Parte 1 20 Biologia applicata, Biotecnologie, Agroambiente Studiare la regolazione dell espressione di un gene significa non solo accertarne l effetto, ma anche comprendere in quali tessuti e in quali condizioni viene espresso. Repressore Gene regolatore Repressore + Induttore La regolazione genica nei procarioti Nei procarioti il cromosoma è un unico filo che può raggiungere, se disteso, i 1.000-1.500 millimicrometri e poiché la cellula non supera i 2-3 millimicrometri, il DNA batterico è riavvolto più volte su se stesso e compattato da RNA specifici. Il DNA contiene tutti i geni, organizzati in gruppi (clusters), che sono utili alla crescita e alla riproduzione della cellula e che, tuttavia, devono essere regolati affinché le proteine vengano prodotte nella giusta quantità solo quando sono necessarie reprimendo tutti i geni che non sono necessari e attivandoli solo nel momento in cui servono. Nei procarioti i geni sono riuniti in gruppi secondo un modello definito operone, costituito da promotore, operatore e geni che codificano le proteine strutturali. Un solo enzima, l RNA-polimerasi, è responsabile della sintesi di rRNA, tRNA e mRNA. La trascrizione inizia quando l mRNA aderisce al DNA in un sito specifico, detto promotore, che possiede due sequenze fondamentali: la sequenza riconosciuta dall RNA polimerasi, detta sequenza di riconoscimento, e il TATA box (ricco di coppie di basi AT), che si trova più vicino al sito di inizio in corrispondenza del quale la doppia elica del DNA si apre ed espone il filamento stampo [ 16 ]. La trascrizione è controllata da un gene regolatore, che può trovarsi in qualsiasi punto del cromosoma batterico e codifica per una proteina detta repressore, che si lega all operatore. Quando deve essere ostacolata la funzione dell RNApolimerasi e impedita la trascrizione del RNA-messaggero, il regolatore codifica la proteina repressore che si lega all operatore. Quando, invece, deve avvenire la sintesi di una proteina, si forma nel citoplasma una molecola detta induttore che si lega al repressore impedendogli di legarsi all operatore e la trascrizione può iniziare. Nei procarioti la traduzione avviene quasi contemporaneamente alla trascrizione. Infatti man mano che il messaggio contenuto nel DNA viene trascritto nel filamento di mRNA, a quest ultimo si legano i ribosomi. I modelli di controllo dell espressione genica più conosciuti nell Escherichia coli sono quelli legati alla funzione dell operone lattosio (operone lac) e dell operone triptofano. FOCUS LA SCOPERTA DEGLI OPERONI Gli operoni vennero studiati per la prima volta nel 1961 dai biologi francesi Fran ois Jacob, Jacques Monod e André Lwoff sul batterio Escherichia coli. Nel 1963 i tre scienziati annunciarono la teoria dell operone secondo la quale l operone è un sistema di geni che si autoregolano in modo coordinato generando sequenze speci che che regolano l espressione genica. Per queste ricerche tali scienziati furono insigniti del premio Nobel per la medicina nel 1965. 0080.Parte1_Cap_01.indd 20 RNA polimerasi Promotore RNA polimerasi Operatore 1 1 Trascrizione Trascrizione 2 Geni strutturali 3 2 3 16 Modello dell operone. Promotore del gene regolatore Gene regolatore Geni strutturali Promotore dell operone Iac -galattosidasi Permeasi Operatore Transacetilasi Operatore Iac 17 Operone lattosio: produce gli enzimi necessari per l utilizzazione del lattosio da parte del batterio. Gli enzimi sono codificati da tre geni strutturali adiacenti Z, Y e A, che vengono trascritti in un solo mRNA. OPERONE LAC L operone lac è stato studiato nelle cellule di E. coli che, utilizzando il lattosio come alimento, necessitano dell enzima galattosidasi per scindere la molecola di lattosio, un disaccaride, nei suoi due monosaccaridi (glucosio e galattosio). Nell operone lac sono presenti tre geni strutturali che codificano per i tre enzimi che degradano il lattosio: b-galattosidasi, che converte il lattosio in glucosio e galattosio e viene codificata dal gene Z; permeasi, che trasporta il lattosio nella cellula ed è codificata dal gene Y; transacetilasi, di cui è sconosciuta la funzione per il metabolismo del lattosio codificata dal gene A contiguo alle precedenti. Tutti e tre i geni sono trascritti in una singola molecola di RNA messaggero per cui si sintetizzano insieme [ 17 ]. Oltre a questi geni strutturali si trovano sull operone lattosio altre tre componenti regolatrici. 26/02/21 16:53