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Einführung in die Genexpression

Eukaryonten haben eine monocistronische Genomorganisation

Das eukaryontische Genom unterscheidet sich in einigen wesentlichen Punkten vom prokaryontischen Genom. Einer der wichtigen Punkte ist die Anordnung der Gene. Während bei Bakterien mehrere Gene (für gleichzeitig benötigte Proteine, die beispielsweise einen Abbauweg katalysieren) in einem Operon organisiert sind, ist das bei Eukaryonten anders.

In Eukaryonten gibt es keine Operons und damit auch keine polycistronische mRNA, hier sind alle Gene monocistronisch. Das bedeutet, dass alle Proteine, die für einen gemeinsamen Stoffwechselweg benötigt werden, individuell hergestellt werden müssen. Häufig sind Gene, die für ein Protein aus mehreren Untereinheiten codieren, sogar auf verschiedenen Chromosomen lokalisiert.

Beispiel

Ein typisches Beispiel für diesen komplizierten Sachverhalt ist die Hämoglobin-Synthese. Der Blutfarbstoff Hämoglobin ist ein sehr großes Protein aus zwei α- und zwei β-Untereinheiten. Das Gen für die α-Untereinheit des Hämoglobins ist beim Menschen auf dem Chromosom 16 lokalisiert, das Gen für β-Hämoglobin auf dem Chromosom 11. Wird in der Zelle Hämoglobin benötigt, muss die Zelle also die Genexpression für beide Untereinheiten möglichst gut aufeinander abstimmen, um von beiden Untereinheiten gleich viel herzustellen.

Diese individuelle Regulation ist zwar komplizierter, hat allerdings den Vorteil einer höheren Flexibilität. Während der Entwicklung im Bauch der Mutter muss das Hämoglobin des Kindes Sauerstoff besser binden können, damit überhaupt Sauerstoff von der Mutter auf das Kind übertragen werden kann. In dieser Phase besteht das Hämoglobin des Kindes nicht aus α2β2-Untereinheiten, sondern hat eine andere Zusammensetzung und wird erst allmählich durch das erwachsene Hämoglobin ersetzt. Die einzelnen Untereinheiten eines Proteinkomplexes können dann also je nach Bedarf gebildet und für die jeweiligen Verhältnisse angepasst werden.

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