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GENOMA PROCARIOTE e PLASMIDI, Appunti di Biologia

Il genoma procariote e i plasmidi, molecole circolari di DNA presenti nei batteri che contengono geni accessori e che consentono al batterio di esprimersi in un modo piuttosto che un altro. I plasmidi hanno una propria origine di replicazione e possiedono degli operoni propri. Il documento spiega anche cosa fanno i plasmidi normalmente in un batterio, come sintetizzare delle molecole, resistere agli antibiotici e promuovere la coniugazione. Viene inoltre descritta la biodiversità dei batteri e come questa deriva dalla coniugazione, trasduzione e trasformazione.

Tipologia: Appunti

2021/2022

In vendita dal 27/08/2022

Beatriceimola
Beatriceimola 🇮🇹

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GENOMA PROCARIOTE
Le cellule batteriche sono prive di nucleo e possiedono un unico cromosoma circolare. Tuttavia,
non tutta l’informazione genetica è contenuta nel cromosoma. Infatti il genoma procariote
(procarioti= batteri) è formato da un cromosoma principale (cromosoma batterico, è un DNA
circolare molto compatto, che non ha esoni e introni, non ha tanto trash, ma è tutto codificato a
geni, che non sono singoli ma sotto forma di operoni, cioè vivono in queste unità trascrizionali) e
in aggiunta, molti batteri, ospitano filamenti di DNA più piccoli detti plasmidi, che hanno una
grande importanza per la vita e l’evoluzione dei batteri. Essi consentono al batterio di esprimersi in
un modo piuttosto che un altro e danno delle facoltà nuove ai batteri.
I PLASMIDI
I plasmidi sono:
DNA accessori, cioè li posso avere come no (la maggior parte dei batteri non li ha);
Molecole circolari di DNA a doppia elica lungo poche migliaia di bp (paia di basi);
Ogni plasmide contiene in media 10-12 geni.
STRUTTURA
Un plasmide è un DNA circolare che ha una propria origine di
replicazione (la sequenza ori), cioè il punto che ne consente la
duplicazione che avviene insieme a quella del cromosoma batterico
principale (sono sincronizzate). Inoltre possiede degli operoni propri
(promotore, un operatore, terminatore, un repressore…) e le
relative sequenze regolatrici (regolatore, gene che mi crea il
repressore).
È una sorta di cromosoma batterico piccolissimo e funziona nello
stesso modo. È un piccolo genoma estremamente modificabile.
COSA FANNO I PLASMIDI NORMALMENTE IN UN BATTERIO
I plasmidi servono per:
SINTETIZZARE DELLE MOLECOLE: Per esempio nell’uomo ci sono batteri che hanno dentro
plasmidi che sintetizzano delle particolari proteine, cioè le tossine (proteine tossiche. Se il
batterio era innocuo e mi assorbe questo plasmide diventerà mortale. Escherichia coli è un
batterio normalissimo che vive dentro di noi ma se prende un plasmide con dentro una
tossina diventa mortale.
Es. BOTULINO, batterio che se ha un determinato plasmide produce delle tossine che
bloccano l’attività della contrazione muscolare. Quindi l’uomo ha capito che se si inietta
questa tossina in viso i muscoli della faccia si rilassano e perde le rughe. Iniettata questa
tossina non si sarà più in grado di contrarre i muscoli.
Es. SIDEROFORI PER L’ACCUMULO DI Fe3+, è la capacità che hanno i batteri di prendere il
ferro dalla nostra emoglobina, lo deve fare attraverso un enzima particolarissimo che è in
grado di prendere l’emoglobina, tagliare la struttura quaternaria e estrapolare il ferro, che
serve per entrare in relazione con l’ossigeno.
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GENOMA PROCARIOTE

Le cellule batteriche sono prive di nucleo e possiedono un unico cromosoma circolare. Tuttavia, non tutta l’informazione genetica è contenuta nel cromosoma. Infatti il genoma procariote (procarioti= batteri) è formato da un cromosoma principale (cromosoma batterico, è un DNA circolare molto compatto, che non ha esoni e introni, non ha tanto trash, ma è tutto codificato a geni, che non sono singoli ma sotto forma di operoni, cioè vivono in queste unità trascrizionali) e in aggiunta, molti batteri, ospitano filamenti di DNA più piccoli detti plasmidi, che hanno una grande importanza per la vita e l’evoluzione dei batteri. Essi consentono al batterio di esprimersi in un modo piuttosto che un altro e danno delle facoltà nuove ai batteri. I PLASMIDI I plasmidi sono:

