Der lac-Operon in E. coli: Klassisches Modell der Genregulation

Überblick

Der lac-Operon in E. coli ist ein Paradigma für die prokaryotische Genregulation. Er steuert die Expression von Genen für die Laktoseverwertung (lacZ, lacY, lacA).

Zwei Kernfunktionen

1. Negative Regulation (Repression)

• Lac-Repressor (kodiert durch lacI) bindet den Operator (O) stromaufwärts des Promotors.
• Blockiert RNA-Polymerase → keine Transkription der Strukturgenen.
• Tritt auf, wenn Laktose abwesend ist.

2. Induzierbare Expression (Derepression)

• Allolactose (Isomer von Laktose) bindet den Repressor → konformationelle Änderung → reduzierte Operator-Affinität.
• RNA-Polymerase greift auf Promotor zu → Transkription von lacZYA.
• Hergestellte Enzyme: β-Galactosidase (lacZ), Permease (lacY), Transacetylase (lacA).

Zusätzliche Ebene: Katabolite Repression (CAP-cAMP)

• Glukose niedrig → cAMP hoch → CAP-cAMP bindet CAP-Site → verbessert RNA-Polymerase-Bindung.
• Glukose hoch → cAMP niedrig → CAP inaktiv → lac-Expression niedrig, selbst wenn Laktose vorhanden ist.

Biologische Bedeutung

Energieeffizienz: E. coli exprimiert Laktose-verwertende Enzyme nur, wenn Laktose verfügbar UND Glukose knapp ist. Dies verhindert verschwenderische Proteinsynthese.