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? Nella fase di stasi venivano selezionati i ceppi mutanti in grado di utilizzare il secondo zucchero 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: Enzimi costitutivi, sempre presenti nella cellula batterica 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 In blu la crescita normale della colonia con glucosio, in rosa con substrato di difficile assimilazione 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 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 Visti i risultati, Jacob e Monod nel 1961 elaborarono un modello per spiegare tale comportamento 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

MA QUESTO MODELLO NON SPIEGA LA CRESCITA DIAUXICA Quando non c’è lattosio il repressore lac, legato al promotore, impedisce la trascrizione lattosio Quando c’è lattosio, questo viene trasportato all’interno della cellula e si lega al repressore membrana 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.