4 Dicembre 2021
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Dove si legano gli induttori?

Proprio come il trp è regolato negativamente dalle molecole di triptofano, ci sono proteine che si legano alle sequenze dell’operatore che agiscono come regolatore positivo per accendere e attivare i geni. Per esempio, quando il glucosio è scarso, E. coli i batteri possono rivolgersi ad altre fonti di zucchero per il carburante. Per fare questo, devono essere trascritti nuovi geni per elaborare questi zuccheri alternativi. Quando i livelli di glucosio scendono, l’AMP ciclico (cAMP) comincia ad accumularsi nella cellula. Il cAMP è una molecola di segnalazione che è coinvolta nel metabolismo del glucosio e dell’energia in E. coli. Quando i livelli di glucosio diminuiscono nella cellula, il cAMP che si accumula si lega al regolatore positivo la proteina attivatrice del catabolita (CAP)una proteina che si lega ai promotori degli operoni che controllano l’elaborazione degli zuccheri alternativi. Quando il cAMP si lega a CAP, il complesso si lega alla regione del promotore dei geni che sono necessari per utilizzare le fonti di zucchero alternative (Figura 1). In questi operoni, un sito di legame di CAP si trova a monte del sito di legame della RNA polimerasi nel promotore. Questo aumenta la capacità di legame della RNA polimerasi alla regione del promotore e la trascrizione dei geni.

L'operone lac consiste in un promotore, un operatore e tre geni chiamati lacZ, lacY e lacA che si trovano in ordine sequenziale sul DNA. In assenza di cAMP, la proteina CAP non lega il DNA. L'RNA polimerasi lega il promotore e la trascrizione avviene ad un ritmo lento. In presenza di cAMP, un complesso CAP-cAMP si lega al promotore e aumenta l'attività della RNA polimerasi. Di conseguenza, il tasso di sintesi dell'RNA è aumentato.

Figura 1. Quando i livelli di glucosio scendono, E. coli può usare altri zuccheri come combustibile, ma deve trascrivere nuovi geni per farlo. Quando le scorte di glucosio diventano limitate, i livelli di cAMP aumentano. Questo cAMP si lega alla proteina CAP, un regolatore positivo che si lega a una regione operatore a monte dei geni necessari per utilizzare altre fonti di zucchero.

Operone del lattosio: Un Operone induttore

Il terzo tipo di regolazione genica nelle cellule procariotiche avviene attraverso operoni inducibiliche hanno proteine che si legano per attivare o reprimere la trascrizione a seconda dell’ambiente locale e dei bisogni della cellula. Il lac è un tipico operone inducibile. Come menzionato in precedenza, E. coli è in grado di utilizzare altri zuccheri come fonte di energia quando le concentrazioni di glucosio sono basse. Una di queste fonti di zucchero è il lattosio. Il lac operone codifica i geni necessari per acquisire ed elaborare il lattosio dall’ambiente locale. Il gene Z del lac codifica la beta-galattosidasi, che scompone il lattosio in glucosio e galattosio.

Tuttavia, per il gene lac operone sia attivato, devono essere soddisfatte due condizioni. In primo luogo, il livello di glucosio deve essere molto basso o inesistente. In secondo luogo, il lattosio deve essere presente. Solo quando il glucosio è assente e il lattosio è presente, il lac operone sarà trascritto (Figura 2). In assenza di glucosio, il legame della proteina CAP rende la trascrizione del lac operone più efficace. Quando il lattosio è presente, il suo metabolita, l’allolattosio, si lega al lac repressore e cambia la sua forma in modo che non possa legarsi al lac per impedire la trascrizione. Questa combinazione di condizioni ha senso per la cellula, perché sarebbe energeticamente dispendioso sintetizzare gli enzimi per elaborare il lattosio se il glucosio fosse abbondante o il lattosio non fosse disponibile. Va detto che l’operone lac è trascritto a un tasso molto basso anche quando il glucosio è presente e il lattosio assente.

Domanda pratica

La trascrizione dell’operone lac è attentamente regolata in modo che la sua espressione avvenga solo quando il glucosio è limitato e il lattosio è presente per servire come fonte alternativa di combustibile.

L'operone lac consiste in un promotore, un operatore e tre geni chiamati lacZ, lacY e lacA. L'RNA polimerasi si lega al promotore. In assenza di lattosio, il repressore lac si lega all'operatore e impedisce alla RNA polimerasi di trascrivere l'operone. In presenza di lattosio, il repressore viene rilasciato dall'operatore e la trascrizione procede ad un ritmo lento. Il legame del complesso cAMP-CAP al promotore stimola l'attività della RNA polimerasi e aumenta la sintesi dell'RNA. Tuttavia, anche in presenza del complesso cAMP-CAP, la sintesi di RNA è bloccata se il repressore si lega al promotore.

Figura 2. Regolazione dell’operone lac.

In E. coliil trp è attivo per impostazione predefinita, mentre l’operone lac è spento. Perché pensi che sia così?

Se il glucosio è assente, allora CAP può legarsi alla sequenza operatore per attivare la trascrizione. Se il lattosio è assente, allora il repressore si lega all’operatore per impedire la trascrizione. Se uno dei due requisiti è soddisfatto, la trascrizione rimane spenta. Solo quando entrambe le condizioni sono soddisfatte, il lac trascritto (Tabella 1).

Tabella 1. Segnali che inducono o reprimono la trascrizione dell lac Operone
Glucosio CAP si lega Lattosio Repressore si lega Trascrizione
+ + No
+ + Alcuni
+ + No
+ +

Guarda un tutorial animato sul funzionamento di lac operone qui.

