Ein Operon ist eine funktionierende Einheit der genomischen DNA, die eine Gruppe von Genen enthält, die von einem einzigen Promotor kontrolliert werden. Vereinfacht gesagt, teilen sich diese Gene die Informationen, die für die Erstellung der Werkzeuge für eine bestimmte Aufgabe benötigt werden, so dass sie sich einen Promotor teilen, der sicherstellt, dass sie alle zusammen transkribiert werden.

Das Lac- oder Laktose-Operon findet sich in E. coli und einigen anderen Darmbakterien. Dieses Operon enthält Gene, die für Proteine kodieren, die für den Transport von Laktose in das Zytosol und deren Verdauung zu Glukose zuständig sind, die dann zur Energiegewinnung verwendet wird.

Das lac-Operon wird von Molekularbiologen genutzt, damit wir besser verstehen, wie es funktioniert. Dies wird auch kurz in Jeremys Artikel über die Verwendung des lac-Operons als Mikroskopie-Werkzeug diskutiert.

Strenge Regulation

Normalerweise ist das lac-Operon ausgeschaltet. Ein Repressorprotein bindet die Operatorregion (Kontrollregion) stromaufwärts des Operons und verhindert die Transkription.

Wenn Laktose außerhalb der Zelle vorhanden ist, durchquert sie die Zellmembran und wirkt als Induktor des Operons. Dies geschieht, sobald Laktose zu Allolaktose abgebaut wird. Das lac-Operon wird dann transkribiert und in Proteine übersetzt, darunter die Permease, die sich in die Zellmembran einbettet und den Laktosetransport in die Zelle erleichtert, und die β-Galaktosidase, die Laktose zu Glukosemolekülen aufspaltet. Die β-Galaktosidase stellt auch Allolaktose her. Dies führt zu einer positiven Rückkopplungsschleife.

Dieses Operon tritt in den Vordergrund, wenn der Glukosespiegel niedrig ist. Der Grund dafür ist ein anderes Protein, das so genannte Catabolite Activator Protein (CAP), und zyklische Adenosinmonophosphat-Moleküle (cAMP). Wenn der Glukosespiegel sinkt, steigt der cAMP-Spiegel, bis genügend cAMP vorhanden ist, um mehr CAP zu binden und zu aktivieren. CAP fördert die RNA-Polymerase-Transkription von Genen, was zu einem Anstieg der Expression des lac-Operons führt.

Zusammengenommen gibt es einen negativen Regulator, das Repressorprotein, das durch Allolaktose gebunden und deaktiviert wird, und einen positiven Regulator, der durch niedrige Glukosespiegel gefördert wird und sicherstellt, dass die Zelle bei niedrigen Glukosespiegeln, aber vorhandener Laktose, auf diese alternative Nahrungsquelle umschaltet.

Warum also sind diese Jeans-Gene im Labor und in der Industrie so in Mode?

Das lac-Operon hat sich für Wissenschaftler als nützlich erwiesen. Sowohl der Promotor als auch die Gene wurden auseinandergenommen und auf verschiedene Weise verwendet.

Bleiben Sie dran und erfahren Sie, wie Sie auf den lac-Operon-Zug aufspringen können!