Was ist ein Operon?
Ein Operon ist eine Gruppe von Genen, die als eine Einheit gelesen werden. Operonen stehen normalerweise unter der Kontrolle einer einzelnen Genregion, die das Lesen steuert und als Promotor bezeichnet wird. Je nach Organismus sammeln sich ein oder mehrere Proteine am Promotor an, um das Lesen der Gene zu stimulieren. Die Gene werden oft als einzelnes langes Transkript gelesen oder transkribiert, aber dies ist nicht immer der Fall. Nur einfache Organismen wie Bakterien enthalten Operonen, und diese Gene sind jeweils einzelne lange DNA-Abschnitte, die auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert sind.
Die Kontrolle eines Operons ist bei Bakterien streng reguliert. So wie es Proteine gibt, die Operons einschalten, gibt es Proteine, die das Operon ausschalten können. Beim Einschalten werden Operonen induziert und beim Ausschalten werden sie unterdrückt. Im Allgemeinen werden sie durch die Interaktion mit Proteinen aktiviert und durch die Dissoziation von den Proteinen deaktiviert. Abhängig von den Operonen kann jedoch auch das Gegenteil der Fall sein.
Proteine, die ein Operon einschalten, werden Aktivatoren genannt, während diejenigen, die Operons ausschalten, Inhibitoren genannt werden. Zu jedem Zeitpunkt sind sowohl Aktivatoren als auch Inhibitoren in der Zelle verfügbar. Die meisten Aktivatoren und Inhibitoren wirken, indem sie den Promotor stimulieren oder blockieren. Einige Operons unterliegen einer komplexeren Kontrolle, da sie auch auf Aktivatoren oder Inhibitoren angewiesen sind, die weit entfernt von ihnen mit der DNA interagieren. Diese weit entfernten Moleküle werden oft Effektoren oder allosterische Moleküle genannt.
Die Kombination aus einfacher Struktur und strenger Kontrolle hat dazu geführt, dass Operons unter Bakterien weit verbreitet sind. Ein Operon ist ein effizientes evolutionäres Motiv, das in einer Vielzahl von Umgebungen funktioniert. Während die unmittelbare Umgebung von Operonen zuweilen ihre Produktivität beeinträchtigen kann, insbesondere wenn die Temperatur oder der pH-Wert in einer Zelle nicht optimal sind, bleibt ihre allgemeine Struktur immer gleich. Gene innerhalb von Operons sind nie voneinander entkoppelt und werden unabhängig von der Belastung einer Zelle immer zusammen und in ihrer Gesamtheit transkribiert.
Eine Vielzahl von Operons ist in vielen Bakterienarten gut charakterisiert und hat unter den verschiedenen Organismen unterschiedliche Funktionen. Es gibt Operons, die die Produktion von Aminosäuren steuern, die die Bausteine von Proteinen darstellen, und Operons, die den Stoffwechsel von Zuckern steuern. Sie sind äußerst vielseitige genetische Elemente, die es ermöglichen, dass Gene, die erheblich unterschiedliche Funktionen haben, zusammenarbeiten.