Biologia e genetica

Il ruolo del fattore sigma nella trascrizione dell'RNA polimerasi

Il fattore sigma conferisce specificità all'azione dell'RNA polimerasi, poiché alcuni fattori sigma sono responsabili della sintesi dei geni housekeeping (comuni a tutti i ceppi batterici e necessari per la struttura o il metabolismo), mentre altri sono coinvolti nella resistenza alle alte temperature (heat shock proteins).

L'RNA polimerasi si lega a una regione ben definita chiamata promotore (-10 e -35) e inizia a formare la bolla di duplicazione. Il fattore sigma stabilizza il primo legame, ma per l'inizio della trascrizione è necessario il distacco.

La terminazione della trascrizione avviene vicino a siti che contengono un alto numero di coppie GC, grazie a due tipi di terminatori: uno indipendente e uno dipendente. Nel caso del terminatore indipendente, l'RNA polimerasi trascrive una sequenza palindromica che sarà presente nel trascritto primario e si ripiegherà su se stessa.

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causerà il rilascio; in quelli dipendenti la proteina è un'elicasi che raggiunge l'RNApolimerasi, che ha a volte rallentamenti, indebolisce il legame fra enzima e DNAstampo e blocca la trascrizione.

traduzione: il codice genetico è un insieme di regole che permettono il passaggio da nucleotidi in proteine, fatto da una sequenza di triplette dette codoni. ogni volta che si fa una delezione si perde il significato della parola che compone l'amminoacido, lo stesso quando se ne fanno due, alla terza delezione si ottiene una frase con una parola in meno ma che ha ripreso il suo senso (manca un solo amminoacido). da questi esperimenti di delezione gli studiosi hanno determinato che il codice genetico è fatto da triplette e che ogni amminoacido è determinato da tre nucleotidi. si è osservato che uno stesso amminoacido era codificato da più triplette (i codoni) e quindi è definito degenerato per evitare che ci siano mutazioni.

nella sequenzaamminoacidica (è consentita solo la mutazione a livello del singolo codone,l’importante è che l’amminoacido sia quello).3 codoni sono definiti codoni di stop perché non codificano per nessun amminoacidoe un unico codone è di inizio e specifica per la metionina.

● fase ATP dipendente: il tRNA ha una regione che riconosce l’amminoacidochiamata anticodone (per cui servono almeno 20 tRNA), esiste poi unaregione distale che legherà poi l’amminoacido alla tripletta corrispondente alivello del ribosoma.ha luogo il riconoscimento fra il tRNA e l’amminoacido corrispondente e lacreazione di un legame estere molto stabile e anche molto energetico fra idue il legame con l’amminoacido avviene grazie all’amminoacil sintetasi.

● fase GTP dipendente: serve individuare sull’mRNA il segnale di inizio dellatraduzione costituito dalla tripletta AUG.esiste poi un segnale che consente alla subunità

minore del ribosoma dilegarsi prima all'mRNA (posizionandosi in corrispondenza della AUG); successivamente, grazie all'idrolisi del GDP, il tRNA che trasporta il primo aminoacido (metionina) si lega al messaggero e solo a quel punto si unirà al complesso anche la subunità maggiore per formare il complesso di inizio. per fare questo servono molti fattori per evitare qualsiasi problema che può venire, i fattori interagiscono e permettono l'avvio della traduzione.

fattore ruolo

• EIF4F riconosce il CAP e, con l'elicasi, svolge la forcina dell'mRNA.
• EIF2 coadiuva il legame fra l'mRNA alla particella 40S del ribosoma. aggancia a sé un GTP.
• EIF2B serve per l'idrolisi del GTP in GDP presente sul EIF2, così EIF2 si rilascia dal complesso.
• EIF3 si lega alla subunità minore del ribosoma per impedire legame con quella maggiore.
• EIF6 si lega alla maggiore per evitare legame con la minore.
• EIF5 aiuta l'aggancio delle due subunità.

subunità del ribosoma.
EIF1, EIF1A aiutano il movimento del complesso ribosomale lungo l'mRNA.
Per l'allungamento si ha ancora bisogno dei fattori oltre che di una serie di enzimi e per la formazione del primo legame peptidico è necessaria la peptidiltransferasi.
I tRNA trasportano i loro amminoacidi entrando sul sito A, spostandoli sul sito P dove si trova l'amminoacido nascente e poi i trasportatori si spostano sul sito E per uscire.
L'allungamento continua fino a quando non si incontra un codone di stop che fa arrestare la traduzione.
Dopo la sintesi dei polipeptidi questi devono essere ripiegati prima di svolgere la loro funzione biologica, questo ripiegamento è facilitato da alcune proteine dette chaperoni molecolari.
317. Regolazione dell'espressione genica negli eucarioti esistono una serie di modificazioni e regolazioni che riguardano la cromatina.
C'è un controllo nucleare che riguarda il controllo della trascrizione e quello

del prodotto della trascrizione; a livello citoplasmatico si può controllare la traduzione. Come si è arrivati a capire se i geni funzionassero tutti nello stesso momento? Si fece un esperimento utilizzando le cellule della pelle della rana, si misero in coltura e si prese un ovocita della rana da cui distrussero il nucleo, nell'ovocita venne iniettata la cellula della pelle; l'uovo fecondato si sviluppò in girino. L'esperimento dimostrava la totipotenza dei nuclei e quindi il fatto che le cellule contenessero la stessa informazione genetica con la differenza tra i geni accesi e quelli spenti. Stabilito che nell'ambito di un organismo fosse diploide, si fece un'elettroforesi bidimensionale, un sistema in cui si fanno migrare le proteine estratte e si fanno correre, poi si compara il numero delle proteine espresse in due contesti differenti. Esempio: cellule epatiche e quelle del cervello, alcune proteine sono comuni o con stessa o con diversa intensità.

