Genregulation bei Prokaryoten (BS 36-38)

Study Notes

Lebewesen müssen sich an veränderte Umweltbedingungen anpassen.
Beispiel Bakterien reagieren schnell auf neue Situationen (z.B. erhöhte Nährstoffangebot).
Genregulation am Beispiel E. coli: Das Darmbakterium nutzt Glucose als Energiequelle und produziert die dazugehörigen Enzyme. Bei Zugabe von Lactose beginnt es nach kurzer Zeit, diese zu verwerten.
Jacques Monod und Francois Jacob erkannten, dass Gene eines Stoffwechselweges gemeinsam und reguliert abgelesen werden (Operon).
Ein Operon besteht aus Promotor (Startstelle), Operator (An-Aus-Schalter) und Strukturgenen (für Proteine/Enzyme).
An den Operator bindet ein Repressor-Protein, das die RNA-Polymerase reguliert.
Substratinduktion: Das Substrat (z.B. Lactose) bindet an den Repressor, verändert dessen Form und inaktiviert ihn. Die RNA-Polymerase kann die Strukturgene nun ablesen.
Endproduktrepression: Ein ausreichende Menge eines Endprodukts (z.B. Tryptophan) aktiviert den Repressor und blockiert die Enzymsynthese.

Genregulation ist wichtig für die Spezialisierung von Zellen, da alle Zellen die gleiche genetische Information haben, aber unterschiedliche Aufgaben erfüllen.
Jeder Zelltyp hat bestimmte Gene aktiviert/inaktiviert.
Siehe BS 38-39!

Individuen einer Art weisen unterschiedliche Erscheinungsbilder (Phänotypen) auf.
Unterschiede können genetisch bedingt oder durch Modifikation durch Umweltfaktoren beeinflusst sein.
Modifikation: Veränderung des Phänotyps durch Umwelteinflüsse, ohne die Erbinformation zu verändern.
Beispiel Löwenzahn: Unterschiedliche Blattgrößen in mineralstoffreichen und mineralstoffarmen Standorten.
Reaktionsnorm: Bereich, in dem ein Merkmal ausgeprägt werden kann; die Spannbreite des Merkmals.
Löwenzahn Beispiel: Der Genotyp legt die Spannbreite fest, die Umwelt beeinflusst die tatsächliche Ausprägung (z.B grösser/kleiner).
Fließende Modifikation: Merkmale verändern sich kontinuierlich um einen Mittelwert herum (z.B. Pantoffeltierchengröße).
Umschlagende Modifikation: Merkmale ändern sich schlagartig an einem Umschlagpunkt (z.B. Fellfarbe bei Siamkatzen).
Umwelteinflüsse können Merkmale beeinflussen, aber nicht alle Merkmale sind durch Umwelteinflüsse veränderbar (z.B. Blutgruppe).

Epigenetik untersucht, wie Umwelteinflüsse Gene an- oder abschalten können.
Zwei wichtige epigenetische Prozesse:
- DNA-Methylierung: Methylgruppen binden an Cytosin und verhindern die Lesbarkeit der nachfolgenden Sequenz, wodurch das Gen ausgeschaltet wird.
- Histon-Acetylierung: Acetylgruppen binden an Histone, was die Chromatinstruktur gelockert und zugänglich macht. Dadurch können Transkriptionsfaktoren und Polymerasen an die Gene binden und die Genexpression starten.
Umwelteinflüsse aktivieren oder deaktivieren diese chemischen Gruppen.
Beispiel Bienen: Bienentrophung beeinflusst die Entwicklung in Arbeiterin versus Königin.