17 regolazione procarioti
TRANSCRIPT
![Page 1: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/1.jpg)
Capitolo 17
Regolazione dell’espressionegenica nei batteri e nei batteriofagi
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
http://web.unife.it/progetti/genetica/Guido/index.php?lng=it&p=4
![Page 2: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/2.jpg)
Domande 171. Non tutti i geni funzionano simultaneamente, e molti
devono rispondere (attivandosi o disattivandosi) a variazioni ambientali: come viene regolata l’espressione genica nei procarioti?
2. Come interagiscono fra loro siti del DNA e proteine regolatrici?
3. Succede tutto alla trascrizione, o possono contare anche meccanismi legati alla traduzione?
![Page 3: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/3.jpg)
Alcuni meccanismi sono molto semplici: fago λ
replicazione, ricombinazione
testa, coda
integrazione
Geni che si esprimono insieme occupano posizioni adiacenti sul cromosoma
![Page 4: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/4.jpg)
Figura 17.1
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Altri meccanismi sono più complessi: geni inducibili
![Page 5: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/5.jpg)
Figura 17.2
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Utilizzo del lattosio in E. coli
![Page 6: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/6.jpg)
Variabilità fenotipica in ceppi di E. coli: enzimi sintetizzati
Lattosio, glucosio: Glu, non LacLattosio, non glucosio: Lac
sintesi regolabile degli enzimi per Lac: Lac+
Lattosio, glucosio: Glu, non LacLattosio, non glucosio: non Lac
deficit della sintesi degli enzimi per Lac: Lac-
Lattosio, glucosio: Glu, LacLattosio, non glucosio: Lac
sintesi costitutiva degli enzimi per Lac: Lacc
![Page 7: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/7.jpg)
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.AFigura 17.3
Nei ceppi selvatici, quando nel terreno è presente solo lattosio vengono sintetizzati:
1.β-galattosidasi: scinde lattosio in glucosio + galattosio2.permeasi3.β-galattoside transacetilasi
I tre geni producono inizialmente un unico messaggero
![Page 8: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/8.jpg)
Modello dell’operon: (Monod e Jacob)
![Page 9: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/9.jpg)
Figura 17.4
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Organizzazione dell’operon per il lattosio
![Page 10: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/10.jpg)
Figura 17.5
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Funzionamento dell’operon per il lattosio in assenza di lattosio
![Page 11: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/11.jpg)
Figura 17.6
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Modello molecolare del repressore Lac
![Page 12: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/12.jpg)
Modello molecolare del repressore Lac
![Page 13: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/13.jpg)
Figura 17.7
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Funzionamento dell’operon per il lattosio in presenza di lattosio
![Page 14: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/14.jpg)
Controllo negativo della trascrizione
1. Un repressore controlla negativamente la trascrizione (cioè la disabilita)
2. I geni strutturali Z, Y ed A possono trascrivere solo se viene rimossa l’inibizione rappresentata dal repressore
![Page 15: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/15.jpg)
Traduzione all’operon del lattosio: 1
![Page 16: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/16.jpg)
Traduzione all’operon del lattosio: 2
![Page 17: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/17.jpg)
Mutazioni polari
Mutazione in Z: galattosidasi alterata, né permeasi né transacetilasiMutazione in Y: permeasi alterata, manca la transacetilasiMutazione in A: transacetilasi alterata
![Page 18: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/18.jpg)
Diploidia parziale nello studio dell’operon
AB
CDE
GF
E D
![Page 19: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/19.jpg)
Sintesi regolabile Sintesi costitutivaa+ a-
Diploidia parziale nello studio dell’operon
1. Una mutazione costitutiva che mappa a monte di p: I-
Sintesi regolabile
Dipende dalla mancanza di una proteina, che è presente nell’eterozigote
2. Una mutazione costitutiva che mappa a valle di p: oC
Sintesi costitutiva
Se dipendesse dalla mancanza di una proteina l’eterozigote ce l’avrebbe, e avrebbe fenotipo a+
I - è la mutazione di un gene regolatore
oC è la mutazione di un sito regolatore del DNA
![Page 20: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/20.jpg)
Figura 17.8 (a)
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
o è un sito del DNA
![Page 21: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/21.jpg)
Figura 17.8 (b)
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
o è un sito del DNA
![Page 22: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/22.jpg)
Figura 17.9 (a)(b)
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
I è un gene che codifica per una proteina
![Page 23: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/23.jpg)
Figura 17.9 (c)
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
I è un gene che codifica per una proteina
![Page 24: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/24.jpg)
Figura 17.10
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Nei mutanti IS non si esprimono i geni per il lattosio, né in presenza né in assenza di lattosio
Superrepressione
![Page 25: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/25.jpg)
Il controllo negativo spiega perché i geni per il lattosio non sono espressi in assenza di lattosio
Ma perché non sono espressi quando sono presenti sia lattosio che glucosio?
