Regolazione genica procariote: trascrizione

Il controllo della sintesi proteica negli organismi procarioti avviene quasi essenzialmente durante il processo di trascrizione dell'RNA messaggero: infatti, la traduzione è un processo direttamente conseguente che non è soggetto a regolazioni e i controlli post-traduzionali sono minori.

• Ricordando che il processo di traduzione inizia da una particolare sequenza nucleotidica detta promotore, è opportuno sottolineare che la RNA polimerasi è la struttura che più necessita di essere "controllata" (nel senso che i geni regolatori devono intervenire più che altro per impedire che quest'ultima inizi a produrre trascritti a catena).
• I geni regolatori intervengono codificando particolari proteine chiamate fattori di regolazione della trascrizione: esse si legano in una zona in prossimità delle sequenze promotrici che viene detta operatore e svolge una funzione regolatrice. 
• Molti studi hanno rilevato che il DNA procariote è formato da molte unità "promotore-operatore-gene/i strutturale/i" che sono state chiamate operoni. I geni regolatori, invece, non presentano questa struttura e possono essere situati anche lontani dal rispettivo operone. 
• Le proteine di regolazione della trascrizione possono agire in due metodi differenti e quindi sono divise in due categorie:

1. Gli attivatori: sono i fattori di regolazione che agiscono promuovendo la trascrizione.
2. I repressori: sono i fattori di regolazione che inibiscono la trascrizione. Queste proteine hanno un sito di legame col DNA e, a volte, un secondo dominio dove si inserisce una molecola detta effettrice che modifica la forma del repressore, impedendogli di svolgere la sua funzione e, quindi, permettendo la trascrizione.

Il DNA batterico: strutture dei geni regolatori e dei geni strutturali in operoni

• Data la quasi totale assenza degli introni, spesso un solo trascritto di mRNA procariote porta l'informazione di più geni che quindi sono tradotti dal polisoma: il risultato è un numero di polipeptidi maggiori a parità di tempo. 
• Tutta questa rapidità e concatenazione di processi è molto efficiente ed essenziale nei batteri: infatti, l'mRNA non subisce i trattamenti di maturazione eucariote ed è quindi demolito o fagocitato in fretta dalle proteine nel citosol che lo percepiscono come estraneo.
• Le molecole effettrici sono differenziate in due categorie a seconda del fattore di regolazione:

1. I corepressori: esse sono quelle che agiscono attivando il repressore per impedire la trascrizione, ciò significa che il repressore, di norma, non è legato all'operatore.
2. Gli induttori: esse invece rendono inattivo il repressore per promuovere la trascrizione, ciò implica che il repressore, di norma, è legato all'operatore.

L'operone "triptofano" è un esempio dove il repressore, di norma, è inattivo: la molecola effettrice (il triptofano) consente al repressore di legarsi all'operatore, quindi è un corepressore. Risulta efficiente perchè, di norma, l'amminoacido triptofano è sintetizzato dalla cellula; quindi, se questo è già presente e non deve essere più prodotto, basta che esso agisca da corepressore.

Nell'operone "lattosio" il repressore è attivo di default: la molecola effettrice è, quindi, un induttore. Accade perchè, senza lattosio, è inutile che avvenga la trascrizione dei 3 geni strutturali nell'operone. Quando del lattosio entrerà nella cellula, essa produce l'allolattosio (uno zucchero simile) che agisce da induttore e promuove la trascrizione dell'operone che comprende i geni necessari all'impiego del lattosio: nell'ordine, la beta-galattossidasi (scinde il disaccaride lattosio nei due monosaccaridi galattosio e glucosio), la beta-galattosside permeasi (favorisce l'ingresso del lattosio nel citoplasma) e la transacetilasi (trasferisce un gruppo acetile al galattosio).