Operon: Modellsystem der Genregulationen

Die funktionelle Einheit eines Operons besteht aus Promotor, Operator(en) und mehreren (Struktur-)Genen, die für Proteine mit typischerweise verwandten Funktionen codieren. Je nach Operon können verschiedene regulatorische Proteine als Repressoren oder als Aktivatoren mit den Operatoren in Wechselwirkung treten und dadurch die Transkription der Gene im Operon an- oder abschalten. Dies hängt jeweils wiederum ab von Wechselwirkungen mit von der Zelle gebildeten oder aufgenommenen Stoffen (Liganden oder Effektormolekülen). Dadurch kann die Synthese der betreffenden mRNA (messenger-RNA) aktiviert oder gehemmt werden, indirekt also auch die Translation der codierten Proteine.

Alle Gene eines Operons werden koordiniert gesteuert. Das Operon-Modell der Genregulation wurde 1960 von den französischen Wissenschaftlern François Jacob und Jacques Monod u. a. anhand des lac-Operons von E. coli entwickelt und später erweitert. Für ihre Arbeiten auf diesem Gebiet erhielten sie 1965 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Operons spielen auch eine wichtige Rolle als Werkzeuge der Gentechnik. Beliebige Gene lassen sich unter die Kontrolle der Regulationselemente eines Operons stellen und können so, z. B. im Falle des lac-Operons durch Zugabe des synthetischen Induktors IPTG (Isopropyl-β-D-thiogalactopyranosid), gezielt aktiviert werden.

Beispiele sind das lac-Operon, das trp-Operon und das ara-Operon.

• Nancy Trun, Janine Trempy: Gene expression and regulation. In: Nancy Trun, Janine Trempy: Fundamental Bacterial Genetics. Blackwell, Malden MA u. a. 2004, ISBN 978-0-6320-4448-1, S. 191–212, online (PDF; 500 kB).

• Animiertes Operon auf der Homepage von Holger Schickor