Concetti Chiave
- Le cellule procariote come l'E. coli si adattano a diverse fonti energetiche in base all'ambiente circostante, dimostrando duttilità metabolica.
- In condizioni variabili, l'E. coli utilizza il lattosio nei lattanti e il glucosio negli adulti, ottimizzando il proprio consumo energetico.
- Il batterio regola l'espressione genica per evitare la produzione inutile di enzimi, attivando la trascrizione solo in presenza di lattosio.
- L'operone-lac rappresenta un esempio di operone inducibile, attivato esclusivamente quando il substrato necessario è presente.
- Gli operoni anabolici, al contrario, vengono repressi quando c'è un eccesso del composto prodotto, contribuendo al controllo della crescita cellulare.
Indice
Adattamento cellulare nei procarioti
Durante il ciclo vitale la cellula di un procariote o gruppi di cellule di un organismo pluricellulare possono trovarsi ad affrontare situazioni diverse: possono aver bisogno di sintetizzare proteine o viceversa non averne momentaneo bisogno; trovarsi nella condizione di utilizzare un substrato anziché un altro.
Esempio di duttilità dell'E. coli
Si pensi per esempio all’E, coli che risieda nell’intestino di un lattante e all’E, coli dell’intestino di un individuo adulto. Nel lattante il batterio cresce in presenza del lattosio e deve produrre enzimi per utilizzare questo zucchero come fonte di energia; nell’adulto utilizza soprattutto glucosio.
Il batterio in questo caso fornisce uno straordinario esempio di duttilità e di risparmio energetico, riuscendo perfettamente ad adeguarsi alle esigenze contingenti.
Regolazione genica e operoni
In assenza di lattosio mette in opera un meccanismo di regolazione dell’espressione genica, per evitare un inutile lavoro cellulare, cioè la produzione degli enzimi per l’utilizzazione dello zucchero in sua assenza.
Il batterio attua cioè un blocco della trascrizione dell’mRNA, che codifica per la catena enzimatica dell’utilizzazione del lattosio; in definitiva solo in presenza di quest’ultimo la trascrizione verrà indotta.
I geni, in questo modo regolati, costituiscono l’operone-lac, l’operone per l’utilizzazione del lattosio, e costituiscono un esempio di operoni del Catabolismo, detti pertanto inducibili. Essi infatti, in assenza del substrato, non vengono trascritti, mentre la trascrizione viene indotta solo in presenza del lattosio.
Al contrario gli operoni anabolici, che codificano enzimi impegnati nella crescita cellulare, in presenza di un eccesso del composto da loro prodotto o aggiunto dall’esterno, vengono dalla cellula repressi.
Domande da interrogazione
- Come si adatta l'E. coli alle diverse fonti di energia nel ciclo vitale?
- Qual è il meccanismo di regolazione genica attuato dall'E. coli in assenza di lattosio?
- Qual è la differenza tra operoni inducibili e repressibili nei procarioti?
L'E. coli dimostra una notevole duttilità, adattandosi alle esigenze nutrizionali del suo ambiente. Ad esempio, nell'intestino di un lattante utilizza il lattosio come fonte di energia, mentre nell'adulto predilige il glucosio.
In assenza di lattosio, l'E. coli blocca la trascrizione dell'mRNA necessario per la produzione degli enzimi che utilizzano il lattosio, evitando così un lavoro cellulare inutile. Questo meccanismo è parte dell'operone-lac, che viene attivato solo in presenza di lattosio.
Gli operoni inducibili, come l'operone-lac, non vengono trascritti in assenza del substrato e sono attivati solo in presenza di esso. Al contrario, gli operoni anabolici vengono repressi quando c'è un eccesso del composto che producono, per regolare la crescita cellulare.
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