Definizioni: genoma trascrittoma proteoma

Dimensioni di genomi:

Composizione del genoma eucariotico

Paradosso del valore C Eccesso di DNA rispetto alla complessità Variazioni di valore C per complessità simili

Struttura del genoma eucariotico Sequenze ripetute Altri DNA non codificanti Introni DNA codificante

Composizione del genoma umano

Sequenze ripetute nel genoma umano Uniche (1-10 volte) Maggior parte dei geni circa 40% Geni reiterati in tandem (rRNA, 5S RNA, tRNA, Istoni etc.) Mediamente ripetute (da centinaia a migliaia di volte) Alcune sequenze regolative 40-50% intersperse Alcune sequenze a funzione speciale (centromeri, origini, etc.) Altamente ripetute (da decine di migliaia DNA satelliti, sequenze semplici a milioni di volte) 5-10%

geni per: rRNA (300) tRNA (1300) 5S RNA (2000) istoni (20) sequenze ripetute intersperse sequenza Alu: 300 nt (x 1.000.000) sequenze semplici o satelliti: 2-10 nt (x 2-100 copie in tandem x 1-100 blocchi interspersi)

Il DNA non ripetitivo è solo una parte del genoma

Composizione del genoma Le proporzioni relative delle componenti del DNA variano nei diversi genomi eucariotici Il contenuto assoluto di DNA non ripetitivo aumenta con le dimensioni del genoma, ma raggiunge un plateau a circa 2 x 109 bp.

La percentuale di DNA non ripetitivo tende a diminuire con l'aumentare della grandezza del genoma

Relazione tra DNA e mRNA: procarioti Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2006

Relazione tra DNA e mRNA: eucarioti

Sharp e Roberts 1977 – Nobel 1993

Gene per il collagene 1a2 di pollo

Definizioni Esoni: sequenze rappresentate nell'RNA maturo Introni: sequenze rimosse dal trascritto primario

Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2006

Struttura dei geni eucariotici Gli introni possono essere presenti in tutti i tipi di geni (pre-mRNA, tRNA, rRNA) Negli mRNA gli esoni terminali contengono regioni non tradotte (5’ e 3’ UTR)

Tre specie di mammiferi

I geni delle globine hanno stessa struttura

Geni correlati sono divergenti negli introni B. LEWIN, IL GENE - Edizione compatta, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2007

B. LEWIN, IL GENE - Edizione compatta, Zanichelli Editore S. p. A B. LEWIN, IL GENE - Edizione compatta, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2007

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Geni eucariotici Lievito: lunghezza dei geni simile alla lunghezza dei messaggeri Mammiferi: lunghezza dei geni maggiore (fino a 20 volte) di quella degli mRNA

Introni Assenti nei procarioti (qualche eccezione) Pochi negli archeobatteri e nei lieviti Molti negli eucarioti complessi

Origine degli introni Antica: gli introni sono stati eliminati in alcuni genomi Moderna: gli introni si sono inseriti in alcuni genomi

La teoria esonica dei geni Piccoli geni Genoma primordiale I brevi geni dei primi genomi probabilmente codificavano proteine a singolo dominio Per produrre un enzima attivo, dovevano associarsi formando proteine a molte subunità. I geni brevi si sono poi uniti a formare un gene discontinuo codificante una singola subunità proteica con molti domini. Proteina con molte subunità Singola subunità proteica con molti domini Singolo gene discontinuo

Ruolo degli introni nell’evoluzione (teoria del “mescolamento degli esoni”)

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Rimescolamento degli esoni

Rimescolamento di esoni codificanti moduli proteici

Capacità codificante dei geni eucariotici

Splicing alternativo

Splicing alternativo

Splicing alternativo

Il gene per la a-amilasi

Il gene per la b-tropomiosina

Isoforme di mRNA differenze nella parte codificante differenze nella parte non tradotta

Isoforme di mRNA