Jacob-Monod-Modell

Jacob-Monod-Modell, von Francois Jacob und Jacques Monod 1961 entwickeltes Modell, das am Bakterium Escherichia coli Aussagen zur ⇒ Genregulation bei Prokaryoten, speziell zur Regulation der Transkriptionsaktivität und damit der mRNA-Synthese macht.

    Substratinduktion: In diesem Fall löst das Substrat die Genaktivität aus. Die Strukturgene von E. coli, die die für den Lactoseabbau notwendigen Enzyme codieren, bilden zusammen mit dem ⇒ Operator das Lactose (lac)- ⇒ Operon. Die Strukturgene des Operons werden bei der Transkription zusammen abgelesen und bilden eine einzige DNA. Der Operator, der dem lac-Operon vorgeschaltet ist, besteht aus einer DNA-Sequenz mit 24 Nucleotiden. Unmittelbar vor dem Operator liegt die Bindungsstelle der RNA-Polymerase, der ⇒ Promotor. Die Genaktivität des lac- Operons wird durch ein ⇒ Regulatorgen gesteuert, das die Information für die Bildung des ⇒ Repressors enthält. Durch Bindung des Repressors an den Operator wird die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor verhindert, sodass die RNA-Synthese unterbleibt. Der Repressor hat eine zweite Bindungs-

stelle. Diese ist für den Induktor, im vorliegenden Fall das Substrat Lactose, deren Moleküle bei Vorhandensein von viel Lactose in der Umgebung auch in die Zelle gelangen. Durch die Bindung kommt es zu einer Konformitätsänderung des Repressors, der dadurch vom Operator abgelöst wird. In der Folge kann die RNA-Polymerase an den Promotor binden und die mRNA-Synthese beginnen.

    Endprodukt-Repression: Das Endprodukt des Lactoseabbaus, die Glucose, führt zu einer Repression des lac-Operons, das nur voll aktiv ist, wenn sich das CAP-Protein (= Catabolite Activator Protein) an die vor dem Promotor gelegene cap-Region anlagert. Das CAP-Protein wird durch cAMP aktiviert. Die cAMP- Konzentration in der Zelle verringert sich mit zunehmender Glucosekonzentration, weil Glucose die Aktivität der Adenylcyclase in der Bakterienmembran hemmt. Auf diese Weise wird das CAP-Protein nicht mehr aktiviert, seine Bindung an die cap-Region entfällt und das lac-Operon wird reprimiert.