Φρανσουά Ιακώβ

Έρευνα

Το 1961 οι Jacob και Monod διερεύνησαν την ιδέα ότι ο έλεγχος των επιπέδων έκφρασης των ενζύμων στα κύτταρα είναι αποτέλεσμα της ανατροφοδότησης της μεταγραφής των αλληλουχιών του DNA.

Εδώ και πολλά χρόνια ήταν γνωστό ότι τα βακτηριακά και άλλα κύτταρα μπορούσαν να ανταποκριθούν σε εξωτερικές συνθήκες ρυθμίζοντας τα επίπεδα των βασικών μεταβολικών ενζύμων τους ή/και τη δραστηριότητα αυτών των ενζύμων.

Για παράδειγμα, αν ένα βακτήριο βρεθεί σε ζωμό που περιέχει λακτόζη αντί για το απλούστερο σάκχαρο γλυκόζη, πρέπει να προσαρμοστεί:

1. εισαγωγή λακτόζης,
2. κόβει τη λακτόζη στα συστατικά της, τη γλυκόζη και τη γαλακτόζη, και
3. μετατρέπουν τη γαλακτόζη σε γλυκόζη.

Ήταν γνωστό ότι τα κύτταρα αυξάνουν τα ένζυμα για αυτά τα στάδια όταν εκτίθενται στη λακτόζη.

Με την εργασία στο DNA, έγινε σαφές ότι όλες οι πρωτεΐνες παράγονται από τον γενετικό τους κώδικα. Οι Jacob και Monod απέδειξαν ότι, στο βακτήριο E. coli), υπάρχουν συγκεκριμένες πρωτεΐνες που καταστέλλουν τη μεταγραφή του DNA στο προϊόν του (RNA. Αυτό μειώνει την παραγωγή των συγκεκριμένων ενζύμων.

Ο καταστολέας lac

Ο καταστολέας lac είναι μια πρωτεΐνη που δεσμεύει το DNA και αναστέλλει την έκφραση γονιδίων που κωδικοποιούν ένζυμα λακτάσης. Ο καταστολέας είναι ενεργός απουσία λακτόζης.

Αυτός ο καταστολέας (ο καταστολέας lac) παράγεται σε όλα τα κύτταρα. Συνδέεται απευθείας με το DNA στα γονίδια που ελέγχει και εμποδίζει με φυσικό τρόπο τη μεταγραφή. Όταν η λακτόζη γίνεται διαθέσιμη, μετατρέπεται σε αλλολακτόζη, η οποία αναστέλλει την ικανότητα δέσμευσης του καταστολέα lac στο DNA.

Με αυτόν τον τρόπο, κατασκευάζεται ένας ισχυρός βρόχος ανατροφοδότησης που επιτρέπει την παραγωγή του συνόλου των ενζύμων που αφομοιώνουν τη λακτόζη μόνο όταν χρειάζονται.

Η ρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας έχει εξελιχθεί σε έναν πολύ μεγάλο υποτομέα της μοριακής βιολογίας. Υπάρχουν πολλοί μηχανισμοί και πολλά επίπεδα πολυπλοκότητας. Οι σηµερινοί ερευνητές βρίσκουν ρυθµιστικά γεγονότα σε κάθε επίπεδο των διαδικασιών που εκφράζουν τη γενετική πληροφορία. Στο σχετικά απλό γονιδίωμα της ζύμης αρτοποιίας, (Saccharomyces cerevisiae), 405 από τα 6.419 γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες εμπλέκονται άμεσα στον μεταγραφικό έλεγχο, σε σύγκριση με τα 1.938 που είναι ένζυμα.