Meccanismi di regolazione genica: il ruolo del lattosio e dei repressori

Regolazione genica e scoperta di Jacob e Monod

Non tutti i geni si esprimono in tutte le cellule; ci sono, infatti, geni che sono spenti in alcune cellule e accesi in altre. Per questo motivo, deve esistere un meccanismo che accende e spegne i geni. Il meccanismo che regola l’accensione e lo spegnimento dei geni è una scoperta di Jacob e Monod. Jacob e Monod, come oggetto dei loro esperimenti, prendono dei batteri l’escherichia coli. Essi, infatti, hanno delle colture di batteri e li allevano nelle piastre di Petri.

Esperimenti con l'escherichia coli

I due scienziati, quando mettevano il lattosio nel brodo di coltura, osservavano che l’enzima che attaccava il lattosio, cioè la lattasi, veniva prodotto: quindi il gene che codificava per la lattasi era acceso. Quando non mettevano il lattosio, l’enzima non lo ritrovavano più, come se il gene si spegnesse.

Meccanismo di trascrizione e repressore

Quindi, capirono che dovevano studiare come la presenza del lattosio accendesse il gene e come la mancanza di lattosio lo spegnesse. I geni che servono a codificare per la lattasi sono Z, Y e A, e li chiamiamo “geni strutturali”. Quando l’Rna polimerasi si aggancia al DNA, deve andare avanti e trovare la strada libera; questo percorso, quindi, non deve avere ostacoli. Se ci sono ostacoli, la trascrizione non avviene.

Chi può ostacolare questo percorso? Una molecola che si chiama repressore; con essa viene impedita la trascrizione, quindi l'Rna polimerasi si blocca e non va avanti. Il repressore è una proteina, quindi ci dev'essere un gene che codifica per questa proteina. Il gene che codifica per il repressore è il gene regolatore; esso, codificando per il repressore, determina la trascrizione dei geni strutturali. Quando il lattosio è assente e la lattasi, quindi, non viene prodotta, ci troviamo nella condizione che il repressore è agganciato al Dna.

(l'operatore = punto del Dna dove è agganciato il repressore), impedendo lo scorrimento dell'Rna polimerasi. Quando il lattosio è presente e la lattasi viene prodotta, il repressore non è agganciato. Quindi l'Rna polimerasi può proseguire il suo cammino.

Ruolo del lattosio e induttore-repressore

Quando metto il lattosio, esso si incastra nel repressore, modificandone la forma e rendendolo inattivo, non consentendogli più di rimanere agganciato al Dna. Di conseguenza, lascia libero l’operatore e l’Rna polimerasi continua il suo percorso.

In questo modo avviene la trascrizione; l’Rna messaggero viene ricopiato, avviene la sintesi proteica, e il lattosio viene scisso nei suoi zuccheri monosaccaridi. Il lattosio svolge, inoltre, un lavoro di "induttore", cioè favorisce la sintesi della lattasi. Questo complesso viene chiamato“induttore-repressore”, dove:

- lattosio = induttore;

- proteina = repressore.

C’è un altro tipo di regolazione genica: repressore-corepressore. Il corepressore è una molecola che modifica la forma del repressore, ma consentendogli di agganciarsi all'operatore, e rende un gene inattivo.