Wird an E. coli neben Lactose auch Glucose verfüttert, deren Abbau energetisch günstiger ist als die Verwertung von Lactose, dann wird die Synthese der Lactose abbauenden Enzyme verhindert. Das bedeutet, dass bei Anwesenheit von Glucose das Lactose – Operon kaum noch abgelesen wird.

Worum gehts?

Wie ist es in der Bakterienzelle geregelt, dass bei Anwesenheit von Lactose und Glucose, die Glucose bevorzugt abgebaut wird?

Möglichkeiten der Regulation des lac – Operons

• Tatsächlich unterliegt das Operon sowohl einer negativen als auch einer positiven Kontrolle. Die positive Kontrolle erfolgt durch ein Aktivator-Protein, das die Anlagerung der RNA-Polymerase erleichtert. Die Aktivität des Aktivator-Proteins (CAP, catabolite gene activator protein) wird durch cAMP (cyklisches AMP) reguliert.
• Eine sinkende Glucosekonzentration in der Zelle führt zu einem Anstieg des Signalmoleküls, das sich an das Aktivator-Protein anlagert und es dadurch aktiviert. Die aktivierte Form bindet vor dem Promotor, die RNA-Polymerase kann sich effektiver anlagern.

Nährmedium 1

Im Nährmedium befindet sich keine Lactose. Der Repressor blockiert die Translation (negative Kontrolle).

Es werden keine Enzyme zur Lactoseverwertung bereit gestellt (Spareffekt).

Nährmedium 2

Bei Anwesenheit von Lactose und Glucose wird das lac – Operon nur in geringem Maße abgelesen, weil die RNA-Polymerase nicht effktiv am Promotor bindet (geringe Ableserate).

Dadurch wird Glucose bevorzugt abgebaut (bessere Energieausbeute).

Nährmedium 3

Im Nährmedium befindet sich Lactose, aber keine Glucose.

Die Abwesenheit von Glucose bewirkt verstärkte Bindung von cAMP und CAP zum Aktivatorprotein.

Dieser Aktivatorkomplex erleichtert die Anlagerung der RNA-Polymerase.

Die Translationsgeschwindigkeit steigt um das 50fache.

Wirkung der synthetisierten Enzyme

• Galactosidase: Das Enzym spaltet die Lactose in Glucose und Galactose.
• Permease: Transportprotein, welches die Aufnahme der Lactose in die Zelle ermöglicht.
• Transacetylase: Das Enzym verhindert durch seine enzymatische Wirkung die Schädigung der Zelle.