OperonSystemen

Operon-Systeme bezeichnen in der Molekularbiologie Gruppen benachbarter Gene in Prokaryoten, die durch eine gemeinsame Promotorregion transkribiert werden. Typischer Aufbau umfasst einen Promotor, einen Operator und mehrere Strukturgenes, die meist zusammen als polycistronische mRNA abgelesen werden. Die Regulation erfolgt vorwiegend durch Transkriptionsfaktoren wie Repressoren oder Aktivatoren sowie durch weitere Elemente wie das CAP-CAMP-System bei bakteriellen Zellen.

Das bekannteste Beispiel ist das Lac-Operon von Escherichia coli, das die Gene lacZ, lacY und lacA enthält und die Nutzung von Lactose ermöglicht. Es ist negativ induzierbar: Ohne Lactose bindet ein Repressor am Operator und verhindert die Transkription; bei Vorhandensein von Allolactose, einem Derivat von Lactose, wird der Repressor freigegeben und die Transkription tritt ein. Zusätzlich wirkt CAP bei niedrigen Glukosekonzentrationen als positiver Regulator, indem es die Transkription durch Bindung an den CAP-Bindestelle fördert.

Ein weiteres Beispiel ist das Trp-Operon, ein Repressionsoperon, das die Biosynthese von Tryptophan kontrolliert. Bei ausreichendem Tryptophan wirkt es als Corepressor, der den Repressor aktiviert und die Transkription blockiert. Teile der Regulation erfolgen auch durch Attenuation, bei der Strukturveränderungen der Leader-Region der mRNA die Transkription terminieren.

Verbreitung und Bedeutung: Operon-Systeme sind vor allem in Bakterien und Archaea verbreitet und ermöglichen eine koordinierte Regulation mehrerer Gene mit einem einzigen Transkriptionsstart. In Eukaryoten sind Gene in der Regel monocistronisch organisiert, weshalb Operons als typisch prokaryotische Struktur gelten. Einige Organismen zeigen operon-ähnliche Strukturen, doch komplexe Regulation erfolgt häufig über individuelle Promotoren, Enhancer-Elemente und Splicing.