Genexpression bei Prokaryoten

Overview

Die Vorlesung behandelt die Regulation der Genexpression bei Prokaryoten am Beispiel des Laktosestoffwechsels und erklärt das Prinzip der Substratinduktion.

Grundlagen: Genexpression und Proteinbiosynthese

• Gene sind DNA-Abschnitte mit Information zur Synthese spezifischer Proteine.
• Proteinbiosynthese besteht aus Transkription (DNA zu mRNA) und Translation (mRNA zu Protein).
• Bei Prokaryoten findet keine RNA-Prozessierung statt.
• Prokaryoten regulieren Genexpression, um Energie und Ressourcen zu sparen.

Regulation der Genexpression bei Prokaryoten

• Regulation kann bei Transkription, Translation oder nach Proteinherstellung erfolgen.
• Energetisch am effizientesten ist die Regulation auf der Ebene der Transkription.
• Zwei Hauptarten: Substratinduktion und Endprodukthemmung.

Das Lac-Operon und Substratinduktion

• Das Lac-Operon enthält Gene für Enzyme des Laktosestoffwechsels (Strukturgene).
• Die Enzyme: Beta-Galactosid-Permiase (Transport), Beta-Galactosidase (Spaltung), Beta-Galaktosid-Transacetylase.
• In Abwesenheit von Laktose bindet der Repressor an den Operator und verhindert die Transkription.
• Laktose bindet an den Repressor, dieser wird inaktiv und löst sich vom Operator.
• RNA-Polymerase kann nun binden und die Strukturgene transkribieren.
• Enzyme für Laktoseabbau werden nur gebildet, wenn Laktose vorhanden ist.

Mechanismus der Substratinduktion

• Substrat (Laktose) interagiert mit dem Repressor und inaktiviert ihn.
• Dadurch wird die Blockade des Operators aufgehoben und Transkription ermöglicht.

Ausblick: Endprodukthemmung

• Im Gegensatz dazu bindet bei der Endprodukthemmung das Endprodukt an den Repressor, dieser blockiert dann den Operator.

Key Terms & Definitions

• Gen — DNA-Abschnitt mit Bauanleitung für ein Protein.
• Transkription — Umschreibung von DNA in mRNA.
• Translation — Übersetzung von mRNA in Protein an den Ribosomen.
• Operon — DNA-Abschnitt mit Promotor, Operator und Strukturgenen.
• Repressor — Regulatorprotein, das die Transkription blockieren kann.
• Substratinduktion — Genregulation, bei der das Substrat die Genexpression ermöglicht.
• Endprodukthemmung — Genregulation, bei der das Stoffwechselendprodukt die Genexpression hemmt.

Action Items / Next Steps

• Im zweiten Teil: Endprodukthemmung am Beispiel Tryptophan-Operon anschauen.