Gli operoni sono sequenze geniche che contengono le informazioni riguardo la sintesi di varie proteine strutturali ma anche delle sequenze che sono coinvolte, in diversi modi, nella regolazione dell’espressione dei geni stessi.
La struttura degli operoni
Gli operoni sono generalmente strutturati con diverse sequenze codificanti per enzimi strutturali. Con il nome “promotore” intendiamo una sequenza che, sistemata a monte dei geni strutturali, facilita il legame dell’RNA- polimerasi e l’inizio della sequenza che è conosciuta con il nome di “operatore”. Questa sequenza è capace di legare i repressori o gli attivatori, che sono proteine di regolazione, che permette l’attivazione oppure la disattivazione del processo trascrizionale.
Una cellula sintetizza gli attivatori e i repressori e la loro azione è regolamentata dalla presenza o meno, nell’ambiente, di “ligandi”, che sono delle molecole che ricoprono le funzioni di corepressori, induttori o coattivatori.
Ci sono due meccanismi per determinare la regolazione della trascrizione e sono di tipo positivo oppure di tipo negativo. Nel primo caso la proteina regolatrice è un attivatore mentre nel secondo caso si tratta di un repressore. Un’altra differenza importante è quella fra gli operoni inducibili e reprimibili. Questa differenza si basa sull’assenza di ligando in condizioni normali, che porta determina se i geni codificanti per le proteine sono espressi o meno.
Raggruppando queste informazioni, arriviamo alla conclusione che esistono diversi tipi di operoni:
- Operoni inducibili a regolazione negativa. Questo tipo di operoni generalmente prevede che i geni non siano espressi perché nella cellula è fisiologicamente presente una molecola con azione di repressore che lega il sito operatore, rendendo impossibile la trascrizione. L’induttore lega il repressore mutandone la conformazione strutturale tridimensionale stabilendone il distacco dal sito operatore e facendo sì che sia possibile trascrivere i geni strutturali.
- Operoni inducibili a regolazione positiva. Questi operoni solitamente hanno, come quelli di cui sopra, dei geni che non sono espressi ma in questo caso il legame tra l’induttore e l’attivatore fa sì che sia possibile per l’attivatore legare l’operatore e dare così il via alla trascrizione.
- Operoni reprimibili a regolazione positiva. In condizioni normali, la proteina attivatore, legata all’operatore, rende possibile la trascrizione. In questo caso troviamo anche un’altra molecola presente che altera il processo, legando l’attivatore e stabilendone il distacco dal sito operatore.
- Operoni reprimibili a regolazione negativa. In questo caso il sito operatore è solitamente libero e le proteine sono espresse. Il legame tra la molecola repressore e il sito operatore ne impedisce il funzionamento.
La regolazione genica degli operoni
La regolazione genica permette di regolare in maniera selettiva l’RNA e le sintesi di proteine. Essa, dunque, è alla base del processo che nasce dalla sintesi di proteine e RNA diversi in differenti tipi di cellule e che è conosciuto con il nome di “differenziamento”.
La regolazione genica agisce su diversi livelli includenti sia la traduzione sia la trascrizione ma anche l’organizzazione genomica negli eucarioti. Prendiamo l’esempio dell’operone Iac che ha un tipo di regolamentazione conosciuto con il nome di “regolazione per induzione” ma anche un altro tipo di regolamentazione conosciuto come “regolazione per repressione”. In questo caso, il batterio E. coli utilizza prima il glucosio e poi il lattosio trovandosi in presenza di entrambi. Questo meccanismo è regolato da due differenti regolatori della trascrizione: la CRP e il repressore Iac. Nel caso in cui il glucosio sia presente, la CRP non è attiva e quindi non permette la trascrizione dei geni per il lattosio. Finito il glucosio, essa si attiva e, allo stesso tempo, la presenza del lattosio inibisce l’azione del repressore lac rendendone possibile la trascrizione.