Hier findest du alles zur Genregulation bei Prokaryoten und Eukaryoten. Auch eine Erklärung zu den beiden wichtigen Operonmodellen (lac-Operon und trp-Operon) erklären wir dir im Beitrag und auch in unserem Video !
Die Genregulation ist für die Steuerung der Genaktivität verantwortlich. Sie bestimmt also, ob ein Gen abgelesen wird und letztendlich Proteine produziert werden.
Als Startsignal für die Genregulation dienen sogenannte Promotoren. Dabei handelt es sich um kurze Abschnitte auf der DNA , die die Genexpression (u. a. Transkription, Translation) einleiten.
In all deinen Körperzellen hast du die gleiche genetische Ausstattung, trotzdem haben sie sehr verschiedene Funktionen. Um ihre ganz spezielle Aufgabe übernehmen zu können, benötigen sie ganz unterschiedliche Proteine. Durch das An- oder Abschalten der Gene sorgt die Genregulation schließlich dafür, dass genau diese Proteine gebildet werden. Gene sind also nur dann aktiv, wenn sie gebraucht werden.
Die Genregulation ist die Steuerung der Genaktivität. Der Begriff bezeichnet also die Regulation der Genexpression.
Die Genregulation unterscheidet sich zwischen den Prokaryoten und den Eukaryoten :
Den Prokaryoten dient die Genregulation vor allem bei der Anpassung an neue, veränderte Umweltbedingungen. Bakterien können nämlich nur dann dauerhaft überleben, wenn sie sich an veränderte Nähr- oder Sauerstoffkonzentrationen anpassen können. Grundsätzlich gilt: Ein Organismus exprimiert nur die Gene, die er gerade benötigt. Dadurch spart er Energie.
Im Gegensatz zum Operon-Modell bei Prokaryoten, dient die Genregulation bei Eukaryoten hauptsächlich dazu, die Entwicklung von Zellen zu steuern. Dafür reguliert dein Körper genau, wann welche Zelle welches Gen exprimiert. Um das möglichst genau zu steuern, regulieren verschiedene Mechanismen die Genexpression auf jeder Ebene.
Die Gene von Prokaryoten sind in sogenannten Operons aufgebaut. Dabei handelt es sich um Funktionseinheiten der DNA . Du sprichst dann auch vom sogenannten Operon-Modell.
Operons bestehen jeweils aus vier Bausteinen:
Den Aufbau eines Operons kannst du auf der folgenden Abbildung sehen:
Es gibt zwei verschiedene Arten der Genregulation bei Prokaryoten:
Bei der Substratinduktion induziert das Substrat die Genexpression. Dazu bindet es an den Repressor und deaktiviert ihn. Das ist beispielsweise beim lac-Operon der Fall.
Bei der Produktrepression verhindert das Endprodukt die Transkription von Strukturgenen. Das funktioniert durch die Aktivierung eines Repressors. Das kannst du dir als die Umkehrung der Substratinduktion vorstellen. Du findest es beispielsweise beim trp-Operon.
Die Genregulation durch Substratinduktion kannst du dir am Beispiel des lac-Operons im Bakterium E. coli ansehen. Das lac-Operon ist in den Bakterien für den Abbau des Milchzuckers (Lactose) verantwortlich.
Die Strukturgene produzieren ein Enzym, das die Lactose abbaut. Abhängig von der Lactose-Konzentration sind die Gene dafür entweder an- oder ausgeschaltet. Dafür unterscheidest du zwei Fälle:
Ist keine Lactose vorhanden, finden folgende Schritte statt:
Ist Lactose vorhanden, passiert Folgendes:
Das Tryptophan-Operon (trp-Operon) ist ein Beispiel für die Genregulation durch Produktrepression. Du findest es bei der Synthese der Aminosäure Tryptophan im Bakterium E. coli.
Das trp-Operon funktioniert folgendermaßen:
Steigt die Tryptophan-Konzentration, finden folgende Schritte statt:
Das bedeutet: Je höher die Tryptophan Konzentration ist, desto mehr inhibiert es seine eigene Synthese.
Die Genregulation der Eukaryoten haben verschiedene Regulationsmöglichkeiten. Die meisten von ihnen finden während der Transkription , also der Übersetzung der DNA in mRNA , statt, aber auch die Translation kann zur Genregulation beeinflusst werden.
Die drei wichtigste Regulationen bei Eukaryoten sind:
Die Methylierung ist eine Möglichkeit der Genregulation. Dabei wird ausgenutzt, dass die Genaktivität reguliert werden kann, wenn die DNA dicht verpackt ist. Werden sogenannte Methyl-Gruppen an spezielle Proteine der DNA (Histone) angehängt, führt das zu einer kompakteren DNA-Struktur. Das macht die DNA für die RNA-Polymerase unzugänglich und die Transkription kann nicht ablaufen.
Zusätzlich gibt es noch die DNA-Methylierung. Dabei können bestimmte Enzyme sogar die Basen der DNA methylieren. Das verhindert die Transkription, die betroffenen Gene sind dann sozusagen stumm geschaltet. Schau dir unser separates Video für mehr Informationen an!
Merke: Bei beiden Methylierungen handelt es sich um sogenannte Modifikation , denn sie können rückgängig gemacht werden.
Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die direkt an die DNA binden und die betreffenden Gene so an- und ausschalten. Dadurch regulieren sie die Genexpression. Die Transkriptionsfaktoren können dabei an zwei verschiedene Arten von Sequenzen binden:
Wenn du noch mehr über die Regulation durch Transkriptionsfaktoren wissen musst, schau dir unser separates Video dazu an!
Auch auf der Ebene der mRNA kann eine Zelle die Proteinherstellung beeinflussen. Hierbei gilt:
Je nach Stabilität und Konzentration der mRNA in der Zelle verändert sich auch die Menge an produzierten Proteinen.
Die Steuerung der Genaktivität bei Eukaryoten findet durch Eingriffe in die Proteinbiosynthese statt. Bist du dir beim Ablauf von Transkription und Translation noch nicht ganz sicher? Dann schau dir als Nächstes unser Video dazu an und erfahre alles Wichtige dazu!
Hallo, leider nutzt du einen AdBlocker.
Auf Studyflix bieten wir dir kostenlos hochwertige Bildung an. Dies können wir nur durch die Unterstützung unserer Werbepartner tun.
Schalte bitte deinen Adblocker für Studyflix aus oder füge uns zu deinen Ausnahmen hinzu. Das tut dir nicht weh und hilft uns weiter.
Danke!
Dein Studyflix-Team
Wenn du nicht weißt, wie du deinen Adblocker deaktivierst oder Studyflix zu den Ausnahmen hinzufügst, findest du hier eine kurze Anleitung. Bitte lade anschließend die Seite neu.