Stage presso il Life Learning
Center di Bologna.
A.S. 2004-05
Lezioni preparatorie per gli studenti
3
operone
Come la cellula regola l’espressione
dei geni secondo le necessità
dell’organismo e in risposta alla
situazione dell’ambiente
Francois Jacob, Jacques Monod, Andrè Lwoff
gli scienziati francesi che hanno studiato
la regolazione genica e formulato il modello
dell’operone (Nobel 1965)
La regolazione dell’attività dei geni
La trascrizione di un gene e la sintesi di una proteina
specifica è soggetta a controllo; essa avviene
secondo le necessità della cellula e
in base alle disponibilità dell’ambiente
1- In assenza del substrato, è inutile sintetizzare gli
enzimi che “lavorano” quel substrato.
2- Quando un metabolita sia presente nella cellula in
grande quantità, è dannoso continuare a produrlo
senza necessità
OPERONE BATTERICO
I geni vengono distinti in regolatori e strutturali
Geni regolatori codificano per proteine che
“gestiscono” il programma (repressori o induttori
della sintesi di proteine enzimatiche)
Geni strutturali codificano per le proteine
enzimatiche.
OPERONE gruppo di geni che sintetizzano
enzimi coinvolti in una catena di reazioni controllati
dagli stessi geni regolatori
lattosio
Il lattosio è un disaccaride formato da galattosio
e glucosio
Rappresenta per la cellula una fonte di glucosio
da cui ricavare energia
L’utilizzo del lattosio da parte del batterio
richiede più enzimi (βgalattossidasi, permeasi)
codificati da geni strutturali controllati dagli
stessi geni regolatori = operone lac
Operone lac: la struttura
GENI
regolatore promotore operatore
Geni strutturali
DNA
RNApolimerasi
trascrizione
RNA
Proteina repressore
attiva
RNA
RNA
RNA
traduzione
repressore inattiva
lattosio
Il gene regolatore sintetizza la proteina repressore; può essere anche lontano dall’operone
Successione eventi: la repressione
1- in assenza del substrato (lattosio) la proteina repressore si lega a un
tratto di DNA (gene operatore) e blocca l’accesso alla RNApolimerasi
al gene promotore dal quale inizia la trascrizione dei geni strutturali
RNA polimerasi non può legarsi:
trascrizione bloccata
Promotore lac
Il repressore viene codificato
da un gene regolatore
repressore attivato
repressore legato
all’operatore
Induttore
(lattosio)
L’induzione
2- In presenza del substrato (induttore), questo si lega alla proteina
repressore e libera l’operatore.
3- RNApolimerasi si lega all’operatore e inizia la trascrizione
RNApolimerasi si lega
al
promotore
Inizia la trascrizione
dei geni strutturali
Induttore (substrato)
legato al repressore
mRNA trascritto
Operone
spento
Operone
acceso
La logica del vivente
In presenza di glucosio
non è necessario
ricorrere al lattosio
per ricavare energia.
La sintesi degli enzimi
che attaccano il
lattosio viene
repressa.
In carenza di glucosio,
occorre ricorrere al
lattosio per ricavare
energia.
Il lattosio si lega al
repressore e libera il
gene operatore.
Geni e loro funzioni
Gene regolatore
Gene promotore
Gene operatore
Geni strutturali
Proteina repressore
Sito di avvio della trascrizione del DNA in
mRNA
Sito di inserimento per repressore:
blocco della sintesi dell’ mRNA
enzimi
promotore
RNA polimerasi
operatore
