Regulierung der Gentätigkeit < Biologie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 20:15 Mi 24.08.2005 | | Autor: | Hausboot |
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Hi ihr, hätte eine gr. Bitte an euch: Könntet ihr meine Bio Ha zum Thema Lactose Umwandlung in Glucose (e.coli Bakterien Versuch etc.) lesen? Bin mir total unsicher ob das richtig ist.
DANKE!!
Text:
Regulationen der Gentätigkeit bei Bakterien
Die Hauptnahrung von Bakterien ist Glucose, welche ideale Voraussetzungen für eine schnellstmögliche Vermehrung darstellt. Auch Lactose (Milchzucker) kann als Nahrungsmittel dienen, ist jedoch längst nicht so effektiv wie Glucose. Aus diesem Grund wird Lactose in den Zellen der Bakterien in Glucose umgewandelt und schließlich verbraucht. Dieser Prozess kann jedoch nicht unentwegt stattfinden, da ansonsten viel zu viel Glucose synthetisiert werden würde und dies ökonomisch nicht sinnvoll wäre und zudem für die Zellen einen unnötigen Energieaufwand darstellt. Es muss also einen Mechanismus geben, der die Gentätigkeit reguliert: das Operon-Modell.
Ein Operon ist eine Gruppe von zusammengehörigen Genen, die sich aus mehreren benachbarten DNA-Abschnitten zusammensetzt. Zunächst gehört hierzu der Promoter, welcher als Erkennungsregion dient, an die sich das Enzym RNA-Polymerase bindet, welches die m-RNA synthetisiert. Neben dem Promotor befindet sich der Operator, welcher wiederum eine Bindungsstelle für den Repressor bietet. Ein Repressor ist ein spezifisches Protein. Im Falle einer Anlagerung des Repressors an die Bindungsstelle des Operators, wird die Transkription der folgenden Anschnitte verhindert, da die RNA-Polymerase nicht weiterwandern kann. Neben dem Operator befinden sich die sogenannten Strukturgene, die stets nur zusammen gelesen werden können. Ist der Operator nicht blockiert, so können die Strukturgene durch Proteinsynthese in Enzyme umgewandelt werden.
Übertragen auf den Versuch mit der e-coli Bakterienpopulation bedeutet dies also folgendes: Zunächst steigt das Wachstum linear an, da ausreichend Glucose im Medium vorhanden ist. Ist die Glucose aufgebraucht und nur noch die Lactose vorhanden, so kommt es zu einem Wachstumsstillstand. Dieser ist dadurch zu erklären, dass die Lactose erst in Glucose umgewandelt werden muss, was durch Bildung von Lactose-Abbau-Enzymen hervorgerufen wird. Diesen Vorgang bezeichnet man als Enzyminduktion. An den Operator ist zunächst ein Repressor gebunden. Durch Reaktion mit Lactose wird dieser jedoch inaktiv, die RNA - Polymerase kann zu den Genen weiterwandern, durch Proteinsynthese entstehen die Lactose - Abbauenzyme und die Lactose wird abgebaut. Nachdem die Lactose abgebaut ist, werden keine Enzyme mehr benötigt, a ausreichend vom Endprodukt (Glucose) vorhanden ist; der Repressor bindet also wieder an den Operator.
(Die Enzyminduktion kommt hauptsächlich bei katabolen Stoffwechselvorgängen vor, d.h. bei abbauenden Stoffwechselvorgängen.)
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 18:26 Sa 27.08.2005 | | Autor: | Josef |
Hallo Hausboot,
du kannst folgenden Text lesen und mit deinem vergleichen:
3. Regulierung der Gentätigkeit bei Bakterien (Abb. 2 und 3.)
Wie werden die zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zelle aktiven Gene in Tätigkeit gesetzt? Diese Frage wurde zunächst beim Bakterium Escherichia coli untersucht. Enzyme, die den Abbau des Milchzuckers (Lactose) bei E. coli einleiten, werden nur gebildet, wenn Lactose im Nährmedium vorhanden ist. Der Zucker veranlasst demnach die Bildung der Enzyme für seinen Abbau. Man nennt diesen Vorgang Induktion der Enzymsynthese und bezeichnet die Lactose als Induktor. Einige Mutanten von E. coli bilden aber auch dann Lactose abbauende Enzyme, wenn gar keine Lactose vorhanden ist. Außerdem gibt es Mutanten, die selbst bei Anwesenheit von Lactose keine abbauenden Enzyme bilden können, obwohl die Gene für die abbauenden Enzyme nachweislich nicht mutiert sind. Da das Fehlen der Regulation der Enzymtätigkeit erblich ist, muss es neben den Genen für die Synthese der Enzyme noch besondere Gene geben, die für die Regulierung der Aktivität dieser EnzymGene verantwortlich sind
Für die Substratinduktion zum Lactoseabbau sind zwei Proteine notwendig. Eines davon steuert den Transport (Permeation) von Lactose aus dem Medium ins Zellinnere; es wird als Permease bezeichnet. Das andere katalysiert in der Zelle die Spaltung von Milchzucker in α-Glucose und ß-Galaktose, es heißt ß-Galaktosidase. Die beiden Enzyme werden entsprechend der Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese jeweils durch ein Gen codiert. Die Genkartierung zeigt, dass beide Gene auf dem Escherichia coli - Chromosom unmittelbar nebeneinander liegen. Sie werden als Struktur Gene bezeichnet.
