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16.2C: Das lac-Operon: Ein Induktor-Operon - Biologie

16.2C: Das lac-Operon: Ein Induktor-Operon - Biologie


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Das lac-Operon ist ein induzierbares Operon, das Laktose als Energiequelle nutzt und aktiviert wird, wenn Glukose niedrig ist und Laktose vorhanden ist.

Lernziele

  • Beschreiben Sie die Komponenten des lac-Operons und ihre Rolle in seiner Funktion

Wichtige Punkte

  • Das lac-Operon enthält einen Operator, einen Promotor und Strukturgene, die zusammen transkribiert werden und unter der Kontrolle des Katabolit-Aktivatorproteins (CAP) oder Repressors stehen.
  • Das lac-Operon wird nicht aktiviert und die Transkription bleibt ausgeschaltet, wenn der Glukosespiegel niedrig oder nicht vorhanden ist, aber Laktose fehlt.
  • Das lac-Operon kodiert für die Gene, die benötigt werden, um Laktose als Energiequelle zu nutzen.

Schlüsselbegriffe

  • Operator: ein DNA-Segment, an das ein Transkriptionsfaktorprotein bindet
  • Unterdrücker: jedes Protein, das an DNA bindet und somit die Expression von Genen reguliert, indem es die Transkriptionsrate verringert

Das lac-Operon: Ein Induktor-Operon

Ein Haupttyp der Genregulation, der in prokaryotischen Zellen auftritt, nutzt und tritt durch induzierbare Operons auf. Induzierbare Operons haben Proteine, die binden können, um die Transkription abhängig von der lokalen Umgebung und den Bedürfnissen der Zelle entweder zu aktivieren oder zu unterdrücken. Das lac-Operon ist ein typisches induzierbares Operon. Wie zuvor erwähnt, E coli ist in der Lage, bei niedrigen Glukosekonzentrationen andere Zucker als Energiequelle zu nutzen. Dabei dient der cAMP-CAP-Proteinkomplex als positiver Regulator zur Induktion der Transkription. Eine solche Zuckerquelle ist Laktose. Das lac-Operon kodiert die Gene, die notwendig sind, um die Lactose aus der lokalen Umgebung zu erwerben und zu verarbeiten, einschließlich der Strukturgene lacZ, lacY und lacA. lacZ kodiert für β-Galactosidase (LacZ), ein intrazelluläres Enzym, das das Disaccharid Lactose in Glucose und Galactose spaltet. Spitzen kodiert für β-Galactosid-Permease (LacY), ein membrangebundenes Transportprotein, das Laktose in die Zelle pumpt. lacA kodiert für β-Galactosid-Transacetylase (LacA), ein Enzym, das eine Acetylgruppe von Acetyl-CoA auf β-Galactoside überträgt. Nur lacZ und lacY scheinen für den Laktoseabbau notwendig zu sein.

CAP bindet an die Operatorsequenz stromaufwärts des Promotors, der die Transkription des lac-Operons initiiert. Die lac operon verwendet einen zweiteiligen Kontrollmechanismus, um sicherzustellen, dass die Zelle nur bei Bedarf Energie für die Produktion von β-Galactosidase, β-Galactosid-Permease und Thiogalactosid-Transacetylase (auch bekannt als Galactosid-O-Acetyltransferase) aufwendet. Damit das lac-Operon aktiviert werden kann, müssen jedoch zwei Bedingungen erfüllt sein. Erstens muss der Glukosespiegel sehr niedrig oder nicht vorhanden sein. Zweitens muss Laktose vorhanden sein. Wenn Glukose fehlt, kann CAP an die Operatorsequenz binden, um die Transkription zu aktivieren. Fehlt Laktose, bindet der Repressor an den Operator, um die Transkription zu verhindern. Wenn eine dieser Anforderungen erfüllt ist, bleibt die Transkription deaktiviert. Die Zelle kann Laktose als Energiequelle nutzen, indem sie das Enzym β-Galactosidase produziert, um diese Laktose in Glukose und Galaktose zu verdauen. Nur wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird das lac-Operon transkribiert, beispielsweise wenn Glucose fehlt und Lactose vorhanden ist. Dieser Prozess ist vorteilhaft und für die Zelle am sinnvollsten, da es energetisch verschwenderisch wäre, die Proteine ​​​​zur Herstellung von Laktose zu produzieren, wenn Glukose reichlich vorhanden wäre oder Laktose nicht verfügbar wäre.