Post on 12-Nov-2014
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Elementi di GENETICA DEI
MICRORGANISMI
Caratteristiche del materiale ereditario
1. Replicazione e trasmissione alla progenie dell’informazione genetica
2. Trascrizione e traduzione dell’informazione genetica
3. Ricombinazione e mutazioni
Due catene antiparallele, complementari, disposte ad elica
STRUTTURA DEL DNA
Varie conformazioni del DNA batterico
SUPERSPIRALIZZAZIONE NEGATIVA
TOPOISOMERASI I e II
Dimensioni, numero e forma dei cromosomi di alcuni microrganismi
• Mycoplasma genitalium 0.58Mb; 1; circolare
• Bacillus subtilis 4.21Mb;1; circolare
• Escherichia coli 4.64 Mb;1; circolare
• Rhodobacter sphaeroides 4Mb;2; circolare
• Streptomyces coelicolor 8.66Mb;1; lineare
• ARCHEASulfolobus solfatarius 2.99Mb;1; circolare
Processi genetici fondamentali
• Replicazione• Trascrizione• Traduzione
DNA DNA
DNA mRNA
mRNA PROTEINE
Replicazione
DNA POLIMERASI I, II, III,IV, V
DNA POLIMERASI III
PLASMIDI
• Elementi genetici accessori: materiale genetico extracromosomico
• DNA a doppia elica, forma circolare• Dimensioni: da meno di 5 kb a centinaia di Kb• Possono essere presenti in centinaia di copie• Capaci di replicazione indipendente• Alcuni plasmidi sono coniugativi, altri non
coniugativi
• Non sono indispensabili, ma conferiscono alla cellula batterica ospite importanti vantaggi selettivi
PLASMIDIDimensioni dei Plasmidi: tra 1.000 e 25.000 bp(DNA genomico: 4.000.000 bp)
Plasmide RGENI PER LA RESISTENZA BATTERICA AGLI ANTIBIOTICI
Geni per il trasferimento
FUNZIONI CONFERITE AI MICRORGANISMI DAI PLASMIDI
1. Resistenza 2. Trasferimento geni3. Metabolismo4. Antagonismo5. Interazioni tra organismi
LATTOSIO, SACCAROSIO, IDROCARBURI
BATTERIOCINE, ESOTOSSINE
FISSAZIONE AZOTO NELLE PIANTE
TRASFERIMENTO GENETICO
ORIZZONTALE
DonatoreRicevente
TRASFERIMENTO GENETICO ORIZZONTALE
CONIUGAZIONE
TRASFORMAZIONE
TRASDUZIONE
trasformazione
trasduzione
coniugazione
CONIUGAZIONEPONTE
CONIUGATIVO
DONATORE F+ RICEVENTE F-
Pili F
CONIUGAZIONE BATTERICA
Plasmide F
Geni per il trasferimento
Punto di origine del trasferimento
È costituito da circa 22 geni.
La formazione del pilo F è sotto il controllo di 12 geni
Coniugazione
CONIUGAZIONE
Ceppo donatore F+
Ceppo HFR
Alta frequenza di ricombinazione
Ceppo F-
Ceppo F-
Coniugazione
1. Richiede uno stretto contatto cellula –cellula
2. Nella cellula donatrice sono presenti plasmidi coniugativi
3. I plasmidi coniugativi presentano geni per il trasferimento e per la sintesi del pilo F
TRASFORMAZIONE
CELLULE COMPETENTI
TRASFORMAZIONE NATURALE
TRASFORMAZIONE ARTIFICIALE
Esperimento di Griffith
TRASFORMAZIONE
TRASFORMAZIONE
1. Non richiede uno stretto contatto cellula-cellula
2. Utilizza DNA libero3. Tipica dei batteri del suolo4. Le cellule in grado di captare il Dna libero
vengono definite competenti5. Processo di ricombinazione
TRASDUZIONE
I virus fanno da vettori di geni
TRASPOSONIElementi genetici mobili
IS
SEQUENZE DI INSERZIONE
Tn
Trasposone
DNA bersaglio
Trascrizione
DNA mRNA
PROCESSO DI TRASCRIZIONE NEI BATTERICONFRONTO CON GLI EUCARIOTI
• RNA polimerasi unica• RNA polimerasi riconosce sequenze
(Pribnow) nella regione promotore• Ruolo importante del/dei fattori
sigma• Promotori forti, promotori deboli• Operoni, mRNA policistronici• Diversa organizzazione del genoma
Trascrizione
Promotori fortiFattore sigma 70: la maggior parte dei geni di E.coli
Promotori deboli
Fattore sigma 28: geni per la sintesi del flagello
Fattore sigma 19: geni per l’utilizzazione del ferro
Fattori sigma del processo di sporulazione
ARRESTO DEL PROCESSO DI TRASCRIZIONE
Genoma procariotico
Genoma eucariotico
Processi di splicing (taglia e cuci) del mRNA eucariotico
Struttura del genoma negli Eucarioti
Traduzione
• Ribosomi
RIBOSOMIconfronto tra procarioti ed eucarioti
tRNA
AMINOACIDO-AMP + tRNA→ AMINOACILtRNA + AMP
AMINOACILSINTETASI
AMINOACIDO + ATP→ AMINOACIDO-AMP + PP
Traduzione
mRNA proteine
1. Attivazione degli aminoacidi
2. Coniugazione con i tRNA
3. Fase di inizio
4. Fase di allungamento
5. Traslocazione
6. Fase di terminazione
Controllo dell’espressione genica
• ENZIMI COSTITUTIVI• ENZIMI INDUCIBILI
Operone lattosio lac (operone inducibile)
Operone lac (operone inducibile)
LATTOSIO
GLUCOSIO
Altre modalità di controllo dell’operone lac
CAP= PROTEINA ATTIVATRICE DEL CATABOLITA
cAMP= AMP ciclico
Glucosio AMP
Operone triptofano (operone repressibile)
Operone triptofano
AttenuazioneOperone triptofano
Altre modalità di controllo dell’operone triptofano
Attenuazione
Eccesso di triptofano:la sequenza Leader viene tradotta, ma il processo di trascrizione dei geni per il triptofano si arresta
Eccesso di triptofano: la trascrizione dell’operone si arresta
ATTENUAZIONE
Assenza di triptofano: la sequenza Leader non viene tradotta, ma la trascrizione dei geni per il triptofano può continuare
Assenza di triptofano: la trascrizione dell’operone va avanti
Sistemi a due componentiAltre modalità di controllo dell’espressione genica
Segnali ambientali
Proteina sensore
Proteina risposta
Attivazione dell’espressione genica in rapporto alla densità di popolazione microbica:
QUORUM SENSING
Modalità di controllo dell’espressione genica nei batteri
1. Attraverso i fattori sigma
2. Controllo delle funzioni degli operoni
3. Sistemi a due componenti
4. Comunicazioni inter-cellulari (quorum sensing)