Die beiden Enzyme werden immer im gleichen Mengenverhältnis zueinander und stets gemeinsam gebildet. Dies bedeutet, dass die Synthese beider zusammenhängen muss und dass die beiden nebeneinander liegenden für ihre Synthese zuständigen Gene zusammen abgelesen werden; bei der Transkription entsteht eine einzige mRNA. Die Ablesung der Struktur Gene wird von dem Protein eines weiteren Gens, dem Regulator-Gen, gesteuert. Dieses Protein hemmt die Ablesung der Struktur-Gene und wird Repressor genannt. Der Lactose-Repressor wirkt nur auf die Gene der Lactose-Enzyme hemmend. Es muss also eine Struktur im Bereich der den Lactoseabbau steuernden Gene geben, die mit der spezifischen Struktur des Repressor-Proteins in Wechselwirkung tritt. Dieses DNA-Stück wird als Operator bezeichnet.
Die RNA-Synthese an der DNA beginnt mit der Anlagerung des erforderlichen Enzyms RNA-Polymerase. Sie findet an einem weiteren kurzen DNA-Abschnitt statt, der Polymerase-Bindungsstelle oder Promotor heißt. Der Promotor-Bereich liegt unmittelbar vor dem Operator. Wenn sich ein Repressor-Molekül an den Operator anlagert, kann die RNAPolymerase nicht an den Promotor gebunden werden. Damit unterbleibt die Synthese der mRNA an den Struktur-Genen.
Ist in der Umgebung der Zelle viel Lactose vorhanden, so gelangen auch einige LactoseMoleküle in die Zelle. Diese verändern die Raumstruktur des Repressors, so dass er mit dem Operator nicht mehr in Wechselwirkung treten kann. Die Blockierung des Operators wird dadurch aufgehoben, die Synthese von mRNA beginnt, und die Enzyme Permease und Galaktosidase können synthetisiert werden. Die Funktionseinheit von Promoter, Operator und Struktur-Genen nennt man Operon.
Wenn das Substrat eines Enzyms des Operons die Gen Aktivität und damit die Enzymsynthese auslöst, spricht man auch von Substratinduktion. Die Steuerung der GenAktivität durch Induktion findet man vor allem bei der Synthese von Enzymen für abbauende Stoffwechselreaktionen.
Aber auch der umgekehrte Vorgang der Regulation der Gen-Aktivität ist bekannt. E. coli kann z. B. die Aminosäure Histidin selbst synthetisieren. Fügt man aber reichlich Histidin zur Nährlösung hinzu, so nimmt die Menge der an der Histidin-Synthese beteiligten Enzyme in den Bakterien rasch ab, weil die Synthese dieser Enzyme gehemmt wird und die bereits gebildeten Enzyme in den Bakterien fortlaufend wieder abgebaut werden. Schließlich wird in den Bakterien kein Histidin mehr gebildet. Man nennt diese Erscheinung Enzym-Repression oder Endprodukt-Repression, weil das Endprodukt der Reaktions-Kette die weitere EnzymSynthese hemmt. Im Falle der Repression der Histidin synthetisierenden Enzyme liegt das vom RegulatorGen gebildete Repressor-Protein zunächst inaktiv vor. Durch Bindung von Histidin wird das Repressor-Protein aktiviert, lagert sich an den Operator des HistidinOperons an und verhindert so die weitere Transkription der Struktur-Gene des Operons. Weil das Histidin die Enzymbildung durch seine Bindung an den Repressor unterdrückt, ist es ein Korepressor
Die Fähigkeit zur Regulation der Gen- Tätigkeit ist für den Organismus sehr wichtig. Sie verhindert unnötigen Energieaufwand und überflüssige Synthesen. Enzyme werden erst dann gebildet, wenn ihr Substrat vorliegt (Substrat Induktion), und Synthesen hören auf, wenn der produzierte Stoff in genügender Menge gebildet ist (Endprodukt-Repression).
Die geschilderten Vorstellungen über die Regulierung der Gen- Aktivität bei Bakterien gehen auf JACOB und MONOD zurück (JACOB-MONOD-Modell).
Fundstelle:
![[]](/images/popup.gif) http://www.vobs.at/borg-goetzis-klasse/matura/biologie_3sa.htm
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