Genetica e genomica - Vol. III - Cap. 16 - Manuale per il docente

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5.2 DOGMA CENTRALE DELLA GENETICA MOLECOLARE

• Figura 5.1
• Dogma centrale della genetica molecolare.

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5.2 DOGMA CENTRALE DELLA GENETICA MOLECOLARE

• Figura 5.2
• Compartimenti
• della cellula
• vegetale interessati
• alla trascrizione
• e alla sintesi proteica.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA

• Figura 5.3a
• Meccanismo
• di allungamento
• del filamento di RNA
• durante il processo
• di trascrizione
• (da P.J.Russell
• 1998, modificata).

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA

• Figura 5.3b
• Esempio di sequenza nucleotidica di DNA
• e di quella dellRNA risultante dalla sua
  trascrizione.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA

• Figura 5.4
• Bolla di trascrizione (A)
• e fasi della trascrizione (B)
• (da R.J. Brooker 1999, modificata).

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Tabella 5.1
• Tipi di RNA ribosomale di procarioti ed
  eucarioti, con informazioni riguardanti
• la lunghezza approssimativa in nucleotidi e la
  subunità ribosomica di localizzazione.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Figura 5.5
• Struttura dei ribosomi
• procariotici ed eucariotici.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Figura 5.6a
• Struttura della
• molecola di un RNA
• di trasferimento (tRNA)
• (da R.J. Brooker
• 1999, modificata).

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Figura 5.6b
• Rappresentazione del
• tRNA per la fenilalanina
• (tRNAPhe) di frumento
• (da R.J. Brooker
• 1999, modificata).

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Figura 5.7
• Azione dellenzima
• aminoacil-tRNA sintetasi.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Figura 5.8
• Rappresentazioni schematiche
• dellorganizzazione discontinua
• dei geni eucariotici ovoalbumina
• di pollo (A) e emoglobina di topo (B) aventi,
  rispettivamente, sette
• introni ed un introne.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Figura 5.9
• Azione della RNA polimerasi
• nella trascrizione di un gene.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI

• Tabella 5.2
• Proprietà delle RNA polimerasi degli eucarioti.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E
MECCANISMO DI TRASCRIZIONE

• Figura 5.10
• Organizzazione
• di un gene
• eucariotico
• unità di
• trascrizione.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E
MECCANISMO DI TRASCRIZIONE

• Figura 5.11
• Struttura tipica di un promotore
• riconosciuto dalla RNA polimerasi II (A) esempi
  di organizzazione di alcuni promotori eucariotici
  contenenti
• gli elementi TATA, CAAT e GC (B).

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E
MECCANISMO DI TRASCRIZIONE

• Figura 5.12
• Fasi di formazione del complesso
• proteico comprendente i fattori
• di trascrizione necessari per lazione
• della RNA polimerasi (da D.P. Snustad
• e M.J. Simmons 1997, modificata).

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E
MECCANISMO DI TRASCRIZIONE

• Figura 5.13
• Modificazioni principali
• che subiscono i precursori
• dei trascritti genici
• degli eucarioti aggiunta
• del cappuccio di 7-metil
• guanosina in 5, rimozione
• degli introni (splicing)
• nella regione codificante
• e poliadenilazione in 3.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
MECCANISMO DI SPLICING

• Figura 5.14a,b
• Sequenze consenso
• per lo splicing del pre-mRNA
• negli eucarioti superiori (A)
• meccanismo di rimozione
• degli introni dal pre-mRNA (B).

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
MECCANISMO DI SPLICING

• Figura 5.14c
• Rappresentazione
• schematica di uno
• spliceosoma ogni
• ribonucleoproteina
• (U1, U2, U3, U4, U5
• e U6) è costituita
• da snRNA e proteine
• specifiche.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
MECCANISMO DI SPLICING

• Figura 5.15
• Schema del processo di auto-splicing.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
MECCANISMO DI SPLICING

• Figura 5.16
• Molecola di mRNA maturo.

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5.3 TRASCRIZIONE DELLRNA
MECCANISMO DI SPLICING
QUADRO 5.1 AMMINOACIDI

• Figura 5.17
• Struttura dei 20 amminoacidi.

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5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.18
• Ipotesi di Gamow
• sulla esistenza
• di un codice
• genetico a tre
• lettere (triplette).

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5.4 CODICE GENETICO
Figura 5.19 Reazione catalizzata
dalla polinucleotide fosforilasi (A)
esperimento di Nirenberg e Matthaei relazione
esistente tra nucleotidi e amminoacidi (B).
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5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.20
• Effetto delle mutazioni
• singole (A), doppie (B)
• e triple (C) sul codice
• di lettura a triplette.

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5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.21
• Sintesi proteica in vitro
• con sistemi acellulari
• attivati usando RNA
• artificiali in presenza
• di amminoacidi (A).
• Corrispondenza tra
• triplette e singoli
• amminoacidi esempio
• di calcolo (B).

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5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.22
• Corrispondenza fra triplette e amminoacidi
  saggio di legame ai ribosomi.

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5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.23
• Codice genetico ogni codone
• è specificato dalle lettere
• risultanti dalla combinazione
• di quelle presenti sul 1, 2 e 3
• asse ed è scritto così come appare
• nellmRNA in direzione 5-3.

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5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.24
• ORF di 648
• nucleotidi del gene
• di erba medica
• codificante per la
• proteina Mob di 215
• amminoacidi.

