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Auf welchen Ebenen findet Regulation statt?
Regulation findet statt auf der Ebene der Enzymbildung (Genexpression) und der Enzymaktivität. Letzteres ist kurzfistig wirksam (fine tuning) während die Expression von Enzymen über längere Zeiträume wirksam ist.
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Welche Wechselwirkungen und Reaktionen gibt es dabei?
Es gibt sterische Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Molekültypen: Proteine (z.B. Repressoren) binden an bestimmte Stellen der DNA und zeigen selbst Wechselwirkung mit Effektoren (Metaboliten). Metabolite wirken nicht direkt an der DNA regulatorisch. Bei der Attenuation gibt es eine regulatorische Wechselwirkung zwischen DNA und RNA.
Bei der Regulation der Enzymaktivität hängt die Rate einerseits von der Substratkonzentration ab. Sie kann aber bei vielen Enzymen auch durch Wechselwirkungen zwischen Effektoren und allosterischen Zentren (außerhalb des katalytisch aktiven Zentrums) des Enzyms verändert werden.
Enzyme können andere Enzyme in ihrer Aktivität verändern, indem sie Phosphat-, Acetyl-, Adenylgruppen übertragen, also durch chemische Reaktionen.
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Was ist ein Operon?
Promotor, Operator und (ein oder) mehrere Strukturgene stellen ein Operon dar. Es handelt sich um eine Transkriptionseinheit, die gemeinsam reguliert wird.
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Wie funktionieren Repression und Induktion?
Repressoren unterbinden die Transkription durch die RNA-Polymerase dadurch, dass sie an den Operator binden. Bei der Induktion handelt es sich um eine Derepression: der Repressor wird durch den Induktor so verändert, dass er sich vom Operator löst.
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Wie sind positive und negative Regulation definiert?
Positive Kontrolle eines Operons liegt vor, wenn durch den Effektor eine Aufhebung der Repression erreicht wird. Im umgekehrten Fall spricht man von negativer Kontrolle. Ein Operon kann auch sowohl positiv (über einen Akivator, der die Bindung der RNA-Polymerase erleichtert) als auch negativ (über einen Repressor) kontrolliert sein.
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Wie werden anabolische und katabolische Prozesse reguliert?
Repression und Induktion dienen der Ökonomie des Zellstoffwechsels; katabolische Enzyme werden zur Verwertung eines Nährstoffs nur dann gebildet, wenn der jeweilige Nährstoff vorliegt (Induktion, eigentlich Derepression). Andererseits werden die anabolischen Enzyme einer Biosynthesekette nicht gebildet, wenn das entsprechende Endprodukt als Substrat vorkommt (Repression).
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Wieso ist die Attenuation spezifisch für Prokaryoten?
Nur weil Transkription und Translation bei den Prokaryoten gleichzeitig in demselben Kompartiment stattfinden, kann es zur Bindung von unfertiger mRNA an die DNA und damit zum Kettenabbruch kommen. Bei Eukaryoten wird die mRNA vor der Translation aus dem Kern in das Cytoplasma transportiert.
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Was ist der Unterschied zwischen Endprodukt-Repression und Feed-back-Hemmung?
Die Regulation auf der Ebene der Enzymbildung ist relativ langsam, auf der Ebene der Enzymaktivität wirkt sie sofort und kurzfristig reversibel.
Die Endprodukt-Repression wirkt regulierend auf die Bildung anabolischer Enzyme (Genexpression), die Feed-back-Hemmung auf die Enzymaktivität.
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Was ist der Pasteur-Effekt?
Unter dem Pasteur-Effekt versteht man die Unterdrückung der Gärung bei Hefen durch Luftsauerstoff, obwohl Hefen generell besser aerob als anaerob wachsen. Hier liegt die allosterische Hemmung eines Enzyms der Glykolyse durch ATP (Effektor) vor, welches durch die vollständige Oxidation der Glucose in maximaler Konzentration vorliegt (Feed-back-Hemmung).
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Welche Dimension hat die Halbsättigungskonstante KM?
Die Halbsättigungskonstante KM beschreibt die Substratkonzentration, bei der ein Enzym aufgrund von Substratmangel mit halbmaximaler Rate arbeitet. Sie hat die Dimension einer Konzentration und sagt etwas über die Affinität eines Enzyms zu seinem Substrat aus.