Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

Der Operator „schaltet“ die Transkription ein bzw. aus Jacob undMonod fanden heraus, dass die Gene für die Synthese der Lactose (Milch­ zucker) abbauenden Enzyme benachbart auf einem Chromosomenabschnitt liegen. Davor liegt ein gemeinsamer Promotor, der die Startstelle und dieTranskrip­ tionsrichtung angibt (siehe Seite 26). Zwischen demPromotor und demersten Gen befindet sich ein „Schalter“, der Operator . Steht der „Schalter“ auf „aus“ – ein am Operator sitzendes Proteinmolekül, der Repressor , verhindert die Transkription – können keine Enzyme synthetisiert werden (siehe Abb. 25a). Ist Lactose vorhan­ den, bindet sich ein Milchzuckermolekül an den Repressor, der dadurch seine Struktur verändert ( Substratinduktion ). Der Repressor verliert damit seine Bin­ dungsfähigkeit an den Operator – der„Schalter“ wird damit auf„ein“ umgestellt – wodurch der Promotor freigegeben wird, die Transkription kann beginnen (siehe Abb. 25b). Ist der Milchzucker abgebaut, erhält der Repressor seine ursprüngliche Struktur wieder. Er bindet sich an den Operator und blockiert damit eine weitere Synthese der Enzyme. Der gesamte DNA-Abschnitt, der für die Produktion bestimmter Enzyme, die in einer Funktionseinheit zusammengefasst sind (in diesem Fall die Milchzucker abbauenden Enzyme), erforderlich ist, wird als Operon bezeichnet. Operator DNA-Abschnitt, der die Transkription reguliert Repressor DNA-bindendes regulatorisches Protein (Protein, das die Aktivität von Genen reguliert); Gene, die die Information für die Synthese solcher Regulatorproteine enthalten, werden als Regulatorgene bezeichnet Substratinduktion ist das„Anschalten“ eines Gens durch die Anwesenheit eines Effektors (Substrat) Operon beinhaltet Promotor, Operator und Strukturgene (Gene, deren Produkte – im Gegensatz zu den Regulatorgenen – keine regulatorische Funktion haben) Endproduktrepression ist das„Abschalten“ eines Gens durch die Anwesenheit eines Effektors (Substrat) Selbst aktiv! Das Dickdarmbakterium E. coli benötigt wie wir die Aminosäure Tryptophan zum Aufbau von kör­ pereigenem Eiweiß. Während es allerdings für uns eine essenzielle Aminosäure ist (siehe Begegnungen mit der Natur, Band 5), kann das Bakterium Tryptophan aus Vorstu­ fen selbst herstellen. Dazu werden fünf Enzyme benötigt, die kon­ tinuierlich synthetisiert werden. Die Produktion von Tryptophan wird allerdings eingestellt, wenn E. coli die Aminosäure aus der Um­ gebung aufnehmen kann (wenn der Wirt proteinreiche Kost kon­ sumiert hat). Die Anwesenheit von Tryptophan unterdrückt somit die Synthese der Enzyme, die für den Aufbau von Tryptophan notwen­ dig wäre. Die Transkription der Aminosäure Tryptophan bei E. coli wird also über Endproduktrepres­ sion gesteuert. Fertige in deinem Biologieheft in Anlehnung an Abb. 25 eine Grafik an, die das Grundprinzip der End­ produktrepression am Beispiel des Tryptophan-Operons von E. coli darstellt und arbeite dabei besonders die Unterschiede zur Substratinduktion heraus. Eine andere Möglichkeit, Gene zu regulieren, ist die Endproduktrepression . Hier liegt der Repressor in einer Form vor, die sich nicht an den Operator binden kann, wodurch eine Transkription ungehindert abläuft. Sie wird erst gestoppt, wenn sich ein spezifisches Substrat an den Repressor bindet und so seine Struk­ tur verändert. Substratinduktion und Endproduktrepression sind nur zwei von vielen Möglichkeiten der Genregulation. 25  Steuerung von Genen durch Substratinduktion am Beispiel des Lactose-Operons (Lac-Operon) von E. coli Strukturgene Regulatorgen Lac-Operon Operator (Ansatzpunkt für den Repressor) m-RNA Repressor Promotor (Ansatzstelle für die RNA-Polymerase) RNA-Polymerase Transkription Translation Synthese der drei Lactose abbauenden Enzyme Lactose a) b) Der Repressor verhindert die Translation Arbeitsheft Seite 14, 16, 17, 18, 19 M 31 Vom Gen zum Merkmal Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv