I procarioti, come i batteri, si dividono per scissione binaria, cioè da una cellula madre, dopo la duplicazione del patrimonio genetico, nascono 2 cellule figlie con lo stesso genoma. Tuttavia, anche nei batteri avvengono meccanismi di ricombinazione e di regolazione genica che permettono di variare la linea genetica e di sopravvivere ad eventuali cambiamenti dell’ambiente. (Fig.24.01)

Nei procarioti, oltre alla regolazione genica i meccanismi più comuni di ricombinazione genica sono tre:

1) la trasformazione, quando un batterio acquisisce DNA libero dall’esterno, proveniente o da cellule morte o da cellule vive( Fig.24.03);

2) la trasduzione che avviene quando il DNA è trasferito da un batterio ad un altro da un virus (come per i fagi o batteriofagi). Durante la lisi, i frammenti del DNA batterico vengono inglobati nel capside del fago e poi ricombinati nel nuovo cromosoma del batterio infetto, creando un nuovo corredo genico( Fig.24.04);

3)la coniugazione, quando il DNA passa da un batterio donatore ad uno ricevente, attraverso i cosiddetti pili sessuali, tubi di coniugazione citoplasmatico attraverso i quali il DNA è trasferito da un batterio all’altro.( Fig.24.04).

Gli elementi genetici mobili

In aggiunta al cromosoma principale molti batteri hanno i plasmidi, cromosomi circolari più piccoli, che esistono in aggiunta al cromosoma principale. Essi contengono poche dozzine di geni, ma siccome possiedono la sequenza ori, dove origina la duplicazione, sono considerati per questo veri e propri cromosomi. Si duplicano in maniera autonoma rispetto al cromosoma principale e possono trasferirsi nella cellula figlia indipendentemente. Oggi sono noti alcuni tipi i plasmidi R (o fattori di resistenza), che portano geni che danno resistenza agli antibiotici, o i plasmidi F (fattori di F), che facilitano la coniugazione e ricombinazione. Oltre ai plasmidi, esiste un altro meccanismo di trasposizione genica per trasporto: grazie ai trasposomi, che sono frammenti di DNA (pochi geni o sequenze brevi) che si spostano all’interno del genoma, collocandosi nella sequenza in posizione incongrua, suscitando nella duplicazione un mRNA e una proteina specifica col meccanismo della taglia e incolla.

 I procarioti, che si riproducono molto velocemente, avendo un genoma molto corto, utilizzano un unico promotore, l’operone, che attiva i geni, che codificano la sintesi delle proteine, o sequenze di DNA che si attivano solo in determinate condizioni durante la trascrizione. Ogni operone è un’unità di trascrizione, che comprende 2 o più geni strutturali, un tratto di DNA promotore e un tratto di DNA operatore, che si attivano in presenza di specifiche proteine ed enzimi.

Un esempio è l’operone lac nell’escherichia coli, che si attiva solo in presenza del lattosio. La proteina repressore codificata dal gene attiva la molecola che blocca il processo, legandosi all’operatore. Così il processo di trascrizione viene bloccato, che viene invece innescato, con la trascrizione dei geni lac., quando è presente il lattosio. Il lattosio causa la trascrizione, legandosi al repressore, che di conseguenza non può legarsi all’operatore, al quale si lega RNApolimerasi per trascrivere più geni che codificano proteine con funzioni simili. Grazie al promotore operone, vengono prodotte proteine che metabolizzano il lattosio.

Un altro esempio è l’operone trp(triptofano), che controlla la sintesi del triptofano, amminoacido presente nell’escherichia coli. Si tratta di un operone inibente, che interviene quando è presente tale amminoacido: è il triptofano che innesca la reazione, che lega il repressore, che poi si lega all’operatore, inibendo la trascrizione.