Stage presso il Life Learning Center di Bologna. A.S. 2004-05

1. Stage presso il Life Learning Center di Bologna. A.S. 2004-05 Lezioni preparatorie per gli studenti 3

2. FrancoisJacob, Jacques Monod, Andrè Lwoff gli scienziati francesi che hanno studiato la regolazione genica e formulato il modello dell’operone (Nobel 1965) operone Come la cellula regola l’espressione dei geni secondo le necessità dell’organismo e in risposta alla situazione dell’ambiente

3. 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

4. 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

5. 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

6. GENI regolatore operatore Geni strutturali promotore DNA RNApolimerasi trascrizione Proteina repressore attiva RNA RNA RNA RNA traduzione repressore inattiva lattosio Il gene regolatore sintetizza la proteina repressore; può essere anche lontano dall’operone Operone lac: la struttura

7. 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 repressore legato all’operatore Promotore lac Il repressore viene codificato da un gene regolatore Induttore (lattosio) repressore attivato Successione eventi: la repressione

8. RNApolimerasi si lega al promotore Induttore (substrato) legato al repressore Inizia la trascrizione dei geni strutturali mRNA trascritto 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

9. 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.

10. 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 Geni e loro funzioni