Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

Genregulation bezeichnet die Steuerung der Aktivität von Genen Regulatorgene können Strukturgene (Gene, deren Pro­ dukte keine regulatorische Funktion haben) reversibel an- und abschalten (siehe Seite 31). Daneben gibt es auch Regulatorgene, die irreversible Differen­ zierungsprozesse in Gang setzen, die während der Embryonalphase für die Entwicklung des Embryos entscheidend sind. So steuern die so genannten Hox- Gene die Aktivität von Genen, die für die Ausbildung der Körpergrundstruktur bei Tieren (Kopf, Rumpf und Extremitäten) zuständig sind, Pax-Gene regulieren die für die Organentwicklung zuständigen Gene. Hox-Gene sind bei allen Tiergrup­ pen zu finden. Sie sind ein Beleg für die Evolution (siehe Seite 115). François Jacob (1920–2013), französischer Genetiker Jacques Monod (1910–1976), französischer Biochemiker Kolibakterien Darmbakterium Escherichia coli (kurz E. coli ; siehe Seite 42 f) m-RNA Protein Ribosom Selbst aktiv! Vermute. Woher stammen die für die Synthese der Proteine benötig­ ten Aminosäuren? Wiederhole. Was sind essenzielle Aminosäuren? Polysome ermöglichen eine schnellere Polypeptidproduktion An einem Ribosom kann in durchschnittlich einer Minute ein Protein syntheti­ siert werden. Zur Steigerung der Polypeptidproduktion sind mehrere Ribosomen unmittelbar hintereinander an einem reifen m-RNA Molekül aktiv: Sobald ein Ribosommehrere Nukleotide translatiert hat und genügend Platz ist, bindet sich ein nächstes Ribosom an das 5‘-Ende u.s.w. Die so entstehende Ansammlung von Ribosomen an der reifen m-RNA wird als Polyribosom oder Polysom bezeichnet (siehe Abb. 22 und 23). Bereits während der Synthese nehmen die wachsenden Polypeptidketten, die für das entsprechende Protein typische räumliche Struktur ein. Bestimmt wird diese durch die Abfolge der Aminosäuren im Polypeptid. Die fertigen Proteine wandern zu ihrem Bestimmungsort, wo sie ihre speziellen Aufgaben erfüllen. Die Aktivität von Genen wird unterschiedlich gesteuert Unsere Zellen sind alle mit dem gleichen genetischen Material ausgestattet, das heißt, dass alle Zellen die gleichen Baupläne für Proteine enthalten. Allerdings gibt es viele unterschiedliche Zelltypen in unserem Körper (Nervenzellen, Mus­ kelzellen, Blutzellen …), die auch einen unterschiedlichen Bedarf an Proteinen aufweisen. Bestimmte Gene sind in bestimmten Zellen deshalb sehr aktiv, wäh­ rend andere mehr oder weniger „nichts zu tun haben”. Die Genaktivität muss demnach reguliert werden ( Genregulation ). Tatsächlich gibt es Proteine, die dafür zuständig sind. Gene, die die Information für die Synthese solcher Regulatorproteine enthalten, werden als Regulator­ gene bezeichnet. E. coli lieferte Erkenntnisse über die Gen-Regulation Die ersten Beweise für die Regulation der Aktivität von Genen lieferten François Jacob und Jacques Monod , die bei Versuchen mit Kolibakterien eine interes­ sante Beobachtung machten: Wurden Bakterien auf einem Nährboden gezüch­ tet, der Milchzucker enthielt, wuchsen sie kontinuierlich weiter. Wurden sie jedoch zuerst auf einem Traubenzucker-Nährboden gezüchtet und dann auf einen Milchzucker-Nährboden übertragen, setzte für einige Stunden ein Wachs­ tumsstillstand ein. Offensichtlich brauchten die Bakterien Zeit, sich auf den neuen Energielieferanten einzustellen. Es stellte sich heraus, dass Kolibakterien das Enzym für den Abbau des häufig vorhandenen Traubenzuckers ständig parat haben. Die drei Enzyme (ua. das En­ zym Beta-Galactosidase), die zur Aufnahme, zur Spaltung und zum Umbau des seltener vorkommenden Milchzuckers benötigt werden, müssen allerdings erst synthetisiert werden, wenn dieser wirklich vorhanden ist. Der Milchzucker regt also die Bildung der Enzyme an, die für seinen Abbau notwendig sind. Gene, die nur bei Bedarf aktiv werden, bezeichnet man als regulierte Gene. Jacob und Monod erhielten im Jahr 1965 für ihre Entdeckung auf demGebiet der genetischen Kontrolle der Synthese von Enzymen und Viren den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. 22  Polysome (TEM) 24  Jacob (1. v. l.) und Monod (2. v. r.) mit Kollegen bei der Nobelpreisverleihung 23  Polysome (Schema) angefangenes Protein fast fertiges Protein Arbeitsheft Seite 14, 16, 17, 18, 19 M 30 Molekulargenetik Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv