Concetti Chiave
- Jacob e Monod hanno scoperto che i geni possono essere accesi o spenti in base alla loro regolazione, utilizzando l'escherichia coli come modello di studio.
- L'enzima lattasi viene prodotto solo in presenza di lattosio, dimostrando che il gene corrispondente si attiva solo quando il lattosio è presente nel mezzo di coltura.
- La trascrizione genica è ostacolata dalla proteina repressore, che si lega al DNA e impedisce il passaggio dell'Rna polimerasi, bloccando così l'espressione dei geni strutturali.
- Il lattosio funge da induttore legandosi al repressore, modificandone la forma e permettendo all'Rna polimerasi di procedere con la trascrizione.
- Esistono diversi meccanismi di regolazione genica, tra cui il meccanismo induttore-repressore e il meccanismo repressore-corepressore, che influenzano l'attività genica in modi distinti.
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.
Domande da interrogazione
- Qual è il meccanismo che regola l'accensione e lo spegnimento dei geni secondo Jacob e Monod?
- Come influisce la presenza del lattosio sulla produzione della lattasi?
- Qual è il ruolo del repressore nella regolazione genica?
- Cosa si intende per "induttore-repressore" e qual è la sua funzione?
Jacob e Monod hanno scoperto che esiste un meccanismo che regola l'espressione genica, utilizzando come modello i batteri Escherichia coli. Questo meccanismo prevede l'azione di un repressore che impedisce la trascrizione dei geni quando non è presente un induttore, come il lattosio.
Quando il lattosio è presente nel brodo di coltura, esso si lega al repressore, modificandone la forma e rendendolo inattivo. Questo permette all'RNA polimerasi di proseguire la trascrizione dei geni che codificano per la lattasi, portando alla sua produzione.
Il repressore è una proteina che si aggancia al DNA, impedendo il passaggio dell'RNA polimerasi e bloccando così la trascrizione dei geni strutturali. La sua attività è influenzata dalla presenza o assenza di induttori come il lattosio.
L'induttore-repressore è un complesso formato dal lattosio, che funge da induttore, e dal repressore. Quando il lattosio si lega al repressore, questo cambia forma e non può più legarsi al DNA, permettendo così la trascrizione dei geni e la sintesi della lattasi.
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