Genregulation im Prokaryoten: Lac-Operon - Biochemie - AMBOSS Video

Summary

Das Skript behandelt die Genexpression bei Prokaryonten, insbesondere das Lac-Operon in E.-coli. Es erklärt die Bedeutung der Regulation, um Energie zu sparen und auf Umweltänderungen zu reagieren. Ohne Lactose blockiert ein Repressorprotein die Transkription, aber wenn Lactose vorhanden ist, wird es inaktiviert, was die RNA-Polymerase ermöglicht, die Gene des Lac-Operons zu transkribieren. Diese kodieren Enzyme für den Lactosestoffwechsel. Zusätzlich wird die Substratinduktion und die Rolle von cAMP und CAP bei der Anpassung an den Energiestoffwechsel beschrieben, was die schnelle Anpassung an veränderte Bedingungen erlaubt.

Takeaways

• 🌟 Prokaryoten regulieren ihre Genexpression stark, um auf Veränderungen in ihrer Umgebung zu reagieren, wie z.B. eine geänderte Nährstoffzufuhr.
• 🔬 Das Lac-Operon in E.-coli ist ein Modell für die Genregulation in prokaryotischen Zellen und zeigt die koordinierte Expression mehrerer Gene.
• 🧬 Ein Operon besteht aus einem Promotor, einem Operator und mehreren Genen, die für Proteine kodieren.
• 🔒 Ohne Lactose ist ein Repressorprotein an den lac-Operator gebunden, was die Transkription der lac-Gene verhindert.
• 🍼 Lactose in der Umgebung löst die Bindung des Repressors an den Operator aus, ermöglicht Transkription und Proteinbiosynthese.
• 📚 Die Transkription der lac-Gene erfolgt gemeinsam in einer polygenen mRNA, die dann in drei verschiedene Proteine für den Lactosestoffwechsel kodiert wird.
• 🚀 Die β-Galactosidase, Permease und Transacetylase sind die Proteine, die für den Abbau von Lactose in der Zelle verantwortlich sind.
• 🚫 Wenn nur Lactose, aber keine Glucose vorhanden ist, wird ein spezieller Mechanismus aktiviert, um die Lactose-Verwertung zu erhöhen.
• 📈 Die Konzentration von cAMP im Zellinneren steigt, wenn Glucose-Konzentrationen sinken, was die Aktivität der RNA-Polymerase erhöht und die Lactose-Verwertung anregt.
• 🔄 Die cAMP-CAP-Komplexbindung an der DNA nahe des Promotors erhöht die Aktivität der RNA-Polymerase und die Synthese der Lactosestoffwechselenzyme.
• 🌐 Die Genexpression in Bakterien wird durch Operone reguliert, wobei Mechanismen wie Aktivator- und Repressorproteine auch in Eukaryonten Verwendung finden, obwohl deren Regulation komplexer ist.

Q & A

Was ist ein Prokaryont und wie wird die Genexpression in ihnen reguliert?

Ein Prokaryont ist eine Zelle, die keine Membran umgebaute Zellkernstruktur hat, wie Bakterien. Die Genexpression wird durch Mechanismen wie das Lac-Operon in E.-coli stark reguliert, um auf Veränderungen in der Umwelt zu reagieren und die Aktivität der Genprodukte zu steuern.

Was ist das Lac-Operon und warum ist es wichtig?

Das Lac-Operon ist ein Transkriptionseinheit von Genen in E.-coli, die für die koordinierte Expression mehrerer Gene verantwortlich ist, die unter gleichen Umständen gebraucht werden. Es ist wichtig, da es als Modell für die Genregulation in prokaryotischen Zellen dient.

Was ist die Funktion des Repressorproteins im Lac-Operon?

Das Repressorprotein bindet an den lac-Operator und verhindert die Transkription der nachgeschalteten lac-Gene, wenn Lactose nicht vorhanden ist. Es wird durch das Regulatorgen lacI kodiert.

Wie wird die Aktivität des Repressorproteins beeinflusst?

Die Aktivität des Repressorproteins wird beeinflusst, wenn Lactose in Form von Allolactose gebunden wird. Dadurch wird das Protein inaktiviert, der Operator wird freigegeben und die Transkription der lac-Gene kann beginnen.

Was ist der Unterschied zwischen Promotor, Operator und den genkodierenden Teilen eines Operons?

Der Promotor ist die Stelle, an der die RNA-Polymerase bindet und die Transkription beginnt. Der Operator ist die Bindungsstelle für das Repressorprotein. Die genkodierenden Teile enthalten die DNA-Sequenzen für die Proteine, die transkribiert und übersetzt werden.

Wie wird die Substratinduktion im Lac-Operon beschrieben?

Die Substratinduktion ist der Prozess, bei dem die Transkription der lac-Gene erst nach dem Eintritt von Lactose ermöglicht wird. Dies wird durch die Inaktivierung des Repressorproteins durch Allolactose ausgelöst.

Welche Proteine werden durch die Gene des Lac-Operons kodiert?

Die Gene lacZ, lacY und lacA des Lac-Operons kodieren für β-Galactosidase, Permease und Transacetylase, die für den Lactosestoffwechsel notwendig sind.

Was ist die Rolle von Permease im Lactosestoffwechsel?

Die Permease bildet Poren in der bakteriellen Zellmembran und transportiert Lactosemoleküle in die Zelle, um den Stoffwechselprozess zu unterstützen.

Wie beeinflusst die Konzentration von Glucose die Genexpression im Lac-Operon?

In Anwesenheit von Glucose wird Lactose zwar abgebaut, aber die Expression der Lac-Enzyme ist nicht so dringend. Wenn die Glucose-Konzentration stark abnimmt, wird die cAMP-Konzentration erhöht, was die Aktivität der RNA-Polymerase steigert und die Expression der Lac-Enzyme verstärkt, um das Glucosedefizit zu kompensieren.

Was ist das catabolite Activating Protein (CAP) und wie wirkt es sich auf die Genexpression aus?

Das catabolite Activating Protein (CAP) ist ein Protein, das in Kombination mit cAMP ein Dimer bildet, das die Aktivität der RNA-Polymerase erhöht, wenn die Glucose-Konzentration niedrig ist. Dadurch wird die Expression der Lac-Enzyme verstärkt.

Wie unterscheidet sich die Genregulation in Eukaryonten von der in Prokaryonten?

Die Genregulation in Eukaryonten ist komplexer als in Prokaryonten und beinhaltet Mechanismen wie die Verwendung von Aktivator- und Repressorproteinen, aber die Grundprinzipien sind ähnlich.