Lac Operon / Lactose-Operon Modell - Genregulation durch Substratinduktion [1/2]

In diesem Video gehen wir der Frage nach, wie Prokaryoten, d.h. Organismen, deren Zellen keinen Zellkern besitzen wie z.B. Bakterien, ihre Genexpression regulieren.
Ordnen wir das ganze mal für das bessere Verständnis ein bisschen ein: Als Gene werden ganz spezifische Abschnitte der DNA bezeichnet, die die Information für die Synthese eines Proteins enthalten. Gene können über den Prozess der Proteinbiosynthese in funktionsfähige Proteine exprimiert werden. Wahrscheinlich habt ihr euch im Unterricht schon mit der Proteinbiosynthese beschäftigt und wisst, dass dieser Vorgang der Synthese von Proteinen zwei Teilschritte umfasst: Einmal die Transkription, bei der die DNA-Sequenz des Gens in einzelsträngige mRNA umgeschrieben bzw. transkribiert wird, und die darauffolgende Translation, bei der die RNA an den Ribosomen in die Aminosäuresequenz eines Proteins übersetzt wird. Zwischen Prokaryoten und Eukaryoten, Zellen mit Zellkern, herrschen z.T. erhebliche Unterschiede, was den Ort und den Ablauf der Proteinbiosynthese betrifft: Die RNA-Prozessierung, die manche von euch als zweiten Schritt zwischen Transkription und Translation im Kopf haben, existiert bei den Prokaryoten nicht.
Über den Prozess der Proteinbiosynthese stellen Prokaryoten also - ebenso wie Eukaryoten - Proteine her. Prokaryoten sparen Energie und Ressourcen, indem sie Proteine nur dann synthetisieren oder behalten, wenn sie benötigt werden - wenn sie die Aktivität ihrer Gene also regulieren. Prinzipiell kann die Genexpression an jeder einzelnen Stelle der Proteinbiosynthese reguliert werden - beispielsweise kann die Transkription der mRNA verhindert werden, oder aber die Translation der mRNA am Ribosom gestoppt werden - ja, selbst, wenn das Protein hergestellt wurde, kann die Funktion des Proteins noch blockiert werden. Auch hier gilt wieder im Sinne der Energieeffizienz: Je früher die Zelle in den Prozess der Proteinbiosynthese eingreift, desto weniger Energie verschwendet sie. Selektiv die Transkription zu hemmen ist energetisch deutlich sinnvoller, als unter Energieaufwand ein Gen zu transkribieren, die mRNA zu translatieren und schließlich erst das entstandene Protein abzubauen. Prokaryoten nutzen den effektivsten Weg der Genregulation - die Regulation der Transkription.
Im Wesentlichen lassen sich bei Prokaryoten zwei Arten der Genregulation unterscheiden - die sogenannte Substratinduktion und die Endproduktrepression bzw. Endprodukthemmung. In diesem Video werden wir uns die Substratinduktion am Beispiel des Substrates Lactose anschauen - im zweiten Teil die Endprodukthemmung anhand von Tryptophan.
Wenn in einer Bakterienzelle kein Lactose vorhanden ist, dann liegt der Repressor in aktiver Form vor - in dieser Form kann der Repressor an den Operator binden, weil der Repressor genau in die große Furche der Operator-DNA passt - eine Bindung nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Dadurch kann die RNA-Polymerase nicht an den Promotor binden, sodass die Transkription verhindert wird. Die Folge ist, dass die drei Strukturgene, welche hinter dem Operator liegen, nicht abgelesen werden. Wenn keine mRNA erzeugt wird, dann werden natürlich auch keine entsprechenden Proteine für den Lactosestoffwechsel produziert - sinnvoll, in einer lactosefreien Umgebung auch keine Proteine für den Lactosestoffwechsel zu synthetisieren.
Normalerweise liegt der Repressor in aktiver Form vor - normalerweise, denn neben der Bindungsstelle für den Operator weist der Repressor eine weitere Bindungsstelle für Lactose auf.
Wenn Lactose in der Zelle vorhanden ist, bindet es an den Repressor, wodurch dieser seine äußere Form, seine Konformation ändert. Infolge der Bindung von Lactose an den Repressor und die damit verbundene Konformationsänderung wird der Repressor in einen inaktiven Zustand überführt. Er ist jetzt inaktiv, weil er nicht mehr an den Operator binden kann. Die Folge ist, dass die RNA-Polymerase an den Promotor binden kann, die Strukturgene in eine - übrigens zusammenhängende - mRNA transkribiert werden und anschließend über die Translation die Enzyme für den Lactosestoffwechsel hergestellt werden. Deshalb heißt die Art der Genregulation auch Substatinduktion. Induktion kommt vom lateinischen inducere für herbeiführen. Das Substrat selbst induziert den Stoffwechselweg - führt diesen herbei.
Fassen wir das nochmal zusammen: Bei der Substratinduktion interagiert das Substrat eines Stoffwechselweges mit einem regulatorischen Protein - dem Repressor - und macht es dadurch dem Repressor unmöglich, an den Operator zu binden, sodass die Transkription stattfinden kann. Die Endprodukthemmung, die wir uns im zweiten Video angucken werden, erfolgt nach einem anderen Prinzip: hier bindet das Produkt eines Stoffwechselweges an ein regulatorisches Protein - dem Repressor - das dann an den Operator binden kann und somit die Transkription zum Erliegen kommt. Wie der Name Endprodukthemmung bereits sagt - das Endprodukt hemmt den Stoffwechselweg.

