In questo modo la regolazione dell’attività dell’operone lattosio permette un miglior coordinamento della sintesi delle varie proteine.
L’operone lattosio presente nell’Escherichia Coli, scoperto da Francois Jacob & Jacques Monod, codifica tre enzimi coinvolti nel metabolismo del lattosio che è un nutriente alternativo al glucosio.
Nelle cellule procariote dove è presente questo operone i metaboliti o substrati possono attivare geni inattivi che in questo modo possano essere trascritti.
Nel processo di induzione il substrato o una molecola simile evoca la sintesi degli enzimi che di solito sono coinvolti nella degradazione del substrato.
Detti enzimi sono detti inducibili e le sostanze che attivano i geni si dicono induttori. Detti enzimi sono prodotti solo in risposta alla presenza di un substrato e in un certo senso solo quando servono.
In questo modo non vi e’ uno spreco da parte della cellula di energia e di massa.
Il caso piu’ conosciuto e studiato e’ come sempre quello dell’E. Coli.
Solo in assenza di glucosio il battere sintetizza gli enzimi necessari ad utilizzare il lattosio presente come fonte di carbonio e di energia.
Due enzimi sono richiesti nel rompere inizialmente la molecola: la lattoso permeasi che trasporta in modo attivo il lattosio nella cellula e la beta galattosssidasi che idrolizza il lattosio in galattosio e glucosio. E’ sintetizzato un altro enzima, la Transacetilasi, di cui però è poco chiara l’utilità.
I geni che codificano questi enzimi strutturali sono contenuti nell’ Operon Lattosio del battere di cui mostriamo la struttura in assenza di lattosio nell’ambiente prima e in presenza di lattosio.
Oltre al gene che codifica le tre proteine, sono presenti delle sequenze brevi di DNA che non codificano proteine ma sono sede di legame per le proteine coinvolte nella regolazione della trascrizione.
Regolazione dell’Operone Lattosio
Queste sequenze dell’Operone Lattosio sono chiamate
P, per gene promotore;
O per gene Operatore e
CBS per sito che lega il CAP;
R per gene regolatore.
Il gene regolatore codifica la proteina repressore, in rosso nella figura, che regola la sintesi dei geni strutturali nell’operone Operatore, adiacente al promotore P.
In questo caso la DNA Polimerasi non può effettuare la trascrizione dei tre geni dei tre enzimi, come si vede dall’immagine successiva.
In caso di presenza di lattosio nell’ambiente, la proteina repressore è inattivata dal lattosio e essa non può legarsi più all’ Operatore.
In questo modo la DNA Polimerasi può operare liberamente e sintetizzare i tre enzimi che metabolizzano il lattosio
Lac Z, Y e A = Geni strutturali. . Lac Z codifica la Beta-galattosidasi; Lac Y la lattoso permeasi ; Lac A una transacetilasi di cui non si conosce la funzione.
Proteina CAP dell’Operone Lattosio
La regolazione dell’Operone Lattosio è anche portata avanti da una proteina CAP, proteina che lega cAMP, proteina attivatrice da catabolita, che è regolata allestoricamente.
Questa proteina CAP si può legare al cAMP e nella sequenza CBS del promotore. Quando CAP è legato nel sito CBS, la DNA polimerasi si lega meglio al promotore e porta alla fine in un aumento della trascrizione dell’Operone Lattosio.
Il cAMP cresce nella cellula quando il glucosio è poco nell’ambiente, favorendo così la sintesi degli enzimi.
Quando il glucosio sale, viene repressa la formazione di cAMP e la trascrizione degli enzimi viene repressa.