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5.4 CODICE GENETICO

• Tabella 5.3
• Vacillamento dellanticodone
• possibili combinazioni di appaiamento.

31
5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.25
• Esempi di appaiamento
• per vacillamento
• due diversi codoni per
• la leucina (A) possono
• essere riconosciuti
• da identici tRNA così
• come tre diversi codoni
• per la glicina (B).

32
5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.26
• Codice genetico conseguenza di mutazioni
  puntiformi sul tipo
• di amminoacido
• specifico dal codone.

33
5.4 CODICE GENETICO

• Figura 5.27
• Relazione tra
• codogeni, codoni
• e anticodoni.

34
5.5 SINTESI PROTEICA

• Figura 5.28
• Rappresentazione schematica della sintesi
  proteica
• (da R.J. Brooker 2000, modificata).

35
5.5 SINTESI PROTEICA

• Tabella 5.4
• Elenco dei fattori proteici di inizio,
  allungamento e rilascio
• della catena polipeptidica di procarioti ed
  eucarioti.

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5.5 SINTESI PROTEICA

• Figura 5.29
• Legame peptidico e proprietà
• di una catena polipeptidica.

37
5.5 SINTESI PROTEICA

• Figura 5.30
• Poliribosoma (da P.J. Russell 1988, modificata).

38
5.6 ORGANIZZAZIONE E SMISTAMENTO
DELLE PROTEINE

• Figura 5.31
• Struttura delle proteine
• (da R.J. Brooker 1999, modificata).

39
5.6 ORGANIZZAZIONE E SMISTAMENTO
DELLE PROTEINE

• Figura 5.32
• Smistamento delle proteine nella cellula
• (da R.J. Brooker 1999, modificata).

40
5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

• Figura 5.33a
• Componenti
• delloperone.

41
5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

• Figura 5.33b
• Siti di legame
• di una proteina
• regolatrice di geni.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

• Figura 5.34
• Formazione di complessi di attivazione o di
  repressione della trascrizione
• (A) repressore-induttore (inattivo) (B)
  repressore-corepressore (attivo)
• (C) attivatore-induttore (attivo) (D)
  attivatore-corepressore (inattivo).

43
5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

• Figura 5.35
• Sistema inducibile a controllo negativo (A).
• Sistema inducibile a controllo positivo (B).

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

• Figura 5.36
• Sistema reprimibile a controllo negativo (A).
• Sistema reprimibile a controllo positivo (B).

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

• Figura 5.37
• Operone lac di E. coli.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI

• Figura 5.38
• Operone trp di E. coli.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

• Figura 5.39
• Reazione di metilazione
• per azione della DNA metilasi.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI
QUADRO 5.2 ACETILAZIONE DELLE PROTEINE
ISTONICHE DEL DNA

• Figura 5.40a
• Mappa delle modificazioni
• degli istoni (histone code)
• (da J. Clayton e C. Dennis
• 2003, modificata).

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI
QUADRO 5.2 ACETILAZIONE DELLE PROTEINE
ISTONICHE DEL DNA

• Figura 5.40b
• Meccanismo di formazione di stati della cromatina
• attivi e inattivi in termini trascrizionali
• (da J. Clayton e C. Dennis 2003, modificata).

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

• Figura 5.41
• Livelli di controllo dellespressione
• genica negli eucarioti.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

• Figura 5.42
• Fattori di regolazione
• della trascrizione
• fattori di attivazione (A)
• e di repressione (B)
• (da R.J. Brooker
• 1999, modificata).

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

• Figura 5.43
• Esempi di proteine
• di legame al DNA regolatrici
• della espressione genica
• interazione proteina-proteina (A)
• e modificazione post-traduzionale,
• come ad esempio, fosforilazione (B)
• azione di una molecola effettrice,
• come ad esempio un ormone (C)
• (da R.J. Brooker, 1999, modificata).

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

• Figura 5.44
• Ormoni delle piante.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

• Figura 5.45
• Elementi di controllo ARE.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA
E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI

• Figura 5.46
• Mutanti omeotici di Drosophila (A)
• e di Arabidopsis (B).

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE
GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI
QUADRO 5.3 IL GRANDE MONDO DEI PICCOLI RNA

• Figura 5.47
• Schema sinottico di classificazione della
  famiglia degli RNA.

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5.7 REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE
GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO
REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI
QUADRO 5.3 IL GRANDE MONDO DEI PICCOLI RNA
Figura 5.48 È sempre più evidente che le due
classi di small RNA coinvolte nel silenziamento
genico, i micro RNA (miRNA) e gli short
interfering RNA (siRNA), vengono prodotte da uno
stesso meccaniscmo molecolare. Il processamento
del precursore a forcina del miRNA o dei lunghi
RNA a doppio filamento (dsRNA) richiede lenzima
Dicer e produce un RNA a singolo filamento di
21-23 nucleotidi. Questo piccolo RNA si lega
all RNA-induced silencing complex (RISC) e si
dirige verso lmRNA bersaglio. A questo punto il
meccanismo si diversifica. Il miRNA si lega
allmRNA bersaglio ma le piccole differenze tra
i due filamenti fanno sì che questi formino una
protuberanza impedendo allmRNA di essere
tradotto in proteina. Gli siRNA, invece, si
appaiano in modo perfetto con lmRNA bersaglio
e lo marcano per la degradazione.