Il Genoma Procariote e gli Operoni

I batteri sono dei veri maestri dell'adattamento! Hanno genomi piccoli e compatti con plasmidi circolari di DNA che permettono loro di sopravvivere in condizioni diverse.

Nel genoma batterico, circa il 60% dei geni sono costitutivi (sempre attivi), mentre il 40% sono strutturali e si attivano solo quando servono. Pensate all'Escherichia coli nel vostro intestino: preferisce il glucosio come fonte di energia, ma se trova lattosio deve velocemente produrre tre proteine specifiche per metabolizzarlo.

Qui entrano in gioco gli operoni - sequenze di geni che lavorano insieme come una squadra. Un operone include un promotore, un operatore, un terminatore e uno o più geni strutturali, tutti controllati da un gene regolatore. Esistono due tipi: gli operoni inducibili (si attivano quando arriva una molecola segnale) e quelli reprimibili (si spengono quando non servono più).

💡 Ricorda: Il controllo può essere negativo (con repressori che bloccano) o positivo (con attivatori che stimolano). Il genoma minimo rappresenta il set di geni essenziale per la sopravvivenza cellulare.

L'Operone lac: Un Sistema Intelligente

L'operone lac è un perfetto esempio di come i batteri gestiscono il metabolismo del lattosio in modo furbo ed economico.

Quando il lattosio è assente, il repressore si attacca saldamente all'operatore bloccando la RNA polimerasi. Risultato? Niente mRNA, niente enzimi per digerire il lattosio - perché sprecare energia a produrre proteine inutili?

Ma appena arriva il lattosio, diventa l'induttore che si lega al repressore cambiandone la forma. Il repressore non può più attaccarsi all'operatore, la RNA polimerasi è libera di trascrivere e hop! Si producono gli enzimi per metabolizzare il lattosio.

È un sistema inducibile perfetto: quando il lattosio finisce, viene consumato anche quello attaccato al repressore, che torna nella sua forma originale e blocca di nuovo la produzione degli enzimi.

💡 Trucco per ricordare: Lattosio presente = produzione ON, lattosio assente = produzione OFF. È un interruttore biologico!

L'Operone trp: Il Sistema Reprimibile

L'operone trp funziona al contrario rispetto a quello del lattosio ed è un esempio brillante di sistema reprimibile.

Normalmente questo operone è sempre attivo perché la cellula ha bisogno dell'amminoacido triptofano. Il repressore da solo non può bloccare la trascrizione - ha bisogno di un aiutante chiamato corepressore.

Quando il triptofano è scarso, l'operone lavora a pieno regime producendo gli enzimi necessari per sintetizzarlo. Ma quando ce n'è in abbondanza, il triptofano stesso diventa il corepressore, si lega al repressore rendendolo attivo e blocca la produzione.

È un meccanismo di feedback negativo geniale: più prodotto hai, meno ne produci. Quando il triptofano viene consumato dalla cellula, quello legato al repressore se ne va, il repressore si stacca e la produzione riprende.

💡 Regola pratica: Triptofano abbondante = produzione OFF, triptofano scarso = produzione ON. È l'opposto dell'operone lac!

Il Genoma Eucariote: Complessità e Controllo

Il genoma eucariote è un mondo completamente diverso da quello procariote - molto più grande, complesso e sofisticato!

A differenza dei batteri, gli eucarioti hanno cromosomi lineari multipli e una regolazione che avviene su tre livelli diversi. Il genoma contiene più sequenze regolatrici, geni interrotti da introni ed esoni, e la trascrizione e traduzione avvengono in compartimenti separati (nucleo vs citoplasma).

Le sequenze ripetute si dividono in tre categorie: quelle altamente ripetute (usate per l'identificazione del DNA), moderatamente ripetute (per rRNA e tRNA) e i trasposoni. I geni interrotti sono formati da esoni (sequenze codificanti) alternati a introni (non codificanti).

Il splicing è il processo fondamentale che rimuove gli introni dal pre-mRNA grazie al spliceosoma. Lo splicing alternativo permette di creare proteine diverse dallo stesso gene, aumentando enormemente la diversità proteica.

💡 Punto chiave: Negli eucarioti un gene = potenzialmente tante proteine diverse, grazie allo splicing alternativo!

Regolazione della Trascrizione negli Eucarioti

La regolazione genica negli eucarioti è un processo a tre fasi che offre un controllo finissimo dell'espressione genetica.

Prima della trascrizione, il rimodellamento della cromatina è cruciale. L'eterocromatina $DNA super-condensato$ blocca la trascrizione, mentre l'eucromatina la favorisce. Un esempio? Il cromosoma X inattivo nelle femmine, chiamato corpo di Barr.

Durante la trascrizione, entrano in gioco enhancers (intensificatori) e silencers (silenziatori) che si legano ai fattori di trascrizione. Alcuni geni sono costitutivi (sempre attivi), altri sono specifici per certi tipi cellulari. L'amplificazione genica può aumentare la velocità di trascrizione facendo più copie dello stesso gene.

Dopo la trascrizione, lo splicing alternativo permette di assemblare diversi esoni per creare proteine diverse. I microRNA regolano l'mRNA target, mentre l'ubiquitina marca le proteine da demolire guidandole verso il proteasoma.

💡 Ricorda: Tre fasi = tre livelli di controllo. Gli eucarioti non si limitano a spegnere/accendere i geni, ma li modulano con precisione!