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Genregulation: molekularen Ebenen

Vom Gen zum Protein / Regulation der Genexpression

Die Transkription und Translation von Genen wird oft als Genexpression bezeichnet.
Die entstehende Proteinmenge kann an unterschiedlichen Stellen der Proteinbiosynthese reguliert werden.


1. Transkriptionsebene


2. posttranskriptionale Veränderungen der mRNA, die deren Lebensdauer beeinflusst


3. Translationsebene


4. Proteinebene (wie alt darf ein Enzym werden?)

Dabei wird die bereits bekannte Abbildung des Ablauf der Proteinbiosynthese wieder nützlich.

Die Proteinbiosynthese kann an den unterschiedlichsten Stellen reguliert oder unterbrochen werden.
Die Proteinbiosynthese kann an den unterschiedlichsten Stellen reguliert oder unterbrochen werden.

Regulation auf Transkriptionsebene

D. h., die Regulation erfolgt vor/bei der Herstellung der mRNA.
Dabei gibt es zwei unterschiedliche, sehr gut untersuchte Mechanismen. Die Regulation der Genaktivität erfolgt über

Substrat-Induktion

= Anschalten der Genexpression bei Vorliegen eines bestimmten Substrats (Beispiel: Lactose im Lac-Operon)

Endprodukt-Hemmung

Das Endprodukt eines Stoffwechselweges blockiert den ersten Schritt der Biosynthese, kein neues Protein wird produziert (z. B. Tryptophan-Biosynthese: Tryptophan, das Produkt, welches nach 10 Syntheseschritten am Ende des Stoffwechselweges entsteht, blockiert die weitere Transkription).

Induktion oder Repression

Im Prinzip gibt es zwei Mechanismen dieser Genregulation auf Transkriptionsebene:

  • negative Regulation: Hier wird die Transkription durch einen Repressor verhindert. Dieser muss entfernt werden, um die Genexpression zu ermöglichen.
  • positive Regulation: Hier wird die Transkription durch einen Aktivator ermöglicht. Ohne Aktivator werden Gene nicht oder nur in geringem Maße abgelesen.
  • Positive und negative Regulation können zusammenspielen, wie z. B. im Lac-Operon von E. coli, das 1961 von François Jacob und Jaques Monod beschrieben wurde.

Der Abbau des Disaccharids Lactose wird durch Enzyme bewerkstelligt. Da Lactose nicht immer als Nahrungsquelle zur Verfügung steht, werden die zum Abbau benötigten Enzyme nur dann produziert, wenn Lactose tatsächlich abgebaut werden muss. Das Lac- oder Lactose-Operon ist eine Gruppe von drei (Struktur-)Genen – lacZ, lacY und lacA –, die gemeinsam abgelesen und reguliert werden.

Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Molekularbiologie / Genetik

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

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  • DNA als Erbsubstanz
    • Einleitung zu DNA als Erbsubstanz
    • Molekularbiologie als Thema im Abitur
    • Aufbau der DNA
      • Einleitung zu Aufbau der DNA
      • Einzelstränge der DNA
    • Experiment von Griffith (1928)
    • Mutationen
    • DNA- Replikation
      • Einleitung zu DNA- Replikation
      • historisches Experiment: Meselson und Strahl
    • Organisation der DNA
  • Vom Gen zum Protein
    • Einleitung zu Vom Gen zum Protein
    • Transkription
    • Translation
      • Einleitung zu Translation
      • Der genetische Code
      • Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)
    • Proteinbiosynthese in Eukaryoten
    • Genwirkkette
      • Einleitung zu Genwirkkette
      • Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa
      • additive Polygenie
    • Regulation der Genexpression
      • Einleitung zu Regulation der Genexpression
      • Genregulation: molekularen Ebenen
      • Lac-Operon
      • Trp-Operon
      • Genexpression bei Eukaryoten
        • Einleitung zu Genexpression bei Eukaryoten
        • Epigenetik
          • Einleitung zu Epigenetik
          • DNA-Methylierung
        • Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Einleitung zu Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Entwicklungsstadien von Drosophila - regulierte Genexpression
  • Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Einleitung zu Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Klonierung
      • Einleitung zu Klonierung
      • Restriktionsenzyme
      • Methode: Gel-Elektrophorese
      • Klonierung von Fremd-DNA und Transformation
      • Transformation
      • cDNA
    • Methode: Polymerase-Ketten-Reaktion
    • Methode: genetischer Fingerabdruck
    • Methode: Gensonde
    • Methode: DNA-Microarray (Biochip)
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    • Bedeutung von Gentechnik in Biologie, Landwirtschaft und Medizin
  • Genetik der Zelle
    • Einleitung zu Genetik der Zelle
    • Zellteilung
      • Einleitung zu Zellteilung
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    • Stammzellen
      • Einleitung zu Stammzellen
      • Gewinnung embryonaler Stammzellen
      • Differenzierung von Stammzellen
      • Differentielle Genaktivität
        • Einleitung zu Differentielle Genaktivität
        • Steuerung der Genexpression in verschiedenen Entwicklungsphasen
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        • therapeutisches Klonen
          • Einleitung zu therapeutisches Klonen
          • Reproduktionstechnik - am Beispiel Dolly
        • Genetische Askpekte einer Krebserkrankung
      • Stammzellen - wie weit darf die Forschung gehen?
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    • Einleitung zu Humangenetik
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      • Einleitung zu Mendel Regeln
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      • Einleitung zu Stammbaumanalysen
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      • Beispiele für Erbgänge und Stammbäume
    • Der Einfluß einer Mutation auf den Phänotyp - Beispiel einer Erbkrankheit
    • Pränataldiagnostik
    • Trisomie 21 - Beispiel einer Chromosomenmutation
    • Turner und Klinefelter - Beispiele für Fehlverteilungen der Gonosomen
    • Blutgruppen und Rhesusfaktoren
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