genetica dei microrganismi
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I procarioti dal punto di vista genetico.TRANSCRIPT
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Elementi di GENETICA DEI
MICRORGANISMI
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Caratteristiche del materiale ereditario
1. Replicazione e trasmissione alla progenie dell’informazione genetica
2. Trascrizione e traduzione dell’informazione genetica
3. Ricombinazione e mutazioni
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Due catene antiparallele, complementari, disposte ad elica
STRUTTURA DEL DNA
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Varie conformazioni del DNA batterico
SUPERSPIRALIZZAZIONE NEGATIVA
TOPOISOMERASI I e II
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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
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Processi genetici fondamentali
• Replicazione• Trascrizione• Traduzione
DNA DNA
DNA mRNA
mRNA PROTEINE
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Replicazione
DNA POLIMERASI I, II, III,IV, V
DNA POLIMERASI III
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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
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PLASMIDIDimensioni dei Plasmidi: tra 1.000 e 25.000 bp(DNA genomico: 4.000.000 bp)
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Plasmide RGENI PER LA RESISTENZA BATTERICA AGLI ANTIBIOTICI
Geni per il trasferimento
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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
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TRASFERIMENTO GENETICO
ORIZZONTALE
DonatoreRicevente
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TRASFERIMENTO GENETICO ORIZZONTALE
CONIUGAZIONE
TRASFORMAZIONE
TRASDUZIONE
trasformazione
trasduzione
coniugazione
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CONIUGAZIONEPONTE
CONIUGATIVO
DONATORE F+ RICEVENTE F-
Pili F
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CONIUGAZIONE BATTERICA
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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
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Coniugazione
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CONIUGAZIONE
Ceppo donatore F+
Ceppo HFR
Alta frequenza di ricombinazione
Ceppo F-
Ceppo F-
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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
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TRASFORMAZIONE
CELLULE COMPETENTI
TRASFORMAZIONE NATURALE
TRASFORMAZIONE ARTIFICIALE
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Esperimento di Griffith
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TRASFORMAZIONE
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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
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TRASDUZIONE
I virus fanno da vettori di geni
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TRASPOSONIElementi genetici mobili
IS
SEQUENZE DI INSERZIONE
Tn
Trasposone
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DNA bersaglio
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Trascrizione
DNA mRNA
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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
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Trascrizione
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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
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ARRESTO DEL PROCESSO DI TRASCRIZIONE
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Genoma procariotico
Genoma eucariotico
Processi di splicing (taglia e cuci) del mRNA eucariotico
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Struttura del genoma negli Eucarioti
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Traduzione
• Ribosomi
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RIBOSOMIconfronto tra procarioti ed eucarioti
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tRNA
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AMINOACIDO-AMP + tRNA→ AMINOACILtRNA + AMP
AMINOACILSINTETASI
AMINOACIDO + ATP→ AMINOACIDO-AMP + PP
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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
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Controllo dell’espressione genica
• ENZIMI COSTITUTIVI• ENZIMI INDUCIBILI
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Operone lattosio lac (operone inducibile)
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Operone lac (operone inducibile)
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LATTOSIO
GLUCOSIO
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Altre modalità di controllo dell’operone lac
CAP= PROTEINA ATTIVATRICE DEL CATABOLITA
cAMP= AMP ciclico
Glucosio AMP
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Operone triptofano (operone repressibile)
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Operone triptofano
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AttenuazioneOperone triptofano
Altre modalità di controllo dell’operone triptofano
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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
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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
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Sistemi a due componentiAltre modalità di controllo dell’espressione genica
Segnali ambientali
Proteina sensore
Proteina risposta
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Attivazione dell’espressione genica in rapporto alla densità di popolazione microbica:
QUORUM SENSING
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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)