Operone lattosio e triptofano
Ovvero come si è giunti a
comprendere l’importanza del
DNA nelle cellule procariote
L’operone lattosio
Se i batteri hanno nutrienti di facile
assimilazione, ad esempio glucosio, spazio a
sufficienza, acqua e tempi certi di
riproduzione, la crescita della colonia sarà
esponenziale
Se nel terreno di coltura saranno presenti
due diversi nutrienti, uno facilmente
assimilabile, ad esempio glucosio, e l’altro
più difficile da utilizzare per il battero, ad
esempio lattosio, si assiste ad una crescita
diauxica (o crescita doppia), in cui si
evidenziava una fase di latenza intermedia
Tale comportamento è sistematico e non casuale ed è
dovuto al comportamento alimentare dei batteri che
utilizzano prima il nutriente di più facile assimilazione e
solo quando questo è terminato passano all’utilizzo di
quello più complesso
Ma quale possibile spiegazione poteva essere ipotizzata?
1. Nella fase di stasi venivano selezionati i ceppi mutanti
in grado di utilizzare il secondo zucchero
2. Nella fase di stasi venivano attivati enzimi non sempre
presenti nella cellula batterica
Vista la bassa frequenza delle mutazioni la prima ipotesi fu subito scartata,
per cui Monod lavorò sulla seconda
Jacques Monod ipotizzò l’esistenza di due serie enzimatiche:
1) Enzimi costitutivi, sempre presenti nella cellula batterica
2) Enzimi inducibili o adattativi, presenti in piccole quantità o non presenti, ma la
cui concentrazione aumenta velocemente con la presenza del substrato di più
difficile assimilazione
90000000000
80000000000
70000000000
In blu la crescita
normale
della colonia
con
60000000000
glucosio, in rosa con
substrato di50000000000
difficile
40000000000
assimilazione
30000000000
20000000000
10000000000
0
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
Questa seconda ipotesi era avvalorata dalla presenza di una crescita esponenziale
sia quando Escherichia coli veniva messa a crescere in terreno con glucosio, sia
quando veniva aggiunto solo lattosio, ma con tempi di latenza differenti
Pertanto questa fu la spiegazione data del fenomeno
Il modello dell’operone lattosio e regolazione per induzione
Visti i risultati, Jacob e
Monod nel 1961
elaborarono un modello
per spiegare tale
comportamento
Esistono 3 enzimi diversi che lavorano su tale metabolismo:
La b-galattossidasi, che rompe il legame tra glucosio e
galattosio
La b-galattosside-permeasi, proteina di membrana che
permette l’assunzione del lattosio
La b-galattosside-transacetilasi
I geni che determinano la sintesi delle 3 proteine sono adiacenti l’uno all’altro e
trascritti da un unico promotore in un’unica molecola di mRNA, per questo il
complesso viene chiamato operone lattosio o operone lac
La proteina regolatrice è indicata come repressore lac, la cui sintesi dipende da un
gene regolatore situato vicino all’operone lac
Quando non c’è lattosio il repressore lac, legato al
promotore, impedisce la trascrizione
lattosio
membrana
Quando c’è lattosio, questo viene trasportato
all’interno della cellula e si lega al repressore
Il repressore si stacca dal sito promotore e parte la
trascrizione dell’intero operone
Pertanto il lattosio è l’induttore dell’intero processo
MA QUESTO MODELLO NON SPIEGA LA CRESCITA DIAUXICA
L’operone triptofano
È detta anche repressione da prodotto finale.
Se introduciamo E.coli in terreno senza triptofano, il batterio sarà in grado
di sintetizzarlo, mentre se l’amminoacido è già presente non ci sarà
sintesi.
Si tratta di un sistema composto da un promotore, un operatore e
5 geni, in grado di sintetizzare l’amminoacido triptofano a partire
dall’acido corismico
In pratica lo stesso triptofano, legandosi al repressore lo attiva e blocca
la sintesi di nuove molecole.
Quando E.coli avrà consumato tutto il triptofano presente nel terreno di
coltura, il repressore verrà liberato e quindi disattivato. A quel punto la
cellula tornerà a produrre l’amminoacido.