1. Cromosoma bacteria (2012)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Biología molecular de procariotas
Año del apunte 2012
Páginas 5
Fecha de subida 07/11/2014
Descargas 9
Subido por

Descripción

* Els espais en blanc d'aquest arxiu corresponen a imatges subjectes a drets d'autor

Vista previa del texto

TEMA  1:  EL  CROMOSOMA  BACTERIÀ     BMP   1.  CARACTERÍSTIQUES  I  CONCEPTES  PREVIS   cccDNA:  covalent-­‐closed-­‐circular  DNA  (cromosoma  circular).   dsDNA:  double-­‐stranded  DNA  (DNA  de  doble  cadena).   Com  que  no  hi  ha  nucli,  el  DNA  es  troba  compacte  en  nucleoides  del  plasma.   2.  SEQÜENCIACIÓ  DEL  GENOMA   Hi  ha  més  seqüenciacions,  ja  que  la  mida  és  menor  a  la  dels  genomes  eucariotes.   Les  unitats  de  mesura  del  genoma  solen  ser  les  megabases  (1.000.000  pb)  o  els  ORF   (open  reading  frames),  una  seqüència  compresa  entre  un  codó  inici  i  un  codó  stop.   Molta  varietat:  1  o  més  cromosomes,  lineals  o  circulars,  plàsmids,  megaplàsmids...   Els  megaplàsmids  (1.000.000  pb)  es  diferencien  del  cromosoma  perquè  aquest  conté   els  gens  essencials,  mentre  que  els  plàsmids  tenen  gens  prescindibles.   3.  ARQUITECTURA  DEL  DNA   Generalment  el  cromosoma  procariota  sol  ser  circular,  però  també  n’hi  ha  de  lineals.   En  aquest  cas,  per  evitar  l’acció  d’exonucleases,  calen  telòmers:   a) Hairpin  telòmers:  extrems  covalentment  tancats.   b) Invertron  telòmers:  proteïna  unida  covalentment  a  l’extrem  5’.   4.  GRAUS  DE  COMPACTACIÓ   Una   molècula   de   DNA   circular   sense   proteïnes   té   la   capacitat   d’enrotllar-­‐se   sobre   sí   mateixa  per  anular  la  tensió  entre  els  seus  àtoms,  és  el  sobreenrotllament.   Les  topoisomerases  són  els  enzims  encarregats  de  modular  el  sobreenrotllament:   a) Topoisomerasa   I:   talla   1   monocadena,   passant   de   superenrotllament  a  enrotllament  simple.   b) Topoisomerasa  II  o  girasa:  talla  les  2  cadenes,  resultant-­‐ ne  un  desenrotllament  total.     Per   tal   que   l’acció   de   les   topoisomerases   no   afecti   tota   la   molècula   de   DNA,   hi   ha   proteïnes  que  reclouen  l’acció  de  les  topoisomerases  en  determinats  dominis  del  DNA:   a) Pseudohistones  /  Histone-­‐like  proteins  (abans!)   b) NAP  (nucleotid-­‐assembly  proteins)  (ara!)     La  compactació  del  DNA  és  dinàmica,  és  molt  major  en  fase  exponencial  que  en  fase   estacionaria,  ja  que  en  fase  exponencial  hi  ha  divisions  successives,  mentre  que  en  fase   estacionaria  el  metabolisme  és  molt  lent  (poca  síntesi  de  proteïnes  NAP...).     TEMA  1:  EL  CROMOSOMA  BACTERIÀ     BMP   5.  COMPONENTS  DE  L’APARELL  REPLICATIU   a)  DNA  polimerasa   -­‐   DNApol   III:   complexa   i   estable,   té   activitat   polimerasa   5’-­‐3’   i   exonucleasa   3’5’   per   corregir   errors.   Elonga   la   cadena   adelantada   i   els   fragments   d’Okazaki   entre   primers   d’RNA  de  la  cadena  retardada.   -­‐   DNApol   I:   menys   estable   (afegeix   pocs   nucleòtids)   i   en   més   quantitat.   Elonga   la   cadena   retardada   fusionant   els   fragments   d’Okazaki   eliminant   els   primers   d’RNA   i   omplint  el  buit  que  deixen.  Té  activitat  polimerasa  5’-­‐3’,  exonucleasa  5’-­‐3’  (vs  primer   RNA???)  i  exonucleasa  3’-­‐5’  (correcció  d’errors).   b)  DNA  girasa  (redueix  la  tensió  causada  pel  sobreenrotllament)   c)  DNA  lligasa  (uneix  covalentment  els  extrems  5’  i  3’  de  la  cadena  retardada)   d)  Helicasa  (separen  la  doble  cadena  de  DNA  usant  ATP)   e)  Primosoma  (complex  responsable  de  la  formació  de  l’encebador  d’RNA)   f)  SSB  (single-­‐stranded  binding  protein,  estabilitzen  les  monocadenes  del  DNA)     6.  