Genregulation
Genregulation bezeichnet in der Biologie die Steuerung der Aktivität von Genen, genauer die Steuerung der Genexpression. Sie bestimmt, ob das von dem Gen codierte Protein in der Zelle gebildet wird, zu welcher Zeit und in welcher Menge. Dabei gibt es verschiedene Ebenen, auf denen die Regulation stattfinden kann: Als „Genexpression“ wird der gesamte Prozess des Umsetzens der im Gen enthaltenen Information in das entsprechende Genprodukt bezeichnet. Dieser Prozess erfolgt in mehreren Schritten. An jedem dieser Schritte können regulatorische Faktoren einwirken und den Prozess steuern.
Bei Prokaryoten dient die Genregulation zu großen Teilen einer Anpassung an eine wechselnde Umgebung, zum Beispiel an ein vermindertes Sauerstoff- oder ein wechselndes Nährstoffangebot. Eukaryotische Zellen sind bis auf die Protisten weniger stark darauf angewiesen, auf schwankende Umweltbedingungen zu reagieren, haben dafür aber die schwierige Aufgabe, bei mehrzelligen Organismen die Entwicklung zu steuern. Hierfür muss gewährleistet sein, dass zum richtigen Zeitpunkt im richtigen Gewebe in den richtigen Zellen die notwendigen Gene aktiviert werden. In ausdifferenzierten Zellen hat das einmal festgelegte Expressionsprogramm dann deutlich weniger Regulationsbedarf.
Die grundlegenden Prinzipien der Genregulation sind in allen Zellen gleich, es gibt jedoch sowohl bei Prokaryoten als auch bei Eukaryoten jeweils Besonderheiten. Zum Beispiel sind in Bakterien Gene häufig in Operons organisiert, welche in Eukaryoten sehr selten vorkommen. Eukaryoten besitzen dagegen Mechanismen zur Prozessierung von Transkripten, die zusätzliche Ansatzpunkte von regulatorischen Faktoren bieten.
Bei Operons wird unterschieden in Positive Regulation und Negative Regulation. Bei der positiven Regulation benötigt die RNA-Polymerase einen Aktivator, der an die DNA bindet, damit die Transkription erfolgen kann. Bei der Negativen Regulation bindet ein Repressor an die DNA und die RNA-Polymerase kann das Gen nicht transkribieren. Außerdem können bestimmte Metabolite die Aktivatoren und Repressoren aktivieren (Aktivator/Repressor kann an die DNA binden) oder inaktivieren (Aktivator/Repressor dissoziiert von DNA). Von Induktion spricht man, wenn die Bindung des Metaboliten dazu führt, dass Transkription (und damit Genexpression) erfolgen kann (Inaktivierung des Repressors bzw. Aktivierung des Aktivators). Repression bedeutet, das Substrat verhindert eine Genexpression (Aktivator wird inaktiviert bzw. Repressor aktiviert).
