Das Nachschlagewerk für Biologie Genregulation durch Substrat-Induktion am Beispiel von Lactose (Lac-Operon) Die Substrat-Induktion basiert auf dem Operon-Modell von Jacob und Monod und setzt den entsprechenden Artikel als Grundlage voraus. Bei der Substrat-Induktion wird das benötigte Enzym während der Anwesenheit des zu verarbeitenden Substrats hergestellt. Im Folgenden wird exemplarisch die Substrat-Induktion am Modell des Lactose-Operon (lac-Operon) im Ablauf vorgestellt. Genregulation durch Endprodukt-Repression. Befindet sich bei dem Prokaryot Escherichia coli (E. coli) der Milchzucker Lactose in der Zelle, bindet dieser am Repressor, der dadurch inaktiviert wird. Damit kann die RNA Polymerase ablaufen und synthetisiert die drei Enzyme lacZ, lacY, lacA zum Abbau der Lactose. Ist allerdings keine Lactose in der Zelle bindet der Repressor am Operator und verhindert das Ablaufen der Transkription zur Synthese von lactose-abbauenden Enzymen. Aus Sicht der Zelle sorgt der Prozess der Genregulation für einen ökonomischen Umgang mit Ressourcen, denn es werden nur lactose-abbauende Enzyme gebildet, wenn sich überhaupt Lactose in der Zelle befindet.
Der Repressor bindet nun an den Operator und verhindert dadurch, dass die RNAPolymerase die Strukturgene ablesen kann. Die Enzyme, die eigentlich Tryptophan synthetisieren, werden dann nicht mehr hergestellt. Bei Eukaryoten verläuft die Genregulation etwas anders. Hier wird vor allem danach unterschieden, auf welcher Ebene die Regulation stattfindet. Schau dir zur Einführung in das Thema das passende Lernvideo von Die Merkhilfe an: Bestimmte Bereiche der DNA oder der Chromosomen können be sonders dichtverpackt werden, so dass keine Transkription stattfinden kann. Dies kann durch eine Methylierung von Cytosinbasen oder Histonschwänze geschehen. Endprodukthemmung? (Schule, Musik, Biologie). Beides verhindert die Anlagerung sogenannter Transkriptionsfaktoren (regulatorische Proteine), welche dafür zuständig sind, die Genexpression einzuleiten oder zu unterbinden. Dies tun sie, indem sie normalerweise entweder an einen Enhancer binden, der das Ausmaß der Transkription beschleunigt, oder an einen Silencer, der es verlangsamt. Auch auf der Ebene der mRNA (Regulation der Translation) kann eine Regulierung stattfinden.
30. 04. 2013 um 09:50 Uhr #254954 tino94 Schüler | Niedersachsen Hey Leute, die oben genannten Themen Substrat - Induktion und Endprodukt - Hemmung, kann mir jemand diese beiden Sachen erklären? Daaanke! 30. 2013 um 12:55 Uhr #254995 Quieki Schüler | Niedersachsen Endprodukthemmung - Wenn die Produkte in höherer Konzentration vorliegen, wirken sie als negative Effektoren, und hemmen die allosterischen Enzyme, sodass eine Überproduktion von Stoffen vermieden wird. Substratinduktion - Wenn die Substrate in hoher Konzentration vorliegen, wirken sie als positive Effektoren und beschleunigen somit ihre Umsetzung durch allosterische Enzyme. Beide Formen sind zur Regulation von allosterischen Enzymen da. 04. 05. 2013 um 16:15 Uhr #255777 was genau sind denn allosterische Enzyme? 05. 2013 um 19:43 Uhr #256064 Allosterische Enzyme sind Enzyme, die zusätzlich zum aktiven Zentrum auch noch ein regulatorisches Zentrum besitzen. Genregulation • Pro- und Eukaryoten, Operon-Modelle · [mit Video]. In das regulatorische Zentrum können sich entweder positive oder negative Effektoren binden, die beide die Konformation des Enzyms ändern, entweder so, dass das Substrat besser reinpasst, oder so, dass es schlechter reinpasst (Hemmung).
