Molecola del Mese
di David S. Goodsell
Trad. di Mauro Tonellato
Repressore Lac

Indice 2003

Il DNA è pieno di informazioni. Il nostro DNA contiene le istruzioni per costruire decine di migliaia di proteine ed RNA diversi che compiono tutte le diverse funzioni che ci tengono in vita. Come hanno scoperto cinquanta anni fa Watson e Crick, queste informazioni genetiche sono immagazzinate nel DNA sotto forma di sequenza delle basi azotate adenina, timina, citosina e guanina. Il loro modello del DNA a doppia elica ha mostrato come le informazioni sono lette separando le due catene di DNA e appaiando poi le superfici esposte delle basi con le corrispondenti basi complementari, in questo modo l'adenina si appaia sempre con la timina e la citosina si appaia con la guanina.

Anche altre Informazioni

Le informazioni genetiche codificate nel filamento del DNA non sono affatto le uniche informazioni che il DNA contiene. Un semplice insieme di codici di proteine non sarebbe affatto utile, perché ognuna delle nostre cellule farebbe in continuazione tutte le 30.000 proteine codificate nel DNA. Ma le cellule del cervello non hanno bisogno di sintetizzare emoglobina, e i globuli rossi non hanno bisogno di sintetizzare recettori dell'acetilcolina. Ogni cellula ha bisogno di poter controllare la sintesi delle sue proteine così da costruire solamente quelle necessarie per la sua particolare funzione. Per risolvere questo problema, il nostro DNA contiene anche molte informazioni di tipo regolatorio che specificano quando e dove ogni proteina dovrebbe essere costruita. Diversamente dalle informazioni genetiche, queste informazioni regolatorie sono lette senza svolgere il DNA a doppia elica. Al contrario, un esercito di proteine regolatorie scorre lungo la superficie del DNA a doppia elica, leggendo le parti esposte delle basi azotate e cercando le istruzioni adatte. Alcune di queste proteine, quando trovano le istruzioni adatte, si legano al DNA e bloccano la produzione delle proteine che sono codificate in quell'area. Altri regolatori aumentano la produzione di proteine, inducendo la RNA polimerasi a cominciare la sua funzione di trascrivere RNA messaggero. Nel nucleo è tutto un turbinare di queste proteine regolatorie, perchè controllano la produzione delle proteine che sono necessarie in quel momento e bloccano la sintesi delle proteine che non lo sono.

Bloccare il DNA

Il repressore lac fa parte della prima rete regolatoria che è stata scoperta, l'operone lac. Questo si trova nei batteri, dove controlla la produzione di tre proteine che sono coinvolte nel metabolismo del lattosio. La sua azione è molto semplice. È un tetramero costituito da quattro identiche subunità che normalmente si legano strettamente ad una regione specifica nel DNA batterico, chiamata operatore, che è vicino ad una regione che codifica tre proteine che metabolizzano il lattosio. Quando è legato lì, blocca la produzione delle proteine, ma quando il repressore lac si lega al lattosio e a zuccheri simili, cambia forma e non può più legare il DNA. A questo punto la RNA polimerasi è libera di trascrivere il gene, e le proteine vengono sintetizzate.

Notate quali conseguenze questo comporta per la cellula batterica. Quando il lattosio è raro, le proteine codificate dall'operone lac non vengono sintetizzate perché non sono necessarie. Quando il batterio incontra una fonte di lattosio, lo zucchero si lega al repressore lac che non può più ostacolare la produzione degli enzimi. Questa comincia rapidamente usando lo zucchero stesso come fonte di energia. Infine, quando la fonte si è esaurita, il repressore lac perde gli zuccheri ai quali era legato, e torna a bloccare la produzione delle proteine che ora non sono più necessarie.

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