L’INFORMAZIONE GENETICA, ELEMENTO BASILARE: Caratteristiche e alterazioni nei procarioti

1. L’INFORMAZIONE GENETICA, ELEMENTO BASILARE: Caratteristiche e alterazioni nei procarioti

2. H H H H H IL LEGAME FRA NUCLEOTIDI: BASE STRUTTURALE DELL’INFORMAZIONE GENETICA IL LEGAME FOSFODIESTERE ESTREMITA’ 3’ O- O = P – O – CH2 Adenina O- O H H H H 3’ O O = P O- O CH2 Timina H 5’ O ESTREMITA’ 5’

3. OH H H O- O = P O- O CH2 H H H H H H H H O O CH2 CH2 A:T O H H H H H H H H H H O O = P O- O CH2 O P = O O O- O P = O O O- G:C O L’APPAIAMENTO DEGLI STRAND: LE BASI COMPLEMENTARI 5’ 3’ 3’ 5’ .

4. IL CODICE GENETICO

5. IL GENE IL GENEPROCARIOTICOE’ COSTITUITO DA UNA SEQUENZA DI TRIPLETTEADIACENTIIN UN FILAMENTO DI DNA, IN GRADO DI CONTROLLARE LA SINTESI DI UN PRODOTTO SPECIFICO

6. CLASSIFICAZIONE DEI GENI • STRUTTURALI: controllano la sintesi di una proteina enzimatica o strutturale • REGOLATORI: controllano la sintesi di una proteina che controlla la trascrizione di uno o più geni agendo su una regione genomica adiacente detta operatore • SOPPRESSORI: il loro prodotto sopprime l’espressione di uno o più geni agendo a livello della traduzione • MUTATORI: il loro prodotto induce alterazioni strutturali in altri geni

7. TRASCRIZIONE TGTTGAACATCGATAATTATCTT 5’ 3’ mRNA ppp OH UGUUGAACAUCG ACAACTTGTAGCTATTAATAGAA

8. mRNA Proteina GENE PROCARIOTICO PROMOTORE GENE TERMINATORE STRUTTURALE TRASCRIZIONE TRADUZIONE

9. Trascritto primario G AAAAA Trascritto funzionale G AAAAA Proteina GENE EUCARIOTICO PROMOTORE ESONI INTRONI TERMINATORE 1 2 3 4 TRASCRIZIONE RIELABORAZIONE TRADUZIONE

10. 1 2 3 4 1 2 4 LO SPLICING 1 2 3 4 TRASCRITTI FUNZIONALI ALTERNATIVI

11. COSTITUTIVA REGOLATA INDUCIBILE REPRIMIBILE IL CONTROLLO DELL’ESPRESSIONE GENICA NON TUTTI I PRODOTTI GENICI SONO NECESSARI ALLO STESSO MOMENTO L’ESPRESSIONE PUO’ ESSERE

12. P TRASCRIZIONE mRNA TRADUZIONE PROTEINE a b g d e UNITA’ TRASCRIZIONALE (OPERON) COSTITUTIVA -35 -10 +1 o A B C D E t RNA polimerasi

13. NESSUNA TRASCRIZIONE RNA polimerasi R TRASCRIZIONE RNA polimerasi mRNA I R UNITA’ TRASCRIZIONALE (OPERON) INDUCIBILE o A B C D E t -35 -10 +1 o A B C D E t -35 -10 +1

14. IR TRASCRIZIONE RNA polimerasi mRNA NESSUNA TRASCRIZIONE RNA polimerasi C IR UNITA’ TRASCRIZIONALE (OPERON) REPRIMIBILE o A B C D E t -35 -10 +1 IR C o A B C D E t -35 -10 +1

15. TRASCRIZIONE AUMENTATA ACT RNA polimerasi mRNA TRASCRIZIONE NORMALE RNA polimerasi mRNA UNITA’ TRASCRIZIONALE (OPERON) A CONTROLLO + o A B C D E t -35 -10 +1 ACT E ACT E o A B C D E t -35 -10 +1

