La trascrizione delle informazioni genetiche: l'operone



Le cellule di un organismo complesso come quello umano sono specializzate per alcune funzioni; ad esempio una cellula nervosa presiede, ed é per questo specializzata, alla trasmissione degli impulsi nervosi, mentre quella muscolare ha il compito di assicurare flessibilità, estensione e potenza al muscolo di appartenenza; vi sono addirittura cellule della parete dello stomaco che hanno il compito di elaborare e secernere, all'interno di quest'organo, HCl.
Pur nella loro diversa funzione, queste cellule possiedono, appartenendo ad un unico individuo, lo stesso corredo cromosomico e cioè nei loro nuclei i 46 cromosomi contenuti, recano le informazioni erditarie necessarie a tutte le specializzazioni richieste dal nostro organismo. In questo caso é naturale porgersi la seguente domanda: Come fa una cellula a prendere una specializzazione anziché un'altra? In che modo, all'interno di una cellula si bloccano i messaggi del DNA che alla cellula stessa non servono?.
A queste domande si é molto lavorato in sede di ricerca negli ultimi trenta anni e tutto é partito da un semplice esperimento effettuato da due biologi francesi François Jacob e Jaques Monod.
Jacob e Monod utilizzarono per le loro ricerche il batterio Escherichia coli L. il quale veniva fatto crescere in soluzioni contenenti glucosio (uno zucchero esoso) e il lattosio (un disacaride formato da glucosio e galattosio). I due biologi notarono che in presenza di glucosio, il lattosio non veniva consumato, cosa che avveniva solo in assenza di glucosio e con la produzione, da parte del batterio di un enzima: la beta galattosidasi. Evidentemente ci doveva essere un meccanismo che impediva la sua produzione in presanza di glucosio. Tale meccanismo venne brillantemente individuato dai due scienziati i quali , per queste ricerche, vennero insigniti del Premio Nobel per la chimica.
La causa della mancata produzione della beta galattosidasi risiedeva nella produzione di una proteina chiamata repressore (vedi figura 1), prodotta da un gene chiamato regolatore (R). Il regolatore si tova nello stesso cromosoma di residenza del gruppo di geni che comandano la formazione degli enzimi responsabili del metabolismo del lattosio , chiamati rispettivamente, Z (enzima beta galattosidasi: rompe il legame tra galattosio e glucosio nel lattosio) , Y (enzima Permeasi: permette il passaggio dei monosaccaridi derivati dal lattosio attraverso la membrana cellulare), A (enzima Transacetilasi dal significato ancora sconosciuto). Tra il regolatore e questa sequenza di geni, si interpongono due geni chiamati rispettivamente promotore (P) e operatore (O); l'insieme dei geni P, O, Z, Y, A, si chiama OPERONE.
Sul promotore, che é contiguo al regolatore, si attacca l'enzima RNA-Polimerasi, che come sappiamo regola la trascrizione del messaggio genetico dei geni successivi con la produzione di RNA; sull'operatore, che é contiguo al promotore si attacca il repressore che impedisce di fatto all'RNA-Polimerasi di svolgere il suo compito funzionando da vero e proprio ostacolo, frapponendosi tra il promotore e la sequenza di geni Z, Y e A.
Quando nel terrreno di coltura si trova il lattosio, questi si lega al repressore, impedendogli di attaccarsi all'operatore, promuovendo in tal modo, l'azione della RNA-Polimerasi che può agire indisturbata nella trascrizione del messaggio dei geni del metabolismo del lattosio.
Quando il lattosio é finito, o in presenza di un eccesso di glucosio, il repressore, libero da legami, si attacca all'operatore, inibendo la produzione di beta galattosidasi .