Die negative Kontrolle des Operons

Worum gehts?

 

Erläutert werden die Standardbeispiele für die negative Kontrolle des Operons. In beiden Fällen unterdrückt das Regulatorprotein die Proteinsynthese. Der Unterschied besteht in der Wirkung des Effektors. Welchen Einfluss der Effektor auf die Proteinsynthese hat, wird hier gezeigt.

 

Das Lactose – Operon (lac - Operon) als Beispiel für Enzyminduktion – (Subtratinduktion)

Normalerweise ernährt sich E. coli von Glucose. Die für den Glucoseabbau notwendigen Enzyme sind in der Zelle ständig vorhanden. Geht die Glucose aus, kann E. coli sich auch von Lactose ernähren, wenn vorhanden. Die dafür notwendigen Enzyme müssen dann neu synthetisiert werden.

Die Bereitstellung der Enzyme reguliert das Lactose – Operon. Insgesamt 3 Gene werden durch das Lactose – Operon kontrolliert, darunter auch das Gen für das Enzym Beta-Galactosidase

Galactosidase spaltet Lactose in Glucose und Galactose. Solange der Zelle keine Lactose angeboten wird, verhindert der Repressor die Transkription des Operons. Gelangt nun Lactose in die Zelle, dann lagert sie sich als Effektor an den Repressor an, der dadurch den Operator freigibt. Die Translation kann beginnen. 

 

Das „ausgeschaltete“ Operon wird „eingeschaltet“.

  • R=Regulator-Gen
  • P=Promotor
  • O=Operatorgen
  • SG=Strukturgene
  • Re=Repressor

Einsatz: kataboler Stoffwechsel

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Das Tryptophan – Operon als Beispiel für Enzymrepression (Substratrepression)

Die Enzymrepression der Tryptophansynthese bei E. coli ist gut bekannt. Die  dafür notwendigen Enzyme werden von den gemeinsam kontrollieren fünf Strukturgenen abgelesen.

Ist die Konzentration an Tryptophan in der Zelle gering, werden fortlaufend Enzyme synthetisiert, die dann schrittweise aus einem Substrat über fünf Zwischenschritte Tryptophan synthetisieren. Steigt die Konzentration jedoch über ein bestimmtes Niveau, dann verbindet sich Tryptophan als Effektor mit dem Repressor, der zuvor vom Regulatorgen abgelesen wurde, aber inaktiv ist.

Durch die Repressor-Effektor-Wechselwirkung kann sich der nun „aktive“ Repressor am Operator anlagern. Die Genexpression ist blockiert, die Synthese kommt zum Erliegen. Die notwendigen Enzyme werden nicht mehr bereitgestellt.

 

Das „eingeschaltete“ Operon wird „ausgeschaltet“.

  • R=Regulator-Gen
  • P=Promotor
  • O=Operatorgen
  • SG=Strukturgene
  • Re=Repressor

Einsatz: anaboler Stoffwechsel (Synthese)

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