Steuerung der Genaktivität bei Pflanzen - Nitratreductase?

Hallo Leute,

ich habe vor paar Wochen eine Klausur über Genregulation geschrieben und völlig daneben gehauen. Ich bin gerade an meiner Berichtigung dran und komme mit dem zweiten Teil immer noch nicht weiter.

Vielleicht kann mir da irgendjemand weiterhelfen?

Folgene Aufgabe:

Eine Reihe experimenteller Befunde bei Eukaryonten lassen sich zwanglos mit dem einfachen Jacob-Monod- Modell erklären, so z.B. die Synthese der Nitrat Reductase, die bei der Nitrat-Assimilation eine bedeutende Rolle spielt. Assimilatin ist der Stoff- und Energiestoffwechsel, bei dem aufgenommene, körperfremde Stoffe - meistens unter Energiezufuhr - in körpereigenen Verbindungen umgewandelt werden. Die Assimilation von Stickstoff aus Nitrat erfolgt bei Pflanzen vorwiegend in der Wurzel oder im Spross. Über die Reduktion von Nitrat zu Nitrit und Ammonium mündet sie in die Synthese der Aminosäuren Asparagin und Glutamin.

Zieht man Wasserpflanzen auf einem ammoniumhaltigen Medium, dem zum Zeitpunkt Null Nitrat zugegeben wird, und misst in bestimmten Zeitabständen die Enzymaktivität, so erhält bei grafischer Darstellung des Ergebnisses folgenden Kurvenverlauf:

(sorry geht nicht richtig herum :()

2.1. (Skizzieren und erläutern Sie ausführlich (Angaben zur Funktion der beteiligten Elemente) ein Modell der Regulation der Nitrat-Reductase; gehen Sie dabei vereinfachend von drei Strukturgenen aus. Begründen Sie ihre Darstellung mithilfe des gegeben Materials.

Ich wäre wirklich über jeden Tipp dankbar!

Answer 1

[CliffBaxter]

Hi,

das ist eine typische Transferaufgabe. Das Stichwort aus der Aufgabenstellung lautet "Jacob-Monod-Modell" (= Operon). Da müsste es bei dir klingeln, denn das hast du für die Klausur vermutlich gelernt. Und nun sollst du es auf dieses Fallbeispiel anwenden (übertragen). Das Material erklärt, zur Verwertung von Nitrat, muss ein Enzym gebildet werden, die Nitratreduktase. So kann Nitrat umgewandelt werden in Nitrit und dies sei der erste Schritt zur Aufnahme von Nitrat in den pflanzlichen Stoffwechsel. In dem Koordinatensystem ist die Enzymaktivität aufgetragen gegen die Zeit. Wird Nitrat zugegeben, steigt die Enzymaktivität an.

Hypothese I: Die Enzymaktivität, die gemessen wird, ist ein Hinweis auf das Vorhandensein des Enzyms Nitratreduktase. Erst ab der Zugabe von Nitrat (Zeitpunkt 0) ist Enzymaktivität messbar. Nitrat scheint die Produktion des Enzyms Nitratredukatase erst auszulösen.

D.h.

kein Nitrat --> keine Nitratreduktase

Nitrat --> Nitratreduktase

Hypothese II: Die Regulation erfolgt über die Genexpression. Aufgrund des beobachteten Zusammenhangs, vermuten wir Substratinduktion.

Jetzt hast du zwei Stichpunkte

1.) Jacob-Monod-Modell

2.) Substratinduktion

und jetzt muss es losgehen. Du nimmst dir ein Blatt Papier und entwirfst ein Modell für diesen Fall, mit allem was du gelernt hast. Ich habe das mal gemacht und als Skizze angehangen.

Wir haben 2 Situationen. Einmal "ohne Nitrat". Das Regulatorgen (R) sorgt für die Bildung eines Repressors. Dieser lagert sich an das Operatorgen (O) zwischen Promotor (P) und Strukturgenen (S1, S2, S3). So verhindert der Repressor, dass sich RNA-Polymerase an ihren Startpunkt, den Promotor anlagern kann und die Strukturgene (S1-S3) werden nicht abgelesen.

"mit Nitrat". Nitrat (gelegentlich in dieser Funktion auch als "Effektor" bezeichnet) gelangt in die Zelle und erreicht auch den Repressor, lagert sich an ihn an, dieser verändert seine Form und löst sich vom Operatorgen. Die Strukturgene sind nun nicht mehr blockiert. RNA-Polymerase kann sich an den Promotor anlagern und die Strukturgene ablesen. Transkription der Strukturgene erfolgt. mRNA wird gebildet, Traslation erfolgt, das Enzym Nitratreduktase wird gebildet, sagen wir mit Strukturgen1 (S1). Nitrat wird assimiliert. Wofür jetzt die übrigen Strukturgene sein sollen (S2, S3) bleibt spekulativ. Jedenfalls werden sie als Teil des Operons, in jedem Fall mit exprimiert. LG