MODEL  DEL  TROMBÓ   Durant  la  replicació,  la  DnaG  primasa  (una  se  les  proteïnes  que  formen  el  primosoma)   sintetitza  els  primers  d’RNA  de  la  cadena  retardada  i  les  SBB  estabilitzen  els  trossos  de   monocadena.   Llavors   la   DNApol   III   sintetitza   els   fragments   d’Okazaki   en   sentit   5’-­‐3’,   és   a  dir,  en  direcció  a  l’helicasa,  mentre  aquesta  va  avançant,  així  doncs  es  forma  un  loop   que  recorda  a  un  trombó.   Model del trombó   48 Synder and Champness “Molecular genetics of Bacteria” 3rd Edition 2007 TEMA  1:  EL  CROMOSOMA  BACTERIÀ     BMP   7.  PAS  LIMITANT  DE  LA  REPLICACIÓ   Calen   nucleòtids:   1000   NTP   (ribonucleòtids)   =   1   dNTP   (desoxiribonucleòtid).   L’enzim   que  controla  el  pas  del  precursor  als  nucleòtids  és  la  ribonucleotidil  reductasa,  l’acció   de  la  qual  és  controlada  per  la  concentració   de   timina:  si  la  concentració  cel·∙lular  de   timina  és  alta,  no  cal  produir-­‐ne  i  l’enzim  es  bloqueja.   8.  INICI  DE  LA  REPLICACIÓ   La  replicació  comença  a  l’origen  de  replicació  (OriC)  i  és  necessària  una  certa  quantitat   de  proteïnes  DnaA,  codificades  pels  gens  dnaA.   a)  OriC  en  E.Coli   § § § § Caixes  dnaA:  seqüencies  reconegudes  per  DnaA  amb  afinitats  diferents.   Regions  riques  en  A-­‐T  (2  ponts  H,  fàcil  d’obrir)  +  regió  interacció  amb  Helicasa.   Caixes  d’interacció  d’IHF:  interaccionen  amb  les  IHP,  un  tipus  de  NAP  de  flexió.   Seqüencies  GATC:  n’hi  ha  a  tot  el  cromosoma,  però  aquí  són  més  abundants.  Les  A   són  metilades  per  la  metilasa  Dam,  això  produeix  un  fenomen  d’hemimetilació  fins   que   Dam   metila   la   nova   cadena,   que   permet   reconèixer   la   cadena   nova   (no   metilada)  i  la  vella  (metilada),  permetent  la  correcció  d’errors  en  la  nova  cadena.   b)  Passos  en  l’inici  de  replicació   Per   iniciar   la   replicació   cal   suficient   DnaA.   Aquest   DnaA   s’ancora   a   les   caixes   d’alta   afinitat  i  IHF  s’ancora  a  les  seves  caixes  d’interacció.  Això  permet  que  la  proteïna  DiaA   (DnaA   initiator-­‐associating   protein)   s’ancori   a   DnaA   i   a   IHF,   permetent   la   unió   de   DnaA   a   les   caixes   de   baixa   afinitat.   Això   genera   una   torsió   al   DNA   que   n’augmenta   la   tensió   i   fa  que  sigui  més  fàcil  obrir  la  cadena,  a  més  de  ser  regions  riques  en  AT  (2  ponts).  Un   cop  oberta  la  cadena,  s’hi  uniran  les  proteïnes  encarregades  de  la  replicació.   c)  Control  de  l’inici  de  la  replicació   La  DnaA  es  troba  en  equilibri  unida  a  ATP  i  a  ADP,  però  l’única  que  pot  interaccionar   amb  les  caixes  d’afinitat  és  la  ATP-­‐DnaA.   1.   Control   de   la   concentració   d’ATP-­‐DnaA   ja   sigui   desfosforilant-­‐lo,   segrestant-­‐lo   o   controlant   l’expressió   del   gen   dnaA:   expressió   baixa   quan   falten   nutrients   (ppGpp)   o   quan  hi  ha  massa  DnaA  (tapa  els  promotors  de  dnaA).   2.   Control   de   la   unió   del   DnaA   al   OriC   per  mitjà  de  la  proteïna  SecA:  interacciona  amb   les  regions  GATC   hemimetilades,  evitant  la  unió  de  DnaA  a  les  seves  caixes  (pròximes).   Quan  passa  la  Dam,  SecA  s’escindeix,  deixant  temps  de  repòs  entre  replicacions.   3.   Competència   amb   altres   caixes   DnaA   (sistema   DARS)   hi   ha   caixes   de   DnaA   repartides   per   tot   el   cromosoma,   però   encara   que   s’hi   uneixi   DnaA,   no   s’iniciarà   la   replicació,  ja  que  no  són  zones  riques  en  AT  i  no  s’obrirà  la  cadena.  