Genregulation bei Prokaryoten: Hitzeschockantwort und Lac-Operon
Die Genregulation bei Prokaryoten ist ein faszinierender Prozess, der es diesen Organismen ermöglicht, sich schnell an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen. Zwei wichtige Beispiele für diese Anpassungsfähigkeit sind die Hitzeschockantwort und das Lac-Operon-Modell.
Hitzeschockantwort bei Prokaryoten
Die Hitzeschockantwort ist ein Mechanismus, der es Prokaryoten ermöglicht, auf plötzliche Temperaturerhöhungen zu reagieren:
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Bei kühlen Temperaturen liegt die mRNA in einer gefalteten Sekundärstruktur vor, die als Haarnadelschleife bezeichnet wird. Diese Struktur maskiert die Erkennungssequenz für das Ribosom und das Start-Codon, was die Translation verhindert oder stark verlangsamt.
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Bei einer Temperaturerhöhung entfaltet sich die mRNA, wodurch die Erkennungssequenz für die kleine Untereinheit des Ribosoms freigelegt wird. Dies ermöglicht das Andocken des Ribosoms und den Beginn der Translation.
Example: Bei 30°C ist die mRNA inaktiv und gefaltet. Bei 42°C entfaltet sie sich und wird aktiv, was zur Produktion von Hitzeschockproteinen führt.
Der Transkriptionsfaktor σ32 (Sigma 32) spielt eine entscheidende Rolle bei der Hitzeschockantwort:
- Das Gen rpoH codiert für σ32.
- Bei Temperaturerhöhung wird die gefaltete mRNA entfaltet und translatiert.
- σ32 lagert sich an die RNA-Polymerase an und ermöglicht eine bessere Bindung am Promotor.
- Dies führt zur Expression verschiedener Hitzeschock-Gene, die das Überleben der Bakterien bei erhöhten Temperaturen sicherstellen.
Highlight: Die temperaturabhängige Regulation ermöglicht es Bakterien, spezifische Proteine nur dann zu produzieren, wenn sie benötigt werden, was besonders für infektiöse Bakterien von Bedeutung ist.
Das Lac-Operon-Modell
Das Lac-Operon-Modell ist ein klassisches Beispiel für die Genregulation bei Prokaryoten:
- Strukturgene: Codieren für Enzyme oder strukturgebende Proteine.
- Regulatorgene: Codieren für Regulatorproteine, in diesem Fall den Repressor.
Die Regulation des Lac-Operons erfolgt durch Substratinduktion:
- Ohne Laktose: Der aktive Repressor bindet an den Operator und verhindert die Transkription der Strukturgene für den Laktoseabbau.
- Mit Laktose: Das Substrat (Laktose) bindet an den Repressor und inaktiviert ihn. Die RNA-Polymerase kann nun die Strukturgene transkribieren, was zur Bildung der laktoseabbauenden Enzyme führt.
Definition: Substratinduktion bedeutet, dass das Substrat (hier Laktose) seinen eigenen Abbau induziert.
Diese Beispiele der Genregulation zeigen die bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit von Prokaryoten an ihre Umwelt. Die positive und negative Genregulation beim Lac-Operon sowie die temperaturabhängige Regulation bei der Hitzeschockantwort ermöglichen es den Bakterien, Ressourcen effizient zu nutzen und auf Stresssituationen angemessen zu reagieren.
