2.2.1.3.1 Negative Kontrolle am Beispiel des lac-Operons von E. coli

Aus Biostudies
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Das lac-Operon beinhaltet die Regulation der Gene für den Abbau von Lactose (Milchzucker).

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Abb. 43: lac-Operon von E. coli

lac z: Gen für Galactosidase (Enzym, welches die Spaltung der Lactose in Glucose und Galactose bewirkt); lac y: Gen für lac-Permease, ein Carrier in der Zellmembran, der schnell sehr viel Lactose in die Zelle hinein transportiert; lac a: Gen für ein Enzym, das die Lactose leicht chemisch modifiziert.

Sitzt der lac-Repressor auf dem Operator, findet keine Transkription der lac-Gene statt. Die Gene sind reprimiert[1], so lange keine Lactose in der Umgebung vorhanden ist. Der lac-Repressor ist seinerseits vom Gen lac I codiert, das zu der Regulationseinheit für das nachfolgende lac-Operon gehört und diesem unmittelbar vorausgeht.

Der Promotor der Regulationseinheit (PI) ist ein schwacher Promotor, d. h. die RNA-Polymerase paßt nur schlecht dazu, so daß nur selten Bindung der RNA-Polymerase erfolgt. Es entstehen wenige mRNA-Moleküle und dadurch werden nur wenige lac-Repressor-Moleküle gebildet (ca. 10 pro Generationszeit der E. coli-Zellen) – eines für die Bindung an den Operator (des lac-Operons), die Übrigen als Reserve. Das Operon für die Regulationseinheit benötigt deshalb keinen eigenen Operator.

Gelangt aus der Umgebung etwas Lactose durch Diffusion in die Zelle, binden diese Moleküle an die vorhandenen Repressoren (auf dem Operator und Reserve). Der Repressor-Lactose-Komplex auf dem Operator kann sich dort nicht länger halten, so daß nun die lac-Gene transkribiert und in die entsprechenden Enzyme übersetzt werden. Die lac-Gene werden induziert. Als Indikator fungiert die Lactose selbst.

Durch die gebildete Galactosidase wird nun die Lactose in Glucose und Galactose gespalten. Durch die gebildete lac-Permease wird zusätzlich gegen das Konzentrationsgefälle sehr schnell sehr viel mehr Lactose in die Zelle transportiert.

Sobald durch den Lactoseabbau wieder Repressormoleküle frei werden, setzt sich eines davon auf den Operator. Die lac-Gene sind dann wieder reprimiert.


[1]: abgeschalten