Concetti Chiave
- Negli anni '60, i ricercatori hanno scoperto che l'espressione genica nei batteri come l'Escherichia Coli è regolata dagli operoni, con il primo operone scoperto dedicato al lattosio.
- L'operone del lattosio permette la produzione di enzimi necessari per scindere il lattosio solo quando questo zucchero è presente, bloccando altrimenti l'RNA polimerasi tramite una proteina repressore.
- In un operone, il promotore e l'operatore sono siti chiave: il promotore lega l'RNA polimerasi, mentre l'operatore può essere bloccato o sbloccato dal repressore a seconda della presenza di lattosio.
- L'operone del triptofano funziona inversamente rispetto a quello del lattosio: il repressore si attiva quando il triptofano è abbondante, bloccando la sintesi degli enzimi.
- La scoperta degli operoni ha rappresentato un importante avanzamento nella comprensione della regolazione genetica, portando i suoi scopritori al premio Nobel.
Indice
Scoperta del DNA e regolazione genetica
Negli anni ’60 è stato scoperto il DNA e il codice genetico. Dei richercatori, studiando l’Escherichia Coli, scoprono che non costruiscono tutte le proteine: in alcuni contesti ambientali ne producono alcune, altrimenti altre. L’espressione cellulare è quindi regolata. Ad attuare la regolazione sono necessari gli operoni; il primo ad essere scoperto quello del lattosio (lac). Esso scinde le molecole del lattosio per liberare energia. I geni dei batteri sono fatti da sequenze prefissate, concatenate in modo rigido, una dietro l’altra. I geni dei batteri sono delle sequenze di geni che vengono espressi l’uno dietro l’altro, in blocchi. Nel momento in cui l’operone è aperto e si può esprimere, sono espressi i geni, che daranno vita alle proteine (3 nel caso del lattosio). Nel nostro DNA solo l’1% è fatto di geni in questo senso. Tutto il resto sono sequenze che stanno in mezzo a questi geni; c’è quindi una flessibilità molto maggiore.
Funzionamento dell'operone del lattosio
Nell’operone c’è un sito chiamato promotore, in cui si va ad agganciare l’RNA polimerasi. A questo punto di fianco al promotore c’è un operatore (un sito), che si attacca e dovrebbe iniziare a trascrivere l’RNA messaggero, copiando l’informazione del DNA nell’RNA messaggero. L’RNA polimerasi è bloccato se non c’è il lattosio perché nel sito promotore è agganciata una proteina chiamata repressore, sintetizzata da un gene regolatore che sta prima del promotore secondo la sequenza. L’escherichia coli produce continuamente questo repressore, ma se non c’è il lattosio il repressore si attacca all’operatore; se c’è il lattosio il repressore viene bloccato e l’RNA polimerasi scorre per scindere il lattosio. Le molecole sono fatte in modo da leggere se c’è il lattosio no. Vengono creati enzimi per scindere il lattosio quando esso è presente.
Operoni inducibili e repressibili
Nell’espressione dei procarioti si distinguono sequenze cis e sequenze trans. Cis sono sequenze di nucleotidi, trans sono sequenze di amminoacidi (proteine).
L’operone è il tutto, l’operatore è la sequenza (trans) a cui si aggancia il repressore (cis). Questo operone si chiama inducibile perché è bloccato e quando serve si sblocca. Quando nell’ambiente serve che l’operone sia sbloccato, viene sbloccato. Significa che il batterio ha il lattosio, lo può digerire e può produrre gli enzimi per farlo. Questo è stata una scoperta importantissima, che ha portato i suoi scopritori al Nobel.
Dopo quello del lattosio è stato scoperto l’operone del triptofano, un amminoacido che serve a trasmettere la serotonina. Il triptofano viene sintetizzato dai batteri; il suo operone funziona al contrario di quello del lattosio: mentre il precedente è bloccato e quando c’è il lattosio si sblocca, quando il triptofano è presente in quantità elevata, il repressore è normalmente inattivo e il triptofano lo attiva. Il repressore cambia forma, si aggancia all’operatore.
Domande da interrogazione
- Qual è la funzione principale degli operoni nei batteri?
- Come funziona l'operone del lattosio?
- Qual è la differenza tra l'operone del lattosio e quello del triptofano?
- Cosa sono le sequenze cis e trans nell'espressione dei procarioti?
Gli operoni regolano l'espressione cellulare nei batteri, permettendo la produzione di proteine specifiche in risposta a diversi contesti ambientali, come nel caso dell'operone del lattosio che scinde le molecole di lattosio per liberare energia.
L'operone del lattosio è inducibile e si sblocca in presenza di lattosio. Il lattosio blocca il repressore, permettendo all'RNA polimerasi di trascrivere i geni necessari per produrre enzimi che scindono il lattosio.
L'operone del lattosio è bloccato in assenza di lattosio e si sblocca quando il lattosio è presente. Al contrario, l'operone del triptofano è attivo in assenza di triptofano e si blocca quando il triptofano è presente in quantità elevata.
Le sequenze cis sono sequenze di nucleotidi, mentre le sequenze trans sono sequenze di amminoacidi (proteine). Nell'operone, l'operatore è una sequenza trans a cui si aggancia il repressore, che è una sequenza cis.
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