[@fazemonte789]

Bester Mann habe Bio LK rettest mich jedes Mal mit 12 Punkten

[@ileniaavena711]

Ich schreibe Dienstag meine Klausur und brauche das 2. Video 😂 hat mir echt gut geholfen!

[@teachertoby]

Freut mich sehr! Danke dir! :) Ja, werde ich morgen hochladen :)

[@nyame0658]

Und vielleicht wären noch Klausur Aufgaben super. Vielen Dank!!!

[@resuliri2619]

@@teachertoby das wär echt lieb schreibe auch am Dienstag Bio

[@kareniwamiya4572]

Ich liebe diesen Account mehr als alles andere. Wirklich vielen Dank ❤️

[@sonjabrandes]

Mega Video! Ich finde es cool wie du das Video visualisierst, du baust ein großes Bild Stück für Stück auf, sodass man am Ende eine mega Übersicht hat!!! Das hilft sehr beim „mitkommen“, in anderen Videos switchen die Bilder sehr hin und her, was mir beispielsweise immer Probleme bereitet alles miteinander zu verknüpfen. Das machst du echt super und ich lerne richtig gerne mit deinen Videos👍

[@katymos8081]

ich kann mich nicht genug bei dir bedanken

[@PM-of8gj]

Guten Abend, ich wollte mich nach ausgiebiger Nutzung deiner Videos auch mal melden. Habe mir aufgrund der letzten Bio LK Klausur die ich morgen schreibe nochmal die Videos zur Genetik angeschaut und konnte viel Wissen wieder hochholen. Vielen Dank für die Mühe, erleichtert mir in den letzten Zügen auch noch ein gutes Abi zu machen.

[@epic193]

Schreibst du im nächsten Semester keine Klausuren mehr oder wieso morgen schon die letzte?

[@lanag3621]

An sich ein gutes Video, aber lacY codiert für die β-Galactosid-Permease und lacA für die β-Galactosid-Transacetylase also genau andersherum😉

[@kotenshi781]

Ich hab die Genetik-Klausur zwar schon vor ein paar Wochen geschrieben, die Prüfungen kommen aber trotzdem noch :D Vielen Dank!

[@lillylengenfelder355]

Dankeee!! Ich schreibe morgen Vorabi und dieses Video rettet mein Leben!!

