Concetti Chiave
- I procarioti, come Escherichia coli, utilizzano la regolazione genica per adattarsi rapidamente a cambiamenti ambientali, risparmiando energia.
- Escherichia coli esprime costantemente i geni per la glicolisi, essendo il glucosio la fonte energetica preferita nel suo ambiente intestinale.
- Quando il glucosio scarseggia e il lattosio è abbondante, E. coli attiva la produzione di enzimi come la β-galattosidasi per metabolizzare il lattosio.
- L'adattamento di E. coli alle diverse fonti di zucchero è un esempio di regolazione genica, permettendo al batterio di rispondere ai cambiamenti nella dieta dell'ospite.
- La produzione di enzimi per il metabolismo del lattosio in E. coli può aumentare drasticamente quando il lattosio è presente e diminuisce quando viene rimosso.
Indice
Adattamento dei procarioti
I procarioti, nonostante siano organismi unicellulari molto semplici, sono dotati di strategie che consentono loro di adattarsi a variazioni ambientali anche improvvise. Nei batteri, molti geni si esprimono costantemente e vengono definiti geni costitutivi. Altri invece non sono sempre espressi, ma vengono attivati solo in determinate condizioni. Il batterio sceglie quali geni attivare e quali no a seconda delle risorse disponibili, con lo scopo di risparmiare energia: viene espresso il gene solo quando la cellula batterica ha bisogno della corrispondente pro-teina.
Regolazione genica nei batteri
Negli esseri viventi, per regolazione genica si intende quell’insieme di meccanismi che la cellula utilizza per attivare e disattivare i geni. Lo scopo principale della regolazione genica è consentire alla cellula di adattarsi momento per momento alla variazione delle condizioni esterne e interne, evitando inutili sprechi di energia. Nei procarioti questo tipo di regolazione agisce fondamentalmente attraverso il controllo della trascrizione dei geni coinvolti nell’utilizzo delle risorse disponibili.
Escherichia coli e il glucosio
Escherichia coli è un batterio che vive e si riproduce nel nostro intestino. Lo zucchero più facilmente utilizzabile dal batterio come fonte di energia è il glucosio, pertanto in questo batterio i geni che codificano per gli enzimi coinvolti nella glicolisi sono sempre espressi. Però, poiché l’ambiente nell’intestino varia continuamente, l’Escherichia coli ha un meccanismo di adattamento che gli permette di utilizzare come risorsa anche fonti diverse dal glucosio. Per farlo regola l’espressione di alcuni geni in modo da adattare le proprie attività metaboliche alle modificazioni dell’ambiente in cui vive. Il suo ambiente è creato da noi attraverso l’alimentazione: se mangiamo miele il batterio ha il glucosio come risorsa, mentre se beviamo latte ha poco glucosio ed elevate quantità di lattosio disponibili.
Metabolismo del lattosio
Il lattosio è un disaccaride contenuto nel latte. Il batterio è in grado di utilizzare il lattosio come fonte di energia, ma per farlo lo deve scindere in glucosio e galattosio (monosaccaridi) mediante l’enzima β-galattosidasi. Oltre a questo enzima, altri due, la galattosio permeasi e la galattosio transacetilasi, sono coinvolti nel metabolismo del lattosio, catalizzando i processi di assorbimento del lattosio da parte della membrana plasmatica del batterio. Quando questo si trova in un ambiente ricco di glucosio, l’enzima β-galattosidasi è presente in quantità modeste (circa tre molecole per cellula), ma quando l’ambiente è povero di glucosio e ricco di lattosio, la produzione di β-galattosidasi cresce di circa mille volte. In presenza di lattosio aumentano molto anche i livelli degli altri due enzimi coinvolti nel metabolismo del lattosio. Se il lattosio viene tolto dall’ambiente, la produzione dei tre enzimi si arresta quasi immediatamente.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo della regolazione genica nei procarioti come Escherichia coli?
- Come Escherichia coli utilizza il lattosio come fonte di energia?
- Cosa accade alla produzione di β-galattosidasi in Escherichia coli in presenza di lattosio?
- Cosa succede alla produzione degli enzimi coinvolti nel metabolismo del lattosio quando il lattosio viene rimosso dall'ambiente?
La regolazione genica nei procarioti, come Escherichia coli, permette alla cellula di adattarsi alle variazioni ambientali, attivando o disattivando geni specifici per risparmiare energia e utilizzare al meglio le risorse disponibili.
Escherichia coli utilizza il lattosio come fonte di energia scindendolo in glucosio e galattosio tramite l'enzima β-galattosidasi, e coinvolgendo altri enzimi come la galattosio permeasi e la galattosio transacetilasi per il metabolismo del lattosio.
In presenza di lattosio, la produzione di β-galattosidasi in Escherichia coli aumenta di circa mille volte rispetto a quando l'ambiente è ricco di glucosio, per facilitare l'utilizzo del lattosio come fonte di energia.
Quando il lattosio viene rimosso dall'ambiente, la produzione degli enzimi coinvolti nel metabolismo del lattosio, inclusa la β-galattosidasi, si arresta quasi immediatamente, dimostrando l'efficienza della regolazione genica in Escherichia coli.
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