Concetti Chiave
- Il codice genetico è universale tra le specie, evidenziando un antenato comune, ma differenze significative esistono tra procarioti ed eucarioti nei meccanismi di espressione genica.
- La trascrizione avviene tramite l'enzima RNA-polimerasi che si lega a un promotore sul DNA, generando mRNA legato temporaneamente al DNA.
- I geni strutturali nei procarioti sono spesso trascritti insieme in un filamento di mRNA, permettendo la sintesi coordinata di polipeptidi correlati.
- Il modello dell'operone descrive come la trascrizione di geni strutturali sia regolata da un gene regolatore che produce un repressore, influenzato da induttori e corepressori.
- Presenza di lattosio nell'E.coli attiva la trascrizione grazie all'allolattosio, che disattiva il repressore legato all'operatore dell'operone del lattosio.
Il codice genetico universale
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.
Meccanismo di trascrizione
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.
Regolazione genica nei procarioti
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.
Modello dell'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.
Funzionamento del repressore
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.
Induttori e corepressori
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.
Domande da interrogazione
- Qual è la prova che tutte le specie viventi derivano da un antenato comune?
- Come avviene il processo di trascrizione nel DNA?
- Cosa sono i geni strutturali nei procarioti?
- Come viene regolata la produzione di proteine nei procarioti?
- Qual è il ruolo del repressore nel modello dell'operone?
Il codice genetico è universale per ogni specie vivente, dimostrando così la comune origine di tutti gli organismi.
La trascrizione avviene tramite l'enzima RNA-polimerasi che si lega al promotore del DNA, aprendo la doppia elica e formando un filamento di mRNA.
I geni strutturali sono segmenti di DNA che codificano per polipeptidi e spesso lavorano in sequenza per produrre molecole necessarie alla cellula.
La produzione di proteine avviene solo quando necessario, come nel caso dell'E. coli che produce l'enzima beta-galattosidasi solo in presenza di lattosio.
Il repressore si lega all'operatore per frenare la trascrizione dei geni strutturali, impedendo alla RNA-polimerasi di legarsi al DNA e bloccando così la sintesi dell'mRNA.
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