Lattosio, glucosio: Glu, non Lac
Lattosio, non glucosio: Lac
sintesi regolabile degli enzimi per Lac: Lac+
Un passo indietro
Controllo positivo: Repressione da catabolita
![Page 26: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/26.jpg)
Figura 17.11
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Repressione da catabolitaIn presenza di glucosio, sono bassi i livelli cellulari di cAMP
![Page 27: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/27.jpg)
Figura 17.12
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Inattivata in presenza di glucosio nella cellula
cAMP
tanto
poco
glucosiopoco tanto
![Page 28: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/28.jpg)
Riassumendo, in ceppi selvatici
1. Glucosio, non lattosio repressore attivo, cAMP basso, poco cAMP-CAP al sito CAP
Nessuna trascrizione all’operon lac
2. Glucosio, lattosio repressore inattivo, cAMP basso, poco cAMP-CAP al sito CAP,
Bassi livelli di trascrizione all’operon lac
3. Non glucosio, lattosio repressore inattivo, cAMP alto, molto cAMP-CAP al sito CAP,
Alti livelli di trascrizione all’operon lac
![Page 29: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/29.jpg)
Figura 17.13
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Sequenza di Shine-Dalgarno,9-12 basi a monte dell’AUG.La traduzione comincia da qui.
Qui GUG = Met, non Val !
Sequenza del promotore del gene lacI+
![Page 30: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/30.jpg)
Figura 17.14
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Regioni regolatrici dell’operon lac
![Page 31: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/31.jpg)
Biosintesi degli amminoacidi in E. coli
Quando un amminoacido non è presente sul terreno, E. coli attiva i geni per la sua biosintesi; quando è presente sul terreno, E. coli disattiva i geni per la sua biosintesi
![Page 32: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/32.jpg)
L’operon per il triptofano in E. coliDue forme di regolazione: 1. Negativa (con repressore)
• L’operon è composto da 5 geni strutturali•TrpR è prodotta da un gene distante dall’operon•Da sola non è in grado di legarsi al sito o (aporepressore)•Quando è legata a molecole di trp, si lega al sito o e inibisce la trascrizione (ne riduce i livelli di 70 volte)
![Page 33: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/33.jpg)
L’assenza di membrana nucleare permette che la traduzione cominci a trascrizione in corso.
Questo permette, a sua volta, di regolare la trascrizione in funzione della posizione del ribosoma sul DNA
È fondamentale il ruolo di un sito attenuatore, nella regione leader del messaggero
L’operon per il triptofano in E. coliDue forme di regolazione: 2. Per attenuazione
![Page 34: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/34.jpg)
Figura 17.15
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
L’operon per il triptofano in E. coli
![Page 35: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/35.jpg)
Figura 17.16
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Il messaggero può assumere tre conformazioni diverse a seconda della concentrazione di triptofano. Il cambio di conformazione agisce sui livelli di trascrizione
![Page 36: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/36.jpg)
Figura 17.17 (a)
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Quando il ribosoma si ferma ai codoni UGG la trascrizione continua ai 5 loci strutturali
trp-tRNA scarichi: blocco della traduzione, la trascrizione continua
![Page 37: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/37.jpg)
Figura 17.17 (b)
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Attenuazione: quando il ribosoma non si ferma ai codoni UGG si interrompe la trascrizione a monte dei loci strutturali
trp-tRNA carichi: prosegue la traduzione, la trascrizione si interrompe
![Page 38: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/38.jpg)
RiassumendoTriptofano abbondante. L’aporepressore si lega al trp e così attivato va a occupare il sito o, inibendo la trascrizione
Triptofano assente. L’aporepressore non si lega al trp, il sito o è libero e la trascrizione comincia. La traduzione si arresta ai due codoni UGG. Si appaiano le regioni 2 e 3 del trascritto e perciò la RNA P può continuare la trascrizione
Basse concentrazioni di Triptofano. L’aporepressore non si lega al trp, il sito o è libero e la trascrizione comincia. La traduzione prosegue oltre i due codoni UGG. Si appaiano le regioni 3 e 4 del trascritto e perciò la RNA P si stacca e si interrompe la trascrizione
![Page 39: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/39.jpg)
Riassumendo
1. Niente trp Bassa affinità dell’aporepressore per o, trp-tRNA scarichi
Alti livelli di trascrizione all’operon trp
2. Poco trp Bassa affinità dell’aporepressore per o, trp-tRNA carichi
Bassi livelli di trascrizione all’operon trp
3. Tanto trp Alta affinità del repressore per o (trp-tRNA carichi, ma non
conta)
Nessuna trascrizione all’operon trp
![Page 40: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/40.jpg)
Figura 17.19
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Attenuazione: nella regione leader degli operoni per la biosintesi di diversi amminoacidi sono presenti in più copie i codoni per lo stesso amminoacido.
![Page 41: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/41.jpg)
Figura 17.21
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
I geni che si esprimono insieme sono localizzati in regioni contigue
fago λ (cromosoma lineare che si circolarizza all’interno della cellula batterica ospite)
![Page 42: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/42.jpg)
Figura 17.22
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
La trascrizione comincia sempre dai promotori precoci PL e PR
![Page 43: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/43.jpg)
Figura 17.22
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
La scelta fra ciclo litico e lisogenico dipende dai livelli relativi di cII (che attiva PRE e la conseguente sintesi di integrasi) e Cro
(che, tramite Q, stimola la sintesi ai geni tardivi)
![Page 44: 17 regolazione procarioti](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081508/5584f6c0d8b42a30708b5178/html5/thumbnails/44.jpg)
Sintesi 17
•Geni funzionalmente collegati sono spesso localizzati in regioni contigue del cromosoma
•Nei casi più semplici (fago λ) questa contiguità è sufficiente a determinare una regolazione genica
•In altri casi (lac, trp, in E. coli) delle proteine (repressori) inibiscono o attenuano la trascrizione: controllo negativo
•Il controllo negativo della trascrizione può avvenire anche grazie a meccanismi legati alla traduzione (trp, in E. coli)
•In molti casi (lac, in E. coli) esistono anche controlli positivi che stimolano la trascrizione