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Transkript Genregulation – Steuerung der Genexpression

Hallo! Weißt du, dass Bakterien mehrere Nährstoffe eines Mediums nutzen können, in dem sie einfach die Genaktivität zur Produktion von Enzymen zum Abbau an die jeweils vorhandenen Nährstoffe anpassen. So können sie verschiedene Nährstoffe effektiv nutzen. Ist der Nährstoff dann nicht mehr vorhanden, wird die Produktion der Enzyme wieder eingestellt. Das macht Sinn, oder?

Die Genregulation ist beim Menschen sehr komplex und oftmals auch noch gar nicht verstanden. Bei den Bakterien ist der Mechanismus der Genregulation einfacher und gut erforscht. Wie der Mechanismus genau funktioniert, zeige ich dir jetzt!

Das Bakterium Escherichia coli lebt im Darm des Menschen und kann verschiedene Kohlenhydrate als Energiequelle nutzen. Dazu gehören z.B. auch Glucose oder Laktose.

Wenn man die Bakterien auf Glucose-haltigen Nährboden züchtet und dann auf Laktose-haltigen Nährboden ohne Glucose überführt, setzt zunächst ein Wachstumsstillstand der Population ein. Einige Zeit später vermehren sich die Bakterien jedoch wieder.

Man schloss daraus, dass sie erst bestimmte Enzyme herstellen müssen, die die Laktose abbauen. Das Bakterium E.coli hat für die Regulation der Gene für den Laktose-Abbau einige Gene in einer Regulationseinheit zusammengefasst. Diese Regulationseinheit für den Laktose-Abbau nennt man Lac-Operon. Die Funktionsweise dieses Operons möchte ich dir jetzt erklären.

Das Lac-Operon setzt sich aus dem Promotor, dem Operator und den drei Strukturgenen S1, S2 und S3 zusammen. Der Promotor ist die Region eines Gens, an den die RNA-Polymerase bindet und die dahinter liegenden Gene abliest, transkribiert und die mRNA produziert.

Der Operator wird von einem bestimmten Protein, dem Repressor, gebunden. Durch diese Bindung wird verhindert, dass die RNA-Polymerase die Gene transkribieren kann. Du kannst dir den gebundenen Repressor wie ein Hinderniss vorstellen, an dem die RNA-Polymerase nicht vorbeikommt. Aber woher kommt dieser Repressor eigentlich?

Da es ein Protein ist, muss es natürlich auch durch ein Gen codiert werden. Das Gen für den Repressor liegt aber nicht im Operon selbst, sondern an einer anderen Stelle des Bakterium-Genoms. Das Regulatorgen wird ständig transkribiert, so dass das Repressorprotein immer vorliegt.

Ohne Laktose bindet der Repressor an den Operator, so dass die dahinter liegenden Gene nicht transkribiert werden und demnach auch nicht die Enzyme für den Laktose-Abbau vorliegen.

Setzt man die Bakterien nun auf einen Nährboden ohne Glucose, aber stattdessen mit Laktose, werden die Enzyme für den Laktose-Abbau synthetisiert. Die Laktose bindet an das Repressorprotein, so dass dieses nicht mehr an den Operator binden kann. So gibt es für die RNA-Polymerase kein Hindernis mehr und die nachfolgenden Gene können abgelesen und in m-RNA übersetzt werden.

So werden über Proteinbiosynthese die Enzyme zum Abbau der Laktose gebildet. Da beim Lac-Operon die Laktose, also das Substrat, die Transkription von Genen und die Synthese der Enzyme hervorruft, also induziert, spricht man hier von Substratinduktion.

Bei einem anderen bakteriellen Operon, dem Tryptophan-Operon gibt es noch eine weitere Regulationsmöglichkeit. Das Tryptophan-Operon beeinhaltet Gene, die für Enzyme der Tryptophan-Synthese codieren. Tryptophan ist das Endprodukt des Stoffwechselweges.

Beim Tryptophan-Operon gibt es wie beim Lac-Operon einen Operator, an den ein Repressor binden kann und so die Transkription der nachfolgenden Gene unterdrückt. Allerdings ist dieser Repressor von sich aus zunächst inaktiv und kann nicht an den Operator binden, so dass die Gene transkribiert und die Enzyme für die Tryptophan-Synthese hergestellt werden.

Liegt genügend Tryptophan im Bakterium vor, bindet dieses den inaktiven Repressor, der daraufhin aktiviert wird. Dieser aktive Repressor bindet nun am Operator, so dass die Transkription der Gene und die Synthese der Enzyme unterdrückt wird. Es wird dann kein weiteres Tryptophan mehr produziert. Da hier das Tryptophan, also das Endprodukt des Stoffwechselweges, die Transkription von Genen unterdrückt, heißt der ganze Prozess auch Endproduktrepression.

Du hast in diesem Video zwei Genregulationsmöglichkeiten bei Bakterien kennengelernt. Bei Bakterien sind Gene oftmals zu Regulationseinheiten, so genannten Operons zusammengefasst.

Beim Lac-Operon induziert das Substrat Laktose die Transkription von Genen. Daher spricht man dort von Substratinduktion. Beim Tryptophan-Operon kommt es zu einer Repression von Genen durch das Endprodukt des Stoffwechselweges, so dass dieser Prozess Endproduktrepression heißt. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

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5 Kommentare
  1. Default

    wirklich tolles video! alles perfekt erklärt und super anschaulich!

    Von Jj Radmann, vor 2 Monaten
  2. Default

    gut Erklärt
    endlich mal ein gutes Video
    hat mir stark geholfen

    Von Susanne Honnef, vor 9 Monaten
  3. Default

    Wirklich große hilfe

    Von Nelecoors, vor fast 2 Jahren
  4. Default

    Wirklich gut erklärt! Hat mir sehr geholfen, danke schön :)

    Von Alina S., vor fast 2 Jahren
  5. Default

    Klassssse prima erklärt und schön langsam und deutlich gesprochen 5sterne

    Von Susanne Honnef, vor etwa 2 Jahren