Il repressore Lac in E. coli: come il lattosio accende l'operone Lac
L'operone lac è il modello paradigmatico di regolazione genica procariotica. Il repressore lac (codificato da lacI) è una proteina tetramera che lega l'operatore lac (segmento DNA sovrapposto al promotore), bloccando fisicamente RNA polimerasi e silenziando i geni strutturali (lacZ, lacY, lacA).
Meccanismo induzione
- Nessun lattosio: Repressore legato a operatore → operone OFF (solo espressione basale leaky)
- Lattosio entra: Via permeasi LacY (livello basale basso)
- Formazione allolattosio: β-galattosidasi (LacZ) isomerizza lattosio → allolattosio (vero induttore)
- Legame induttore: Allolattosio lega repressore → cambiamento conformazionale
- Rilascio operatore: Repressore si dissocia da operatore
- Trascrizione: RNA polimerasi trascrive lacZYA → β-galattosidasi, permeasi, transacetilasi
- Metabolismo: Enzimi idrolizzano lattosio → glucosio + galattosio → glicolisi
Significato regolatorio
- Controllo negativo: Repressore lega DNA per silenziare; induttore allevia repressione
- Repressione catabolita: Glucosio abbassa cAMP → CAP inattivo → trascrizione ridotta anche con induttore (glucosio preferito)
- Efficienza: Esprime enzimi costosi solo quando substrato disponibile E fonte carbonio preferita assente
Questo modello Jacob-Monod (1961) ha stabilito principi fondanti: struttura operone, regolazione negativa, induzione allosterica, repressione catabolita — principi che governano regolazione genica in tutta la biologia.