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L'espressione genetica nei procarioti

Il codice genetico è lo stesso per ogni specie vivente, e questo prova che deriviamo tutti da un antenato comune. Tuttavia vi sono delle differenze tra organismi PROCARIOTI ed EUCARIOTI nei meccanismi che regolano l’espressione genica.

Tanto per cominciare il CROMOSOMA PROCARIOTE è formato da una sola catena continua di DNA a doppio filamento di 2 nanometri di diametro.

Il processo di trascrizione da nucleotidi a proteine avviene tramite la sintesi di mRNA sullo stampo del DNA.
Ecco come avviene il meccanismo:
1) L’enzima RNA-polimerasi aderisce al DNA in un sito specifico detto PROMOTORE, e ciò provoca l’apertura della doppia elica del DNA. L’RNA si forma e resta per breve tempo legato al DNA mediante LEGAMI A IDROGENO finchè non si stacca formando un filamento.
2) I segmenti di DNA che codificano per un polipeptide sono detti GENI STRUTTURALI. Spesso, nei cromosomi batterici, i geni che codificano per polipeptidi con funzioni correlate lavorano in sequenza. Questo accade per esempio con gruppi polipeptidici necessari alla cellula nello stesso momento, oppure due catene polipeptidiche che insieme costituiscono un particolare enzima, o enzimi che lavorano in un’unica sequenza biochimica. I gruppi di geni che codificano per queste molecole sono in genere trascritti in un unico filamento di mRNA.

3) Una cellula non produce tutte le proteine possibili in continuazione, ma solo quando e nelle quantità richieste. (Esempio: l’E.COLI si nutre di lattosio. Ma per farlo ha bisogno di molte molecole dell’enzima beta-galattosidasi, che scinde la molecola di lattosio nei sue tre monosaccaridi costituenti. Ma se un esemplare non si nutre mai di lattosio, nelle sue cellule non si troverà che una sola molecola di beta-galattosidasi. In altri casi, poi, se è presente già un certo amminoacido, cessa nella cellula la produzione degli enzimi necessari alla sua sintesi).
4) Durante la trascrizione i geni codificano anche proteine di regolazione, che regolano il processo.
5) L’mRNA è immediatamente tradotto in proteine.

L’operone

Diversi anni fa François Jacob e Jacques Monod elaborarono un modello che illustra la trascrizione nei procarioti, detto dell’OPERONE.

Secondo questo modello un operone comprende:
1) Il promotore (di cui si è accennato precedentemente);
2) Uno o più geni strutturali;
3) Un’ulteriore sequenza di DNA detta OPERATORE posta tra il promotore e i geni strutturali.

La trascrizione dei geni strutturali è spesso controllata poi da un altro gene, detto REGOLATORE, e che può trovarsi in qualunque punto del cromosoma procariote.
Il gene regolatore codifica per una proteina detta REPRESSORE, che si lega all’operatore quando si vuole frenare il processo di trascrizione. Esso infatti, legandosi all’operatore, ostacola il promotore, facendo in modo che la RNA-polimersai non possa legarsi al DNA e che quindi non possa avvenire la trascrizione dell’mRNA.

La capacità del repressore di legarsi all’operatore dipende a sua volta da un’altra molecola che lo attiva o lo disattiva. Una molecola che attiva un repressore è detta COREPRESSORE, mentre una che lo disattiva è detta INDUTTORE.

Quando il lattosio entra nell’E.coli il lattosio deve essere metabolizzato per trarne energia. Dal suo metabolismo viene fuori uno zucchero simile, l’ALLOLATTOSIO. Esso è un induttore, che si lega al repressore facendolo staccare dall’operatore dell’operone del lattosio. Inizia così il processo di trascrizione genetica.
Un corepressore è invece l’amminoacido TRIPTOFANO, che se presente in un terreno di coltura attiva il repressore dell’operone del triptofano.

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