2.2.1.3 Regulation der Genaktivität bei Bakterien
Die bakterielle DNA (chromosomale DNA und Plasmide) und damit auch die mRNA liegen bereits im Cytoplasma vor. Sobald eine Ribosomenbindestelle auf dieser mRNA erscheint, werden die entsprechenden Gene auch in die dazugehörigen Polypeptide übersetzt. Bakterien müssen daher bereits vor der Transkription regeln, welche Gene überhaupt transkribiert werden sollen und in welcher Häufigkeit. Dies erfolgt mit Hilfe des Operons, einer Transkriptionseinheit auf der DNA:
Abb. 40: Schema bakterieller Operons
- Die Abbildung zeigt ein schematisiertes bakterielles Operon mit Promotor (P), Operator (O), Information für Ribosomenbindestelle (R'), Genen und Terminator (T).
Die zu einem Stoffwechselweg (z. B. Zuckeraufbau) gehörigen Gene sind i. d. R. hintereinander auf der DNA (sog. Gencluster, deren Genzahl verschieden sein kann). Die DNA-Genanordnung ist polycistronisch[1].
Etwas vor den Genen befindet sich der Promotor, die Bindestelle für die RNA-Polymerase. Hinter dem letzten Gen befindet sich der Terminator mit der Terminatorsequenz, der Stopstelle für die RNA-Polymerase.
Da jedes Gen auf der mRNA mit einem Stopcodon endet (Ende der Polypeptidsynthese, Ribosom fällt ab), muß sich vor jedem Gen der mRNA eine Ribosomenbindestelle befinden und damit auch vor jedem Gen der DNA eine entsprechende Baseninformation.
Zwischen dem Promotor (P) und der Information für die Ribosomenbindestelle des ersten Gens (R') befindet sich der Operator, eine Bindestelle für ein Protein, das reguliert, ob die nachfolgenden Gene überhaupt transkribiert werden. Es gibt zwei Möglichkeiten, wobei bei jedem Gencluster nur eine davon verwirklicht ist:
- Negative Kontrolle:
- Hier ist das Regulationsprotein ein Repressor. Sitzt der Repressor auf dem Operator, findet keine Transkription der nachfolgenden Gene statt.
- Positive Kontrolle:
- Bei der positiven Kontrolle hingegen findet nur dann die Transkription der Gene statt, wenn das Regulationsprotein, ein Aktivator, auf dem Operator sitzt.
Promotor und Operator werden nicht transkribiert. Die Informationen für die Ribosomenbindestellen, die Stopcodons und der Terminator werden hingegen zwar transkribiert, aber nicht in Aminosäuren übersetzt. Erst die Wechselwirkung des DNA-Terminators mit seiner mRNA-Abschrift bringt die RNA-Polymerase zum Stoppen.
Abb. 41: DNA, mRNA und Aminosäureketten
- Die mRNA besteht im Vergleich zur DNA nur aus einem von 5' nach 3' laufenden Einzelstrang und stellt eine Abschrift des 3' → 5'-Strangs der DNA dar. Promotor und Operator werden nicht transkribiert. Auf der mRNA liegen nun die Ribosomenbindestellen (R) vor sowie eine Abschrift des Terminators R'), die nicht in ein Polypeptid übersetzt wird.
[1]: Cistron, syn. Gen
