Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

30 Die Grundlagen der Genetik M Arbeitsheft Seite 8 Der Operator „schaltet‘‘ die Transkription ein bzw. aus Jacob und Monod fanden heraus, dass die Gene für die Synthese der Lactose (Milchzucker) abbauenden Enzyme benachbart auf einem Chromosomenab­ schnitt liegen. Davor liegt ein gemeinsamer Promotor, der die Startstelle und die Transkriptionsrichtung angibt ( S. 25). Zwischen dem Promotor und dem ersten 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 ( Abb. 25a). Ist Lactose vorhanden, bindet sich ein Milchzuckermolekül an den Repressor, der dadurch seine Struktur verändert ( Substratinduktion ). Der Repressor verliert damit seine Bindungsfähigkeit an den Operator – der „Schalter“ wird damit auf „ein“ umgestellt – wodurch der Promotor freigegeben wird, die Transkrip­ tion kann beginnen ( Abb. 25b). Ist der Milchzucker abgebaut, erhält der Repressor seine ursprüngliche Struk­ tur 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  Substratinduktion ist das „Anschalten“ eines Gens durch die Anwesenheit eines Effektors (Sub­ strat)  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) Eine andere Möglichkeit, Gene zu regulieren, ist die Endproduktrepression . Hier liegt der Repressor in einer Form vor, die sich nicht an den Operator bin­ den kann, wodurch eine Transkription ungehindert abläuft. Sie wird erst gestoppt, wenn sich ein spezifisches Substrat an den Repressor bindet und so seine Struktur verändert. Substratinduktion und Endproduktrepression sind nur zwei von vielen Möglichkeiten der Genregulation. Das Dickdarmbakterium Escheri- chia coli benötigt wie wir die Aminosäure Tryptophan zum Auf­ bau von körpereigenem Eiweiß. Während es allerdings für uns eine essenzielle Aminosäure ist ( Begegnungen mit der Natur, Band 5), kann das Bakterium Tryp­ tophan aus Vorstufen selbst her­ stellen. Dazu werden fünf Enzyme benötigt, die kontinuierlich syn­ thetisiert werden. Die Produktion von Tryptophan wird allerdings eingestellt, wenn E. coli die Aminosäure aus der Umgebung aufnehmen kann (wenn der Wirt proteinreiche Kost konsumiert hat). Die Anwesenheit von Tryptophan unterdrückt somit die Synthese der Enzyme, die für den Aufbau von Tryptophan not­ wendig wäre. Die Transkription der Aminosäure Tryptophan bei E. coli wird also über Endprodukt­ repression 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. Selbst aktiv! 25  Steuerung von Genen durch Substratinduktion am Beispiel des Lactose-Operons (Lac-Operon) von E. coli Translation Synthese der drei Lactose abbauenden Enzyme Transkription RNA-Polymerase Der Repressor verhindert die Translation Promotor (Ansatzstelle für die RNA-Polymerase) Lactose Repressor m-RNA Regulatorgen Operator (Ansatzpunkt für den Repressor) a) b) Lac-Operon Strukturgene Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv