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Operon
Ein Operon ist eine Funktionseinheit der DNA von Prokaryoten und manchen Eukaryoten sowie der von Bakterien abgeleiteten Organellen wie den Plastiden (siehe …
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Aufbau und Funktion eines Operons
Ein Operon ist eine Funktionseinheit der DNA bei Prokaryoten und manchen Eukaryoten sowie bei von Bakterien abgeleiteten Organellen, etwa Plastiden. Es ermöglicht, mehrere Gene gemeinsam zu steuern. Die Gene codieren meist Proteine mit verwandten Funktionen.
Ein prokaryotisches Operon besteht aus einem Promotor, einem oder mehreren Operatoren und mehreren Strukturgenen. Am Promotor setzt die RNA-Polymerase für die Transkription an. Operatoren sind DNA-Bereiche, an die regulatorische Proteine binden können. So wird die Bildung der mRNA (messenger-RNA) aktiviert oder gehemmt und dadurch indirekt auch die Translation der codierten Proteine beeinflusst.
Regulatorische Proteine wirken als Aktivatoren oder Repressoren. Ihre Wirkung hängt von Liganden beziehungsweise Effektormolekülen ab: Das sind Stoffe, die die Zelle bildet oder aufnimmt und die die Bindung dieser Proteine an die DNA verändern können.
Regulationsarten und Anwendungen
Die Gene eines Operons werden gewöhnlich koordiniert reguliert. Bei positiver Regulation braucht die RNA-Polymerase einen an die DNA gebundenen Aktivator, damit die Transkription stattfinden kann. Bei negativer Regulation bindet ein Repressor an die DNA; dann kann die RNA-Polymerase das Gen nicht transkribieren.
Metabolite können Aktivatoren oder Repressoren aktivieren, sodass sie an DNA binden, oder inaktivieren, sodass sie von der DNA dissoziieren. Induktion liegt vor, wenn die Bindung eines Metaboliten Transkription und damit Genexpression ermöglicht: Ein Repressor wird inaktiviert oder ein Aktivator aktiviert. Repression bedeutet dagegen, dass ein Substrat die Genexpression unterdrückt: Ein Aktivator wird inaktiviert oder ein Repressor aktiviert.
Das Operon-Modell wurde 1960 von François Jacob und Jacques Monod u. a. anhand des lac-Operons von E. coli entwickelt und später erweitert; 1965 erhielten sie dafür den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. In der Gentechnik können beliebige Gene unter die Regulationselemente eines Operons gestellt und gezielt aktiviert werden. Beim lac-Operon geschieht dies beispielsweise durch den synthetischen Induktor IPTG (Isopropyl-β-D-thiogalactopyranosid). Beispiele für Operons sind das lac-, trp- und ara-Operon.
