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05 trascrizione

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05 trascrizione

  1. 1. Capitolo 5 Espressione genica: la trascrizione Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A http://http://www.guidobarbujani.it/index.php/1-genetica
  2. 2. Domande 5 • Come avviene la sintesi proteica? • Quanti e quali tipi di RNA sono presenti nella cellula? • Come viene sintetizzata la catena di RNA? • Ci sono differenza fra procarioti ed Eucarioti? • Cosa succede ad una molecola di RNA eucariote prima di uscire nel citoplasma? • Come è fatto un gene eucariote?
  3. 3. Figura 5.9 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Cellula pro- ed Eu-cariote
  4. 4. Riassunto della trascrizione
  5. 5. L’RNA è chimicamente simile al DNA, ma: E’ a filamento singolo, non a doppia elica Contiene ribosio, non desossiribosio Oltre ad adenina, citosina e guanina, contiene non timina, ma uracile Perciò: •Vale il principio della complementarietà delle basi: la molecola di RNA viene sintetizzata sulla base di un tratto di DNA •Esistono geni che codificano per proteine; dalla loro trascrizione origina l’RNAm; esistono geni che codificano per RNAt e l’RNAr.
  6. 6. Figura 5.1 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
  7. 7. Schema della trascrizione Nei procarioti, un’unica proteina complessa, l’RNA polimerasi o RNA P, catalizza la trascrizione In E. coli, RNA P è costituita da 2 subunità α, 2 subunità β e una subunità σ. La subunità σ può dissociarsi, separandosi dal core o nucleo dell’enzima. Diversi fattori σ indirizzano la RNA P verso geni diversi. . Schematicamente, tre fasi: 1. Inizio. I siti del DNA che contengono i segnali d’inizio della trascrizione si chiamano promotori. La subunità σ riconosce una regione del promotore, a cui si attacca. La doppia elica si denatura e σ si stacca dal core della RNA P
  8. 8. Da: http://www.pingrysmartteam.com/models.htm: RNA P dei pprocarioti. La subunità σ è in arancione
  9. 9. Da: http://www.pingrysmartteam.com/models.htm: Il core della RNA P e la subunità σ
  10. 10. Da: http://www.pingrysmartteam.com/models.htm: subunità σ a contatto col DNA
  11. 11. Schema della trascrizione 2. Allungamento. Il core della RNA P comincia a scorrere lungo l’elica “senso” del DNA; ribonucleotidi trifosfati vengono legati all’estremità 3’ libera della catena; l’energia di legame proviene dalla rottura dei legami fosforici. 3. Terminazione. Sequenze di terminazione, o terminatori, sono presenti alla fine di ogni messaggero. In certi casi una proteina, fattore ρ, li riconosce, vi si lega e provoca il distacco dell’RNAm. In altri casi è la RNA P stessa che li riconosce e si stacca
  12. 12. Figura 5.3 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Quindi, schematicamente, un gene comprende:
  13. 13. Figura 5.2 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Come la replicazione, la trascrizione procede allungando la nuova elica in direzione 5’-3’
  14. 14. Il promotore è la regione non trascritta essenziale per il corretto accoppiamento fra elica stampo e RNA P
  15. 15. Promotori in vari geni di E. coli: TATA box e regione –35 (sequenze consenso) La proteina σ trova il TATA box e posiziona la RNA P al sito d’inizio
  16. 16. In realtà, non tutti i geni hanno il TATA box (INR = Initiator element)
  17. 17. Figura 5.4 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Trascrizione in E. coli: inizio ed allungamento
  18. 18. Figura 5.5 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Trascrizione in E. coli: terminazione Inverted repeats
  19. 19. Negli Eucarioti le cose si complicano
  20. 20. Oltre a promotore e RNA P, ci sono: 1. Enhancers: regioni del DNA in 5’ che attivano la trascrizione 2. Silencers: regioni del DNA in 5’ che reprimono la trascrizione 3. Repressori: proteine che, stabilendo contatti con i silencers, reprimono la trascrizione 4. Attivatori: proteine che, stabilendo contatti con gli enhancers, attivano la trascrizione 5. Fattori di trascrizione: proteine che si legano al promotore, favorendone il contatto con la RNA P
  21. 21. Le RNA polimerasi • Nei procarioti, una sola RNA P si occupa della trascrizione di tutti i geni • Negli Eucarioti, diverse RNA P catalizzano la sintesi di: 1. mRNA, che in seguito verrà tradotto in polipeptide (RNA P II) 2. rRNA, in segmenti di varie lunghezze che alla fine si aggregano a formare ribosomi (RNA P I) 3. tRNA, che riconoscono la sequenza dell’mRNA e allineano gli amminoacidi corrispondenti (RNA P III) • Ridondanza genica per RNA P I e RNA P III.
  22. 22. Figura 5.6 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A L’RNA polimerasi II (RNA p II) del lievito
  23. 23. Figura 5.7 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Il complesso di inizio della trascrizione comprende diversi fattori di trascrizione (TFIIA – TFIIH)
