Grundsätzlich gibt es die kompetitive Hemmung, auch isosterische Hemmung genannt, die allosterische Hemmung, die nicht kompetetiv ist und eine irreversible Hemmung durch chemische Veränderung des Enzyms. Mögliche Regulationen: Allosterische Hemmung (grch. Genetik: Genregulation bei Prokaryoten (Operon-Modell). : allos = anderer; stereos = starr, fest) bedeutet, dass das Enzym eine weitere Bindungsstelle besitzt, an der ein anderer Stoff binden kann. Dieser beeinflusst die Form (Konformation) der katalytischen Bindungsstelle so, dass das Enzym gehemmt oder in vielen Fällen auch gefördert wird. Manche Enzyme erreichen erst durch einen allosterischen Effektor ihre volle katalytische Wirkung (sie werden allosterisch aktiviert). Ein bekanntes Beispiel: bei zu hohem Blutzuckerspiegel wird ein Enzym, das den Aufbau des Speicherstoffes Glycogen bewirkt, durch aktivierte Glucose allosterisch aktiviert. Die Glucose wird zu Glycogen (einem Polysaccharid ähnlich der Stärke in Pflanzen) verarbeitet und mit nachlassender Glukosekonzentration im Blut läßt auch der allosterische Effekt auf die Enzymmoleküle nach.
Name: Julian Vey, 2014 H. Hoffmeister, 2017-03 Warum müssen Geneprodukte (also die Proteinmenge) reguliert werden? Das dauerhafte Bereitstellen von allen möglichen Proteinen bzw. Enzymen in der Bakterienzelle wäre mit einem massiven Energieverlust verbunden! Das wäre ein enormer Nachteil, wenn es um das Überleben z. B. Genregulation durch Endprodukt-Repression. in nahrungsarmen Zeiten geht. Deshalb werden Gene in der Zelle reguliert, dass heißt nach Bedarf an-/abgeschaltet, um so auch nur dann Proteine herzustellen, wenn diese auch wirklich notwendig sind. Die Forscher Jacob und Monod entwickelten 1961 das Operon-Modell, womit die Genregulation bei Prokaryoten beschrieben wird. Es wird auch das Operonmodell genannt und gilt für alle Prokaryoten Ein Operon ist ein Abschnitt der DNA, der aus einem Promoter (Start der RNA-Polymerase), Strukturgenen (stellen Enzyme her) und einem Operator (kontrolliert die Strukturgene) besteht. Gesteuert wird das Operon von einem Regulator auf einem benachbarten DNA-Abschnitt: Es gibt zwei verschiedene Arten der Regulation: 1.
Der Schlüssel passt nun also wieder in Schloss und deshalb kann der Repressor wieder an den Operator binden. Da der Vorgang durch das abzubauende Produkt ausgelöst wird spricht man von Induktion (Anregung, Auslösung). Die Reaktion (also das Starten der Transkription) wird also durch das Edukt (hier Lactose) reguliert! Zweiphasiges Wachstum einer E. coli Kultur: Betrachtet man eine Wachstumskurve von E. Genregulation durch Substrat-Induktion. Coli-Kulturen, in denen die Energiequelle Glucose versiegt ist und lediglich Lactose neu hinzugegeben wird, so stoppt die Bakterienvermehrung zunächst und setzt erst mit Verzögerung wieder ein. Wird während des gesamten Vorgangs die Enzymausstattung beobachtet, kann man zunächst nur Enzyme für den Glucose-Abbau nachweisen. Nach Hinzugabe von Lactose sind wenig später auch Enzyme für den Lactose-Abbau vorhanden. Durch das Bilden von neuen Enzymen ist der Wachstumsstop zu erklären. Hieran ist zu erkennen, dass Zellen durch die Regulation nicht nur Energie sparen, sondern auch sehr schnell auf ändernde Umwelteinflüsse reagieren können.
