Funktionsweise des Lac-Operons

Das Lac-Operon ist ein klassisches Beispiel für die Genregulation in Prokaryoten, insbesondere bei Escherichia coli (E. coli). Es steuert die Expression von Genen, die für den Abbau von Laktose verantwortlich sind. Hier sind die Hauptbestandteile und die Funktionsweise des Lac-Operons:

1. **Strukturgene**: Das Lac-Operon besteht aus drei Hauptgenen:
- **lacZ**: kodiert für das Enzym β-Galaktosidase, das Laktose in Glukose und Galaktose spaltet.
- **lacY**: kodiert für das Enzym Laktosepermease, das den Transport von Laktose in die Zelle ermöglicht.
- **lacA**: kodiert für das Enzym Thiogalaktosid-Transacetylase, dessen Funktion weniger klar ist, aber möglicherweise bei der Entgiftung von Laktoseabbauprodukten hilft.

2. **Regulatorgen**: Ein weiteres wichtiges Element ist das **lacI-Gen**, das für den Repressor des Lac-Operons kodiert. Dieser Repressor bindet an den Operatorbereich des Operons und verhindert die Transkription der Strukturgene, wenn keine Laktose vorhanden ist.

3. **Induktion**: Wenn Laktose in der Zelle vorhanden ist, wird ein Teil der Laktose (allolaktose) als Induktor gebildet. Allolaktose bindet an den Repressor, wodurch dieser seine Bindung an den Operator verliert. Dies ermöglicht die RNA-Polymerase, an den Promotor zu binden und die Transkription der Strukturgene zu initiieren.

4. **Glukose-Einfluss**: Die Anwesenheit von Glukose beeinflusst ebenfalls die Aktivität des Lac-Operons. Wenn Glukose vorhanden ist, wird die cAMP-Konzentration in der Zelle niedrig gehalten. cAMP bindet an das cAMP-Rezeptorprotein (CRP), und das CRP-cAMP-Komplex fördert die Transkription des Lac-Operons. Bei niedrigen Glukosespiegeln steigt die cAMP-Konzentration, was die Aktivierung des Operons fördert.

Zusammengefasst ermöglicht das Lac-Operon E. coli, effizient auf die Verfügbarkeit von Laktose als Energiequelle zu reagieren, indem es die Gene für den Laktoseabbau nur dann exprimiert, wenn Laktose vorhanden ist und Glukose nicht verfügbar ist.