Inducible Operons

00:00 Schauen wir uns ein Beispiel an. Das lac-Operon ist ein sehr häufiges Beispiel für die Betrachtung der Genregulierung oder Genexpression.

00:14 In E. coli Bakterien ist Glukose die bevorzugte Energiequelle. Wir wissen, wie Zellatmung funktioniert.

00:26 Wenn jedoch keine Glukose vorhanden ist, müssen die Bakterien in der Lage sein, Laktose zu verstoffwechseln. Dafür ist das induzierbare Laktose Operon verantwortlich.

00:43 Es ist normalerweise AUS und muss zunächst aktiviert werden, um die Transkription der Gene zur Verdauung von Laktose zu ermöglichen. Zuerst werden wir uns den Zustand bei Abwesenheit von Laktose ansehen.

00:58 Wir haben weiter vorne unser Repressorgen.

01:05 Das Repressorgen ist aktiv und der synthetisierte Repressor bindet direkt an die Operator-Region.

01:14 Er steht unserer RNA-Polymerase im Weg.

01:21 Die RNA-Polymerase kann den DNA-Strang nicht ablesen, sodass die Synthese der Verdauungsenzyme von Laktose gehemmt ist. Im Normalzustand ist das Operon also AUS. Was passiert, wenn keine Glukose mehr vorliegt und die Bakterien Laktose verstoffwechseln müssen? Sie müssen das System anschalten.

01:42 Das Substrat Laktose selbst bindet an den Repressor. Die Bindung von Laktose an den Repressor verhindert die Bindung des Repressors an die Operatorregion.

02:02 Der Repressor steht der RNA-Polymerase nicht länger im Weg. Somit kann die RNA-Polymerase die Gensequenz entlangwandern und ein mRNA-Transkript synthetisieren.

02:13 Daraus entstehen wiederum drei Proteine, die an der Verdauung von Laktose beteiligt sind. Das ist großartig. Wir haben jetzt eine Zelle, die Laktose verstoffwechseln kann. Aber es kommt noch ein anderes System ins Spiel.

02:29 Dieses wurde erst vor kurzem entdeckt. Weitere Faktoren, die mit dem Glukosespiegel zusammenhängen, können die Produktion von Proteinen der Verdauung von Laktose beschleunigen.

02:46 Was passiert in diesem Fall? Wir schauen uns noch einmal die Aktivierung der Gene der Laktoseverdauung an, wenn keine Glukose vorhanden ist. Wir gehen also ein wenig zurück.

03:04 Wenn es keine Glukose gibt, wird wahrscheinlich eine Menge zyklisches AMP vorliegen.

03:14 Glukose wird in ATP umgewandelt. Wird ATP jedoch verbraucht und sind die Glukosereserven zur Synthese von ATP erschöpft, liegt viel zyklisches AMP oder Adenosinmonophosphat vor.

03:27 Dieses Adenosinmonophosphat bindet an CAP-Proteine.

03:36 CAP steht für Kataboliten-Aktivator-Protein. Ich benutze die einfachere Abkürzung CAP.

03:43 Das CAP-Protein wird durch zyklisches AMP aktiviert, das aufgrund des Glukosemangels vorliegt.

03:50 Es bindet an die CAP-Bindungsstelle des Operators und des Promotors.

03:59 Dadurch wird die mRNA-Synthese bzw. die Geschwindigkeit der Polymerase erhöht. In Gegenwart von Laktose und Abwesenheit von Glukose wird somit die Syntheserate der Enzyme zur Laktoseverstoffwechslung gesteigert.

04:18 Wenn wir ausreichend Glukose haben, ist das Gegenteil der Fall.

04:27 Dann müssen die Enzyme, die Laktose abbauen, nicht schneller synthetisiert werden. Die zyklische AMP-Konzentration ist niedrig.

04:36 Daher wird das CAP-Protein nicht aktiviert und die Beschleunigung der Polymerase verhindert. Das ist die Zusammenfassung der CAP-Aktivierung zusätzlich zur Wirkung des lac-Operons. Dabei handelt es sich um relativ neue Entdeckungen weiterer Regulierungsebenen der Genexpression. Bei Bedarf können CAP-Proteine die Transkription beschleunigen.