Lac Operón Discovery and Function

Lui Lac operon È un gruppo di geni strutturali che ha la funzione di codifica per le proteine ​​coinvolte nel metabolismo del lattosio. Sono geni che sono ordinati consecutivamente nel genoma di quasi tutti i batteri e sono stati studiati con uno sforzo speciale nel batterio "modello" Escherichia coli.

Il Lac Opeon era che il modello usato da Giacobbe e Monod nel 1961 per la proposizione di accordi genetici sotto forma di un Opeone. Nelle loro opere, questi autori hanno descritto come l'espressione di uno o più geni potesse "illuminare" o "uscire" a seguito della presenza di una molecola (lattosio, per esempio) nel mezzo di crescita.

Schema generale di Opeon. Tereseik. G3Pro Image Derited Work. Traduzione spagnola di Alejandro Porto. [CC di (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

I batteri che crescono in terreni ricchi in composti di carbonio o zuccheri diversi dal lattosio, come il glucosio e il galattosio, hanno quantità molto basse delle proteine ​​necessarie per la metabolizzazione del lattosio.

Quindi, in assenza di lattosio, l'operatore è "disattivato", impedendo all'RNA polimerasi di trascrivere il segmento genico corrispondente a Lac Opeon. Quando la cellula "percepisce" la presenza di lattosio, viene attivata l'opera e questi geni sono normalmente trascritti, che è noto come "accensione" dell'operatore.

Tutti i geni dell'operone sono tradotti in una singola molecola di Messenger RN.

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Scoperta

La teoria di Jacob e Monod si è sviluppata in un contesto in cui si sapeva molto poco sulla struttura del DNA. Ed è che solo otto anni prima che Watson e Crick avessero fatto la loro proposta sulla struttura del DNA e dell'RNA, quindi i messaggeri si sono conosciuti a malapena.

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Giacobbe e monod negli anni '50 avevano già dimostrato che il metabolismo batterico del lattosio era geneticamente regolato da due condizioni molto specifiche: la presenza e l'assenza di lattosio.

Entrambi gli scienziati avevano osservato che una proteina con caratteristiche simili a un enzima alosterico era in grado di rilevare la presenza di lattosio nel mezzo e, che una volta rilevata lo zucchero, viene stimolata la trascrizione di due enzimi: un lattosio permessi e un'altra galattosidasi.

Oggi è noto che gli esercizi di permease funzionano nel trasporto del lattosio nella cellula e che la galattosidasi è necessaria per "rompere" o "tagliare" la molecola di lattosio in glucosio e galattosio, in modo che la cellula possa sfruttare questo disaccaride nel suo parti costituenti.

Vicino agli anni '60 era già stato stabilito che il lattosio permeasa e galattosidasi era codificato da due sequenze genetiche adiacenti, la regione Z e la regione e, rispettivamente.

Operón lac fa parte del genoma del batterio Escherichia coli. Fonte: niaid [CC di 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.0)], via Wikimedia Commons

Infine, nel 1961, Jacob e Monod presentarono un modello genetico composto da cinque elementi genetici:

- Un promotore

- Un operatore e

- i geni Z e e per.

Tutti questi segmenti si traducono in un singolo RNA a messaggero e includono le parti essenziali per definire praticamente qualsiasi operatore batterico in natura.

Esperimenti e analisi genetiche

Jacob, Monod e i suoi collaboratori hanno fatto molti esperimenti con cellule batteriche che possedevano mutazioni che rendevano i ceppi incapaci di metabolizzare il lattosio. Tali ceppi sono stati identificati con il nome della deformazione e la mutazione corrispondente che possedevano.

In questo modo i ricercatori sono stati in grado di identificare che le mutazioni nei geni LACZ, che codificano per la β-galattosidasi e Lacy, che codificano per il lattosio permessi, hanno prodotto batteri del tipo LAC-, cioè, batteri incapaci di metabolizzare il lattosio.

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Dalla "mappatura genetica" usando gli enzimi di restrizione, è stata successivamente determinata la posizione dei geni nei diversi ceppi, un fatto che ha permesso di stabilire che i tre geni Lacz, Lacy e LaCA si trovano (in quell'ordine) nel cromosoma batterico in A Gruppo di geni adiacenti.

L'esistenza di un'altra proteina, chiamata proteina repressiva, che non è necessariamente considerata "parte" dell'operatore, è stata chiarita attraverso le mutazioni di un gene chiamato LACI-. Questo codifica per una proteina che si lega alla regione "operatore" nell'operatore ed evita la trascrizione dei geni per la β-galattosidasi e il lattosio permeasi.

Si dice che questa proteina non faccia parte dei geni che compongono la LAC Opeon, in quanto si trovano effettivamente "a monte" di quest'ultimo e sono trascritti in diversi messaggeri RNA.

Schema operativo Operon Lac (fonte: Barbarossa presso olandese Wikipedia [CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/)] via Wikimedia Commons)

I ceppi batterici che hanno la mutazione si esprimono "costitutivamente" lacZ, LCY e laccque.

Molte di queste osservazioni sono state corroborate dal trasferimento dei geni LACI+ e LACZ+ su una cellula batterica che non ha prodotto le proteine ​​codificate da questi geni in un mezzo di lattosio.

Poiché i batteri "trasformati" in questo modo hanno prodotto solo l'enzima β-galattosidasi in presenza di lattosio, l'esperimento ha confermato che il gene LACI era importante per la regolazione dell'espressione dell'Opeon LAC.

Funzione

L'operazione Lac regola la trascrizione dei geni necessari per i batteri per assimilare il lattosio come fonte di carbonio ed energia. Tuttavia, la trascrizione di questi geni si verifica solo quando la fonte di energia principale corrisponde ai carboidrati di galattoside.

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Nelle cellule batteriche ci sono meccanismi che regolano l'espressione dei geni operativi LAC quando sono in presenza di glucosio o qualsiasi altro zucchero "facile" per metabolizzare.

La metabolizzazione di questi zuccheri implica il loro trasporto verso gli interni cellulari e la loro rottura posteriore o lavorazione.

Il lattosio viene usato come fonte di energia alternativa per i batteri, aiutandoli a sopravvivere anche dopo che altre fonti di energia sono esaurite come il glucosio.

Il modello Lac Opeon è stato il primo sistema genetico di questo tipo da chiarire e, quindi, è stato una base per descrivere molti altri operoni nel genoma di diversi tipi di microrganismi.

Con lo studio di questo sistema, la conoscenza del funzionamento delle proteine ​​"repressore" che si lega al DNA. Sono stati anche compiuti progressi nella comprensione degli enzimi astherici e di come agiscono in modo selettivo quando si riconosce l'uno o l'altro substrato.

Un altro importante progresso che è nato dallo studio del LAC Opeon è stato l'istituzione della funzione cruciale svolta dai messaggeri ARNS per tradurre le istruzioni trovate nel DNA e anche come un gradino prima della sintesi proteica.

Riferimenti

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