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Immagini e concetti della biologia Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

B4 – La regolazione genica Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Meccanismi genetici di virus e batteri I batteriofagi si riproducono all’interno dei batteri con due modalità: il ciclo litico il ciclo lisogeno Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il virus HIV è un esempio di retrovirus Come molti altri virus animali, l’HIV usa la trascrizione inversa per copiare il suo RNA nel DNA della cellula ospite, allo scopo di inserire una copia complementare del proprio genoma nel genoma dell’ospite. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I batteri possono trasferire geni tra loro Trasformazione – un batterio ricevente preleva dall’ambiente extracellulare tratti di DNA libero. Coniugazione – si verifica quando il batterio donatore trasferisce geni al ricevente attraverso un pilo sessuale. Trasduzione – un batteriofago porta porzioni di DNA batterico da una cellula donatrice a una ricevente. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I batteri possono trasferire geni tra loro Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I procarioti controllano l’espressione genica Nei procarioti certe proteine legate al DNA «accendono» e «spengono» i geni. La regolazione genica nei procarioti è spiegata dal modello dell’operone, formato dai seguenti componenti: un gene regolatore un promotore un operatore alcuni geni strutturali Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il controllo dell’espressione genica nei procarioti L’operone lac è un operone inducibile: in assenza di lattosio l’operone è inattivo in presenza di lattosio l’operone è attivo e vengono così prodotti gli enzimi per digerire il lattosio Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Negli eucarioti l’espressione genica specializza le cellule Le cellule eucariotiche sono specializzate grazie all’attivazione di certi geni. Esempi di espressione genica in cellule specializzate: i geni «accesi» sono quelli contrassegnati in colore. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Negli eucarioti l’espressione genica è controllata a vari livelli Negli eucarioti il DNA è sempre associato con abbondanti proteine. L’acido nucleico e le proteine formano un materiale dall’aspetto filiforme chiamato cromatina. Durante la divisione cellulare, la cromatina si condensa notevolmente formando i cromosomi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La struttura della cromatina Nell’interfase la maggior parte della cromatina si trova in uno stato poco condensato, lasso, chiamato eucromatina. I geni posti nell’eucromatina possono venire espressi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Negli eucarioti le proteine legate al DNA regolano la trascrizione I fattori di trascrizione sono proteine che regolano la trascrizione del DNA. Gli attivatori di trascrizione sono coinvolti nella promozione della trascrizione. Essi si legano a regioni di DNA chiamate intensificatori (o enhancers). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’elaborazione dell’mRNA nel nucleo può influenzare l’espressione dei geni Il controllo post-trascrizione ha luogo nel nucleo e coinvolge: l’elaborazione del trascritto primario (pre-mRNA) la velocità con cui l’mRNA abbandona il nucleo Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Nel citoplasma ha luogo l’ultimo controllo dell’espressione dei geni Gli ultimi due stadi del controllo dell’espressione genica hanno luogo nel citoplasma, uno a livello della traduzione e uno che agisce a traduzione avvenuta. Il controllo della traduzione ha inizio quando la molecola di mRNA elaborato raggiunge il citoplasma, prima della sintesi proteica. Il controllo post-traduzione interviene una volta che la proteina è stata sintetizzata e prima che diventi attiva. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Panoramica finale del controllo dell’espressione genica negli eucarioti Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Nello sviluppo è importante il controllo dell’espressione genica Perché lo sviluppo avvenga in modo normale, i geni devono essere «accesi» e «spenti» in una precisa sequenza. Nella Drosophila melanogaster alcuni geni determinano lo sviluppo dell’asse antero-posteriore e dorso-ventrale dell’animale, altri geni determinano le modalità della segmentazione delle parti del corpo (immagini a sinistra). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La genetica dello sviluppo sostiene la speciazione Tutti gli animali condividono gli stessi geni di controllo «interruttori» dello sviluppo, che si tratti dello sviluppo degli occhi, degli arti, o della forma corporea generale. L’espressione genica differenziale e/o la nascita di nuove funzioni in geni ancestrali possono influenzare lo sviluppo e spiegare l’evoluzione, inclusa quella umana. Il gene Pax6 è coinvolto nello sviluppo dell’occhio in molti animali, tra cui un moscerino, l’essere umano e il calamaro. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La genetica dello sviluppo sostiene la speciazione I geni Hox controllano lo sviluppo delle strutture ripetitive lungo l’asse dei vertebrati. Questi geni si trovano in tutti gli animali e variazioni nella loro espressione possono portare a cambiamenti dell’intera struttura corporea. L’espressione genica differenziale e/o la nascita di nuove funzioni in geni ancestrali possono influenzare lo sviluppo e spiegare l’evoluzione, inclusa quella umana. L’espressione differenziale del gene Hox6 in un embrione di pollo (A) e nel serpente (B) porta alla formazione di un diverso corredo di vertebre. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018