Biologielexikon

lac-Operon
Um Lactose (Milchzucker) als Energiequelle zu nutzen, muss das Bakterium E. coli bestimmte Enzyme herstellen. Die Gene für diese Enzyme liegen nahe beieinander auf dem Bakterienchromosom und werden zusammen transkribiert. Eine Gruppe von Genen, die zusammen transkribiert werden, nennt man Operon. An einem Ende des lac-Operons befinden sich 3 Strukturgene: lacZ, lacY und lacA. Diese drei Gene besitzen einen gemeinsamen Promoter.
Das Regulatorgen lacI befindet sich außerhalb des Operons, und zwar oberhalb von lacZ ("stromaufwärts", engl. "upstream" ). Das Regulatorgen trägt die Information für ein Repressor-Protein, das auch Lactose-Repressor genannt wird. Da sich das Regulatorgen außerhalb des Operons befindet, besitzt es seinen eigenen Promoter. Das Repressor-Protein kann an eine Region des Operons binden, die man Operator oder Operator-Region nennt. Diese Operator-Region überlappt mit einem Teil des Promoters und einem Teil des lacZ-Gens.
Das lac-Operon ist induzierbar, d. h., die Informationen der Strukturgene werden nur in Anwesenheit von Lactose in Enzyme umgesetzt (also transkribiert und translatiert). Lactose induziert also selbst die Bildung der notwendigen Enzyme (induzieren: auslösen). Lactose wird aus diesem Grund auch als Induktor bezeichnet.

Ist in der Bakterienzelle keine bzw. nur ganz wenig Lactose vorhanden, besetzt das Repressor-Protein den Operator und die RNA-Polymerase kann sich nicht an die DNA binden, um mit der Transkription zu beginnen. Ist jedoch Lactose in größerer Menge in der Zelle vorhanden, wird diese zunächst in Allolactose umgewandelt, und Allolactose bindet dann an das Repressor-Protein. Dadurch verändert sich die Form des Repressor-Proteins dergestalt, dass dieses nicht mehr an den Operator binden kann (man sagt auch, dass Allolactose eine "Konformationsänderung" bewirkt). Die RNA-Polymerase kann jetzt an den Promoter des Operons binden und die drei Strukturgene transkribieren - Allolactose wirkt also als Induktor des Operons. Die resultierende mRNA wird zu den Ribosomen transportiert, wo die 3 Enzyme gebildet werden:

1. Beta-Galactosidase (Lactase) - codiert durch das Gen lacZ.*
2. Permease - codiert durch das Gen lacY.*
3. Transacetylase - codiert durch das Gen lacA.*

Das Molekül Lactose ist zu groß, um mittels Diffusion in die Bakterienzelle zu gelangen. Lactose muss deshalb aktiv, also unter Energieverbrauch, in die Bakterienzelle eingeschleust werden: Diesen Transport übernimmt das Enyzm Permease. Um Lactose in der Zelle als Energiequelle zu nutzen, spaltet dann das Enzym Beta-Galactosidase in die beiden Einfachzucker Lactose Glucose und Galactose (es handelt sich hierbei um eine Hydrolyse). Die Funktion des dritten Enzyms, der Transacetylase, ist bislang unbekannt.

Animation: Zur Veranschaulichung hier eine Animation zum lac-Operon.

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*Zur Namensgebung der Gene lacZ, lacY, lacA: Die Abkürzung aus den ersten 3 Buchstaben gibt die Funktion des jweiligen Gens an, hier: Lactoseverwertung. Ein weiterer oder mehr Buchstaben dienen zur Unterscheidung zwischen Genen mit "verwandter" Funktion, hier: Z, Y, A. Nach genereller Übereinkunft werden die Namen kursiv geschrieben oder unterstrichen (je nach dem, ob mit der Hand oder etwa mit Computer geschrieben wird.)





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Literatur:


Internet:


Letzte Aktualisierung: 01.09.2013


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