Regolazione Genica e Operone Lac

La regolazione genica

• È il processo di accensione e spegnimento dei geni, permettendo agli organismi di rispondere ai cambiamenti ambientali.
• Un gene "attivato" viene trascritto in mRNA, che viene poi tradotto in proteine specifiche.
• Questo processo completo è chiamato espressione genica.
• La regolazione genica consente alle cellule di produrre le proteine necessarie al momento giusto e nel luogo giusto.

L'operone lac

• Scoperto nel 1961 da Jacob, Monod e Wolf, spiega come la cellula E. coli può attivare o disattivare i geni per gli enzimi coinvolti nel metabolismo del lattosio.
• L'operone lac contiene tre geni che codificano per gli enzimi necessari per l'assorbimento e il metabolismo del lattosio.
• Questi geni sono controllati da due sequenze di controllo: il promotore e l'operatore.
• Il promotore è il punto di legame per l'RNA polimerasi, l'enzima che inizia la trascrizione.
• L'operatore è un segmento di DNA che lega un repressore proteico.
• Il repressore impedisce il legame dell'RNA polimerasi al promotore, bloccando la trascrizione.
• Quando il lattosio è presente, si lega al repressore, inattivandolo e permettendo la trascrizione dei geni dell'operone lac.
• Il gene regolatore codifica per il repressore, che è esterno all'operone lac.
• L'operone lac è un operone inducibile, ovvero è attivato in presenza di un induttore (in questo caso, il lattosio).

Tipi di operoni

• Esistono due tipi principali di operoni: inducibili e reprimibili.
• Gli operoni inducibili sono coinvolti nelle vie metaboliche e vengono attivati in presenza di un substrato specifico.
• Gli operoni reprimibili sono attivi di norma, ma possono essere spenti quando un particolare molecola è presente in abbondanza.
• L'operone trp è un operone reprimibile che codifica gli enzimi per la sintesi del triptofano.
• Il triptofano, quando presente nell'ambiente, si lega al repressore dell'operone trp, attivandolo e bloccando la trascrizione.
• Molti operoni sono controllati anche da proteine attivatorie che si legano al DNA, facilitando il legame dell'RNA polimerasi al promotore.

La regolazione genica negli eucarioti

• È fondamentale per la specializzazione di cellule e tessuti nei organismi multicellulari.
• Ogni cellula ha caratteristiche specifiche a seconda della funzione che svolge.
• Durante lo sviluppo, le cellule vanno incontro a differenziamento, ovvero acquisiscono una struttura e funzionalità specializzate.
• Il differenziamento è dovuto all'espressione differenziale dei geni.
• Le cellule mantengono lo stesso set di geni, ma ne esprimono solo un sottoinsieme specifico.
• I geni che codificano per gli enzimi coinvolti nel metabolismo cellulare sono espressi in tutte le cellule metabolicamente attive.
• Le cellule possono modificare il loro modello di espressione genica in risposta a segnali di sviluppo o cambiamenti ambientali.

Meccanismi di regolazione genica negli eucarioti

• La trascrizione del DNA è un punto di controllo cruciale per la regolazione genica.
• Negli eucarioti, esistono diversi punti di controllo della regolazione genica, sia prima, durante, sia dopo la trascrizione e la traduzione.
• La regolazione genica negli eucarioti è più complessa rispetto a quella dei procarioti.