Genexpression

• konstitutiv exprimierte Gene

  • ständig abgelesen

• induzierbare Gene

  • nur bei Bedarf abgelesen

  • z.B. in Gegenwart eines abzubauenden Substrates

Funktionell zusammengehörende Gene, die oft weit verteilt über das Bakteriengenom vorliegen

• Sigmafaktoren

Gen-Folge von mehreren, funktionell zusammengehörenden Genen, die von einem Promotor aus gemeinsam transkribiert werden

• mehrere Gene mit einem Promotor als Einheit

• Koordinierte Expression

• Schnelle Reaktion auf schnelle Uweltveränderungen

• Aktivator-und Repressorproteine

• bei Aminosäuremangel

• reduzierte Transkription von rRNAs und tRNAS

  • nicht mehr möglich bzw. unnötig (Ribosomen)

• gibt aber auch einzelne proteinkodierende Gene die weiter oder stärker exprimiert werden

• über stringent factor (relA) und die Synthese von ppGpp

  • stringent factor ist inaktive Synthetase an Ribosomen

  • stringent factor: ATP:GTP Pyrophosphat-Transferase

• Ablauf:

  • Aminosäuremangel

  • Unbeladene tRNA am Ribosomen

  • stringent factor aktiviert

  • überträgt 2 P von ATP auf pppG

  • pppGpp durch pppGpp-5’-Phosphohydrolase zu ppGpp

  • ppGpp (Guanintetraphosphat) hemmt rRNA-Synthese

  • bei Zusatz von AS: Abbau von ppGpp über SpoT-Protein zu ppG

• codiert für

  • beta-Galactosidase (Lactose-Abbau)

  • Permease (Lactose-Aufnahme)

  • …

• Kombination aus negativer und positiver Regulation

• viel Lactose:

  • Zelle enthält immer geringe Menge beta-Galactosidase

  • wenn Lactose vorhanden: Umbau zu Allolactose

  • Allolactose als physiologischer Induktor mit IPTG bindet an Repressorprotein

  • Repressorprotein fällt ab

  • Operon vermehrt exprimiert, wenn cAMP vorhanden (bei wenig Glucose)

• bei viel Glucose:

  • Regulatorgen i produziert Repressorprotein

  • Repressor an Operatorsequenz

  • Keine Transkription, cAMP niedrig

    • dadurch wird bevorzugt Glucose genutzt, auch wenn Lactose vorhanden ist

• wenig Glucose:

  • mehr cAMP (Hungersignal)

  • cAMP aktiviert CAP (positiver Regulator) zur Bindung

  • gebundenes CAP erleichtert RNA-Polymerase Bindung an Promotor

  • Transkription lacZ

• Fremdgen wird innerhalb lacZ eingebaut

• Zelle mit Vektor mit Fremd-DNA kann keine beta-Galactosidase bilden

• Zellen auf Platte mit X-Gal

• Zellen mit intakten lacZ-Gen und folglich ohne Insert setzen X-Gal mit beta-Galaktosidase zu einem blauen Produkt um

• alle farblosen Klone besitzen das Insert

Negative Kontrolle

• Repressor bindet an Operonsequenz

• Induktor inaktiviert Repressor: Transkription

Positive Kontrolle

• Aktivator nur mit Induktor aktiv: Transkription

• Ohne Induktor: inaktiv

• viel Glucose: kein cAMP

  • kein CAP gebunden

  • Polymerase kann nicht rekrutiert werden

• wenig Lactose: kein Allolactose-Induktor

  • Repressor an Operator gebunden

  • Polymerase kann nicht rekrutiert werden

• viel Glucose:

  • kein cAMP

  • kein CAP gebunden

  • Polymerase kann nicht rekrutiert werden

• viel Lactose:

  • Allolactose-Induktor vorhanden

  • Repressor nicht gebunden

• wenig Glucose:

  • cAMP gebildet

  • CAP bindet

• wenig Lactose:

  • kein Allolactose-Induktor

  • Repressor an Operator gebunden

  • Polymerase kann nicht rekrutiert werden

• wenig Glucose:

  • cAMP gebildet

  • CAP bindet

• viel Lactose:

  • Allolactose-Induktor vorhanden

  • Repressor bindet nicht

RNA-Polymerase kann binden

• positiv:

  • cAMP und CAP

• negativ:

  • Repressor und Allolactose (Induktor)

Mutation in lacI: kein Repressor gebildet

• führt zu konstitutiver Expression des lac-Operons

• Mutation ist trans-dominant

  • Mutation bildet Faktor, der zu anderen Genen kann

  • z.B. Mutation auf externen Plasmid würde immer noch zur konstitutiven Expression führen

Mutation im Operator

• konstitutive Expression des lac-Operons

• nur cis-dominant

  • Nur direkter Operator muss mutiert sein, keine Wechselwirkung mit anderen Genen

Induzierbares System

• Gene erst bei Bedarf, bsp. bei Substrat, exprimiert

• Positiv

• Lac-Operon

Reprimierbares System

• Gene bei Anwesenheit von Substrat nicht mehr exprimiert

• negativ

• trp-Operon

• Gene für die Enzyme zur Synthese der AS Tryptophan

• Repression und Attenuation

  • Anwesenheit von Trp schaltet Enzymsynthese ab (nicht mehr nötig)

  • Feinregulation bei Mangel

• Kein Trp:

  • inaktiver Repressor, keine Bindung an Operator

  • RNA-POL kann an Promotor binden

  • Gene exprimiert

• Viel Trp:

  • Trp aktiviert Repressor

  • Repressor bindet an Operator

  • Zugang an Promotor gesperrt

  • Keine Transkription

Attenuation

• Leadersequenz für kleines Peptid mit 2 Trp (verhältnismäßig viel)

• Niedrige trp-Konzentration:

  • Ribosom steht bei Leadersequenz da keine tRNA mit trp

  • Hairpin bildet sich aus

  • verzögert Translation, Transkription unbeeinträchtigt

• Hohe trp-Konzentration:

  • schnelle Translation

  • andere Hairpin-Struktur gebildet mit vielen U

  • rho-unabhängige Termination der Translation

  • Nur 141bp Transkript

• posttranskriptional

  • Halbwertszeit mRNA

  • Qualität der Translation

• posttranslational

  • Modifikation von Proteinen

  • Abbau

  • Aktivatoren