Genregulation bei Prokaryoten: Begriffe und Konzepte

Die Genregulation bei Prokaryoten basiert auf dem Operon-Modell, das verschiedene wichtige Komponenten umfasst. Ein Operon ist eine funktionelle Einheit aus Promotor, Operator und Strukturgenen. Der Promotor dient als Anlagerungsstelle für die RNA-Polymerase und markiert den Beginn der Transkription. Der Operator fungiert als Ein-Aus-Schalter der Transkription, indem er den Zugang der RNA-Polymerase kontrolliert.

Vocabulary: Ein Operon ist eine funktionelle Einheit in der DNA von Prokaryoten, die aus einem Promotor, einem Operator und Strukturgenen besteht.

Die Strukturgene codieren für Proteine mit enzymatischer oder struktureller Funktion und bilden eine Transkriptionseinheit. Das Regulatorgen, das außerhalb des Operons liegt, codiert für einen Repressor, der an den Operator binden kann. Der Repressor ist ein Protein mit Bindungsstellen für Induktor/Hemmstoff und Operator, das durch seine Anlagerung am Operator das Operon abschalten kann.

Definition: Der Repressor ist ein Protein, das die Genexpression reguliert, indem es an den Operator bindet und die Transkription der Strukturgene blockiert.

Das Operon-Modell erklärt zwei wichtige Regulationsmechanismen: die Substratinduktion und die Endproduktrepression. Bei der Substratinduktion aktiviert das Substrat den Repressor und ermöglicht so die Transkription. Bei der Endproduktrepression aktiviert das Endprodukt den Repressor und hemmt dadurch die Transkription.

Highlight: Die Genregulation bei Prokaryoten ist ein ökonomischer Prozess, der sicherstellt, dass Gene nur dann exprimiert werden, wenn ihre Produkte benötigt werden.

Das Lac-Operon-Modell: Ein Beispiel für Substratinduktion

Das Lac-Operon-Modell des Bakteriums Escherichia coli ist ein klassisches Beispiel für die Substratinduktion in der prokaryotischen Genregulation. Es zeigt, wie die Anwesenheit oder Abwesenheit von Lactose die Genexpression beeinflusst.

Wenn keine Lactose im Nährmedium vorhanden ist, ist das Operon abgeschaltet. Der aktive Repressor bindet an den Operator und verhindert die Transkription der Strukturgene. Dadurch findet keine Enzymsynthese statt.

Example: Ohne Lactose bleibt das Lac-Operon inaktiv, da der Repressor an den Operator gebunden ist und die Transkription blockiert.

Sobald Lactose im Nährmedium vorhanden ist, wird das Operon angeschaltet. Die Lactose bindet an den Repressor und inaktiviert ihn. Dadurch kann die RNA-Polymerase an den Promotor binden und die Transkription der Strukturgene beginnen. Dies führt zur Synthese von Enzymen, die für den Abbau von Lactose zuständig sind.

Highlight: Die Substratinduktion beim Lac-Operon ist ein effizienter Mechanismus, der sicherstellt, dass die Zelle nur dann Energie in die Produktion von Lactose-abbauenden Enzymen investiert, wenn Lactose tatsächlich vorhanden ist.

Der Normalzustand des Lac-Operons ist abgeschaltet, mit einem aktiven Repressor und ohne vorhandenes Substrat. Das Operon wird nur angeschaltet, wenn Lactose vorhanden ist, die den Repressor inaktiviert und so die Synthese der notwendigen Enzyme ermöglicht. Dieser Prozess wird als Substratinduktion bezeichnet, da das Substrat (Lactose) seine eigene Verwertung aktiviert.

Definition: Substratinduktion bezeichnet den Prozess, bei dem das Vorhandensein eines Substrats die Expression der Gene aktiviert, die für seinen Abbau verantwortlich sind.