Wie kann ich die Versuchsergebnisse mit Hilfe des Operonmodells zur Glucoseaufnahme bei der Grünalge Chlorella erklären?
Hallo ihr Lieben! Bis Dienstag haben wir eine Hausaufgabe in Biologie auf, welche bewertet wird. Es geht darum, dass die Zellen einer Grünalge glucosefrei gehalten und dann in ein glucosehaltiges Medium gegeben wurden (das wiederholte man mit 5, 10 und 13 Stunden). Dazu ist auch ein Diagramm gegeben. Das beschreiben der Untersuchungsergebnisse bekomme ich ja noch hin, aber ich habe keine Ahnung wie ich das erklären soll. Ich habe euch das gesamte Arbeitsblatt mit hinzugefügt. Ich hoffe ihr könnt mir helfen. Vielen Dank schonmal im Voraus!
1 Antwort
Moin,
Bei diesem Versuch geht es um eine Form der Genregulation. Die einzellige Alge Chlorella benötigt für ihren Stoffwechsel Glucose. Diese kann sie entweder selbst über die Fotosynthese herstellen oder (einfacher) aus dem Medium, in dem sie lebt, aufnehmen. Für die Aufnahme aus dem Medium braucht sie Hilfsenzyme, die zum Beispiel Glucose aus dem Medium registrieren können. Diese Enzyme kann die Alge mit Hilfe der Eiweißbiosynthese herstellen. Offenbar ist es nun so, dass die Alge, wenn Glucose im Medium vorhanden ist, die Gene nutzt, um die zur Aufnahme nötigen Enzyme herzustellen. Wenn aber keine Glucose im Nährmedium enthalten ist, braucht die Alge die Enzyme, die die Aufnahme ermöglichen, natürlich nicht. Dann wäre es also pure Energieverschwendung, wenn die Abläufe, die zur Herstellung der Enzyme führen, weiterlaufen würden. Darum wird die Genaktivität abgeschaltet. Und das geht so:
Wenn Glucose mit Hilfe von Enzymen aus dem Medium aufgenommen wird, dann sorgt ein Teil dieser Glucose dafür, dass ein Repressor inaktiviert wird, indem sich einzelne Glucosemoleküle an den Repressor binden. Da der Repressor dadurch inaktiviert ist, kann er sich nicht an eine Oparatorregion der DNA anheften, die vor den Genen liegt, die für das Enzym zur Aufnahme von Glucose wichtig sind. Dadurch bleibt diese Region frei und die Transkription der Gene, die das Enzym herstellen, erfolgt. Das Enzym wird hergestellt und sorgt dafür, dass weiterhin Glucose aus dem Medium aufgenommen werden kann. Wenn nun aber im Medium keine Glucose mehr vorhanden ist, wird auch keine Glucose aufgenommen. Dann sind die Enzyme, die für die Aufnahme nötig sind, überflüssig. Die Alge verbraucht zunächst die noch vorhandene Glucose, am Ende auch die, die sich an den Repressor gebunden hat, so dass der Repressor durch eine Konformationsänderung aktiviert wird. In seiner aktivierten Form bindet er an die Operatorregion der DNA, was die Transkription blockiert. Die Gene für die Herstellung des Enzyms können nicht mehr abgelesen und transkribiert werden, die Produktion der Enzyme unterbleibt. Im Turnover werden nun alle noch vorhandenen Enzyme nach und nach abgebaut.
Wenn man dann nach einer Weile im Medium wieder Glucose anbietet, wird diese zufällig auch wieder aufgenommen. Für die Alge wird es wieder wichtig, die Hilfsenzyme herzustellen, um zu einer möglichst effektiven Glucose-Aufnahme kommen zu können. Darum binden nun Glucose Moleküle erneut an den Repressor, der dadurch abermals eine Konformationsänderung durchmacht, die letztlich dazu führt, dass er nicht am Operator gebunden bleiben kann. Der Repressor wird inaktiviert und gibt den Operator frei. Dadurch kann die Polymerase wieder andocken und die Gene ablesen, die zur Synthese der Enzyme führen.
Wenn lange keine Glucose im Medium war, wurden durch den Turnover praktisch alle Enzyme abgebaut, so dass es länger dauert, bis sich genügend Glucose in der Zelle angesammelt hat, um die Repressoren zu inaktivieren. Deshalb setzt die Aufnahme von Glucose im Versuch 1 und im Versuch 4 erst spät ein. Bei den anderen beiden Versuchen 2 und 3 ist der Abbau noch nicht vollständig erfolgt, so dass es insgesamt schneller dazu kommt, dass die Gene freigeschaltet werden.
Eine Kontrolle der Genaktivität, die durch das Substrat gesteuert wird, nennt man Substrat-induzierte Genregulation.
LG von der Waterkant
Vielen Dank, das hat mir sehr geholfen. Ich hoffe ich habe es richtig verstanden. Bei den Versuchen 2 und 3 sind also noch nicht so viele Enzyme abgebaut, sodass sie schon in 60 Minuten und somit schneller Glucose aufnehmen können als bei den Versuchen 1 und 4.