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Genregulation bei Prokaryoten: Gene, die ständig benötigt werden: konstitutive Gene Gene, die nach Bedarf an oder abgeschaltet werden: regulierte Gene Das Operon-Modell JACOB UND MONOD Entwickelten ein Modell zur Regulation der Genaktivität 1965 Nobelpreis Folgende Elemente: Struckturgene: sie enthalten die genetische Information zur Bildung der Enzyme Regulatorgen: dieses enthält die Information zur Bildung eines Repressor-Proteins Repressor: Protein, dass die Enzymsynthese unterbinden kann Operator: DNA – Abschnitt, an den das Repressor-Protein reversibel bindet Promotor: DNA – Abschnitt, an den die RNA-Polymerase bindet Operon: Oberbegriff für den DNA -Abschnitt aus Promotor, Operator und Strukturgen G ohne Substrat Substrat vorhanden Substrat-Induktion: Das lac-Operon @ K Regulatorgen ohne Endprodukt m-RNA Endprodukt vorhanden Repressor (aktiv) Regulatorgen m-RNA Substrat Lactose (Effektor) 1 Substrat-Induktion: Das lac-Operon von E. coli , Pro- motor m-RNA Anlagerung Repressor (inaktiv) m-RNA Operator Strukturgene RNA-Polymerase Art Schalter für Gene des Lactoseabbaus Repressor (inaktiv) m-RNA keine Anlagerung Endprodukt-Repression: Das Tryptophan-Operon RNA-Polymerase m-RNA Enzyme für Lactose-Abbau keine Transkription der Strukturgene Anlagerung Transkription erfolgt RNA-Polymerase Endprodukt Tryptophan (Effektor) 2 Endprodukt-Repression: Das Tryptophan-Operon von E. coli Enzyme für Tryptophan-Aufbau Transkription erfolgt Q2 keine Transkription der Strukturgene Regulatorgen codiert für ein Repressor-Protein, das an den Operator bindet und Transkription blockiert. Substrat Lactose lagert sich als Effektor an den Repressor Ändert dessen Raumstrucktur: → Löst sich von DNA, inaktiviert RNA-Polymerase hat „freie Bahn" → transkribiert die Gene des Lactoseabbau spalten Lactose in Glucose und Galactose -> Bakterien verwerten Nach Abbau: Repressor bindet an Operator Repressorprotein liegt in der inaktivierten Form vor → Kann nicht an seinen Operator binden Strukturgene für trp-Stoffwechsel werden ungehindert abgelesen Tryptophan-konzentration steigt und damit auch die Wahrscheinlichkeit, dass ein TRP sich als Effektor mit einem Repressorprotein verbindet. Änderung Raumstruktur des Repressors: Aktiv, lagert sich an Operator Trp-Operon...
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blockiert Transkription gestoppt Hohe Konzentratioin des Endprodukts, Produktion wird abgeschaltet (negative Rückkoppelung) Genregulation bei Eukaryoten : Bei Eukaryoten gibt es viele Schritte auf dem Weg von der DNA zum funktionsfähigen Protein, die prinzipiell alle reguliert werden können. Zelle kann Synthese ihrer Proteine auf verschiedenen Ebenen regulieren, in dem sie beeinflusst: Zu welchem Zeitpunkt und wie oft ein Gen transkribiert wird wie die Prä-m-RNA gespleißt wird Welche m-RNA-Moleküle an den Ribosomen translatiert werden Welche Proteine nach der Synthese selektiv aktiv oder inaktiviert werden Regulation auf Transkiptionebene: Promotor-Region: Erkennungsstelle für die RNA-Polymerase bewirkt den Start der Transkriptionen Häufig eine Basensequenz, die reich an Thymian und Adeinin ist (TATA-BOX) Mutation im Bereich der TATA-BOX setzen die Promoterfunktion und Transkriptionsrate herab Transkriptionsfaktoren: Regulatorproteine, die an die Promotorregion binden und der Anlagerung, sowie Aktivierung der RNA-Polymerase dienen Enhancer und Silencer: Zusätzliche Kontrollsequenzen einige Tausend Basenpaare vom Transkriptionstart entfernt. Genaktivierung: Hormone können Gene auf verschiedene Arten aktivieren Chudrophile Harmane Liphophile Hormone Cytoplasma DNA Zellkern Hormon (Testosteron) Enhancer (engl. Verstärker) binden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip Aktivatorproteine Schleifenbildung der DNA: Kontakt mit den Transkriptionsfaktoren am Promotor ermöglicht Transkription stimuliert Silencer (engl. Dämpfer) unterdrücken die Transkriptionsaktivität Lipidschicht Zellmembran Schlüssel-Schlass-Prinzip Rezeptor- protein komplex kann passieren Kernmembran Q bann an geralatorische Abschnitte binden xxxxXxxXxxxx Gen m-RNA 3 Genaktivierung durch lipophile Hormone Plasma- membran neues Protein Ribosom Transkription best Gene ausgelast G-Protein phosphoryliertes Protein Cytoplasma Protein-Kinase zelluläre Antwort Rezeptor Oberfläche der zielaelle -Signalmolekül Zellkern regulatorische DNA-Sequenz Transkriptionsfaktoren 2 Transkriptionsfaktoren inaktiver Transkriptions- faktor Promotor ●●●●●●●● Enzym Adenylat-Cyclase ATPS ●●● ●●● ●●● ●● ●●●●●●● ●●●●●●● C-AMP eine Reihe von Proteinen aktiviert ●●● ●●●●●●●●●●●●●●●● ●● 000 .. ●●● ●● ●●● Zellmembran DNA XXXXXXXXXXXXXXXXXX Gen 4 Genaktivierung durch hydrophile Hormone ●●●●●●●● ●●● ●● ●●●●●●●● ... ●●● ●● ... aktivieren... aktiver Transkriptions- faktor (Enhancer) Mediator m-RNA Gen X RNA-Polymerase
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