CONTROLLO DELL'ESPRESSIONE GENICA

CONTROLLO DELL'ESPRESSIONE GENICA .

Solo una piccola parte del patrimonio genetico rimane in attività per tutta la durata della vita dell'organismo, per questo si parla del controllo dell'espressione genica riferendosi all'insieme dei processi che consentono in un organismo la selezione dei geni che debbono essere di volta in volta resi attivi.

. NEI PROCARIOTI

Il controllo è molto più conosciuto rispetto agli eucarioti grazie alla loro minore complessità strutturale. L'unico punto di controllo è a livello di trascrizione e può essere negativa o positiva.

Negativa: esempio Escherichia Coli (batterio che vive nell'apparato digerente).

Non tutti i geni svolgono la proprio azione attraverso la sintesi delle proteine specifiche come i geni strutturali, infatti esistono geni regolatori e geni operatori, che hanno il compito di controllare l'attività dei geni strutturali.

-Il gene operatore è localizzato in prossimità dei geni strutturali, dei quali controlla l'attività.

-Il promotore è una sequenza che precede l'operatore e determina l'inizio corretto della trascrizione dei nucleotidi nell'mRNA-polimerasi nella sintesi proteica.

-L'operone è l'insieme dei geni regolatori e del gene operatore(promotore), nel quale uno o più geni vengono controllati in modo contemporaneo.

-I geni regolatori sono separati fisicamente dal promotore e hanno il compito di interagire con esso mediante la sintesi di particolari proteine, chiamate repressori.

Operone lac: (per lattosio) sono associati al gene operatore tre geni strutturali in grado di sintetizzare gli enzimi necessari all'assimilazione e all'idrolisi del lattosio.

È necessaria la sintesi dei tre enzimi  solamente quando deve essere utilizzato il lattosio come fonte di energia altrimenti l' escherichia coli utilizza altre sostanze, in particolare il glucosio.

d Se viene a mancare il lattosio il gene regolatore produce una proteina repressore che è in grado di riconoscere e di legare il gene operatore dell'operone lac, questo legame blocca l'espressione dei geni strutturali perché impedisce l'interazione fra questi e l'enzima mRNA-polimerasi , indispensabile per la sintesi dell'mRNA.

d Se è presente invece il lattosio, questo si comporta da effettore, si lega alla proteina repressore e la rende inattiva, cioè non le permette di impedire il legame con l'operatore. In questo caso i geni strutturali sono liberi di trascrivere le proprie informazioni. 

Positiva: subentra una proteina CAP che viene attivata dal AMP ciclico, la sua funzione è quella di facilitare il posizionamento dell'mRNA-polimerasi all'operatore, è un induttore perché facilita la trascrizione dei geni.

. NEGLI EUCARIOTI

I meccanismi di controllo agiscono in diversi punti:

h a livello trascrizionale  (avviene attraverso la combinazione di proteine regolatrici)

È il punto fondamentale di controllo genico degli eucarioti.

Negli eucarioti il DNA è avvolto a delle proteine basiche, gli istoni, che insieme costituiscono una struttura ordinata, la cromatina, la quale subunità fondamentale è il nucleosoma, costituito da otto proteine istoniche, intorno alle quali si avvolge la doppia elica del DNA.

La cromatina è mantenuta strettamente impacchettata risultando inattiva, perché il DNA in essa contenuto possa essere trascritto occorre che si srotoli il filamento e che nell'ambito del singolo nucleosoma, la molecola di DNA si svolga. Il ruolo degli istoni sembra essere quello di inattivare estesi tratti di DNA mediante il suo impacchettamento. Avviene così la rimozione degli istoni perché il DNA altrimenti non sarebbe accessibile all' RNA-polimerasi (metilazione, cioè il gruppo metilico che abbinato alle proteine permette la spiralizzazione del DNA, primo meccanismo di controllo genico).

Nella molecola di DNA inoltre sono presenti diverse regioni che controllano la trascrizione:

- il promotore, che costituisce il sito d'attacco dell'RNA-polimerasi e permette la trascrizione della sequenza;

- i siti di regolazione, cioè l'intensificatore (enhancer) e il silenziatore, dotati di struttura complessa, posti anche a molti nucleotidi di distanza dal gene strutturale, sono riconosciuti e legati da proteine specifiche, gli induttori (attivatori e repressori) che gli permettono di interagire con l'RNA-polimerasi e di dirigerlo verso i geni strutturali, provocando un'ansa, una curvatura del DNA.

Questo controllo permette di attivare solo i geni specifici per le proteine di un particolare tessuto.

h a livello post-trascrizionale

Agisce successivamente alla sintesi dell'mRNA, ancora all'interno del nucleo.  

I geni strutturali degli eucarioti non sono organizzati in operoni ma sono discontinui, presentano cioè siti codificanti, gli esoni, e siti non codificanti, gli  introni, che sono in numero maggiore.

Vicino agli esoni ci sono dei siti di splicing nei quali vengono determinate le sezioni da tagliare e incollare, vengono eliminati tutti gli introni, ottenendo così l'mRNA definitivo. Dallo stesso mRNA precursore (pre m-RNA)si possono ottenere un numero di proteine a diversi livelli di maturazione: è lo splicing alternativo, cioè ottenere più proteine dallo stesso gene variando le combinazioni degli esoni.

La lunghezza della vita dell'm-RNA determina la quantità di proteine che possiamo ottenere , allungare la vita dell'm-RNA significa mantenerlo non degradato (gli enzimi lo attaccano) così le sue estremità sono protette da una parte da un nucleotide dall'altra da un filamento di adenina-poliA

h a livello della traduzione

Durante il trasporto dell'mRNA, o nel citoplasma, ad esempio l'm-RNA può essere lasciato inattivo, finché non sia necessario utilizzarlo.

L'emoglobina funziona come tale solamente se possiede una parte proteica (il gruppo eme) e una parte non proteica. Quando l'emoglobina non presenta il gruppo eme non può essere prodotta la proteina, così, per evitare la traduzione, la cellula produce una proteina inibitrice che in qualche modo impedisce la fase della traduzione fino a quando non viene prodotto il gruppo eme, che farà attivare la proteina inibitrice che permetterà così la produzione di una proteina completa.

h a livello post-traduzionale

Ad esempio l'insulina: la proteina possiede una struttura inattiva, è necessaria l'attivazione perché questa possa essere utilizzata, quando si verificano determinate condizioni, avvengono dei tagli, sostanzialmente una modifica, ad opere di particolari enzimi.

h ultimo controllo

Avviene attraverso la demolizione di proteine che non mi servono e produzione di altre che servono.