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Das Operonmodell

nach Jacob und Monod ...

Prokaryotische Zellen müssen für einen ökologischen Umgang mit Energie die Möglichkeit haben, die Proteinbiosynthese zu steuern. Ansonsten würden entweder zu viele, oder zu wenige Proteine gebildet.
Jacob (*1920) und Monod (1910-1976) forschten mit E. coli Bakterien und stießen auf die Genregulation durch Substrat-Induktion und Endprodukt-Repression.
Bevor es ins Detail geht, müssen aber erst ein paar Begrifflichkeiten geklärt werden:

Das Operon ist ein DNA Abschnitt, den die RNA Polymerase bei der Transkription als Startpunkt nutzt. Promoter, Operator und Strukturgene bilden diesen Sektor:

Promoter: Dient als Ansatzstelle und Startpunkt für die RNA Polymerase
Operator: An dieser Stelle dockt der Repressor bzw. Aktivator an
Strukturgene: enthalten die Informationen, welche Proteine syntethisiert werden sollen

Solange kein Repressor am Operator sitzt läuft die RNA Polymerase inklusive der damit verbundenen Transkription reibungslos ab. Die Strukturgene werden abgelesen und neue Proteine werden syntethisiert.
Bindet nun ein Repressor am Operator verändert er dessen Struktur und verhindert, dass die RNA Polymerase ablaufen kann. Somit wird die Transkription gestoppt -> Die Proteinbiosynthese kommt zum erliegen.
Dieses Schema funktioniert auch umgekehrt, also mit Aktivatoren, die am Operator andocken und damit die Transkription durch die RNA Polymerase erst ermöglichen.

Bei dem Operonmodell kann zwischen zwei verschiedenen Möglichkeiten der Genregulation unterschieden werden. Die "Substratinduktion" stellt das Enzym während der Anwesenheit des zu verarbeitenden Substrats her. Ein Beispiel für Substratinduktion bietet das Lactose-Operon bei E. coli. Im Gegensatz dazu steht die zweite Möglichkeit der Genregulation, die "Endprodukthemmung". Hierbei existiert zunächst ein inaktiver Repressor, bis ein Übermaß des Stoffwechselprodukts entsteht. An diesem Punkt aktiviert sich der Repressor und das betreffende Enzym wird nicht mehr weiter exprimiert.

Zusammenfassung

  • Mithilfe des Operons lässt sich die Transkription von Genen an- und abschalten.
  • Die Genregulation kann je nach Operon durch Substrat-Induktion als auch Endprodukt-Repression ablaufen.