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Im oberen Teil dieser Abbildung sehen Sie
eine Darstellung des lac-Operons
und die Boten-RNA, die daraus entsteht.
Dies sind die beiden oberen Zeilen.
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Im lac-Operon sehen wir natürlich,
dass wir mehrere Dinge haben.
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Zunächst einmal haben wir die drei Gene
im lac-Operon, die ich beschrieben habe.
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Dies sind die lacZ-, die
lacY- und die lacA-Gene.
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Von diesem Operon wird
die Boten-RNA transkribiert, die hier
in der unmittelbar darunter liegenden Zeile gezeigt wird,
die die AUGs enthält.
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Jedes AUG ist die kodierende Anfangsregion
für jedes Gen.
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AUG ist die Kodierung für die erste
der Aminosäure, die dort eingeht.
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Es gibt also drei verschiedene
Gene, die gemacht werden
und jedes Gen beginnt mit einem
AUG innerhalb dieser größeren Boten-RNA.
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Nun ein weiteres Gen, das sich in dieser Region befindet,
ich habe es nur gezeigt, weil es interessant ist,
ist das kodierende Gen
für den lac-Repressor.
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Es befindet sich unmittelbar neben dem Operon.
Es hat keinen Einfluss auf das Operon, aber
nur zur Information, es befindet sich
in der gleichen Region.
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Wir sehen auch die Kontrollregionen, die
ich gerade beschrieben habe. Diese umfassen
die Bindungsstelle für CAP, der Promotor, der
die Bindungsstelle für die RNA-Polymerase ist
und die O-Stelle, das ist die Bindungsstelle
für den lac-Repressor.
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Nun möchte ich mit Ihnen einige verschiedene Szenarien durchspielen,
um zu beschreiben, was in diesen Szenarien passiert.
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Stellen wir uns also vor, wir hätten zunächst eine Situation, in der
die Zelle sich in einem Zustand niedriger Glukose befindet
und Laktose ist verfügbar.
Jetzt bei niedrigem Glukosegehalt
wird zyklisches AMP gebildet und
zyklisches AMP bindet an das CAP.
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Wenn also zyklisches AMP an CAP bindet, schafft das
die Umstände, die
die CAP-Bindung
an die CAP-Sequenz startet.
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Sie erinnern sich: Wenn CAP
an seine Sequenz bindet, begünstigt
es die Bindung der RNA-Polymerase und somit
haben wir das Szenario, das wir oben sehen.
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Niedrige Glukose, Laktose vorhanden,
die RNA-Polymerase bindet, die Transkription findet statt.
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Unter den Umständen, unter denen der Zelle
Laktose zur Verfügung steht und sie diese benötigt,
wird reichlich
von diesem Transkript gebildet und stellt,
die für den Abbau von Laktose erforderlichen Gene, her.
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Nun ist die RNA-Polymerase, wie Sie
hier sehen, an die P-Stelle gebunden
und dies kann nur geschehen, wenn die O-Stelle offen ist.
Wenn die O-Stelle durch den Repressor gebunden ist,
werden wir sehen, dass das
gar nicht möglich ist.
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Im zweiten Szenario haben wir einen Umstand, bei dem sich
die Zelle unter Bedingungen mit hohem Glukosegehalt befindet.
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Das heißt, sie hat viel Energie
und Laktose ist nicht verfügbar.
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Dass die Zelle die Transkription
dieses Operons zu diesem Zeitpunkt einschalten würde,
würde nicht viel Sinn machen, denn es würde
keine Laktose zu verstoffwechseln geben und die Zelle w+rde
Energie verschwenden, um die
RNA und das Protein
für dieses Operon herzustellen.
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Wenn also unter diesen Umständen
keine Laktose verfügbar ist,
ist der lac-Repressor nicht an Laktose gebunden.
Und wenn er nicht an Laktose gebunden ist,
bindet es an die O-Stelle. Sie sehen das
auf diesem Schema hier.
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Die Bindung an die O-Stelle verhindert, dass die
RNA-Polymerase an die P-Stelle bindet.
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Im dritten Szenario unter den Bedingungen von
niedriger Glukose und fehlender Laktose
haben wir einen interessanten Umstand.
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Sie erinnern sich, dass unter Bedingungen
niedriger Glukose zyklisches AMP gebildet wird.