Domande pratiche

Se il glucosio è assente, ma anche il lattosio, l’operone lac sarà ________.

  1. attivato
  2. represso
  3. attivato, ma solo parzialmente
  4. mutato

Descrivi come la trascrizione nelle cellule procariotiche può essere alterata da uno stimolo esterno come un eccesso di lattosio nell’ambiente.

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A cosa si lega un induttore?

funzione negli operoni del sistema operonico: una molecola chiamata induttore può legarsi al repressore, inattivandolo; oppure un repressore può non essere in grado di legarsi all’operatore se non è legato a un’altra molecola, il corepressore.

Dove si lega un attivatore?

La maggior parte degli attivatori si lega alle scanalature principali della doppia elica, poiché queste aree tendono ad essere più ampie, ma ce ne sono alcuni che si legano alle scanalature minori. I siti di legame dell’attivatore possono essere situati molto vicino al promotore o a numerose coppie di basi di distanza.

Dove si legherebbe un attivatore in questo operone?

il promotore
Un attivatore si lega nella regione regolatrice di un operone, aiutando l’RNA polimerasi a legarsi al promotore, aumentando così la trascrizione di questo operone. Un induttore influenza la trascrizione interagendo con un repressore o un attivatore. L’operone trp è un classico esempio di operone repressivo.

Dove si lega e compare un repressore?

… “operatori” in cui proteine specializzate chiamate repressori si legano al DNA appena a monte del punto di inizio della trascrizione e impediscono l’accesso al DNA da parte della RNA polimerasi. Queste proteine repressori impediscono quindi la trascrizione del gene bloccando fisicamente l’azione della RNA polimerasi.

A cosa si lega un repressore?

Repressore Un repressore è una proteina che spegne l’espressione di uno o più geni. La proteina repressore funziona legandosi alla regione promotrice del gene, impedendo la produzione di RNA messaggero (mRNA).

I repressori si legano agli enhancer?

I repressori trascrizionali possono legarsi a regioni promotrici o enhancer e bloccare la trascrizione. Come gli attivatori trascrizionali, i repressori rispondono a stimoli esterni per impedire il legame dei fattori di trascrizione attivanti.

Gli attivatori si legano all’operatore?

In generale, gli attivatori si legano al sito promotore, mentre i repressori si legano alle regioni operatore. I repressori impediscono la trascrizione di un gene in risposta a uno stimolo esterno, mentre gli attivatori aumentano la trascrizione di un gene in risposta a uno stimolo esterno.

Cosa succede quando è presente un induttore?

In presenza dell’induttore, l’induttore si lega alla proteina repressore “inducendo” un cambiamento conformazionale nella struttura della proteina repressore. … la sintesi di mRNA dall’operone lac può avvenire in presenza di un induttore.

Qual è la differenza tra un induttore e un attivatore?

In biologia molecolare, un induttore è una molecola che regola l’espressione genica. … Gli attivatori generalmente si legano poco alle sequenze di DNA dell’attivatore, a meno che non sia presente un induttore. L’attivatore si lega a un induttore e il complesso si lega alla sequenza di attivazione e attiva il gene bersaglio. La rimozione dell’induttore ferma la trascrizione.

Cos’è un potenziatore e un silenziatore?

Gli enhancer hanno la capacità di aumentare notevolmente l’espressione dei geni nelle loro vicinanze. Più recentemente, sono stati identificati elementi che diminuiscono la trascrizione dei geni vicini, e questi elementi sono stati chiamati silenziatori. … Questo enhancer si trova nell’introne del gene.

Un potenziatore è un promotore?

Gli enhancer sono elementi regolatori che attivano la trascrizione del promotore su grandi distanze e indipendentemente dall’orientamento (Serfling et al. … Mentre sia i promotori che gli enhancer sono noti per legare i fattori di trascrizione (TF), si pensava che solo i promotori iniziassero la trascrizione da parte della RNA polimerasi II (Pol II).

Dove si legano gli attivatori nei procarioti?

sito del promotore
In generale, gli attivatori si legano al sito del promotore, mentre i repressori si legano alle regioni dell’operatore. I repressori impediscono la trascrizione di un gene in risposta a uno stimolo esterno, mentre gli attivatori aumentano la trascrizione di un gene in risposta a uno stimolo esterno.

Qual è la differenza tra enhancer e promotore?

Un potenziatore è una sequenza di DNA che funziona per migliorare la trascrizione. Un promotore è una sequenza di DNA che avvia il processo di trascrizione. Un promotore deve essere vicino al gene che viene trascritto, mentre un potenziatore non ha bisogno di essere vicino al gene di interesse.

Come si spegne l’operone lac quando non c’è più lattosio?

Quando il lattosio non è disponibile, il repressore lac si lega strettamente all’operatore, impedendo la trascrizione da parte della RNA polimerasi. Tuttavia, quando il lattosio è presente, il repressore lac perde la sua capacità di legare il DNA. Si stacca dall’operatore, aprendo la strada alla RNA polimerasi per trascrivere l’operone.

Il lattosio è un attivatore?

I geni dell’operone lac specificano proteine che aiutano la cellula a utilizzare il lattosio. La proteina attivatrice CAP, quando è legata a una molecola chiamata cAMP (di cui si parlerà più avanti), si lega al sito di legame CAP e promuove il legame della RNA polimerasi al promotore.

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