16. ELEMENTO GENETICO INVERTIBILE DALLA DNA INVERTASI (meccanismo flip_flop) H2 H1rep H2 H1rep H2pro H2pro H1 H1 pro H1 H1 pro IL DNA INVERTIBILELE VARIAZIONI DI FASESHIFT DAL FLAGELLO H1 AD H2IN SALMONELLA Trascrizione di H2 e H1rep H2 e H1rep non trascritti Il repressore di H1 blocca la trascrizione Trascrizione di H1

17. L’IMPIEGO DEL CODICE GENETICO

18. CAI 0,6 CAI 0,1 tRNA sufficienti tRNA limitati UTILIZZO DEI CODON E REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA PROMOTORE GENE 1 GENE2 TERMINATORE mRNA STESSO NUMERO DI COPIE PROTEINA 2 PROTEINA 1

19. DNA extracromosomiale Nucleoide IL PATRIMONIO GENETICO DEI PROCARIOTI SITO DI ANCORAGGIO DEL CROMOSOMA ALLA MEMBRANA

20. IL PATRIMONIO GENETICO DEI PROCARIOTI • GENERALMENTE 1 MOLECOLA CIRCOLARE DI DNA (eccezioni V.cholerae 2 cromosomi e Agrobacterium e Streptomyces cromosoma lineare) • MEDIAMENTE 3-6 x 106 bp • PESO MOLECOLARE ± 2-4 x 109 Da • MOLECOLA SUPERAVVOLTA • LUNGHEZZA 1,1 mm

21. I PLASMIDI IN NUMEROSE SPECIE BATTERICHE SONO PRESENTI MOLECOLE DI DNA PIU’ PICCOLE DEL GENOMA, DOTATE DI CAPACITA’ REPLICATIVA AUTONOMA (PLASMIDI) TALORA IN GRADO DI INTEGRARSI NEL GENOMA (EPISOMI) CHE POSSONO CONFERIRE FENOTIPI RILEVANTI AI BATTERI (VIRULENZA – RESISTENZA)

22. PLASMIDI ARTIFICIALI:LA BASE DELL’INGEGNERIA GENETICA

23. PLASMIDI ARTIFICIALI:LA BASE DELL’INGEGNERIA GENETICA

24. VARIAZIONI FENOTIPICHE FENOMENO ADATTATIVO GRADUALE E REVERSIBILE CUI VA INCONTRO LA MAGGIOR PARTE DELLA POPOLAZIONE IN SEGUITO AD UNA DETERMINATA PRESSIONE AMBIENTALE

25. EVENTI MUTAZIONALI EMERGE MUTAZIONE VANTAGGIOSA MUTAZIONIALTERAZIONI DELLA SEQUENZA GENICA CHE VENGONO EREDITATE DALLA PROGENIEORIGINE DELLA VARIABILITA’ BATTERICA ANCESTRALE COMUNE NUOVI EVENTI MUTAZIONALI

26. L’AMBIENTE SELEZIONALE MUTAZIONI FENOTIPO MUTAZIONE VANTAGGIOSA SELEZIONATA STABILMENTE MUTAZIONI GENOTIPICHE PRESSIONE AMBIENTALE

27. PIASTRA SENZA ANTIBIOTICO PIASTRE CON ANTIBIOTICI DIVERSI LA FREQUENZA MUTAZIONALE1/104 – 1/109 REPLICA PLATING

28. MUTAZIONI ADDIZIONALI Elementi mobli Errori polimerasi (spesso nonsenso) SOSTITUTIVE Errori polimerasi DELETIVE Errori polimerasi Fenomeni di ricombinazione

29. MUTAZIONI ADDIZIONALI Atgaatagcagacatctgacaattacaatcattgccggcctctcc M N S R H L T I T I I A G L S PROTEINA COMPLETAMENTE ALTERATA AtgaatGagcagacatctgacaattacaatcattgccggcctctccc M N E Q T S D N Y N H C R P L PROTEINA SOPPRESSA AtgaatGGagcagacatctgacaattacaatcattgccggcctctccc M N G A D I-Q L Q S L P A S P PROTEINA CON MUTAZIONE PUNTIFORME AtgaatGGGagcagacatctgacaattacaatcattgccggcctctccc M N G S R H L T I T I I A G L S +1 +2 +3

