Hallo und herzlich willkommen zu meinem Crash Course fürs Bio-Abi. Ihr wollt 15 Punkte in Biologie? Dann seid ihr hier genau richtig, denn bei mir lernt ihr nicht nur die wichtigsten Inhalte kennen, sondern ihr werdet eben mit mir auch durchgeführt durch bestimmte Aufgaben. Dort analysieren wir gemeinsam, wie man die doch relativ anspruchsvollen Aufgabenstellungen im Abitur bearbeitet und dann eben mit bestimmten Inhalten füllt. Das machen wir dann immer gleich am konkreten Beispiel einer bestimmten Problematik.
Damit werdet ihr wirklich... wirklich auch fit gemacht fürs Abi, ohne dass ihr jetzt unheimlich viel aushändig lernen müsst. Denn das ist das, was die meisten SchülerInnen an Biologie bemängeln, dass man da so viel aushändig lernen muss.
Das stimmt aber gar nicht. Denn ihr braucht eigentlich nur bestimmtes Basiswissen, bestimmte Konzepte verstanden haben und natürlich auch etwas Vokabular, mit dem ihr euch ausdrucken könnt. die sogenannten Keywords.
Dazu würde ich euch ganz gerne einladen. Ich empfehle euch dazu auch mein Handbuch, das ihr hier unten in der Kommentarleiste herunterladen könnt. Das ist für euch komplett kostenlos, denn da in diesem Handbuch, da habe ich für euch alle meine Tutorials aufgelistet.
und nicht nur aufgelistet, sondern auch verlinkt. Also wenn ihr dann draufklickt, springt ihr direkt in das Video im YouTube-Kanal und ich habe dort auch die wichtigsten Inhalte noch mal nach und nach verlinkt. Wie ihr damit umgehen könnt mit diesem Handbuch, da würde ich euch auch in dieser Videobeschreibung unten einen Link reinlegen und da könnt ihr dann auf ein Video klicken, wo ich euch nochmal genau erkläre, wie ihr damit arbeitet.
So, jetzt geht's doch erst mal los. Ganz viel Spaß und ab! Das heutige Thema ist die die Genregulation.
Dazu habe ich euch schon ein Video fertig gemacht, wo ihr zum Überblickswissen etwas habt, wo also alle unterschiedlichen Möglichkeiten der Genregulation, die wir hier in diesem Kanal... behandeln werden, dargestellt sind. Heute geht es um die Genregulation bei Prokaryoten. Und dazu habe ich euch ein sehr schönes Material erstellt, wo wir auch die Genregulation bei Prokaryoten nochmal besser verstehen. hat zwei Aufgabenstellungen, wie immer mit Keywords, dann bearbeitet.
In den meisten Bundesländern wird die Genregulation von Prokaryoten unterschieden in zwei Bereiche, und zwar in diese beiden Bereiche, die ihr jetzt hier sehen könnt, Substratinduktion und Endproduktrepräsion. Und dabei wollen wir jetzt mit dem ersten anfangen, und zwar mit der Substratinduktion. Für beide unterschiedlichen Möglichkeiten der Genregulation bei Prokaryoten haben wir aber die gleichen Keywords, deswegen diese jetzt hier am Anfang für alle beide. Und zwar sind das die Strukturgene, das Regulatorgen, und der Repressor und der Promoter sowie der Operator und das Gesamte nennt man dann das Operon. Und daraus hat sich auch dieser Name Operon-Modell entwickelt.
Ein weiteres Konzept, welches hier natürlich ganz, ganz wichtig ist, isst die Protein-Bioresteine Biosynthese, hier abgekürzt mit PBS, die beinhaltet Transkription und Translation. Dabei steht die Substratinduktion für eine Förderung und die Endproduktrepräsion für eine Hemmung der jeweiligen Synthese von Proteinen. Dabei wollen wir den Leitgedanken betrachten, nur die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer bestimmten Zelle benötigten Proteine. werden synthetisiert und neben keiner anderen.
Ihr seht also, das Basiskonzept Steuerung und Regelung ist hier ein ganz, ganz wichtiges Basiskonzept. Die Aufgabenstellung, die wir betrachten wollen, heißt, analysieren Sie das Material, um die Substratinduktion zu erläutern. Wir sehen, es sind zwei unterschiedliche Abbildungen, die sich aber sehr, sehr stark ähneln.
Und bei der ersten ist Laktose nicht vorhanden und bei der zweiten ist sie vorhanden. Wie gehen wir jetzt dabei vor? Natürlich zuerst wieder die Aufgabenstellung wirklich genau lesen, die Operatoren klären, dann innerhalb des Materials die Reihenfolge und die Keywords erkennen und aus dem, was wir dort sehen, das Schlussfolgerungen ziehen, auf Bekanntes schließen, versuchen zu überlegen, welche Konzepte kommen hier für mich jetzt bekannt vor.
