3. Genetik

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Abb.1 die Regulation der Translation bei Prokaryoten unter wechselnden Temperaturbedingungen. -Bei kühlen Temperaturen liegt die Sekundärstruktur der mRNA als molekulare Haarna delschleife vor. Durch Bindung komplementärer Basenpaare ist die Erkennungssequenz für des Ribesem und auch das Start-codon dadurch, meskiert", so dass keine bow. eine stark verlangsomte Translation erfolgt. Bei einer Temperaturerhöhung lo`sen sich die Wasser- stoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen und die mRNA entfaltet sich. Nun liegt die Erkennungssequens für die kleine Untereinheit des Ribosoms frei, es hann andocken & die Translation findet statt. Haarnadel GUUGGCUCC Hitzeschock protein codierend beim Lactose-0 30 °C 2.) Erklären Sie, was man unter Struktur- & Regulatorgenen versteht. Strukturgene: codiert Enzyme oder strukturgebende Proteine Regulatorgene: codiert Regulatorprotein => hier Repressor 1 Temperaturabhängige Faltung der m-RNA rpol ↓ BER inaktive m-RNA 42 °C aktive m-RNA 0⁰ פפפככיוכ (Transkriptionsfaktor) RNA-Polymerase Start-Codon mRNA Ohne Lactose (Abb 1A): Repressor aktiv, bindet an Operator, hindert RNA- Polymerase an Transkription der Strukturgene zum Lactose -Abbau Mit Lactose (Abb1B): Repressor wird durch Bindung der Lactose inaktiviert & kann nicht mehr an • Operator binden; WA - Polymerase kann nun die Strukturgene transkribieren Bildung der Lactose abbauenden Enzyme; Substrat induktion - Jactose (Substrat) induziert eigenen Abbau. peron ONA 1) Erläutern Sie die Abb. 1 dargestellte substrat induktion des doc. Operenstionarioon ribosomale RNA aktiver Repressor Translation GUUGGCUCC GGAGCC Ribosom (grofle Untereinheit) 2 Schematisierte Darstel zur Regul 2) Erläutern Sie die Rolle des Transkriptionsfaktors 03² (Sigma 32) bei der Hitzeschock- Antwort mithilfe von. Abbildung 2. - Der Transkriptionsfaktor wird von dem Gen rpott codiert. Nach der Transkription liegt die mRNA gefaltet in ihrer inaktiven Form vor. Es folgt eine Temperaturerhöhung, wird diese entfulltet und die Translation findet statt. 032 lagert sich darauf hin an die Polymerase und ermöglicht dochurch eine Iam Promotor. Es erfolgt die Expression verschiedener Hit zschock-Gene, die es den Bakterien erlauben, auch bei einer Temperaturerhöhung bessere Binding zu überleben. RNA Polymerase Ribosom (kleine Untereinheit) 3.) Infektiöse Bakterien produzieren virulente (krankmachende) Proteine erst, wenn sich die Prokaryoten innerhalb des Wirtes befinden Stellen Sie die biologische Bedeutung dar. keine Lactose vorhanden (negative (Genregulation) Regulator gen Stude gene Entsorgung von Proteinresten von Hitzeschock-Genen - Eine temperaturabhängige Regulation bestimmter Proteine ermöglicht den infektiösen Bakterien Stoffe nur herzustellen, wenn sie auch benötigt werden. Die plötzliche Temperaturerhöhung signalisiert dabei den Bakterien, dass sie sich innerhalb des Wirts organismus befinden. Erst dann werden unter diesen Bedingungen für sie nützlichen Stoffe von den Bakterien produziert. Außerhalb des Wirtes wäre deven Produktion eine Verschwendung • Energie und Nährstoffen. von Genregulation : Substrat induktion keine Enzymsynthese A Abbildung 1: Substratinduktion beim Lactose-Operon DNA m-RNA aktiver Repressor Lactose B Hitzeschockprotein Hitzeschock-Proteine schock Gene Translation Entfaltung von Proteinen ● Wachstum einer einmalige Zugabe von Lactose viel Lactose vorhanden Goos! inaktiver DNA Reparatur 4.) Konzentration der am Lactoseabbau beteillig- ten Enzyme. ↑ Glucose verbraucht einmalige Zuga Zelt sitive beceregulation) -Kultur RNA- Polymerase Lactose abbauende Enzyme www Baktenen- dichte Enzyme des e-Abbaus 3.) Definieren Sie die Begriffe Operon & Operation. Operon DWA- Kontrollabschnitt aus Promotor und Operator + nachgeschaltete Strukturgene. Operator: DNA- Abschnitt zwischen Promotor und Strukturgenen, an dem das Regelator protein (hier: der Repressor) binden kann. Wird der Operator durch einen Repressor blockiert, ist das operon ,, abgeschaltet. Ist der Operator frei Cohne Repressor), ist er, " angeschaltet". Operator = Schalter für Transkription Proteinbiosynthese: Genregulation: Endproduktrepression beim Tryptophan-Operon (trp-Operon): wenig Tryptophan vorhanden Operon 1.) Deuten Sie den Kurvenverlauf in Abb. 3 unter Berücksichtigung der Synthese weges von Tryptophan (Abb. 1&2) - 1st try ptophan nicht ausreichender Merge vorhanden, bleibt der Repressor inaktiv. Die Polymerase bindet am Promotor, läuft über den Operator und die Strukturgene für die Synthese Tryptophan werden transkribiert & translatiert. 1st Tryptophan vorhanden, bindeb es am Repressor & aktiviert ihn. Der aktive Repressor bindet am Operator & blockiert damit die weitere Transkription, sodass kein Tryptophan mehr hergestellt wird. von Regulatorgen m-RNA Transkription Promotor Translation inaktiver Repressor Gen, E Operator Gen, 2.) Erläutern Sie die biologische Bedeutung der Tatsache, doss entsprechende Bakterien die Tryplophonsynthese regulieren komen. - 1st kein Tryptophan vorhanden, so wird das Enzym 1 hargestellt, um Tryptophan zu Synthetisieren. Enzym A liegt demnach in einer höheren Kameentration vor. Wird die Aminosaure jedoch künstlich hinzugefügt, bindet Tryptophan am Repressor und aktiviert ihn. Die Struktur- A gane werden nicht mehr exprimiert, sodass auch das Enzym 1 nicht mehr hergestellt 2 Syntheseweg von Tryptophan (E: Enzym) wird. Die Konzentration des Enzyms nimmt ab. E₂ m-RNA Vorstufe BC ~~~~~ Gen, Strukturgene E₁ Tryptophan Polymerase Trypto- phan n 10 genug Tryptophan vorhanden 1 Polymerase -* Operator Zugabe von Tryptophan keine Enzymsynthese aktiver Repressor Zeit (min) 3 Konzentration von Enzym 1 vor und nach Gabe von Tryptophan Operon durch don Repressor blockiert •Trp-Operon - Endproduktrepression: Das Endprodukt verhindert seine eigene Synthese, indem es den Repressor aktiviert. 3.) Vergleichen Sie die Regulation des lac-Operons und des trp-0 parons miteinander. - Gemeinsamkeiten: Strukturgene, Promotor & Operator als Kontrollregion, Bindung eines Repressors. an den Operator und daraus resultierende Blockade den Transkription des Operons. • Enzyme, - Unterschiede: •Lac-Operon - Substratinduktion: Das Substrat bewirkt die Expression der , die au seinen Abbau nötig sind; fehlt das Substrat, ist das