Genregulation bei ProkaryotenPrsentation von Annika Stiefler und Alec Schulze-Eckel

EinstiegGenregulation= Energie sparen Genregulation= SelektionsvorteilReaktion auf UmwelteinflsseBakterien stellen lebenswichtige Aminosuren selber her, falls nicht in Umwelt vorhanden

Unser Beispiel E.Coli ZelleAminosure: Tryptophan (=trp)

EndprodukthemmungEnzyme werden speziell fr Herstellung von Aminosuren gebildetWenn genug Aminosuren vorhanden sind, hemmen sie die Produktion der Enzyme

Das Operon-KonzeptEnzyme bilden Aminosuren5 Enzyme bentigtDie 5 Gene der Enzyme werden in einer Transkriptionseinheit zusammen gefasstDurch Transkription: Ein einzelnes mRNA-Molekl Durch Translation: 5 einzelne PolypeptidePolypeptide bilden Enzyme

Grundzustandtrp-Operator: kontrolliert Zugang der RNA-Polymerase zu offenem LeserasterPromotor + Operator + Offenes Leseraster = trp-Operon

Gesperrter Zustandtrp-Repressor: verhindert Zugang der RNA-Polymerase zum PromotorRegulatorgen (trpR) : codiert den Repressor und liegt auerhalb des OperonsCo-Repressor= Tryptophan (Endprodukthemmung!)

Induzierbares Operon

Unser BeispielE.coli kann Lactose (lac) als Nahrung nutzenBentigt zur Verarbeitung zwei Enzyme-Galactosidase (Spaltet die Lactose)Permease (Transportiert die Lactose in die Zelle-Galactosidase + Permease + Promotor+ Operator = lac-Operon (Transkriptionseinheit)

Zustand ohne LactoseWenn keine Lactose vorhanden, lac-Operon wird nicht transkribiert Der Repressor ist aktiv

Zustand mit LactoseRepressor wird durch Induktor deaktiviert Induktor = AllolactoseAllolactose wird in geringen Mengen aus Lactose gebildet

Wachstum einer E.-coli-Kultur

Der Nhrboden enthlt Glucose und Lactose.

Galactosidase ist ein Enzym, das am Lactoseabbau beteiligt ist.

Glucose und Lactose

Diauxie (von griechisch di auxano = zwei vermehre, zwei wachse) ist eine Eigenschaft von Mikroorganismen (z.B. Colibakterien), die mehrere Substrate (z.B. Zuckerarten Glucose, Lactose) verwerten knnen. Eine Zelle alleine ist meist nicht in der Lage, verschiedene verfgbare Kohlenstoff-Quellen gleichzeitig zu verwerten, deshalb wird zuerst der eine Stoff abgebaut. Dabei bleibt der Metabolismus fr den Abbau des zweiten solange ausgeschaltet, bis der erste gnzlich verbraucht ist. Das Phnomen der Diauxie ist vor allem dadurch charakterisiert, dass nach dem Abbau des ersten Nhrstoffes eine gewisse Zeit vergeht, bis der Metabolismus des zweiten beginnt. Daraus folgt ein kurzer Wachstumsstillstand, den man Lag-Phase nennt. Auf physiologischer Ebene unterliegt das Phnomen der Diauxie der Katabolitrepression: dasjenige Substrat, das schnelleres Wachstum ermglicht, bewirkt eine Repression der Bildung derjenigen Enzyme, die zum Abbau des zweiten Substrats bentigt werden. Die Glucose abbauenden Enzyme bei Colibakterien werden stndig produziert und unterliegen nicht der Substratinduktion. Deshalb erfolgt in den meisten Fllen das Wachstum auf Glucose schneller als auf anderen Zuckern (Glucose-Effekt). Auf genetischer Ebene liegt der Diauxie sowohl eine negative als auch eine positive Kontrolle zugrunde. In diesem Zusammenhang wurde das Lactose-Operon sehr ausfhrlich beschrieben.Lactose statt Glucose als Substrat fhrt bei E. coli in etwa zu einer Verdopplung der Teilungszeit. Das durch Lactose ermglichte Wachstum ist somit deutlich langsamer. http://de.wikipedia.org/wiki/Diauxie

Positive Regulation des lac-OperonGlucose ist die bevorzugte Nahrung der ZelleCAP ist inaktivRNA-Polymerase bindet nicht an Promotor obwohl der Operator frei ist

Positive Regulation des lac-OperonGlucosemangel, Lactose vorhandencAMP bindet an CAP und aktiviert esCAP bindet an CAP BindestelleRNA-Polymerase transkribiert

Vielen Dank fr Eure Aufmerksamkeit!