Wir haben hier zwei Operatoren, einmal analysieren. Beim Analysieren müssen wir wichtige Eigenschaften oder Zusammenhänge herausarbeiten. Und beim Erläutern müssen wir diesen Sachverhalt, den wir dort herausgearbeitet haben, veranschaulichen, darstellen und durch zusätzliche Informationen verständlich machen. Am Beispiel unseres Materials müssen wir also jetzt hier eine logische Folge erkennen und dann darstellen und natürlich die im Material gegebene Informationen nutzen.
Gut, jetzt schauen wir uns mal das Material genau an. Wir lesen ja in der Regel von links nach rechts und können uns natürlich auch anhand der Pfeile hier... orientieren. Deshalb fangen wir jetzt hier oben an.
Das Regulatorgen ist natürlich verantwortlich dafür, dass in der Protein-Biosynthese ein Repressor entsteht durch Transkription und Translation, denn dieser Repressor ist ja auch eine Polypeptidkette bzw. ein Protein. Und der ist hier beschriftet mit aktiv.
Und da sehen wir schon, wenn dieser Repressor jetzt hier Bindet an diesen Operator passiert etwas und zwar kann dann nämlich diese RNA-Polymerase sich nur bis zu diesem Operator bewegen. Und hier sehen wir diesen roten Block. Da können wir also daraus schlussfolgern, dass die RNA-Polymerase hier eben nicht weiter bewegen kann, um dadurch auch diese Strukturgene XYZ eben nicht mehr ablesen kann. Die einzelnen Begriffe, die wir jetzt gerade eher schon als Keywords erkannt hatten, könnten wir jetzt hier nochmal für uns gedanklich zuordnen oder unterstreichen oder markieren, wie ihr immer auch das macht, und dann für die Antwort nutzen. Das Regulatorgen liefert die Informationen zur Herstellung eines aktiven Repressors.
Dieser bindet an den Operator. Dadurch kann RNA-Polymerase die an den Promoter gebunden hat, die Strukturgene des Operons nicht ablesen. Und wir ziehen ein Fazit.
Bei Abwesenheit von Laktose wird keine mRNA gebildet und so auch keine Enzyme, die Laktose abbauen. Das Fazit müsst ihr nicht unbedingt hinschreiben, das habe ich jetzt nur für euch nochmal mitgenannt. Der zweite Bestandteil des Materials. Wir sehen in der Legende, aha, Laktose ist vorhanden und sie ist ja auch hier abgebildet. Diese Laktose, sehen wir, bindet in den Repressor.
Der verändert dadurch seine Struktur. Schaut mal, das sieht man hier sehr schön. Und kann natürlich dementsprechend nicht mehr den Operator binden. Das Schlüssel-Schutz-Prinzip ist nicht mehr erfüllt.
Die RNA-Polymerase. kann nun die Strukturgene ablesen, die dann Laktose nach und nach schrittweise verarbeiten zu bestimmten Abbauprodukten. Das heißt, Laktose ist das Substrat und das Substrat ist gleichzeitig ein sogenannter Induktor, der also induziert, dass der Repressor inaktiv wird. Die Laktose bindet an den aktiven Repressor. Dieser ändert dadurch seine Form und löst sich vom Operator.
bzw. kann gar nicht erst binden. Nun kann RNA-Polymerase, nachdem sie an den Promoter gebunden hat, die Strukturgene ablesen.
Es wird eine mRNA transkribiert, an der drei Enzyme translatiert werden. Diese katalysieren den Abbau des Sybstraten. Und hier auch nochmal ein Fazit. Laktose reguliert als Induktor die Synthese der für den Abbau benötigten Enzyme.
Vielleicht noch ein kurzer Hinweis zu diesem Beispiel, was wir jetzt hier haben mit dem Laktoseabbau. Abbau bei Escherichia coli ist das ein Bakterium. Und dieses lebt eigentlich von Glucose, kann aber eben, wenn Laktose da ist und keine Glucose, diese ebenfalls abbauen. Und der Sinn dieser ganzen Sache für dieses Bakterium ist eben, dass es nur dann, wenn Glucose nicht da ist und Laktose im Überfluss vorhanden ist, jetzt auch diese Laktose nur dann abgebaut wird und die dafür benötigt wird. benötigten Enzyme eben auch nur gebildet werden, Ressourcenschonung, Energieschonung für das Bakterium, wenn sie eben gebraucht werden.
Steuerung und Regelung, Stoff- und Energiewechsel hier in einem Gesamtkonzept verstanden. Den ersten Teil haben wir hinter uns, jetzt die sogenannte Endprodukt-Repression. Und auch hier haben wir wieder eine Aufgabenstellung, und zwar analysieren Sie das Material um die Steuerung der Bildung von Tryptophan durch Endprodukt-Repressionen zu erläutern. Das Material habe ich euch jetzt hier mal dargestellt, sodass es Schritt für Schritt für euch mal entsteht, um euch auch die Reihenfolge dadurch klarer zu machen. Das müsstet ihr natürlich dann in einem solchen Material selbstständig erkennen.
