Der lac-Operon ist das paradigmatische Modell der prokaryotischen Genregulation. Der lac-Repressor (kodiert durch lacI) ist ein tetrameres Protein, das den lac-Operator (DNA-Segment, das den Promotor überlappt) bindet und physisch die RNA-Polymerase blockiert, wodurch die Strukturgenen (lacZ, lacY, lacA) zum Schweigen gebracht werden.
Induktionsmechanismus
- Keine Laktose: Repressor an Operator gebunden → Operon AUS (nur basale leckige Expression)
- Laktose tritt ein: Über LacY-Permease (niedrige Basalmenge)
- Allolactose-Bildung: β-Galactosidase (LacZ) isomerisiert Laktose → Allolactose (wahrer Induktor)
- Induktorbindung: Allolactose bindet an Repressor → konformationelle Änderung
- Operator-Freisetzung: Repressor löst sich vom Operator
- Transkription: RNA-Polymerase transkribiert lacZYA → β-Galactosidase, Permease, Transacetylase
- Metabolismus: Enzyme hydrolysieren Laktose → Glukose + Galaktose → Glykolyse
Regulatorische Bedeutung
- Negative Kontrolle: Repressor bindet DNA zum Schweigen; Induktor hebt Repression auf
- Katabolit-Repression: Glukose senkt cAMP → CAP inaktiv → reduzierte Transkription selbst mit Induktor (Glukose bevorzugt)
- Effizienz: Drückt kostspielige Enzyme nur aus, wenn Substrat verfügbar UND bevorzugte Kohlenstoffquelle abwesend ist
Dieses Jacob-Monod-Modell (1961) etablierte grundlegende Prinzipien: Operonstruktur, negative Regulation, allosterische Induktion und Katabolit-Repression – Prinzipien, die die Genregulation in der Biologie steuern.
