e trascrizione possono avvenire contemporaneamente, nello

stesso spazio fisico. Nei procarioti vi è il sistema degli operoni, per cui se ho bisogno di 3

proteine, 3 geni vengono posti sotto uno stesso operone e in questo modo vengono

trascritti e tradotti insieme.

L’mrna portato fuori dal nucleo va incontro a 2 modificazioni chimiche:

Gli viene aggiunto un cap (alla terminazione 5’) di metilguanosina, che ha la funzione di far

esportare correttamente rna maturi.

Degradazione: l’mrna viene degradato a partire dall’estremità 3’ ciò fa sì che la cellula

esprima un determinato gene e poi degrada l’mrna; a 3’ viene aggiunta una coda di poli-A

(adenine), che serve a mantenere stabile la sequenza di rna per un determinato tempo.

SPLICING

- sequenze esoniche: codificate

- sequenze introniche: non codificate  vengono rimosse attraverso lo splicing, un

processo per cui la sequenza intronica viene richiusa su se stessa e tagliata; gli esoni

vengono poi uniti insieme tramite delle proteine snrp: queste si riuniscono in un complesso

molecolare, riconoscono le sequenze introniche sull’mrna, le tagliano e saldano insieme gli

esoni. Si parte dunque da un mrna molto lungo e dopo lo splicing l’mrna risulta più piccolo.

L’mrna viene poi modificato per codificare infine le proteine.

SPLICING ALTERNATIVO

Consiste nell’assemblare gli esoni in modo alternativo: invece di saldarli coprendo il taglio

degli introni, gli esoni possono essere saldati in modo sparso. Per es. la tropomiosina ha

delle forme alternative a seconda del tessuto in cui è espressa in questo modo si

ottengono proteine simili, ma con sequenze geniche diverse: ciò è utile in quanto da pochi

geni s