Regulation der Genexpression

Jede Zelle enthält identisches Erbgut. Der komplette Satz der DNA (= Genom) eines Lebewesens befindet sich in jeder einzelnen Zelle.

Trotzdem: Nur ein bestimmter Anteil der Gene wird zu bestimmten Zeitpunkten oder bei Mehrzellern in bestimmten Zellen bzw. Zelltypen transkribiert und zur Proteinbiosynthese eingesetzt.

Das Erbgut (Genom) ist in jeder Zelle oder zu jedem Zeitpunkt des Lebens identisch, das Proteom (Art und Anzahl der hergestellten Proteine) variiert im Laufe des Lebens bzw. von Zelltyp zu Zelltyp.

Regulation der Genaktivität oder Genexpression macht Entwicklungs- und Differenzierungsvorgänge erst möglich.

• z. B. Entwicklung von der Zygote (Eizelle und Spermium verschmelzen) über Embryo und Fötus hin zum Neugeborenen

• Erzeugung von unterschiedlichen Zelltypen: Z. B. können aus Blutstammzellen sowohl rote als auch weiße Blutzellen erzeugt werden.

Die Herstellung der Proteine kann hochspezifisch reguliert werden. So gibt es Proteine, die immer hergestellt werden, aber auch Proteine, die nur bei Bedarf produziert werden.

Regulation der Genexpression auf unterschiedlichen molekularen Ebenen

Ein weiterer Grund für die Regulation (neben der Abfolge von Entwicklungsphasen (Wachstum und Differenzierung)) ist der Energieverbrauch.

Als Faustregel gilt: Je höher der für die Synthese eines Proteins (oder einer Gruppe von Proteinen) benötigte Energiebedarf ist, desto stärker wird dessen Herstellung reguliert. Gleichzeitig kann auch die Aktivität des Stoffwechsels beeinflusst werden, indem durch eine kontrollierte Herstellung mehr oder weniger Enzyme zur Verfügung stehen.

Daher werden Gene in zwei Klassen unterteilt:

konstitutive Gene (oder auch house keeping genes): werden immer benötigt, daher immer exprimiert in der Zelle

• Beispiel: Gene, die für die Enzyme der Glykolyse codieren

regulierte Gene: werden nach Bedarf an- bzw. abgeschaltet

• Beispiel: Histidin- oder Tryptophan-Biosynthese; Laktose Abbau, Arabinose-Abbau