altri sono assenti in uno e presenti nell'altro. Le cellule hanno quindi espressione differenziale di queste proteine, per cui nel sistema cellulare deve esserci un sistema trascrizionale composto da proteine che si legano al materiale genetico per regolare l'espressione dei geni (ci sono fattori che reprimono oppure che attivano l'attività dell'RNA polimerasi). Controllo della cromatina: modifiche che riguardano la struttura della cromatina (come l'acetilazione e la metilazione). La metilazione della lisina 4 dell'istone H3 è una caratteristica della maggior parte dei geni attivi, mentre la lisina 9 è associata al silenziamento genico, con la metilazione si può rendere la trascrizione impossibile. Anche l'acetilazione è un meccanismo di controllo e cioè l'aggiunta di un gruppo acetile alle catene laterali degli istoni può provocare la decondensazione della cromatina e quindi renderla maggiormente

accessibile.(modificazione chimica e non genica) 32controllo trascrizionale: un singolo gene può essere controllato da moltifattori presenti sul DNA per cui a seconda della presenza o meno di unaproteina si può indurre o meno la trascrizione di un determinato gene.un singolo fattore può regolare l'espressione di tanti geni, oppure più fattoripossono collaborare per il controllo.i fattori sono molto importanti in quanto l'espressione di un gene dipende daessi, oltre che dall'ambiente in cui è situata e dal suo grado di sviluppo.(l'emoglobina fetale è diversa da quella nell'adulto, i geni che controllano lo sviluppodella gonade sono inattivi prima e si attivano con la pubertà).i fattori di trascrizione hanno tutti una regione che si lega e riconosce unasequenza specifica del DNA, devono avere un dominio di attivazione che,interagendo con altre proteine, permetta la trascrizione.molti fattori hanno strutture

simili e formano legami con il DNA stabili ma non covalenti per potersi sempre staccare, le regioni in grado di legarsi al DNA sono 4: le dita di zinco, helix-loop-helix importante nel differenziamento dei muscoli e dello scheletro, le leucine zipper, HMG box. Esistono sequenze regolative localizzate verso l'estremità 5' a monte del promotore (elementi in cis), non vengono trascritte e legano le proteine che si muovono e che quindi agiscono come elementi regolatori in trans (sono elementi trans, per esempio i recettori per gli ormoni, alcuni sono per i glucocorticoidi, ormoni sintetizzati in risposta ad uno stress che stimolano la sintesi del glicogeno). Gli elementi heat shock vengono attivati dopo shock termici, ambientali, metabolici, e le proteine codificate da questi geni sono le Hsp 60, 70, 90, sono proteine a basso peso molecolare che proteggono l'individuo. Le heat shock proteins si legano alle proteine danneggiate, il legame permette ai fattori HSF (le proteine) di

promuovere la trascrizione per sostituire quelle danneggiate.

enhancer (intensificatori) → proteine che si legano su sequenze strategiche del DNA e permettono l'attivazione della trascrizione rendola molto più efficace.

silencer → agiscono inibendo la trascrizione.

entrambi questi elementi di controllo sono definiti distali perché possono agire anche ad elevate distanze.

controllo post-trascrizionale: controllo della maturazione dell'mRNA, controllo del trasporto dell'mRNA grazie ai pori che permettono il passaggio, le small nuclearRNP sono piccole particelle che impediscono al messaggero di uscire prematuro, ci sono sequenze molto piccole (microRNA) sintetizzate dalla RNA polimerasi 2 hanno il compito di bloccare la trascrizione o la traduzione del trascritto maturo, essendo di piccole dimensioni può essere sintetizzato in laboratorio, veicolato e creato accuratamente per legare molecole precise per ottenere scopi precisi.

controllo traduzionale:

controlli per determinare quanto l'mRNA messaggero deve vivere nella cellula per non essere trascritto all'infinito, questa funzione è associata ai microRNA. Esistono vari tipi di microRNA che possono agire sulle proteine e che hanno uno spettro molto ampio di azioni di inibizione o aumento. La cromatina fino ai primi anni del 900 si pensava fossero le proteine le depositarie dell'informazione genica, questo fino a quando si fecero degli esperimenti fra cui quello di Griffith. Egli prese due ceppi dello streptococco, uno patologico e uno no, prese la formaliscia, lo inoculò in un topo e questo morì, l'altra forma, quella ruvida invece non provocò la morte dell'animale. Prese il ceppo virulento e lo trattò con il calore, queste cellule non erano più in grado di