Wir haben wieder ein Regulatorgen, welches ja für die Informationen des Repressors kodiert. Wir haben wieder das gleiche Operon, also den Promoter, den Operator und die Strukturgene, die dann von der RNA-Polymerase abgelesen werden können oder eben nicht. Als Ergebnis sehen wir hier, dass an den Ribosomen eine mRNA entsteht, die genutzt wird, um im anschließenden Prozess Prozess der Translation, drei verschiedene Proteine herzustellen, welche bestimmte Ausgangsstoffe zu einem Endprodukt umsetzen.
Unsere Aufgabenstellung heißt ja, analysieren Sie das Material, um die Steuerung der Bildung von Tryptophan durch Endproduktrepräsion zu erläutern. Das haben wir jetzt hier schon gesehen, dass das Tryptophan jetzt hier also gebildet wurde. Wir sollen aber die Steuerung erläutern.
Ja, und... Wir sehen schon an der Abbildung, hier spielt jetzt eben Tryptophan eine wichtige Rolle. Ich sage jetzt dazu erstmal nichts. Nochmal ganz kurz zum Verständnis.
Bei der Endprodukt-Repression, das Regulatorgen, genauso wie eben schon, bildet die genetische Grundlage für die Bildung des Repressors, der hier inaktiv ist. Wir sehen auch schon, das Schlüssel-Schloss-Prinzip würde hier auch nicht funktionieren. Die RNA-Polymerase kann ganz normal arbeiten, wird nicht gehindert. Und die Struktur-Gene können abgelesen werden.
Es entsteht eine mRNA. Diese mRNA wird dann translatiert in drei unterschiedliche Proteine. Und diese Proteine können dann diese Ausgangsstoffe umsetzen zu Tryptophan. Das Regulator Gen kodiert für die Synthese eines Repressors, der bei Abwesenheit von Tryptophan inaktiv ist.
So kann die RNA-Polymerase am Promotor binden und die Struktur-Gene XYZ abschreiben. Die so transkribierte mRNA wird an den Ribosomen in drei Enzyme translatiert. Diese sind für die Reaktionen der Ausgangsstoffe zum Tryptophan verantwortlich. Die zweite Abbildung innerhalb dieses Materials.
Jetzt ist Tryptophan vorhanden. Das kann nun also binden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Damit verändert sich die Struktur des Repressors. Er wird aktiv, bindet an den Operator und verhindert damit, dass die RNA-Polymerase hier an die Struktur-Gene gelangt. Somit können diese also...
nicht transkribiert werden und es entsteht in der logischen Folge auch kein weiteres Tryptophan. Hierbei sind jetzt wieder zwei Begriffe recht interessant für uns. Wir können also Tryptophan auch als sogenannten Co-Repressor bezeichnen. Co- zusammen, Repressor, also mit dem Repressor gemeinsam wird Tryptophan dann auch zu einem Repressor. Und wie wir gesehen haben in der Folge ist eben Tryptophan das Endprodukt.
dieser enzymatischen Reaktion, diesen Begriff Endprodukt, den haben wir ja auch schon in der Überschrift Endprodukt Repression und können diesen also auch hiermit nutzen. Wir können also dann weiter formulieren, ist viel. viel Tryptophan gebildet worden, also eine hohe Endproduktkonzentration, binden diese Moleküle an den inaktiven Repressor.
Dieser verändert dadurch seine Struktur und wird aktiviert. Der Repressor bindet an den Operator und verhindert die Aktivität der RNA-Polymerase. Es Es kommt nicht zur Transkription und somit auch nicht zur Bildung der für die Synthese von Tryptophan notwendigen Enzyme.
Die Menge an Tryptophan nimmt wahrscheinlich im Laufe der Zeit wieder ab. Wir sollen ja die Steuerung und Regelung hier darstellen und deshalb noch ein abschließender Satz. So steuert Tryptophan seine eigene Bildung durch negative Rückkopplung. Den zweiten Teil haben wir jetzt auch dargestellt. Damit sind wir mit der Genregulation bei Prokaryoten fertig.
Fertig. Ich hoffe, ihr habt wieder etwas gelernt. Es hat euch ein bisschen Spaß gemacht, mit dem Material zu arbeiten und seid auch etwas vorwärtsgekommen in dem Verständnis mit der Arbeit von Material. Und wenn euch das gefallen hat, was ich hier mache, dann wäre es ja schön, wenn ihr mir ein Abo schenkt. Und ansonsten sehen wir uns sicherlich bald wieder, wenn ihr dann für die nächste Klausur oder dann für das Abitur lernt.
Dazu wünsche ich euch ganz viel Erfolg. Ganz liebe Grüße. Tschüss, euer Exi. Untertitelung des ZDF für funk, 2017