Microbiologia generale

CONTROLLO DEL FLUSSO DELL'INFORMAZIONE

Le cellule microbiche riescono spesso a rispondere a stress e cambiamenti e ad adattarsi. Per rispondere in questo modo possono farlo perché c'è un controllo del flusso dell'informazione efficiente quando c'è necessità di esprimere un enzima o una proteina, i processi di trascrizione e traduzione, sono efficaci perché c'è un'organizzazione operonica, cioè i geni che codificano per enzimi e proteine coinvolte nella stessa via sono contigui e sotto il controllo delle stesse regioni regolative; non ci sono introni; non c'è compartimentalizzazione, quindi il DNA viene trascritto in mRNA che viene subito tradotto e spesso trascrizione e traduzione avvengono contemporaneamente.

Il flusso normalmente ha questo tipo di via: si parte da un gene A che risiede come informazione a livello della doppia elica del cromosoma, il gene viene trascritto nel corrispondente mRNA.

Attraverso la trascrizione, questo sarà tradotto nel corrispondente prodotto, in questo caso enzima, che svolgerà una determinata funzione (in questo caso funzione di catalasi).

Dove può avvenire il controllo del flusso?

Esempio controllo a livello dell'enzima, livello post-traduzionale. Ci può essere una forma di controllo che permette all'enzima di non funzionare dopo essere già stato prodotto. Ci può essere poi un gene che viene trascritto, ma poi il trascritto non viene tradotto: è un controllo a livello traduzionale. Nel caso del gene D, che codifica per un enzima, in questo esempio non viene nemmeno trascritto e quindi è un controllo a livello trascrizionale (questo molto importante nei procarioti). Esiste anche un controllo a livello genico, quindi una modifica del gene.

Alterazione del gene: esempio di un microrganismo in grado di muoversi per la presenza del flagello.

Nel filamento ci sono delle subunità proteiche.

Normalmente diciamo che la trascrizione di questi geni porta alla produzione della flagellina B e al blocco della sintesi della flagellina C. In questo caso, il flagello sarà costituito dalla flagellina B. Capita in maniera casuale che ci sia un'inversione del DNA contenente la sequenza promotrice e quindi, in seguito a questa inversione, non saranno più trascritti e tradotti questi geni (i geni che codificano per la flagellina B e la proteina di tipo A, che non potrà più bloccare la trascrizione del gene C). Avremo così la trascrizione e la sintesi della flagellina C. Tutto questo dal punto di vista del controllo dell'informazione genica è che casualmente, senza uno stimolo particolare, nel microrganismo avvengono questi cambiamenti a livello del promotore e si ha o meno la sintesi di un determinato tipo di flagellina. Dal punto di vista fisiologico, il significato è che la flagellina ha anche la caratteristica di essere un antigene, ossia l'ospite

traduzione; rRNA è unacomponente dei ribosomi; microRNA (miRNA) hanno ruolo nella regolazione.RNA polimerasi DNA dipendente: catalizza la formazione di legami fosfodiestere(tra un'unità precedente e quella successiva con rilascio di due gruppi fosfato). Lostampo è DNA duble strand (trascrive solo un filamento). La direzione della sua attività è 5' 3', non necessita di un innesco, riconosce la regione promotore e la maggior parte del genoma batterico viene trascritto (circa il 90% del genoma portal'informazione per proteine ed enzimi). L'RNA polimerasi batterica ha un core, con duesubunità identiche alfa, due subunità simili beta e beta primo e omega. Il fattore sigma, insieme al core forma l'oloenzima (attiva). Nei batteri ci sono diverse tipologiedi fattore sigma e la sua funzione è quella di riconoscere la sequenza del promotore,per poi iniziare la trascrizione. Ci sono diversi fattori sigma

In grado di riconoscere sequenze promotrici differenti e una volta legato il promotore e richiamato il core, il fattore sigma può essere liberato e andare a riconoscere un altro promotore. Negli eucarioti non c'è solo una RNA polimerasi, ma ce ne sono 3 con diverse funzioni (per la trascrizione di rRNA, mRNA e tRNA) e sono costituite da più subunità di quella dei batteri. Gli archea, dotati di un solo tipo di RNA polimerasi che è più simile a quella degli eucarioti (anche dal punto di vista della sequenza nucleotidica delle subunità più simili a quelle degli eucarioti).