  • DNA accessori, cioè li posso avere come no (la maggior parte dei batteri non li ha);
  • Molecole circolari di DNA a doppia elica lungo poche migliaia di bp (paia di basi);
  • Ogni plasmide contiene in media 10 - 12 geni. STRUTTURA Un plasmide è un DNA circolare che ha una propria origine di replicazione (la sequenza ori), cioè il punto che ne consente la duplicazione che avviene insieme a quella del cromosoma batterico principale (sono sincronizzate). Inoltre possiede degli operoni propri (promotore, un operatore, terminatore, un repressore…) e le relative sequenze regolatrici (regolatore, gene che mi crea il repressore). È una sorta di cromosoma batterico piccolissimo e funziona nello stesso modo. È un piccolo genoma estremamente modificabile. COSA FANNO I PLASMIDI NORMALMENTE IN UN BATTERIO I plasmidi servono per:
  • SINTETIZZARE DELLE MOLECOLE: Per esempio nell’uomo ci sono batteri che hanno dentro plasmidi che sintetizzano delle particolari proteine, cioè le tossine (proteine tossiche. Se il batterio era innocuo e mi assorbe questo plasmide diventerà mortale. Escherichia coli è un batterio normalissimo che vive dentro di noi ma se prende un plasmide con dentro una tossina diventa mortale. Es. BOTULINO, batterio che se ha un determinato plasmide produce delle tossine che bloccano l’attività della contrazione muscolare. Quindi l’uomo ha capito che se si inietta questa tossina in viso i muscoli della faccia si rilassano e perde le rughe. Iniettata questa tossina non si sarà più in grado di contrarre i muscoli. Es. SIDEROFORI PER L’ACCUMULO DI Fe3+, è la capacità che hanno i batteri di prendere il ferro dalla nostra emoglobina, lo deve fare attraverso un enzima particolarissimo che è in grado di prendere l’emoglobina, tagliare la struttura quaternaria e estrapolare il ferro, che serve per entrare in relazione con l’ossigeno.
  • RESISTERE AGLI ANTIBIOTICI, e sono chiamati PLASMIDI R. Sono sviluppati dai batteri per aggirare le difese di altri organismi. Es. STAFILOCOCCO, non appena entra in contatto con il nostro corpo ci dà subito una patologia. Se ci tocca all’esterno porta ad una patologia lieve, se ci tocca all’interno porta a patologie gravi. Lo stafilococco normalmente con l’antibiotico va via (es. gli orzaioli), ma se ha il plasmide R dovranno essere utilizzati particolari antibiotici nuovi. Questi antibiotici non vengono mai utilizzati in ospedale per non creare dei batteri resistenti. Nel caso degli orzaioli se trovano dei ceppi resistenti, che hanno dentro il plasmide R, e che quindi resistono agli antibiotici normali, essi colonizzano l’occhio che poi andrà in necrosi. Es. PENICILLIUM che fa la penicillina, cioè una sostanza che se rilasciata nell’ambiente uccide tutti i batteri. Se i batteri vengono coltivati su una piastra e gli viene messa della penicillina muore tutto tranne i batteri che hanno il plasmide R. per capire se un batterio ha il plasmide R va trattato con penicillina e quello che sopravviverà contiene il plasmide R, che gli conferisce la resistenza.
  • PROMUOVERE LA CONIUGAZIONE, e sono chiamati plasmidi F. Conferisce la potenza o la possibilità a un batterio di fare la coniugazione. Era un batterio nella norma, ad un certo punto per coniugazione assorbe un plasmide e da quel plasmide lui fa un nuovo fenotipo e impara a fare nuove proteine, si comporta in modo totalmente diverso. BIODIVERSITÀ DI UN BATTERIO I batteri si riproducono per mitosi, o meglio scissione binaria: da un batterio ne ottengo due. Infatti il risultato è la generazione di due cellule figlie che, a meno di mutazioni casuali, sono geneticamente identiche alla cellula progenitrice: si tratta quindi di cloni. Tuttavia, nei miliardi di anni della loro storia evolutiva, i batteri si sono differenziati in migliaia di specie diverse. Le sole mutazioni casuali (che sono eventi rari) non sono sufficienti a spiegare questa grande variabilità genetica. La biodiversità di un batterio, la variabilità dei procarioti, perciò deriva da/viene fuori per: CONIUGAZIONE, TRASDUZIONE e TRASFORMAZIONE (fattore trasformante). **Modificando il plasmide dal 1970 abbiamo capito come modificare i genomi eucarioti (quelli più grandi).

LO SPOSTAMENTO DEL DNA NEI PROCARIOTI

LA CONIUGAZIONE

La coniugazione permette alle cellule batteriche di scambiarsi materiale genetico aumentando la propria variabilità genetica, è un processo per alcuni aspetti analogo alla riproduzione sessuata. La coniugazione richiede l’unione fisica tra due cellule batteriche, attraverso un legame filamentoso proteico, detto PILO SESSUALE, che mette in comunicazione il citoplasma delle due cellule. Questo perché l’altro batterio, ad un certo punto, sentendosi toccato dal pilo sessuale, apre la sua membrana, la sua parete cellulare, e i due citoplasmi si trovano ad essere in comunicazione.

