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Lexikon der Biologie: Genaktivierung

Genaktivierung [von Gen], die spezifische Aktivierung einzelner Gene (Gen), die zu deren Transkription (Transkription – Translation) führt – in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen bzw. vom biochemischen und biophysikalischen Zustand der Zelle ( vgl. Infobox ). Kein Organismus synthetisiert kontinuierlich all die Proteine, die in seinem Genom codiert vorliegen (Proteom). Die regulierbare Genaktivierung (Genregulation, Farbtafel) ermöglicht es den Organismen, sich an von außen gebotene Situationen anzupassen (Anpassung). Sogar bei Prokaryoten kann eine Zelle (Klon; Protocyte) viele Teilungszyklen durchlaufen, ohne Enzyme für katabolische (Abbau, Dissimilation) oder anabolische Stoffwechselwege (Anabolismus) herzustellen, die nicht benötigt werden. Andere Enzyme werden nur zu einem spezifischen Zeitpunkt während des Zellzyklus produziert. Bei multizellulären Eukaryoten (Eucyte) wird die Situation noch komplizierter, weil Gene existieren, die nur in spezifischen Geweben oder auf einer spezifischen Entwicklungsstufe exprimiert werden (differentielle Genexpression, Genexpression). Bei beiden Zelltypen kann die Transkriptionsrate eines Gens als Reaktion auf Umweltbedingungen in einem weiten Bereich variieren. Die Genaktivierung wird bei Prokaryoten meist dadurch erreicht, daß spezifische Proteine (Repressoren bzw. Aktivatoren; Aktivatorproteine) an DNA-Sequenzen (Desoxyribonucleinsäuren) binden, die zur Transkriptions-Initiationsstelle (Promotor) benachbart sind (Operon). Bakterienzellen (Bakterien) reagieren in der Regel auf das Angebot einzelner Zuckerarten (Arabinose, Galactose, Lactose), die zuvor nicht im Medium vorhanden waren, mit der selektiven Neusynthese von Enzymen (codiert durch die jeweiligen Gene), die den entsprechenden Zucker abbauen können und somit für die Bakterienzellen als Kohlenstoffquelle und Energiequelle verwertbar machen (Arabinose-Operon, Galactose-Operon, Lactose-Operon). Obwohl in eukaryotischen Genomen keine Operonen gefunden wurden, kann die Expression einzelner Gene auf ähnliche Weise reguliert werden. Eukaryotische Gene besitzen ebenso wie prokaryotische Gene Promotoren, d.h. nichttranslatierte DNA-Abschnitte, die an Strukturgene angrenzen. Diese sind an der Bindung der RNA-Polymerase an die DNA beteiligt und dirigieren diese vermutlich an die exakte Stelle, an der die Transkription beginnt: an die Initiationsstelle. Bei Bakterien können die Proteine, die spezifisch an Promotoren gebunden vorliegen, bewirken, daß das assoziierte Gen (bzw. Operon) entweder transkribiert wird oder nicht. Es ist sehr wahrscheinlich, daß solche Aktivator- und Repressorproteine auch für eukaryotische Gene existieren. Bei Höheren Organismen ist die Genaktivierung außer für die Regulation des Grund-Stoffwechsels von besonderer Bedeutung für den Prozeß der Differenzierung von Zellen bzw. Geweben, wobei zu bestimmten Zeitabschnitten, häufig unter dem spezifischen Einfluß von Hormonen (Signaltransduktion), nur bestimmte Gene aktiv werden (DNA-Methylierung, Embryonalentwicklung, enhancer, Transkriptionsfaktoren). An den Riesenchromosomen (Farbtafel) von Dipteren (Zweiflügler) wird die Genaktivität durch die Ausbildung von sog. Puffs (Balbiani-Ring) lichtmikroskopisch sichtbar. Beermann (W.), Genamplifikation, Geninaktivierung, supercoil; Genaktivierung .

G.St./S.Kl.

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