30. MUTAZIONI SOSTITUTIVE Atgaattatagacatctgacaattacaatcattgccggcctctcc M N Y R H L T I T I I A G L S PROTEINA NON ALTERATA (MUTAZIONE CONSERVATIVA) AtgaattatagacaCctgacaattacaatcattgccggcctctcc M N Y R H L T I T I I A G L S PROTEINA MUTATA (MUTAZIONE DI SENSO) AtgaattatagacaActgacaattacaatcattgccggcctctcc M N Y R Q L T I T I I A G L S PROTEINA SOPPRESSA AtgaattaGagacatctgacaattacaatcattgccggcctctcc M N - R H L T I T I I A G L S

31. MUTAZIONI E FENOTIPO • MUTAZIONI IRRILEVANTI (non vi è sostituzione di amminoacido oppure la sostituzione è conservativa) • MUTAZIONI LIEVI (vi è sostituzione di amminoacido non conservativa, ma la proteina mantiene almeno in parte la funzione) • MUTAZIONI RILEVANTI (formazione di un prodotto alterato o inattivo o sostanzialmente diverso dall’originale)

32. MECCANISMI DI MUTAZIONE • MUTAZIONE PUNTIFORME • CTA/CTC = V/V SILENTE • CTA/GTA = V/L CONSERVATIVA • CAT/CAA = Q/H NON CONSERVATIVA • TAT/TAA = Y/STOP NON SENSO

33. MECCANISMI DI MUTAZIONE ELEMENTI TRASPONIBILI • SEQUENZE DI INSERZIONE • TRASPOSONI • ALCUNI BATTERIOFAGI TEMPERATI (es. Mu)

34. IS IS MECCANISMI DI MUTAZIONE SEQUENZE DI INSERZIONE SONO UN IMPORTANTE MECCANISMO DI DISORGANIZZAZIONE DELLA SEQUENZA NUCLEOTIDICA, IN CUI UNA SEQUENZA PRESENTE IN UN’ALTRA PARTE DEL GENOMA SI INSERISCE IN UN GENE O NEL SUO PROMOTORE INTERROMPENDOLI O ALTERANDONE LA FUNZIONE. IN MOLTI CASI I SITI DI INSERZIONE NON SONO CASUALI E LE IS SI SPOSTANO IN RISPOSTA A STIMOLI BEN PRECISI. TRASPORTANO IL GENE DI UNA TRASPOSASI E ALLE ESTREMITA’ GLI “INVERTED REPEATS” GENE WILD-TYPE GENE INTERROTTO ESPRESSIONE INTERROTTA O ALTERATA

35. GENI DI RESISTENZA O VIRULENZA TRASPOSASI INVERTED REPEATS MECCANISMI DI MUTAZIONE TRASPOSONI SONO UN IMPORTANTE MECCANISMO DI DISORGANIZZAZIONE DELLA SEQUENZA NUCLEOTIDICA. RISPETTO ALLE IS VEICOLANO GENI DI RILEVANTE INTERESSE PER L’ALTERAZIONE DEL FENOTIPO DEL MUTANTE, COME FATTORI DI RESISTENZA O GENI DI VIRULENZA.

36. SEQUENZA TARGET ELEMENTO TRASPONIBILE MECCANISMO DI TRASPOSIZIONETRASPOSONITRASPOSIZIONE CONSERVATIVAL’ELEMENTO TRASPONIBILE SI EXCIDE DAL CROMOSOMA E SI INSERISCE IN UNA NUOVA POSIZIONE SENZA DUPLICARSI

37. ELEMENTO TRASPONIBILE SEQUENZA TARGET MECCANISMO DI TRASPOSIZIONE LA TRASPOSASI INDUCE IL NICKING DEGLI STRAND L’ELEMENTO TRASPONIBILE SI LEGA AL TARGET SUI DUE STRAND LA POLIMERASI RIPARA LE ZONE SINGLE STRAND DUPLICANDO LE SEQUENZE TARGET

