Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 5 · Abitur Hessen Biologie LK 2022

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

Lösung: Bei fehlendem Koffein: Nur das cafR-Gen ist aktiv, es 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 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 es in einem ersten Schritt an das CafR-Protein. Dadurch geht die Bindefähigkeit an den Operator durch eine veränderte Raumstruktur verloren, sodass die Hemmung des cafT-Gens aufgehoben wird. Das cafT-Gen kann nun in einem zweiten Schritt nach Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor P_REG transkribiert und die mRNA anschließend translatiert werden. Nachfolgend bindet Koffein 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.

Entwickeln Sie eine Hypothese, ob ein Bakterienstamm mit fehlendem cafR-Gen Koffein abbauende Enzyme exprimiert, obwohl kein Koffein vorhanden ist.

Lösung: Bei Fehlen des cafR-Gens 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.