Hauptunterschied – induzierbares vs. unterdrückbares Operon
Ein Operon ist eine funktionierende Einheit genomischer DNA, die ein Cluster von Genen unter der Kontrolle eines einzelnen Promotors enthält. Die Genregulation wird durch die Kontrolle eines Operons durch Induktion oder Repression erreicht. Es gibt zwei Arten von Operons: induzierbare Operons und unterdrückbare Operons. Induzierbares Operon ist eine Art von Operon, das durch eine Substratchemikalie, d. h. einen Induktor, eingesch altet wird. Bei einem unterdrückbaren Operon erfolgt die Regulation durch eine chemische Substanz, die als Co-Repressor bekannt ist und normalerweise das Endprodukt dieses bestimmten Stoffwechselwegs ist. Dies ist der Hauptunterschied zwischen induzierbaren und unterdrückbaren Operonen.
Was sind Operons?
Operon ist ein Cluster von Strukturgenen, das von einem einzigen Promotor exprimiert oder kontrolliert wird und als funktionelle Einheit der genomischen DNA betrachtet wird. Ein Operon besteht aus drei Komponenten. Sie sind Promotor, Operator und die Gene. Die genetischen Codes der Gene werden durch den als Transkription bezeichneten Prozess in mRNA-Sequenzen umgewandelt. Ein Operon produziert eine einzelne Einheit von mRNA-Sequenzen, die später in separate Proteine übersetzt werden, meist Enzyme, die an Stoffwechselwegen beteiligt sind. Zunächst wurden Operons in Prokaryoten entdeckt, später wurden sie aber auch in Eukaryoten gefunden. Prokaryotische und eukaryotische Operons führen zur Genese von polycistronischen mRNAs bzw. monocistronischen mRNAs. Operone können auch auf Bakteriophagen (Bakterien, die Viren infizieren) gefunden werden.
Was sind induzierbare Operons?
Ein induzierbares Operon ist ein Gensystem, das eine äquivalente Menge an Enzymen kodiert, die mit einem katabolen Stoffwechselweg assoziiert sind. Es ist induzierbar, wenn ein Metabolit/Substrat in diesem Weg die Transkription der Gene aktiviert, die die bestimmten Enzyme codieren. Diese Aktivierung kann durch einen Repressor verursacht werden, wenn er inaktiviert oder kooperiert wird. Ein induzierbares Operon wird durch einen Induktor eingesch altet. Ein induzierbares Operon besteht aus Komponenten wie Strukturgenen, Operatorgen, Promotorgen, Regulatorgen, Repressor und Induktor. Induzierbare Operons bestehen aus einem oder mehreren Strukturgenen. Das lac-Operon ist das beste Beispiel für ein induzierbares Operon.
Abbildung 01: Induzierbares Operon – Lac Operon
Es enthält drei Strukturgene; Z, Y und A, die eine mRNA transkribieren und die mRNA in die drei Enzyme Galactosidase, Lactosepermease bzw. Transacetylase übersetzen. Das Operatorgen befindet sich neben den Strukturgenen und kontrolliert deren Funktion.
Was sind unterdrückbare Operons?
Das unterdrückbare Operon wird in Gegenwart einer chemischen Substanz, die als Co-Repressor bekannt ist, reguliert. Ein Co-Repressor ist immer ein Endprodukt eines Stoffwechselweges. In Anwesenheit eines Co-Repressors wird das Operon als ausgesch altet bezeichnet. Das Tryptophan-Operon (trp-Operon) ist ein Beispiel für ein unterdrückbares Operon. Strukturgene, Regulatorgene, Operatorgene, Promotorgene und Co-Repressoren sind im trp-Operon enth alten. Das trp-Operon besteht aus fünf Strukturgenen, die mRNAs transkribieren, die später übersetzt und für Proteine kodiert werden, die als Enzyme fungieren.
Abbildung 02: Repressor-Operon – Tryptophan-Operon
Die Strukturgene werden durch spezifische Operatorgene reguliert, die als Teil des trp-Operons vorhanden sind. Der Co-Repressor wird als Endprodukt durch einen Stoffwechselweg produziert, der innerhalb der Zelle stattfindet oder von außen in die Zelle eindringen kann. Die Konzentration des Co-Repressors ist direkt proportional zur Regulation der Transkription innerhalb der Zelle. Mit der Erhöhung der Co-Repressor-Konzentration wird ein Apo-Repressor- und Co-Repressor-Komplex gebildet. Der Apo-Repressor ist ein Protein und wird durch das im Operon vorhandene Regulatorgen kodiert. Dieser Komplex bindet an die Operatorregion und stoppt die Transkription von Strukturgenen. Bei niedrigen Co-Repressor-Konzentrationen wird die Verbindung von Apo-Repressor und Operator-Gen verhindert. Dies ermöglicht die Fortsetzung der Bildung von Co-Repressor. Der Apo-Repressor- und Co-Repressor-Komplex verbindet sich mit dem Operator-Gen und sch altet die Genexpression aus. Dadurch wird der Transkriptionsprozess verhindert und damit die Synthese von Enzymen gestoppt.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen induzierbarem und unterdrückbarem Operon?
- Induzierbare und reprimierbare Operons enth alten Strukturgene mit ähnlichen Funktionen und werden von einem einzigen Promotor kontrolliert.
- Beide Arten von Operonen bestehen aus einem negativen Kontrollregulationssystem, das von einem Repressor gesteuert wird.
- Der Repressor wird von den regulatorischen Genen codiert, die in den beiden Operons vorhanden sind, und sobald der Repressor an den Operator gebunden ist, verhindert er die Transkription.
Was ist der Unterschied zwischen induzierbarem und unterdrückbarem Operon?
Induzierbares vs. unterdrückbares Operon |
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| Bei induzierbaren Operonen bleiben die Gene ausgesch altet, bis ein bestimmter Metabolit den Repressor inaktiviert. | Bei unterdrückbaren Operonen bleiben Gene eingesch altet, bis der Repressor durch einen bestimmten Metaboliten aktiviert wird. |
| Stoffwechselweg | |
| Die induzierbaren Operons wirken in katabolischen Signalwegen. | Die unterdrückbaren Operons wirken in anabolen Signalwegen. |
| Enzymsynthese | |
| Die Nährstoffe, die im Stoffwechselweg verwendet werden, aktivieren die Enzymsynthese. | Die Produktion wird durch die Endprodukte des Stoffwechselwegs abgesch altet, die die Enzymsynthese unterdrücken. |
| Beispiele | |
| Lac-Operon ist ein induzierbares Operon. | Trp-Operon ist ein unterdrückbares Operon. |
Zusammenfassung – Induzierbares vs. unterdrückbares Operon
Ein Operon ist eine Gruppe von Genen, die von einem einzigen Promotor kontrolliert wird. Sie sind zwei Arten von Operonen gemäß den Funktionen, die sie ausführen. Sie sind induzierbare Operons und unterdrückbare Operons. Das induzierbare Operon wird durch ein im Stoffwechselweg vorhandenes Substrat reguliert, während das reprimierbare Operon durch das Vorhandensein eines metabolischen Endprodukts reguliert wird, das als Co-Repressor bekannt ist. Dies ist der Hauptunterschied zwischen induzierbarem und repressorischem Operon.
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