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Das CAP bindet also an das zyklische AMP und bindet
an die CAP-Stelle, wie wir bereits gesehen haben.
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Wenn jedoch keine Laktose verfügbar ist,
hat der lac-Repressor keine Allolaktose, an die er binden kann,
was bedeutet, dass der lac-Repressor
an die O-Stelle binden kann.
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Wenn dies geschieht, versucht die
CAP, die Transkription einzuschalten
und wir haben den lac-Repressor, der
versucht, die Transkription abzuschalten.
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Und was nun? Nun, der lac-Repressor gewinnt
und der Grund, warum er gewinnt, ist, dass, wie Sie sich vorstellen können,
dass die RNA-Polymerase in diesem
winzigen Bereich dazwischen nicht binden kann.
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Aus der Perspektive des Stoffwechsels ist dies
ziemlich sinnvoll, denn eine niedrige Glukose
und nicht verfügbare Laktose
wäre ein sehr schlechtes Szenario, um die Aktivierung
der Transkription dieses Operons einzuschalten, weil
die Zelle bereits wenig Energie hat und sie würde noch mehr Energie verschwenden,
wenn das Operon eingeschaltet würde.
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Auch das letzte Szenario ist
ein interessantes Szenario.
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Hier hat die Zelle einen hohen
Glukose-Spiegel, so dass sie viel Energie hat
und es ist auch Laktose vorhanden.
Wenn dies nun geschieht, wird natürlich
die zyklische AMP nicht gemacht. Also wird dieses
CAP nicht an die CAP-Bindungsstelle binden.
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Aber es ist noch mehr Laktose vorhanden.
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Es wird also Allolaktose gebildet,
was bedeutet, dass der Repressor
sich auch nicht an seine Seite bindet.
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Wenn das passiert, haben wir eine Art nackte DNA, die
Sie in diesem Bild ganz unten sehen können.
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Und interessanterweise kann unter diesen Bedingungen
die RNA-Polymerase
tatsächlich zum Promotor gelangen
und es wird in begrenztem Umfang und in
kleiner Menge die Transkription durchgeführt.
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Da große Mengen an Glukose und Laktose vorhanden sind,
ist es nicht wirklich eine Energieverschwendung.
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Aber es zeigt viel über die Dynamik
dieses Systems und wie es aufgebaut ist,
um auszuschließen, dass das Operon gebildet wird, wenn
es nicht sein sollte und es erlaubt,
wenn es sinnvoll ist.
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Es gibt also mehrere verschiedene Stoffwechselumstände,
in denen sich eine E-Coli-Zelle befinden kann
und das lac-Operon passt sich entsprechend an.
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Wenn also keine Laktose vorhanden ist, bindet der lac-
Repressor an die O-Stelle und stoppt die
RNA-Polymerase
des Operons zu transkribieren.
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Wenn Laktose vorhanden ist,
wird Allolaktose gebildet,
das sich an den lac-Repressor bindet und den Repressor daran hindert,
an die O-Stelle zu binden,
daher können andere
Dinge geschehen.
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Das zyklisches AMP reichlich vorhanden und an das CAP gebunden ist, geschieht
wenn die Glukosekonzentration niedrig ist.
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Dies wird die Transkription erleichtern,
wenn der Zelle Laktose zur Verfügung steht.
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Die Expression ist also dann am höchsten, wenn
Laktose verfügbar ist und Glukose niedrig ist.
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Und die Expression ist am geringsten,
wenn keine Laktose vorhanden ist.
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Dadurch erhält die Zelle
genau das, was sie braucht,
wenn sie Laktose zur Verfügung hat oder
keine Laktose zur Verfügung steht.
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Ich schließe die Folie mit einer
schönen Darstellung
der CAP-Bindung an das lac-Operon
Operon ab. Und Sie können sehen, dass
zyklisches AMP in der
der Mitte dieses Proteins gebunden ist.
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RNA ist vielfältig, RNA
ist wichtig für Zellen
und RNA ist für die Herstellung von Proteinen unerlässlich.
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Ich hoffe, Sie haben durch diese Präsentation
das Verständnis darüber erlangt, wie diese wichtigen
Funktionen der RNA der Zelle helfen, das zu tun, was sie tut.