  24. 24. I fattori di trascrizione possono essere generali o specifici, e si dispongono in successione sul promotore
  25. 25. Ci sono proteine che favoriscono ripiegamenti del DNA che mettono a contatto col complesso di inizio della trascrizione le regioni a monte del gene
  26. 26. Schema generale di mRNA al termine della trascrizione (Eu- e pro-carioti) AUG UGA Sequenza leader Sequenza codificante Sequenza terminale (non tradotta) (non tradotta) 5’ 3’
  27. 27. Figura 5.10 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A 1. Il cap in 5’ All’estremità 5’ del messaggero eucariote viene aggiunto un cap (cappuccio) formato da una G e due gruppi CH3.
  28. 28. Figura 5.11 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A 2. Il poli(A) in 3’ All’estremità 3’ del messaggero eucariote viene aggiunta una serie di A, o poli(A).
  29. 29. L’esperimento di Chambon Scopo: isolare un gene Problema: avere tante copie dello stesso tratto di DNA Metodo: isolare un mRNA, copiarlo con una trascrittasi inversa: cDNA. mRNA in una cellula Eucariotica specializzata e non specializzata
  30. 30. L’esperimento di Chambon: ibridazione mRNA-DNA 1. mRNA prelevato dal citoplasma 2. cDNA 3. Anse nell’ibrido mRNA-DNA 4. Il gene dell’ovalbumina è interrotto da introni
  31. 31. Il gene dell’ovalbumina e la maturazione (splicing) del suo messaggero
  32. 32. Maturazione o splicing del messaggero • Aggiunta di un cappuccio (G e 2 gruppi metilici) in 5’ (“capping”) • Rimozione enzimatica degli introni • Poliadenilazione in 3’ (aggiunta di poliA, 10-30 basi a valle della sequenza-consenso AAUAAA).
  33. 33. Figura 5.12 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Maturazione o splicing del messaggero
  34. 34. Meccanismo della rimozione di un introne nei complessi di splicing N=qualunque base R=purina Y=pirimidina
  35. 35. Maturazione (splicing) del messaggero: in una fase transitoria, un’Adenina forma tre legami fosfodiesterei
  36. 36. Splicing alternativi: un gene fa tante proteine
  37. 37. Splicing alternativi: α-tropomiosina (ratto) esoni costanti
  38. 38. Evoluzione degli introni: due ipotesi Precoce Gli introni erano una caratteristica essenziale dei primi organismi. La loro assenza nei batteri sarebbe dovuta ai tempi più brevi di divisione cellulare, e dunque al maggior numero di generazioni durante le quali il genoma batterico si è evoluto, perdendo (quasi) tutti gli introni ancestrali. Tardiva Gli introni non erano presenti nei primi organismi. Sarebbero arrivati di recente negli Eucarioti, nel corso dell’aumento di complessità che ha creato la necessità di sviluppare meccanismi di controllo coordinato dell’espressione genica.
  39. 39. Maturazione (splicing) nella cellula Eucariote
  40. 40. Editing del messaggero •Inserzione o delezione post-trascrizionale di nucleotidi, conversione chimica di una base in un’altra •Nel nucleo, nel citosol, nei mitocondri e nei cloroplasti •Risultato: Il messaggero maturo ha una sequenza di basi che non corrisponde esattamente a quella del DNA che la codifica •Dove si osserva: in Tripanosoma; nei genomi mitocondriale e plastidiale di molte piante superiori; nei Mammiferi, in vari tessuti dove sono possibili splicing alternativi
  41. 41. Figura 5.15 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Editing del messaggero Inserzione o delezione di nucleotidi, conversione di una base in un’altra Nell’mRNA per il gene mitocondriale citocromo ossidasi III di Tripanosoma brucei (TB) vengono inseriti degli U Cf=Crithridia fasciculata, Lt=Leishmania tarentolae
  42. 42. A G C T G C T T C G G A DNA U C G A C G A A G C C U mRNA trascritto A G C U A A G C U A A A U C G G A RNA guida RNA guida U C G A C G A A G C C U mRNA trascritto U C G A U U C G A U U U A G C C U mRNA post editing L’editing del messaggero in Tripanosoma richiede un RNA guida, trascritto da un altro gene nel genoma mitocondriale
  43. 43. Trascrizione ai geni per l’RNA in Eucarioti: unità di trascrizione, ridondanza genica 1250 serie di geni Maturazione
  44. 44. tRNA: basi modificate, regioni funzionali
  45. 45. tRNA: maturazione
  46. 46. Riassunto 05 • Il DNA viene trascritto in una molecola di RNAm • Il messaggero viene tradotto in un peptide • Nei procarioti una sola RNA P catalizza la trascrizione, negli Eucarioti intervengono diverse RNA P specializzate in mRNA, rRNA e tRNA • Sequenze particolari segnalano i punti di inizio e termine di trascrizione e traduzione • Molti geni eucarioti sono interrotti da sequenze trascritte ma non tradotte: introni. Le parti tradotte prendono il nome di esoni • Negli Eucarioti il trascritto iniziale matura attraverso l’eliminazione degli introni e altre modifiche biochimiche. • Sia in Eucarioti che in procarioti, gli rRNA e tRNA subiscono un processo di maturazione

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