Cos'è operone lac?

Operone Lac: Regolazione dell'espressione genica nei batteri

L'operone lac è un sistema genico presente nei batteri, come Escherichia coli, che regola l'espressione dei geni necessari per il metabolismo del lattosio. È un esempio classico di operone inducibile, il che significa che l'espressione dei geni è normalmente repressa, ma può essere indotta in presenza di un induttore, in questo caso, il lattosio o un suo analogo.

Componenti dell'operone lac:

Gene regolatore (lacI): Questo gene codifica per il repressore%20Lac, una proteina che si lega all'operatore e impedisce la trascrizione dei geni strutturali in assenza di lattosio. Si trova a monte dell'operone ma non fa parte dell'operone stesso.
Promotore (lacP): È la regione del DNA a cui si lega l'RNA%20polimerasi per iniziare la trascrizione.
Operatore (lacO): È una sequenza di DNA a cui si lega il repressore lac. Si trova tra il promotore e i geni strutturali.
Geni strutturali: Sono i geni che codificano per gli enzimi necessari per il metabolismo del lattosio:
- lacZ: codifica per la β-galattosidasi, che scinde il lattosio in galattosio e glucosio.
- lacY: codifica per la lattosio%20permeasi, una proteina di membrana che facilita l'ingresso del lattosio nella cellula.
- lacA: codifica per la transacetilasi%20tiogalattosidica, la cui funzione non è completamente chiara, ma si ritiene che contribuisca alla detossificazione di composti tossici che possono essere trasportati dalla lattosio permeasi.

Regolazione dell'operone lac:

Assenza di lattosio: Il repressore lac è attivo e si lega all'operatore (lacO), bloccando l'accesso dell'RNA polimerasi al promotore (lacP). Di conseguenza, la trascrizione dei geni strutturali lacZ, lacY e lacA è impedita o avviene a livelli molto bassi.
Presenza di lattosio: Il lattosio (o meglio, il suo isomero allolattosio) funge da induttore. Si lega al repressore lac, causando un cambiamento conformazionale che ne diminuisce l'affinità per l'operatore. Il repressore si dissocia dall'operatore, permettendo all'RNA polimerasi di legarsi al promotore e trascrivere i geni strutturali. Gli enzimi prodotti metabolizzano il lattosio.

Repressione da catabolita (CAP/cAMP):

Oltre alla regolazione tramite il repressore lac, l'operone lac è anche soggetto a repressione da catabolita. In presenza di glucosio (il catabolita preferito da E. coli), i livelli di cAMP diminuiscono. Il cAMP si lega a una proteina chiamata CAP (Catabolite Activator Protein), e il complesso cAMP-CAP si lega a una regione a monte del promotore lac. Questo legame facilita il legame dell'RNA polimerasi al promotore e aumenta la trascrizione dei geni dell'operone lac. In presenza di glucosio, la bassa concentrazione di cAMP impedisce la formazione del complesso cAMP-CAP, riducendo quindi l'espressione dell'operone lac, anche in presenza di lattosio.

In sintesi, l'operone lac è un sistema finemente regolato che permette a E. coli di utilizzare il lattosio solo quando è necessario e quando il glucosio non è disponibile. È un modello importante per comprendere la regolazione dell'espressione genica nei batteri e la risposta degli organismi alle variazioni ambientali.