[@Juan-wx5vh]

Du bist so eine unglaubliche hilfe❤

[@theo_065]

Danke du rettest meine Noten immer wieder!

[@LOrli-ms9wh]

Sehe ich genau so 😇

[@Ty.mauricee]

Vielen dank Herr Puley für dieses fantastische video , es hat mich wirklich weitergebracht!!

[@teachertoby]

😂🤡 aber gerne doch, Maurice, und natürlich nur die liebsten geographischen Grüße an dieser Stelle 🤓

[@lugra06]

Ich bin auf einem Biotechnologischem Gymnasium, Ihre Videos sind sehr hilfreich

[@riice9978]

Ok

[@mostof5518]

bei 3:39 ist es bisschen verwirrend dargestellt. LacA: Transacetylase und LacY: Permease :)

[@Adonis-cu3bu]

Kannst du vllt mal ein Video da zu machen wie du beim Lernen fürs Bio ABI vorgehen würdest?

[@kidaneelelta6136]

Ja bitte

[@moiraspohn7647]

wie ist das bei menschen mit laktoseintolleranz? ist dort der Repressor aktiv oder inaktiv?

[@majapohl2183]

Bei Menschen funktioniert das anders, in dem Video geht es um Prokaryoten :) Menschen zählen zu den Eukaryoten

[@crazy_tillg981]

Richtig verstanden , Wenn Lactose abgebaut wird entsteht Glucose ? 🤔

[@Superlogie]

Ja

[@nyame0658]

Hallo, wann kommt das 2. Video?😂👍

[@teachertoby]

Jetzt soeben passiert :p

[@GracjanMolenda]

Gleich bio lk. Abi ;-)

[@Wurmg.]

Und? Wie lief's?

[@itzuerik7491]

Die Definition von Gen ist nicht ganz richtig. Die Richtige Definition wäre, dass ein Gen ein Abschnitt auf der DNA ist, welches in eine RNA transkribiert wird. Nicht jeden Gen transkribiert eine RNA die in ein Protein translatiert wird. Siehe t-RNA, r-RNA und Micro-RNA die nicht in ein Protein translatiert werden. 👍

[@teachertoby]

Hey du - da hast du natürlich recht. Ich habe ein Video gemacht, indem ich dies näher beleuchtet habe: kzbin.info/www/bejne/aqbPipmIr7uJbqM "Infolge zunehmender Fortschritte in der Molekularbiologie ist die Ein-Gen-Ein-Enzym-Hypothese zunehmend spezifiziert worden. Das liegt daran, dass Proteine (Proteine wirken meistens als Enzyme) aus einer Polypeptidkette (also einer Reihe von miteinander verknüpften Aminosäuren) bestehen. Das Protein Hämoglobin, das für die Sauerstoffbindung in den roten Blutkörperchen verantwortlich ist, ist beispielsweise aus vier Polypeptide zusammengesetzt - zwei a und zwei b-Untereinheiten. Beide Untereinheiten-Typen werden von zwei verschiedenen Genen codiert (Ein Gen codiert also nicht für das gesamte Protein, sondern nur für ein Teil des Proteins, weshalb es korrekter ist, von einer Ein-Gen-Ein-Polypeptid-Beziehung zu sprechen. Die Funktion eines Gens besteht also darin, die Informationen für die Produktion eines spezifischen Polypeptids zu liefern. Über den Prozess der Proteinbiosynthese wird die Information in das spezifische Polypeptid übersetzt. Wie ihr allerdings noch erfahren werdet, wird die Information auf dem Gen nicht direkt in ein Protein übersetzt, sondern erstmal in RNA-Moleküle umgeschrieben. Und weil manche dieser RNA-Moleküle nicht in Polypeptide übersetzt werden, sondern andere Funktionen erfüllen, wurde die Hypothese zur Ein-Gen-eine-RNA-Beziehung erweitert."