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Genregulation
Biologie · Klasse 12–13 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Q1.2 Gene und Gentechnik
Das lac- und das trp-Operon mit ihren Mutanten, dazu die Grundzüge der eukaryotischen Regulation. Der Schlüssel für jede Mutantenaufgabe ist die Frage: Protein oder DNA-Abschnitt?
Worum es geht
Bakterien schalten Gene über Operons: Strukturgene mit gemeinsamem Promotor und Operator. Das lac-Operon ist induzierbar (Lactose schaltet an), das trp-Operon reprimierbar (Tryptophan schaltet ab). Eukaryoten regulieren zusätzlich über Transkriptionsfaktoren an Enhancern, DNA-Methylierung, Histonacetylierung und miRNA.
Die Bausteine des lac-Operons
| Element | Aufgabe | Mutante |
|---|---|---|
| lacI (Regulatorgen) | codiert den Repressor, ein Protein; wirkt in trans | I⁻: kein Repressor → ständig an |
| Operator | Bindestelle des Repressors, ein DNA-Abschnitt; wirkt nur in cis | Oᶜ: nur die Gene auf demselben DNA-Molekül ständig an |
| Allolactose | Induktor, löst den Repressor vom Operator | Iˢ: Repressor bindet keinen Induktor → jedes O⁺-Operon bleibt aus, auch neben I⁺ |
| Promotor | Bindestelle der RNA-Polymerase | defekt: keine Transkription |
| CAP-cAMP | fördert die Polymerasebindung; cAMP ist nur ohne Glucose hoch | mit Glucose höchstens schwach |
| trp-Repressor | wird erst mit Tryptophan (Corepressor) aktiv | Endproduktrepression |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Partiell diploide Zelle I⁺ O⁺ Z⁻ / F′ I⁻ O⁺ Z⁺, keine Glucose. Wird funktionsfähige β-Galactosidase gebildet?
| Schritt | Überlegung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Wer kann liefern? | nur das Plasmid (Z⁺) | Z⁻ ergibt ein defektes Enzym, egal wie es reguliert wird |
| 2 · Gibt es Repressor? | ja, vom I⁺ des Chromosoms | der Repressor ist ein Protein, er diffundiert und bindet jeden O⁺ |
| 3 · Ohne Induktor | Repressor sitzt am Plasmid-Operator → nein | I⁻ auf dem Plasmid ändert daran nichts |
| 4 · Mit Induktor | Repressor löst sich → ja | Ergebnis: normal induzierbar |
Der typische Fehler
cis und trans verwechseln. Wer den Operator wie ein Protein behandelt, nimmt an, ein Oᶜ auf dem Chromosom schalte auch das Z⁺ auf dem Plasmid ständig an. Der Operator ist aber nur eine Basensequenz; er steuert allein die Gene, die direkt hinter ihm liegen. Nur Genprodukte — der Repressor — wirken auf beide DNA-Moleküle.
So prüfst du dein Ergebnis
Jede Kopie einzeln durchgehen. Enzym entsteht nur von einer Kopie mit Z⁺ und Promotor, deren eigener Operator frei ist. Gegenprobe: Der Wildtyp muss »ohne Induktor nein, mit Induktor ja« ergeben.