1. Capitolo 17 Regolazione dell’espressione genica 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

3. Alcuni meccanismi sono molto semplici: fago λ replicazione, ricombinazione testa, coda integrazione Geni che si esprimono insieme occupano posizioni adiacenti sul cromosoma

4. Figura 17.1 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Altri meccanismi sono più complessi: geni inducibili

5. Figura 17.2 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Utilizzo del lattosio in E. coli

6. Variabilità fenotipica in ceppi di E. coli: enzimi sintetizzati Lattosio, glucosio: Glu, non Lac Lattosio, non glucosio: Lac sintesi regolabile degli enzimi per Lac: Lac + Lattosio, glucosio: Glu, non Lac Lattosio, non glucosio: non Lac deficit della sintesi degli enzimi per Lac: Lac - Lattosio, glucosio: Glu, Lac Lattosio, non glucosio: Lac sintesi costitutiva degli enzimi per Lac: Lac c

8. Modello dell’operon: (Monod e Jacob)

9. Figura 17.4 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Organizzazione dell’operon per il lattosio

10. Figura 17.5 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Funzionamento dell’operon per il lattosio in assenza di lattosio

11. Figura 17.6 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Modello molecolare del repressore Lac

12. Modello molecolare del repressore Lac

13. Figura 17.7 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Funzionamento dell’operon per il lattosio in presenza di lattosio

15. Traduzione all’operon del lattosio: 1

16. Traduzione all’operon del lattosio: 2

17. Mutazioni polari Mutazione in Z: galattosidasi alterata, né permeasi né transacetilasi Mutazione in Y: permeasi alterata, manca la transacetilasi Mutazione in A: transacetilasi alterata

18. Diploidia parziale nello studio dell’operon A B C D E G F E D

19. Sintesi regolabile Sintesi costitutiva a+ a- Diploidia parziale nello studio dell’operon Dipende dalla mancanza di una proteina, che è presente nell’eterozigote Se dipendesse dalla mancanza di una proteina l’eterozigote ce l’avrebbe, e avrebbe fenotipo a+ I - è la mutazione di un gene regolatore o C è la mutazione di un sito regolatore del DNA 1. Una mutazione costitutiva che mappa a monte di p: I - Sintesi regolabile 2. Una mutazione costitutiva che mappa a valle di p: o C Sintesi costitutiva

20. Figura 17.8 (a) Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A o è un sito del DNA

21. Figura 17.8 (b) Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A o è un sito del DNA

22. Figura 17.9 (a)(b) Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A I è un gene che codifica per una proteina

23. Figura 17.9 (c) Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A I è un gene che codifica per una proteina

24. Figura 17.10 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Nei mutanti I S non si esprimono i geni per il lattosio, né in presenza né in assenza di lattosio Superrepressione

25. 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

26. Figura 17.11 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Repressione da catabolita In presenza di glucosio, sono bassi i livelli cellulari di cAMP

27. Figura 17.12 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Inattivata in presenza di glucosio nella cellula cAMP tanto poco glucosio poco tanto

29. 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 +

30. Figura 17.14 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Regioni regolatrici dell’operon lac

31. 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

33. 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. coli Due forme di regolazione: 2. Per attenuazione

34. Figura 17.15 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A L’operon per il triptofano in E. coli

35. 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

36. 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

37. 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

38. Riassumendo Triptofano 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

40. 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.

41. 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)

42. Figura 17.22 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A La trascrizione comincia sempre dai promotori precoci P L e P R

43. 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 P RE e la conseguente sintesi di integrasi) e Cro (che, tramite Q, stimola la sintesi ai geni tardivi)