Modelli di controllo dell'espressione genica nei batteri 

Modelli di controllo dell’espressione genica nei batteri

Il controllo dell’espressione genica è un processo essenziale in ogni organismo. Tale affermazione è ovvia negli organismi pluricellulari, dove i vari tipi cellulari svolgono funzioni altamente specializzate e sono programmati per esprimere solo alcuni dei propri geni e non altri.

Tuttavia, anche i microrganismi hanno bisogno di regolare i propri geni; i batteri, per esempio, hanno una grande versatilità dal punto di vista metabolico e in particolare nell’utilizzazione degli zuccheri come fonte di carbonio. Se la cellula batterica dovesse sintetizzare simultaneamente tutti gli enzimi coinvolti in tali processi, probabilmente consumerebbe più energia di quanto riuscirebbe a ricavarne.

La cellula batterica ha quindi sviluppato dei meccanismi per reprimere tutti i geni che non sono necessari, attivandoli solo nel momento in cui servono.

I modelli di controllo dell’espressione genica più conosciuti sono quelli legati alla funzione degli operoni, ad esempio l’operone lattosio e l’operone triptofano.

L’operone è un complesso di geni che codifica le proteine necessarie allo svolgimento di una funzione coordinata: ad esempio, la sintesi degli enzimi necessari per l’utilizzazione di un substrato, o la sintesi di enzimi che intervengono nelle vie biosintetiche di piccole molecole come gli aminoacidi.

Operone lattosio (operone lac)

Il metabolismo del lattosio necessita di due enzimi: la β-galattossidasi che scinde il disaccaride lattosio in glucosio e galattosio, e la permeasi che interviene nel trasporto del lattosio all’interno della cellula batterica. La β-galattossidasi e la permeasi sono codificati da due geni strutturali contigui, Z e Y, rispettivamente. Un terzo gene strutturale, denominato A, codifica per l’enzima transacetilasi che però non è richiesto per il metabolismo del lattosio.

I tre geni strutturali (Z,Y,A) sono trascritti in un’unica molecola di mRNA policistronico (poligenico); quindi attraverso la regolazione della produzione di questo mRNA può essere coordinata la sintesi di tutte e tre gli enzimi dell’operone.

A monte dei geni strutturali sono presenti il gene regolatore I, e le sequenze regolatrici P (promotore) ed O (operatore). Analizziamo il significato e la funzione di tali regioni dell’operone.

Il gene I codifica una proteina chiamata repressore che blocca l’espressione dei geni strutturali. La proteina repressore presenta due differenti siti di legame: un sito è in grado di riconoscere in maniera specifica le sequenze dello operatore O (che si trovano situate 17-25 nucleotidi a monte del gene strutturale Z), mentre l’altro s