LICEO SCIENTIFICO STATALE “LEONARDO da VINCI” di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi Regolazione dell’espressione genica Capitolo 16 pag. 214 Regolazione dell’espressione genica

Regolazione dell’espressione genica Tutte le cellule di un organismo pluricellulare contengono il corredo cromosomico completo dell’organismo stesso Ogni cellula possiede quindi tutti i geni necessari per il funzionamento (per la produzione di tutte le proteine) dell’intero organismo Tuttavia nei vari tessuti le cellule esprimono solo alcuni di questi geni (producono sono alcune proteine) e per questo assumono specifiche strutture e funzioni Cellule muscolari Cellule del pancreas Cellule del sangue Regolazione dell’espressione genica

Regolazione dell’espressione genica Durante lo sviluppo embrionale infatti le cellule iniziano a differenziarsi ed a specializzarsi, perdendo progressivamente la capacità di svolgere alcune funzioni (di sintetizzare alcune proteine) Questo comportata l’inattivazione permanente dei geni non espressi, attraverso vari meccanismi biochimici Zigote 2 cellule 4 cellule 8 cellule Blastula (sfera cava) Tuttavia anche in una cellula adulta (e completamente differenziata) i geni attivi non vengono espressi assieme o nello stesso momento A seconda infatti delle attività che deve svolgere, la cellula seleziona specifici enzimi che, terminato il loro compito, vengono degradati Così la cellula, in ogni istante, ha nel citoplasma solo gli enzimi necessari Regolazione dell’espressione genica

Regolazione dell’espressione genica I meccanismi coi quali i vari geni vengono attivati, a seconda delle esigenze della cellula, iniziarono ad essere chiariti agli inizi degli anni ’60 da tre scienziati francesi: Monod, Jacob e Lwoff, che studiarono l’espressione genica nel batterio intestinale Escherichia Coli In molti casi geni codificanti polipeptidi con funzioni correlate (che ad es. lavorano in sequenza oppure si associano a formare una proteina complessa) si trovano su tratti vicini di DNA, sono trascritti su un unico mRNA e sono tradotti insieme Regolazione dell’espressione genica

Regolazione dell’espressione genica Per spiegare la regolazione dell’espressione genica nei batteri, Monod, Jacob e Lwoff proposero il modello dell’operone L’operone è segmento di DNA formato da una serie di geni codificanti per proteine correlate, preceduti da una sequenze, detta promotore, su cui si inserisce l’RNA polimerasi. Fig. pag. 216 Tra il promotore e i geni da trascrivere vi è un’altra sequenza di DNA detta operatore In un altro punto dello stesso cromosoma si trova poi un gene regolatore, codificante una proteina, detta repressore, che si lega all’operatore Regolazione dell’espressione genica

Regolazione dell’espressione genica Quando il repressore si lega all’operatore impedisce che l’RNA polimerasi si leghi al promotore ed avvii la trascrizione dei geni a valle La capacità del repressore di legarsi all’operatore, impedendo la sintesi di specifiche proteine, dipende a sua volta da altre molecole, che attivano o disattivano il repressore di un specifico operone Una molecola che disattiva un repressore è detta induttore Un esempio di tale meccanismo si ha nell’operone lac, che in Escherichia Coli contiene i geni per alcuni enzimi attivi nel metabolismo del lattosio Regolazione dell’espressione genica

Regolazione dell’espressione genica In assenza di lattosio il repressore sta legato all’operatore, impedendo l’inizio della trascrizione Quando è presente lattosio, la prima tappa del suo metabolismo produce uno zucchero molto simile ad esso: l’allolattosio. L’allolattosio è un induttore, si lega al repressore e lo disattiva, staccandolo dall’operatore dell’operone lac Successivamente l’RNA polimerasi si attacca al promotore, iniziando la trascrizione, in un’unica molecola di RNA messaggero, di tre geni codificanti per altrettante proteine necessarie al metabolismo del lattosio Regolazione dell’espressione genica

Regolazione dell’espressione genica Nella successiva fase di traduzione vengono quindi sintetizzati in sequenza due enzimi ed una proteina che favorisce il trasporto del lattosio Grazie a questo meccanismo quindi gli enzimi e le altre proteine necessarie al metabolismo del lattosio vengono sintetizzati solo quando servono Attualmente in Escherichia Coli sono stati identificati circa 75 differenti operoni, che comprendono 260 geni. Regolazione dell’espressione genica