François Jacob

Badania

W 1961 roku Jacob i Monod zbadali ideę, że kontrola poziomu ekspresji enzymów w komórkach jest wynikiem sprzężenia zwrotnego na transkrypcji sekwencji DNA.

Od wielu lat wiadomo, że komórki bakteryjne i inne mogą reagować na warunki zewnętrzne poprzez regulację poziomu kluczowych enzymów metabolicznych i/lub aktywności tych enzymów.

Na przykład, jeśli bakteria znajdzie się w bulionie zawierającym laktozę, a nie prostszy cukier - glukozę, musi się do niego przystosować:

1. importować laktozę,
2. rozcina laktozę na jej składniki: glukozę i galaktozę, oraz
3. przekształca galaktozę w glukozę.

Wiadomo było, że komórki zwiększają ilość enzymów odpowiedzialnych za te etapy, gdy są wystawione na działanie laktozy.

Wraz z pracami nad DNA stało się jasne, że wszystkie białka są produkowane na podstawie ich kodu genetycznego. Jacob i Monod wykazali, że w bakterii E. coli istnieją specyficzne białka, które represjonują transkrypcję DNA na jego produkt (RNA. To zmniejsza produkcję tych konkretnych enzymów.

Represor lac

Represor lac jest białkiem wiążącym DNA, które hamuje ekspresję genów kodujących enzymy laktazy. Represor jest aktywny w nieobecności laktozy.

Represor ten (represor lac) jest wytwarzany we wszystkich komórkach. Wiąże się on bezpośrednio z DNA w genach, które kontroluje i fizycznie zapobiega transkrypcji. Kiedy laktoza staje się dostępna, jest przekształcana w alolaktozę, która hamuje zdolność wiązania DNA przez represor lac.

W ten sposób powstaje solidna pętla sprzężenia zwrotnego, która umożliwia wytwarzanie zestawu enzymów trawiących laktozę tylko wtedy, gdy są one potrzebne.

Regulacja aktywności genów stała się bardzo obszerną subdyscypliną biologii molekularnej. Istnieje wiele mechanizmów i wiele poziomów złożoności. Obecnie badacze odnajdują zdarzenia regulacyjne na każdym poziomie procesów wyrażających informację genetyczną. W stosunkowo prostym genomie drożdży piekarskich (Saccharomyces cerevisiae), 405 z 6,419 genów kodujących białka jest bezpośrednio zaangażowanych w regulację transkrypcji, w porównaniu z 1,938, które są enzymami.