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Lactose-Operon (Substratinduktion) und Tryptophan-Operon (Endproduktrepression) Beispielaufgabe zum Lac-Operon-Modell
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Regulatorgen Repressor (kann direkt aktiv oder inaktiv sein) Regulatorgen Promotor DNA mRNA Trans- merase kription Translation DNA aktiver Repressor Tryptophan nicht vorhanden RNA-Poly- Promotor Transkription mRNAM Translation inaktiver Repressor RNA-Polymerase bindet, wenn aktiv Operator A 1 Lactose-Operon. A abgeschaltet; B angeschaltet Operon lac-Operon Enzymbildung startet erst bei Anwesenheit eines Induktors (bspw. ein Substrat) mRNA Operator Strukturgene Alacz lacY lacA Gen 1 Regulatorgen Promotor Operator Strukturgene keine Enzymsynthese trp-Operon Vorstufe Operon Modelle kein Induktor vorhanden. Transkription (+Enzymbildung) wird blockiert Lactose Substratinduktion siehe B trpEtrpDtrpCtrpBtrpA A 2 Tryptophan-Operon. A angeschaltet; B abgeschaltet RNA-Poly- merase- Gen 2 Trypto- phan DNA mRNA aktiver Repres- sor Lactose = Induktor Galactose Glucose B Endprodukt repression Tryptophan vorhanden Gen 3 DNA T mRNAM B Operator Bindestelle für den Repressor, DNA-Abschnitt RNA-Poly- merase- Abbau Repressor ände dessen Gestalt, kann nicht mehr an dem operator binden, indulator bindet an Repressor Transkription + Enzym bildung inaktiver Trypto- Repressor phan " = Operon Oberbegriff DNA-Abschnitt aus Promotor, Operator, Strukturgen Struktur gene - enthalten die genetischen Informationen zur Bildung der Enzyme Endprodukt eines Stoffwechselweges unterbindet die Enzymsynthese Enzyme eines Stoffwechselweges, der zum Endprodukt führt werden gebildet Endprodukt im Überschuss weitere Bildung wird unterbunden → Binding an Repressor →wird aktiv und unterbindet die weitere Transkription Regulatoren- enthält die Information zur Bildung des Repressor proteins Repressor Protein, das die Enzymsynthese unterbinden kann Promotor DNA-Abschnitt an den die RNA-Polymerase bindet prip inaktiver Repressor Lactose-abbauende Enzyme Repressor -Molekül kann aktiv/passiv vorliegen 1 Ilacz lacy lacA RNA-Polymerase- aktiver Repressor mRNA Lactose trpEtrpDtrpCtrpBtrpA keine Enzymsynthese Endprodukt Tryptophan Genregulation am Beispiel des des Lactoseabbaus In einem Experiment wurden Zellen von E.coli in ein Nährmedium mit Glucose und Lactose gegeben. Anschließend wurden die Bakterien dichte und die Menge a 3-Galaktosidase in regelmäßigen Albständen bestimmt. Bakteriendichte [rel. Einheit] 0 Einheit. Bakteriendichte B-Galaktosidase- Gehalt 50 70 100 Analysen in Biologie: 150 Versuchsdauer [Min] 1. Beschreiben → Graph / Abbildung / etc. 1 2. Versuchsbeschreibung 3. Versuchserklärung B-Galaktosidase-Gehalt [rel. Einheit] Zeiten Beschreiben Sie das Wachstum der E.coli-Kultur...
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anhand der Kurve in M₁ und erklären Sie es mithilfe , Achsen des Lac-Operon - Modells. Die Abbildung M1 zeigt Versuche zum Wachstum einer E. coli-Kultur. Es wurden Zellen von E. coli in ein Nährmedium gegeben, welches Glucose und Lactose beinhaltet. Die X-Achse gibt die Versuchsdauer in Minuten an und die y-Achse die Bakterien dichte als relative Einheit. Gegenüber der y-Achse, zeigt die Achse den ß-Galaktosidase - Gehalt als relative 4. Deutung (5. Meinung / Kommentar) → nur bei deutlicher Aufforderung! Die Disaccharid Lactose wird über mehrere enzymkatalysierte Schritte abgebaut. B-Galaktosidase Lactose Das Diagramm zeigt einmal die Bakterien dichte, die von Beginn an aufgezeichnet wird. Diese steigt exponentiell an, bis auf eine Unterbrechung. Diese liegt bei circa 70 Minuten. Das ist der Zeitpunkt, an dem die ß-Galaktosidase hinzugegeben wird. Abs circa 80 Minuten läuft die Bakterien dichte und der ß-Galaktosidase-Gehalt exponentiell weiter. Nach circa 150 Minuten wird die Aufzeichnung gestoppt. Da die ß-Galaktosidase erst später dazu gegeben wird, erkennt man, dass es sich hierbei um die Substratinduktion handelt. Dies wird im Folgenden am Lac-Operon- Modell erklärt. Zu Beginn verwendet das Bakterium hauptsächlich Glucose aus dem Nährmedium, um sich zu vermehren und braucht daher die Galaktosidase nicht. Die Gene für dieses Enzym werden nach dem Prinzip der Substrat - Indulation am Operator von einem Repressor blockiert, was den geringeren fo-Galaktasidase - Gehalt zu Beginn des Experimentes erklärt. Da aber die Menge an Glucose immer weiter sinkt, muss der Prokaryot auf die Lactose zurückgreifen. Die ß-Galaktosidase wird wieder benötigt und die entsprechenden Gene wieder freigesetzt. Der Wechsel von Glucose auf Lactose ist am Knick im Graphen zu erkennen, da hier Zeit für die Freigabe der entsprechenden Gene und der Synthese der Enzyme benötigt wird. Außerdem spricht auch der Anstieg der B-Galaktosidase für einen Wechsel auf die Lactose, da hier das Enzym zur Energiegewinnung bzw. Umsetzung benötigt wird. Glucose + Galaktose Galaktose + ATP Glucose-P+ADP weniger Energiereich Fachbegriffe erläutern!
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