Struktur-, Regulator- und Operatorgene haben bei der Endproduktrepression prinzipiell die gleiche Funktion wie bei der Substratinduktion. Der Unterschied ist, dass der Repressor zunächst inaktiv ist. Erst durch die Verbindung mit Tryptophan wird er aktiviert und kann sich an den Operator anlagern. So hemmt er die Transkription der Strukturgene. Sinkt die Konzentration von Tryptophan in der Zelle, trennen sich Repressor und Tryptophan, die Transkription kann wieder stattfinden. Genregulation bei Eukaryoten Bei Eukaryoten kann die Genregulation auf unterschiedlichen Ebenen und auf viele Arten stattfinden. Die Genregulation dient insbesondere der Steuerung der Entwicklung einer Zelle. Hierfür ist es wichtig, dass zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Proteine hergestellt werden, die für die Entwicklung benötigt werden. Zuerst können Gene bei der Transkription des komplementären RNA-Strangs zum codogenen DNA-Strang reguliert werden. In diesem Stadium der Proteinbiosynthese beeinflussen Transkriptionfaktoren die Transkription von Genen.
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.
Daraus kann man schließen, dass die Lactose selbst die Synthese bestimmter Enzyme zu ihrem Abbau auslöst. Die Lactose wird daher auch als Induktor verstanden. Allgemein handelt es sich hierbei um eine Enzyminduktion. Der Induktor ist als ein Wirkstoff zu verstehen, der die Enzymproduktion anregt. Lactose ist als Induktor dafür verantwortlich, dass sich die Konzentration des Enzyms Lactase erhöht. Abbildung 2: Das Lac-Operon Quelle: Genregulation durch Endproduktrepression Bei der Genregulation durch Endproduktrepression aktiviert das Endprodukt einen Repressor und unterdrückt somit die Transkription der Strukturgene. Ein Beispiel für die Genregulation durch Endproduktrepression ist die Tryptophan-Synthese bei E. Die Strukturgene des Tryptophan-Operons codieren für Enzyme, die für die Synthese der Aminosäure Tryptophan notwendig sind. Je mehr Tryptophan hergestellt wird, desto stärker wird die Synthese dieser Enzyme unterdrückt, denn Tryptophan selbst aktiviert erst den Repressor. Abbildung 3: Beispiel der Endproduktrepression Quelle: Das Endprodukt der Reaktionen, Tryptophan, unterdrückt also die Synthese der Enzyme, die zu seiner Herstellung gebraucht werden.
So wird kein Lactose-abbauendes Enzym hergestellt. lac Operon ohne Lactose Lac-Operon: Lactose vorhanden Ist Lactose vorhanden, muss die Zelle das Enzym zur Spaltung herstellen. Der Repressor wird jetzt durch die Lactose inaktiviert. Das passiert, indem die Lactose an die zweite Bindestelle des Repressors bindet. Die Bindungsstelle nennst du allosterisches Zentrum. Die Bindung des Substrats führt zu einer Änderung in der Raumstruktur des Repressors. Dadurch kann er nicht mehr an die DNA binden. Die RNA-Polymerase kann den Strang ungehindert ablesen und das Lactose abbauende Enzym herstellen. Anders ausgedrückt, induziert die Lactose die Transkription des Enzyms. Daher bezeichnest du sie in diesem Fall auch als Induktor. Ist genügend Lactose abgebaut, wird der Repressor wieder aktiv und hemmt die Transkription. lac-Operon mit Lactose Tryptophan-Operon (Endproduktrepression) im Video zur Stelle im Video springen (02:38) Am Beispiel des Tryptophan-Operons (Trp-Operon) im Bakterium kannst du dir den Ablauf einer Genregulation durch Produktrepression ansehen.
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