Trascrizione dei batteri. Il fattore sigma facilita il riconoscimento del promotore e del sito di inizio. La trascrizione inizia e il fattore sigma viene rilasciato. Il sito di terminazione viene raggiunto e la crescita della catena si arresta rilasciando la polimerasi e l'mRNA prodotto. Mentre c'è la crescita dell'mRNA si ha anche la concomitante presa di

contatto da parte dei ribosomi che possono iniziare la traduzione. Fattori sigma differenti riconoscono promotori differenti. In questo caso è il fattore sigma di E. Coli (fattore sigma 70, chiamato così per il peso della proteina stessa ovvero 70 kDa). Il fattore sigma si lega a promotori che sono a monte di geni e in questi promotori si riconoscono due regioni: in posizione -10, rispetto al sito di inizio della trascrizione e questa sequenza è detta pribnow box (TATAAT), è ricca in T e A. La sequenza consensus è quella più rappresentativa delle diverse sequenze in posizione -10; in posizione -35 rappresentata dalla sequenza consensus TTGACA.

Il fattore sigma 70 è quello maggiormente usato durante la crescita in condizioni normali, ma in E. Coli ci sono 7 tipi di fattori sigma. Il fattore sigma 54 riconosce quel

Il determinato promotore a monte dei geni coinvolti nell'assimilazione dell'azoto. Sigma 32 è coinvolto nella risposta allo shock osmotico, Bacillus subtilis ecc. In ci sono 14 tipi di fattori sigma differenti. Quando la polimerasi prende posizione si forma il complesso binario chiuso in cui la doppia elica di DNA da trascrivere è chiusa e il complesso dell'RNA polimerasi ha occupato la sua posizione. Il primo evento è quello di creare una bolla attraverso la rottura dei ponti H che esistono tra le due eliche di DNA. Questa bolla permette l'inizio della trascrizione e si ha il complesso binario aperto. Nella fase di terminazione l'RNA viene rilasciato e anche l'RNA polimerasi sarà libera dal complesso. Di solito il fattore sigma viene rilasciato prima. Terminazione della trascrizione: può avvenire o con un terminatore intrinseco, insito nella sequenza della doppia elica di DNA, oppure grazie al coinvolgimento del fattore proteico rho.

Nel primo caso, al termine della sequenza che viene trascritta può essere presente una struttura ad ansa-stelo, costituita da uno e da (struttura ad ansa-stelo) e un'altra particolarità è che nelle regioni adiacenti all'ansa-stelo abbiamo tante basi U, mentre lo stelo è ricco di GC. Questa conformazione determina un segnale di terminazione perché nel momento in cui l'RNA polimerasi ha trascritto questo tipo di sequenza e l'RNA acquisisce questa conformazione, questa forcina induce il rilascio della polimerasi e si ha quindi la terminazione.

Nel secondo caso, la proteina rho si lega a siti specifici chiamati rut. La terminazione rho-dipendente avviene quando la proteina rho, che è un esamero composto da subunità carbossiterminali (arancione) e subunità N-terminale (azzurro), interagisce con una parte del trascritto.

Sequenze rut che viene riconosciuta dalla proteina rho e (step 1) il dominio aminoterminale (in blu) del fattore rho che contiene il primo siti di legame dell'mRNA, prende contatto con quest'ultimo. Questo contatto diventa sempre più esteso e coinvolge la partecipazione delle subunità del dominio carbossiterminale (arancione). Questa proteina rho spende anche energia sotto forma di ATP per favorire l'interazione e come se si spingesse lungo l'mRNA arriva fino vicino alla polimerasi che spiazza e anche il DNA a doppio filamento viene liberato da questo complesso.

Vicinanza archea agli eucarioti: negli archea l'inizio della trascrizione viene favorito da fattori trascrizionali (TBP e TFB) che interagiscono con il promotore, poi richiamano la RNA polimerasi e iniziano la trascrizione in analogia con gli eucarioti, dove c'è il coinvolgimento di fattori trascrizionali (TBP e TFIIB) che riconoscono la regione promotrice, richiamano la polimerasi.

e inizia