Cellula eucariote e cellula procariote: genoma a confronto

Chiedilo a Tania
Salve Tania,
complimenti per la Pagina che hai creato... Davvero interessante!
Sono Alessia e volevo chiederti se potevi creare un post sintetico, ma nello stesso tempo dettagliato, sui geni negli eucarioti e nei procarioti. Grazie anticipatamente e continua così!
Alessia
Ciao Alessia,
Grazie per i complimenti e benvenuta!
In questi giorni vi ho condotto alla scoperta delle cellule, le unità biologiche alla base della vita.
I tre post precedenti mi sono serviti come punto di partenza per rispondere alla domanda di Alessia.
Eccone i link:
La cellula, la teoria cellulare e l'effetto scala La cellula procariote La cellula eucariote

Struttura schematica di un batterio procariote (Wikipedia)

Un batterio con il DNA circolare e i plasmidi.

cellula animale, eucariote con un nucleo ben formato cellula vegetale, eucariote con un nucleo ben formato

L'acido deossiribonucleico (DNA) contiene le istruzioni necessarie al funzionamento e alla crescita degli esseri viventi.
Dal punto di vista chimico, il linguaggio della vita è il medesimo in tutti gli esseri viventi ed è formato da una sequenza di nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da tre componenti:

• un gruppo fosfato
• il deossiribosio (zucchero pentoso)
• una base azotata. 

Le basi azotate del DNA, a loro volta, sono quattro: adenina, guanina, citosina e timina.
L'ordine con il quale sono disposti i nucleotidi costituisce l'informazione genetica caratteristica di ogni essere vivente.

http://www.delfo.fc.it
Per approfondire: http://www.scienceforpassion.com/2012/12/nucleotidi-e-nucleosidi.html

Il genoma di una cellula procariote, tuttavia, è più semplice: è costituito da una sola molecola di DNA circolare, libera nel citoplasma.
Il DNA eucariote, invece, si presenta come un gomitolo (la cromatina), protetto all'interno del nucleo; Al momento della divisione cellulare, il nucleo si disgrega ed il DNA si organizza in cromosomi. Questi, inoltre, presentano delle strutture protettive alle loro estremità, assenti nel cromosoma batterico: i telomeri. Il numero di cromosomi è variabile: la specie umana, ad esempio, ne presenta 23 coppie, ovvero 46.
Le immagini seguenti (di wikipedia) spiegano i concetti appena illustrati in modo davvero efficace!

I telomeri (in giallo) sono evidenziati sui cromosomi attraverso una tecnica chiamata FISH

Sia nei procarioti sia negli eucarioti la quantità di informazione genetica contenuta nel DNA è impressionante: un cromosoma circolare di E. coli (un batterio procariote) misura circa 1 mm, ma il batterio ha una lunghezza di circa 2 µm.
Le cellule eucarioti, invece, hanno un diametro variabile dai 10 ai 30 µm e contengono circa 2 m di DNA.
Questo incredibile risultato è reso possibile grazie alla presenza di proteine che, legandosi al DNA, consentono alla molecola di impacchettarsi e di essere contenuta in un piccolo spazio. Per capire il concetto prendete un gomitolo: inizialmente sta nel palmo della vostra mano ma, se provate a srotolarlo completamente, occupa uno spazio ben diverso!
Nelle immagini seguenti sono illustrate le strategie di impacchettamento del DNA nelle cellule procarioti ed eucarioti:

Superavvolgimento del DNA in un procariote: http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_supercoil

Impacchettamento del DNA eucariote http://it.wikipedia.org/wiki/Superavvolgimento

In questo post divulgativo mi interessa chiarire il concetto di base: per la spiegazione dei dettagli, riguardo all'impacchettamento del DNA, rimando direttamente ai testi di biologia molecolare dove l'argomento è spiegato con dovizia di particolari.
La quantità di materiale genetico in una cellula procariote è inferiore rispetto ad una cellula eucariote. La maggiore quantità di materiale genetico negli eucarioti è legata alla maggiore complessità dell'organismo e a tutta quella serie di comunicazioni indispensabili alle cellule eucarioti, in un organismo pluricellulare, per cooperare tra loro al mantenimento della vita.
Il numero di cromosomi degli eucarioti, però, non dipende dimensioni della specie; solo per fare qualche esempio: i cani hanno 78 cromosomi, il ratto 42 ed i gatti 38.
In termini tecnici, si dice che i geni codificano per le proteine: significa che i geni contengono le istruzioni necessarie ad un cellula per costruire le proteine, indispensabili al funzionamento dell'organismo. Tali istruzioni vengono copiate (processo di trascrizione) in un filamento che funge da messaggero: l'mRNA. Questo filamento viene letto dai ribosomi che costruiscono la proteine richiesta (processo di traduzione).
Negli eucarioti la trascrizione e la traduzione avvengono in ambienti separati: la trascrizione avviene nel nucleo, la traduzione avviene nel citoplasma. L'RNA messaggero, inoltre, prima di uscire dal nucleo, subisce un processo di maturazione, inesistente negli organismi procarioti.

Nel genoma dei procarioti i geni che codificano per le proteine sono presenti in un’unica copia; anche nei genomi eucariotici è presente questa caratteristica.
Tuttavia, nel genoma degli organismi eucarioti, a differenza dei più semplici procarioti, si trovano molte sequenze ripetitive, ovvero sequenze presenti in più di una copia: la maggior parte di queste sequenze non viene tradotta in proteine. Per questo motivo, negli eucarioti, si distinguono:

• sezioni del genoma con sequenze codificanti: che vengono tradotte in proteine
• sezioni del genoma con sequenze non codificanti: che non vengono tradotte in proteine, ma hanno un ruolo importante nella regolazione.

I geni degli eucarioti sono "interrotti": contengono sequenze codificanti alternate a sequenze non codificanti. Le regioni codificanti di un gene sono gli esoni; gli introni, invece, sono le sequenze non codificanti.
La maggior parte dei geni procarioti, invece, non presenta gli introni ma un'unica sequenza di DNA codificante, senza interruzioni: il cistrone.
I geni eucariotici, infine, formano delle famiglie geniche: gruppi di geni simili per struttura e funzione. Una delle famiglie geniche più note è quella che contiene le istruzioni per costruire l'emoglobina, la proteina che aiuta i globuli rossi a trasportare l'ossigeno nel sangue.
I geni procariotici, invece, sono raggruppati in operoni: un insieme di geni regolati in modo coordinato e preciso; contengono, infatti, siti di controllo che regolano l'espressione dei geni che devono essere trascritti. Il più famoso è l'operone lattosio (lac).

Tipica sequenza di un operone:
presenta siti di controllo (promotori e operatori) e
la sequenza  che  contiene i geni strutturali,  ovvero le informazioni da trascrivere.

E anche questo lungo post è finito: denso di contenuti, come quelli che piacciono a me! Chissà se piacerà ad Alessia e ai lettori di Science for passion?
Attendo commenti ;-)
Tania Tanfoglio