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Was Bakterien gerne essen…

Betrachten wir einmal einen berühmten Versuch:

Ein berühmter Versuch zum lac-Operon

Ein berühmter Versuch zum lac-Operon

Hier sehen wir die von mir korrigierte Zeichnung eines berühmten Versuchsergebnisses. Man hat Bakterien der Art Escherichia coli gezüchtet, und zwar auf einem Nährmedium, das ausschließlich Glucose enthielt. Es wurde allerdings nur am Anfang Glucose zugegeben; als der Zucker verbraucht war, wurde kein Nachschub geliefert. Die Bakterien mussten "hungern" und stellten daraufhin ihre Vermehrung ein, was man an dem Abflachen der blauen Kurve gut sieht.

Nach einiger Zeit des Nullwachstums gab man dann den Zucker Lactose (Milchzucker) in die Kulturschalen. Zunächst passierte gar nichts, aber nach einiger Zeit begannen die Bakterien wieder, sich zu vermehren. Die Menge der Bakterien stiegt an - bis die Lactose verbraucht war, was man aber in der Graphik nicht mehr sieht.

Wie man an der grünen Kurve unschwer erkennen kann, mussten die Bakterien die Enzyme, die für die Verstoffwechselung von Lactose zuständig sind, erst in mühsamer Kleinarbeit (Transkription , Translation ) herstellen. Diese Proteinsynthese begann erst dann, als die Lactose zugeführt wurde.

Die ursprüngliche Zeichnung - ich weiß gar nicht mehr, aus welchen Schulbuch sie stammt, halte ich für problematisch. Dort wurde nämlich Lactose genau zu dem Zeitpunkt zugegeben, als die Bakterien ihr Wachstum einstellten. Das mag ja sachlich richtig sein, meine Schüler meinten aber sofort, dass die Lactosezugabe für das Einstellen des Wachstums verantwortlich ist. Das ist natürlich nicht der Fall, die alte Abbildung könnte aber in der Tat so gedeutet werden. Daher habe ich sie (hoffentlich) verbessert. Jetzt wird die Lactose erst dann zugegeben, nachdem die Bakterien sich eine Zeit lang nicht mehr vermehrt haben. So kommt kein Schüler auf die Idee, dass die Lactose für den Wachstumsstillstand verantwortlich ist, sondern umgekehrt, dass die Lactose das weitere Wachstum erst ermöglicht.

Auf den nächsten Seiten wollen wir uns mit der Frage beschäftigen, durch welchen genetischen Mechanismus es eigentlich dazu kommt, dass ein Nährsubstrat wie Milchzucker (Lactose) bei Prokaryoten die Produktion von Enzymen induzieren (auslösen) kann, die das Substrat dann abbauen. Man spricht hier auch von einer Substratinduktion.

Abitur NRW

Der Aufbau und die Funktionsweise des lac-Operons sollte auf jeden Fall für die mündliche Abiturprüfung gelernt werden. Im Zentralabitur NRW ist das lac-Operon dagegen nach meinem Wissen bisher noch nie in einer Aufgabe abgefragt worden. Aber das kann ja noch kommen…