Lac Operon – RNA Basics

00:00 Im oberen Teil dieser Abbildung sehen Sie eine Darstellung des lac-Operons und die Boten-RNA, die daraus entsteht. Dies sind die beiden oberen Zeilen.

00:10 Im lac-Operon sehen wir natürlich, dass wir mehrere Dinge haben.

00:12 Zunächst einmal haben wir die drei Gene im lac-Operon, die ich beschrieben habe.

00:18 Dies sind die lacZ-, die lacY- und die lacA-Gene.

00:22 Von diesem Operon wird die Boten-RNA transkribiert, die hier in der unmittelbar darunter liegenden Zeile gezeigt wird, die die AUGs enthält.

00:30 Jedes AUG ist die kodierende Anfangsregion für jedes Gen.

00:36 AUG ist die Kodierung für die erste der Aminosäure, die dort eingeht.

00:40 Es gibt also drei verschiedene Gene, die gemacht werden und jedes Gen beginnt mit einem AUG innerhalb dieser größeren Boten-RNA.

00:48 Nun ein weiteres Gen, das sich in dieser Region befindet, ich habe es nur gezeigt, weil es interessant ist, ist das kodierende Gen für den lac-Repressor.

00:54 Es befindet sich unmittelbar neben dem Operon. Es hat keinen Einfluss auf das Operon, aber nur zur Information, es befindet sich in der gleichen Region.

01:03 Wir sehen auch die Kontrollregionen, die ich gerade beschrieben habe. Diese umfassen die Bindungsstelle für CAP, der Promotor, der die Bindungsstelle für die RNA-Polymerase ist und die O-Stelle, das ist die Bindungsstelle für den lac-Repressor.

01:15 Nun möchte ich mit Ihnen einige verschiedene Szenarien durchspielen, um zu beschreiben, was in diesen Szenarien passiert.

01:20 Stellen wir uns also vor, wir hätten zunächst eine Situation, in der die Zelle sich in einem Zustand niedriger Glukose befindet und Laktose ist verfügbar. Jetzt bei niedrigem Glukosegehalt wird zyklisches AMP gebildet und zyklisches AMP bindet an das CAP.

01:36 Wenn also zyklisches AMP an CAP bindet, schafft das die Umstände, die die CAP-Bindung an die CAP-Sequenz startet.

01:42 Sie erinnern sich: Wenn CAP an seine Sequenz bindet, begünstigt es die Bindung der RNA-Polymerase und somit haben wir das Szenario, das wir oben sehen.

01:51 Niedrige Glukose, Laktose vorhanden, die RNA-Polymerase bindet, die Transkription findet statt.

01:58 Unter den Umständen, unter denen der Zelle Laktose zur Verfügung steht und sie diese benötigt, wird reichlich von diesem Transkript gebildet und stellt, die für den Abbau von Laktose erforderlichen Gene, her.

02:09 Nun ist die RNA-Polymerase, wie Sie hier sehen, an die P-Stelle gebunden und dies kann nur geschehen, wenn die O-Stelle offen ist. Wenn die O-Stelle durch den Repressor gebunden ist, werden wir sehen, dass das gar nicht möglich ist.

02:23 Im zweiten Szenario haben wir einen Umstand, bei dem sich die Zelle unter Bedingungen mit hohem Glukosegehalt befindet.

02:29 Das heißt, sie hat viel Energie und Laktose ist nicht verfügbar.

02:32 Dass die Zelle die Transkription dieses Operons zu diesem Zeitpunkt einschalten würde, würde nicht viel Sinn machen, denn es würde keine Laktose zu verstoffwechseln geben und die Zelle w+rde Energie verschwenden, um die RNA und das Protein für dieses Operon herzustellen.

02:49 Wenn also unter diesen Umständen keine Laktose verfügbar ist, ist der lac-Repressor nicht an Laktose gebunden. Und wenn er nicht an Laktose gebunden ist, bindet es an die O-Stelle. Sie sehen das auf diesem Schema hier.

03:03 Die Bindung an die O-Stelle verhindert, dass die RNA-Polymerase an die P-Stelle bindet.

03:10 Im dritten Szenario unter den Bedingungen von niedriger Glukose und fehlender Laktose haben wir einen interessanten Umstand.

03:17 Sie erinnern sich, dass unter Bedingungen niedriger Glukose zyklisches AMP gebildet wird.