S’ha  vist  que  fora   d’OriC,  l’equilibri  de  DnaA  està  desplaçat  cap  a  l’ADP-­‐DnaA,  per  això  hi  ha  seqüències   DARS  (DnaA  reactivating  System)  que  s’uneixen  a  l’ADP-­‐DnaA  i  el  passen  a  ATP-­‐DnaA.   TEMA  1:  EL  CROMOSOMA  BACTERIÀ     BMP   d)  Replicació  bidireccional  (en  E.Coli)   La   replicació   és   bidireccional,   és   a   dir,   per   un   mateix   OriC   es   formen   dues   forquilles   de   replicació  (2  helicases).  L’elongació  és  normal,  però  la  finalització  té  problemes:   Les   regions   terminadores   (Ter)   tenen   direccionalitat   en   E.Coli   i   s’hi   uneixen   les   proteïnes  Tus.  Aquestes  proteïnes  dificulten  l’apertura  de  la  doble  cadena  per  part  de   les  helicases,  n’hi  ha  varies  per  tal  de  reduir  la  velocitat  de  polimerització  de  la  DNApol   i  aconseguir  que  s’escindeixi  del  DNA.   Com   que   tenim   2   forquilles   de   replicació,   l’acció   de   les   DNApol   es   pot   solapar,   resultant-­‐ne   en   3   còpies   del   DNA   enlloc   de   2.   Normalment   quan   les   2   forquilles   es   troben  a  prop,  una  d’elles  inhibeix  l’acció  de  l’altre.   Si  una  de  les  forquilles  de  replicació  no  s’ha  aturat  i  la  seva  acció  se  solapa,  hi  ha  una   recombinació  entre  les  regions  solapades,  fet  que  permet  a  la  proteïna  RecA  eliminar   la  nova  cadena  replicada  2  vegades.   Es  forma  una  estructura  de  Holliday  que  manté  units  els  cromosomes.  Per  arreglar-­‐ho,   les   proteïnes   XERC   i   XERD   reconeixen   l’estructura   i   la   tallen   en   la   seqüència   DIF,   aconseguint  separar  els  dos  cromosomes.   Si  hi  ha  enrotllaments  dels  cromosomes  es  resolen  amb  topoisomerases  II.   Un  cop  tenim  els  cromosomes  separats,  les  proteïnes  FTS  formen  el  septe,  que  passa   just   per   on   els   cromosomes   han   estat   separats,   ja   que   XERC   i   XERD   s’uneixen   a   FTS,   fent  que  el  septe  passi  per  allà.           e)  Septació   Hi  ha  dues  teories  sobre  la  formació  del  septe:   1.  Depèn  de  la  localització  del  nucleoide:  quan  el  nucleoide  no  s’està  dividint,  es  troba   al  mig  de  la  cèl·∙lula,  inhibint  la  formació  del  septe.  Només  quan  s’està  dividint  deixa  un   espai  menys  dens  al  centre  de  la  cèl·∙lula  que  permet  la  polimerització  del  septe.   2.  Depèn  de  la  concentració  de  proteïnes  Min:  aquestes  proteïnes  mesuren  la  cèl·∙lula   polimeritzant   a   un   pol   i   després   a   l’altre,   fent   un   vaivé.   Quan   la   cèl·∙lula   és   massa   gran,   les   Min   triguen   massa   en   passar   pel   centre   i   no   poden   inhibir   la   formació   del   septe,   que  comença  (i  un  cop  comença,  no  es  pot  aturar).   f)  Segregació  del  nucleoide   El   paper   del   citoesquelet   és   vital   per   la   correcta   segregació   del   nucleoide,   ja   que   si   falta  alguna  de  les  proteïnes  que  ancoren  el  nucleoide  al  citoesquelet,  la  segregació  del   nucleoide  es  produeix  a  l’atzar.     TEMA  1:  EL  CROMOSOMA  BACTERIÀ     BMP   9.  CICLE  CEL·∙LULAR   a)  Fase  I   Temps   necessari   per   acumular   suficient   DnaA.   Depèn   del   metabolisme   i   del   medi.   A   més,  coincideix  amb  el  temps  de  generació.   b)  Fase  C   Inclou  l’elongació  i  la  finalització.  Cal  tenir  en  compte  que  un  cop  una  cèl·∙lula  ha  acabat   la  fase  I,  en  comença  una  altra  sense  esperar  que  la  primera  divisió  acabi,  això  fa  que   en  un  medi  ric  podem  tenir  una  cèl·∙lula  amb  un  nombre  de  cromosomes  2n.  40min  E.Coli.   c)  Fase  D   Temps  necessari  per  la  divisió  de  la  cèl·∙lula.  20min  E.Coli.   ...