1. TRASDUZIONE GENERALIZZATA

Durante il ciclo litico, il batteriofago utilizza alcuni dei suoi enzimi per fare a pezzi il DNA batterico. In questo modo si procura i nucleotidi che gli servono per sintetizzare il proprio DNA. Nelle fasi finali dell’infezione, i nuovi virioni vengono riempiti con il DNA del virus. Tuttavia il processo non è preciso: a volte infatti durante l’assemblaggio dei virioni, nel capside, finisce anche un pezzo o addirittura l’intero genoma batterico. Quali e quanti frammenti possono inserirsi è casuale (da questo il nome generalizzata). Quando il virus così formato infetterà un'altra cellula, trasferirà al suo interno sia il proprio DNA sia quello batterico acquisito dalla cellula precedente, il quale potrà infettare altre cellule, ricombinandosi con il cromosoma del batterio ricevente. Il frammento di DNA trasdotto, una volta penetrato nel batterio ricevente, può essere incorporato nel cromosoma mediante due o più crossing-over (sempre comunque in numero pari), sostituendosi così ad una parte del genoma del batterio ricevente. Questo batterio che viene infettato da quest’altro virus, però modificato, si trova ad avere un genoma totalmente o in parte diverso. Questo perché il virus ha fatto un errore nel creare il virione. Può accadere che alcuni virioni al proprio interno abbiano delle tossine e quindi un batterio sano improvvisamente può dare origine a delle tossine (può avvenire o grazie al plasmide F o ai virus, quest’ultima molto frequente). *la differenza tra il genoma virale e batterico è la sequenza dei nucleotidi.

  1. TRASDUZIONE SPECIALIZZATA Nel ciclo lisogeno, il DNA virale si integra all'interno del cromosoma batterico sotto forma di profago. Nel momento in cui dalla fase lisogena si passa a un nuovo ciclo litico (in cui il virus deve di nuovo uscire e deve fare il processo di escissione, cioè deve togliere il suo genoma da quello batterico), il profago viene estratto dal cromosoma e funge da stampo per la duplicazione virale. Anche questo meccanismo non sempre avviene con precisione, ma possono venire degli errori: durante l’escissione, a volte, il profago staccandosi preleva anche parte del genoma batterico portando alla creazione di virus che contengono una parte virale e una batterica. Queste verranno così duplicate insieme al DNA virale e impacchettate all'interno dei nuovi virioni. Quando questi virioni infetteranno una nuova cellula, essi trasferiranno al suo interno sia il DNA virale sia le sequenze batteriche. Poiché molti batteriofagi integrano il loro DNA in punti specifici del

cromosoma, tenderanno a portarsi dietro sempre lo stesso frammento di DNA batterico che tenderà ad inserirsi sempre nello stesso locus del cromosoma batterico: per questo si parla di traduzione specializzata. *È specializzata perché la fa il virus che è specializzato nel tagliare il cromosoma e inserire. TRASFORMAZIONE L’ultima parte è la trasformazione, cioè l’ultimo modo attraverso il quale i batteri si scambiano materiale genetico, modificando il proprio DNA. La trasformazione si verifica quando una cellula batterica incorpora DNA che si trova libero nell’ambiente. Questo fenomeno si manifesta in natura in alcune specie di batteri, quando le cellule muoiono e rilasciano nel substrato pezzi del proprio DNA liberi, che possono essere assorbiti da un batterio. Una volta che il DNA trasformante è entrato nella cellula ospite, il cromosoma di quest’ultima può incorporare nuovi geni con un processo molto simile alla ricombinazione eucariotica. Per cui questi pezzettini di DNA che si trovano nel substrato possono dare al nuovo batterio una nuova facoltà presa dal batterio estraneo. Questa è una cosa che noi non faremo mai. N. B. Esperimento di Griffith→ si utilizzava l’estratto di S, che veniva portato a bollore e quando porto a bollore dei batteri questi si rompono, il DNA si trova all’interno di questo brodo. Mettendo degli altri batteri vivi che non hanno la patologia, quelli R assorbono per trasformazione la caratteristica di S, e assorbendola diventano patologi. Il fattore trasformato di Griffith era il DNA che entrava nel batterio R per trasformazione, per assorbimento del DNA. Per cui la terza possibilità che hanno i batteri è assorbire dall’ambiente il DNA essenzialmente dei batteri (poiché il nostro DNA è molto più complesso e loro non lo sanno gestire, magari lo assorbono ma non lo sanno utilizzare).