03:20 Das CAP bindet also an das zyklische AMP und bindet an die CAP-Stelle, wie wir bereits gesehen haben.

03:26 Wenn jedoch keine Laktose verfügbar ist, hat der lac-Repressor keine Allolaktose, an die er binden kann, was bedeutet, dass der lac-Repressor an die O-Stelle binden kann.

03:36 Wenn dies geschieht, versucht die CAP, die Transkription einzuschalten und wir haben den lac-Repressor, der versucht, die Transkription abzuschalten.

03:43 Und was nun? Nun, der lac-Repressor gewinnt und der Grund, warum er gewinnt, ist, dass, wie Sie sich vorstellen können, dass die RNA-Polymerase in diesem winzigen Bereich dazwischen nicht binden kann.

03:53 Aus der Perspektive des Stoffwechsels ist dies ziemlich sinnvoll, denn eine niedrige Glukose und nicht verfügbare Laktose wäre ein sehr schlechtes Szenario, um die Aktivierung der Transkription dieses Operons einzuschalten, weil die Zelle bereits wenig Energie hat und sie würde noch mehr Energie verschwenden, wenn das Operon eingeschaltet würde.

04:13 Auch das letzte Szenario ist ein interessantes Szenario.

04:15 Hier hat die Zelle einen hohen Glukose-Spiegel, so dass sie viel Energie hat und es ist auch Laktose vorhanden. Wenn dies nun geschieht, wird natürlich die zyklische AMP nicht gemacht. Also wird dieses CAP nicht an die CAP-Bindungsstelle binden.

04:29 Aber es ist noch mehr Laktose vorhanden.

04:33 Es wird also Allolaktose gebildet, was bedeutet, dass der Repressor sich auch nicht an seine Seite bindet.

04:39 Wenn das passiert, haben wir eine Art nackte DNA, die Sie in diesem Bild ganz unten sehen können.

04:45 Und interessanterweise kann unter diesen Bedingungen die RNA-Polymerase tatsächlich zum Promotor gelangen und es wird in begrenztem Umfang und in kleiner Menge die Transkription durchgeführt.

04:54 Da große Mengen an Glukose und Laktose vorhanden sind, ist es nicht wirklich eine Energieverschwendung.

05:00 Aber es zeigt viel über die Dynamik dieses Systems und wie es aufgebaut ist, um auszuschließen, dass das Operon gebildet wird, wenn es nicht sein sollte und es erlaubt, wenn es sinnvoll ist.

05:14 Es gibt also mehrere verschiedene Stoffwechselumstände, in denen sich eine E-Coli-Zelle befinden kann und das lac-Operon passt sich entsprechend an.

05:21 Wenn also keine Laktose vorhanden ist, bindet der lac- Repressor an die O-Stelle und stoppt die RNA-Polymerase des Operons zu transkribieren.

05:28 Wenn Laktose vorhanden ist, wird Allolaktose gebildet, das sich an den lac-Repressor bindet und den Repressor daran hindert, an die O-Stelle zu binden, daher können andere Dinge geschehen.

05:40 Das zyklisches AMP reichlich vorhanden und an das CAP gebunden ist, geschieht wenn die Glukosekonzentration niedrig ist.

05:46 Dies wird die Transkription erleichtern, wenn der Zelle Laktose zur Verfügung steht.

05:52 Die Expression ist also dann am höchsten, wenn Laktose verfügbar ist und Glukose niedrig ist.

05:58 Und die Expression ist am geringsten, wenn keine Laktose vorhanden ist.

06:02 Dadurch erhält die Zelle genau das, was sie braucht, wenn sie Laktose zur Verfügung hat oder keine Laktose zur Verfügung steht.

06:09 Ich schließe die Folie mit einer schönen Darstellung der CAP-Bindung an das lac-Operon Operon ab. Und Sie können sehen, dass zyklisches AMP in der der Mitte dieses Proteins gebunden ist.

06:21 RNA ist vielfältig, RNA ist wichtig für Zellen und RNA ist für die Herstellung von Proteinen unerlässlich.

06:27 Ich hoffe, Sie haben durch diese Präsentation das Verständnis darüber erlangt, wie diese wichtigen Funktionen der RNA der Zelle helfen, das zu tun, was sie tut.