38. COINTEGRAZIONE NICKING SIINGLE STRAND DEL TARGET E DI Tn E DUPLICAZIONE DI Tn TARGET ELEMENTO TRASPONIBILE APPAIAMENTO E RICOMBINAZIONE DI Tn MECCANISMO DI TRASPOSIZIONETRASPOSIZIONE REPLICATIVA(es. FAGO Mu)

39. SCAMBI GENETICI FRA SPECIE N. gonorrhoeae S. enterica S. dysenteriae P. putida N. subflava A. tumefaciens P. mirabilis Rhizobium leguminosarum A. salmonicida V. cholerae P. aeruginosa E. coli H. influenzae K. pneumoniae Azotobacter spp Rhizobium trifolii S. marcescens B. fragilis Rodospirillum rubrum A. calcoaceticus B. subtilis P. fluorescens B. pumilus S. aureus

40. ESTREMITA’ OMOLOGHE LA RICOMBINAZIONE GENETICA PROCESSO MEDIANTE IL QUALE DUE MOLECOLE DI DNA REALIZZANO LO SCAMBIO DI REGIONI CON ESTREMITA’ OMOLOGHE

41. TRE PROCESSI DI RICOMBINAZIONE • TRASFORMAZIONE(il dna del donatore viene a contatto con il ceppo recettore) • CONIUGAZIONE(contatto fisico fra ceppo donatore e ceppo recettore) • TRASDUZIONE(il DNA del ceppo donatore è veicolato nel ceppo recettore da un batteriofago temperato)

42. PROTEINA SPECIFICA ASSOCIATA ALLA COMPETENZA CROMOSOMA DNA BINDING PROTEIN NUCLEASI DNA ETEROLOGO NUCLEOTIDI 1 2 4 3 RecA TRASFORMAZIONE

43. CONIUGAZIONE

44. PLASMIDE F F+ F- F+ F+ CONIUGAZIONE RETRAZIONE DEL PILO E NICKING DEL PLASMIDE TRASFERIMENTO DI UNO STRAND DA F+ A F- E SINTESI DEGLI STRAND COMPLEMENTARI SEPARAZIONE

45. REPLICAZIONE E TRASFERIMENTO DEL PLASMIDE CONIUGATIVO STRAND RITENUTO DONATORE RICEVENTE STRAND TRASFERITO PRIMER PROTEINE DI MEMBRANA CODIFICATE DAL PLASMIDE PARETI CELLULARI OMP SPECIFICHE DEL RICEVENTE PROTEINA TraI NICKING & UNWINDING DNA POLIMERASI PRIMER

46. oriT IS RICOMBINAZIONE CROMOSOMA STABILE IS oriT CROMOSOMA MOBILIZZABILE IS IS FORMAZIONI DI CEPPI Hfr I PLASMIDI CONIUGATIVI POSSONO ESSERE EPISOMI ED INTEGRARSI NEL CROMOSOMA FAVORENDO LA SUCCESSIVA MOBILIZZAZIONE DEL CROMOSOMA

47. TRASDUZIONE DUE PROCESSI DISTINTI • TRASDUZIONE GENERALIZZATA UN FRAMMENTO DEL DNA DELL’OSPITE, DERIVATO DA UN PUNTO QUALSIASI DEL SUO GENOMA VIENE INCORPORATO NEL GENOMA FAGICO E TRASFERITO • TRASDUZIONE SPECIALIZZATA NEL CASO DI ALCUNI FAGI TEMPERATI UNA REGIONE SPECIFICA DEL DNA DELL’OSPITE, IN PROSSIMITA’ DEL PUNTO DI INTEGRAZIONE DEL FAGO, VIENE OCCASIONALMENTE INCORPORATA NEL GENOMA FAGICO E TRASFERITA

48. CEPPO TRASDOTTO FAGO FAGI RICOMBINAZIONE TRASDUZIONE GENERALIZZATA CICLO LITICO PARTICELLA TRASDUCENTE

49. GENE CROMOSOMIALE CROMOSOMA DNA FAGICO CEPPO LISOGENO EVENTO NORMALE TRASDUZIONE SPECIALIZZATA EVENTO RARO