Genregulation bei Prokaryoten

Bei Prokaryoten findet die Genregulation mithilfe des Operon-Modells statt.

Hintergrund

Wenn Gene 24/7 aktiviert sind und abgelesen werden, dann bildet das Bakterium einen Haufen an Stoffen und Proteinen, die es nicht rund um die Uhr braucht.

Das ist sehr unpraktisch, denn die Proteinsynthese kostet eine Menge Energie. Deshalb wird die Ausprägung der Gene reguliert. Das nennt man Genregulation.

Das Operon-Modell

Die Forscher François Jacob und Jacques Monod fanden heraus, dass diese Genregulation bei Prokaryoten einem bestimmten Mechanismus folgt.

Daraus bildeten sie ein Modell, das man auch das Jacob-Monod-Modell oder auch Operon-Modell nennt.

Aufbau

Dieses Modell besagt, dass ein prokaryotisches Gen aus folgenden Einheiten besteht:

Ablauf

Die Genregulation läuft nach zwei verschiedenen Formen ab.

Substratinduktion am Beispiel Lactose

Bei der Substratinduktion wird die Polymerase zu Beginn durch einen aktiven Repressor blockiert und die Gene werden nicht abgelesen. Dieser Repressor wurde zuvor durch das Regulatorgen gebildet. Gelangt ein Substrat in die Umgebung passiert folgendes:

• Das Substrat bindet an den aktiven Repressor
• Die Stelle an die die Lactose bindet ist das allosterische Zentrum
• Der Repressor löst sich und verändert seine Form (Konformationsänderung), er wird also deaktiviert
• Die Polymerase kann dann die Gene ablesen und die Proteine bilden

Endproduktrepression am Beispiel Tryptophan

Bei der Endproduktrepression blockiert das Endprodukt die weitere Bildung der Proteine. Das passiert ab einer bestimmten Konzentration, also, wenn genug davon gebildet wurde. Es passiert also genau das Gegenteil als bei der Substratinduktion. Das läuft so:

• Das Regulatorgen produziert einen inaktiven Repressor
• Die Polymerase kann die Strukturegene also in Ruhe ablesen
• Die Konzentration des Proteins steigt
• Irgendwann bindet ein Protein an den inaktiven Repressor und aktiviert ihn
• Der Repressor verändert seine Form (Konformationsänderung) und bindet an den Operator und blockiert ihn
• Die Stukturgene können nicht mehr abgelesen werden

Erfolgsrezept

Bakterien sind sehr erfolgreiche Organismen. Sie sind sehr überlebensfähig und fast überall zu finden. Sei es am tiefsten Punkt des Ozeans oder in im Eis in der Antarktis.

Ein Schlüssel dafür ist die Genregulation. Sie ermöglicht die schnelle Anpassung an extreme Umweltbedingungen.