Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 5 · Abitur Hessen Biologie LK · Schulen für Erwachsene 2022

Stellen Sie die Regulation des alx-Operons eines Pseudomonas fulva-Bakteriums dar.

Lösung: Bei fehlendem Koffein: Nur das cafR-Gen ist aktiv, wird transkribiert und translatiert. Das Genprodukt, das cafR-Protein, hemmt die Genexpression des cafT-Gens, indem es an einen Operator vor dem cafT-Gen bindet und damit die Transkription durch die RNA-Polymerase hemmt. Das cafR-Protein ist somit ein Repressor. Die Transkription der Strukturgene im alx-Operon ist nicht möglich, da die RNA-Polymerase nicht an den Promotor P_NDM binden kann. Ist Koffein vorhanden, so bindet Koffein in einem ersten Schritt an das cafR-Protein, wodurch dessen Bindefähigkeit an den Operator durch eine veränderte Raumstruktur verloren geht. Die Hemmung des cafT-Gens wird damit aufgehoben. Das cafT-Gen kann nun in einem zweiten Schritt von der RNA-Polymerase abgelesen und anschließend translatiert werden. Nachfolgend bindet Koffein auch an das cafT-Protein. Dadurch verändert sich auch dessen Struktur (Schritt 3), was zu einer Bindung an den Promotor P_NDM im alx-Operon führt und eine Anlagerung der RNA-Polymerase an diesen Promotor ermöglicht (Schritt 4), sodass die Gene des Operons abgelesen und translatiert werden (Schritt 5).

Begründen Sie die Tatsache, dass ein Bakterienstamm mit fehlendem cafR-Gen keine Koffein abbauenden Enzyme bildet, wenn kein Koffein vorhanden ist.

Lösung: Fehlt das cafR-Gen, kann keine Hemmung der Genexpression von cafT erfolgen. Das gebildete cafT-Protein kann aber durch das Fehlen des Koffeins nicht die Bindung der RNA-Polymerase am P_NDM-Promotor ermöglichen, sodass keine koffeinabbauenden Enzyme gebildet werden. (Alternativ kann auch alleine die fehlende Aktivierung der RNA-Polymerase in Abwesenheit von Koffein als Begründung dienen.)