Das Tryptophan-Operon ist hierbei für die Synthese der Aminosäure Tryptophan verantwortlich. Bei der Endproduktrepression haben die Bestandteile des Operons grundsätzlich dieselbe Funktion wie bei der Substratinduktion. Allerdings wird der Repressor hier durch das Endprodukt (z. B. Tryptophan) aktiviert, anstatt durch ein Substrat (z. Lactose) inaktiviert zu werden. Der Ablauf der Endproduktrepression am Beispiel des trp-Operon-Modells sieht folgendermaßen aus: Zunächst produziert das Regulatorgen einen inaktiven Repressor. Solange kein Tryptophan vorhanden ist, bleibt der Repressor inaktiv. Die RNA-Polymerase kann also die DNA ablesen. So können die benötigten Enzyme für die Tryptophan Produktion hergestellt werden. Tryptophan-Operon ohne Tryptophan Die Folge ist ein Anstieg der Tryptophan Konzentration. Das führt zu folgenden Schritten: Die Aminosäure bindet an den Repressor und aktiviert ihn. Es kommt also zu einer Strukturveränderung des Proteins. Jetzt kann der Repressor an die DNA binden und verhindert die weitere Transkription durch die Polymerase.
Zusammengefasst: Es befindet sich keine Lactose in der Zelle: Repressor bindet am Operator und verhindert die Transkription von lactoseabbauenden Enzymen (Repressor aktiv) Es befindet sich Lactose in der Zelle: Lactose Moleküle binden am Repressor und verändern dadurch seine Struktur (Repressor inaktiv). Die RNA Polymerase kann ablaufen und synthetisiert die lactoseabbauenden Enzyme. Die Genregulation durch Endprodukt-Repression wird in einem eigenen Artikel behandelt. Zusammenfassung Bei der Substrat-Induktion wird ein benötigtes Enzym während der Anwesenheit des zu verarbeitenden Substrates hergestellt. Das lac-Operon sorgt bei Prokaryoten für den Abbau von Lactose. Lactose erhöht als Effektor die Synthese von lactose-abbauenden Enzymen.
Zur Übung habe ich bereits einen Text über den Ablauf und den Mechanismus verfasst. Ich wäre sehr dankbar, wenn einer diesen (am besten bis morgen) korrigieren würde. "Die DNA-Replikation findet vor der Mitose statt, wobei aus den Ein-Chromatid-Chromosomen Zwei-Chromatiden-Chromosomen werden. Dafür wird die DNA zunächst einmal in zwei Einzelstränge geteilt. Dabei sind an jedem Strang einzelne Nucleotide mit den jeweils komplementären Basen. Bei der DNA ist Adenin komplementär zu Thymin, Guanin zu Cytosin. Im Falle, dass die DNA kopiert wird, hängt sich an jedes Cytosin ein Guanin und an jedes Guanin wieder ein Cytosin, an jedes Thymin hängt sich ein Adenin und an jedes Adenin ein Uracyl. Diese werden zu zwei identischen Doppelsträngen verknüpft. Dabei erhält ein Doppelstrang einen alten und einen neuen Einzelstrang, daher sprechen wir von einer semikonservativen Replikation. Das Wort kommt aus dem Lateinischen und setzt sich aus den Wörtern semi für halb und conservare für bewahren zusammen.
Wie sieht ein Enzym-Substrat-Komplex aus? Enzyme sind Proteine und besitzen eine bestimmte räumliche Struktur (Tertiärstruktur). In den Bereich der Struktur, der das Substrat bindet, passt dieses wie ein Schlüssel ins Schloss, daher die Bezeichnung "Schlüssel-Schloss-Prinzip". Das Schloss ist die katalytische Bindungsstelle, auch Substratbindungszentrum genannt, der Schlüssel das Substrat bzw. die Substrate. Die Substrate werden z. B. über ionische Wechselwirkungen mit den Aminosäureseitenketten in der Bindungsstelle gehalten. Häufig sind spezielle funktionelle Aminosäuren im Bereich der Bindungsstelle vorhanden, beispielsweise saure Aminosäuren, die mit ihrem Carbonsäurerest das Substrat binden können, oder auch basische Aminosäuren, die eine zusätzliche Aminogruppe zur Bindung eines Substrates besitzen. Regulation der Enzymaktivität Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Aktivität von Enzymen zu beeinflussen. Wenn außer dem Substrat andere Stoffe an das Enzym binden, kann die Aktivität gehemmt werden.
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