bakteriegenetikk

Informasjonen i DNA blir overført til det ferdige proteinet i to trinn. Først blir den overført fra DNA til mRNA (messenger RNA) ved transkripsjon, og deretter dirigerer mRNA-molekylet sammensetningen av de korrekte aminosyrene i det tilsvarende proteinet. Den siste fasen kalles translasjon og finner sted på ribosomene i cellen.

En viktig forskjell mellom prokaryote celler og eukaryote celler er at eukaryote har introner i genene. Dette er DNA-sekvenser som ikke koder for protein. Hos eukaryote celler blir det nydannete RNA-molekylet prossesert (intronene blir klippet ut) å få brukbart mRNA. Hos prokaryote derimot er rekkefølgen av baser i mRNA helt analog med rekkefølgen av baser i det tilsvarende genet.

Noen enzymer brukes hele tiden og er alltid tilstede i cellene, de er konstitutive. Enzymene som er nødvendige for å bryte ned glukose er for eksempel konstitutive i mange bakterier. At de er tilstede hele tiden, skyldes at glukose er vanlig i naturen og dermed lett tilgjengelig for bakterievekst.

Laktose, derimot, er et disakkarid som ikke er så vanlig, og de nødvendige enzymene for å utnytte dette sukkeret, blir bare produsert når laktose er tilgengelig. Et av disse enzymene er ß-galaktosidase som katalyserer omdannelsen av laktose til glukose og galaktose:

\[\ce{Laktose ->[ß-galaktosidase] glukose + galaktose}\\% chemistry \sffamily\bfseries\]

På kromosomet til E. coli ligger genet for ß-galaktosidase på en operon, lac-operon. Et operon er en gruppe gener som ligger sammen og er kontrollert av samme gen og transkriberes sammen. Genet for ß-galaktosidase sitter sammen med to andre, såkalte strukturgener som er nødvendige for vekst på laktose. Det ene er genet for en permease som transporterer laktose gjennom membranen og inn i cellen. Det andre koder for acetylase som er nødvendig for den videre omsetningen av galaktose. At de tre strukturgenene ligger samlet på en operon sikrer at de tre nødvendige proteinene er tilstede samtidig.

Like foran strukturgenene på lac-operon ligger genet for en regulator samt et område av DNA som kalles promoter og et som kalles operator. Promoter er stedet hvor RNA-polymerase starter transkripsjonen av genene. Regulator-genet koder for en repressor, et protein som binder seg til operator og hindrer RNA-polymerasen i å transkribere genene.

Under forhold hvor laktose ikke er tilstede eller ikke trengs, er repressoren bundet til operator og lac-operon transkriberes ikke.

Hvis cellen ikke har tilgang på glukose men på laktose, induseres lac-operon. Da binder laktosen seg til repressoren og fjerner den fra operator slik at transkripsjonen kan begynne.

Lac-operonet er i tillegg kontrollert av et annet protein, catabolitt aktivator protein (CAP). Transkripsjonen finner bare sted når CAP er bundet til promoteren, og CAP binder seg bare hvis nivået av cAMP (cyklisk AMP) i cellen er høyt. Det er høyt bare hvis det er lite glukose tilstede i cellen.

Dette betyr at lac-operon bare er aktiv når laktose er tilstede og glukose er nesten fraværende. Fordi transkripsjon av gener settes i gang ved induksjon er dette positiv kontroll.

At bakterier regulerer gener ble oppdaget av den franske forskeren Monod da han observerte såkalt dobbeltvekst (diauxie) hos E. coli når den fikk vokse i nærvær av både glukose og laktose. Først vokste bakterien på glukosen og først når den var brukt opp, begynte den å bruke laktose. Forståelsen av mekanismen bak dette var av stor betydning for molekylærbiologiens framvekst.

Cellene produserer stoffer de trenger til vekst og vedlikehold bare når de trenger dem. Mange produksjonsveier er kontrollert ved represjon, negativ kontroll, av spesielle gener hvor sluttproduktene i en reaksjon er involvert.

Syntesen av aminosyren tryptofan, Trp, er et eksempel. Her er flere enzymer involvert og de nødvendige genene ligger på en operon, trp-operon. Hvis tryptofan er tilstede i cellen, er det ikke behov for å lage denne aminosyren og trp-operon blir inaktiv. Dette skjer ved at sluttproduktet av reaksjonen, tryptofan, binder seg til en repressor slik at den i neste omgang binder seg til operator på trp-operon og hindrer transkripsjon. Tryptofan virker her som en co-repressor. Represjon er eksempel på negativ kontroll. Hvis nivået av tryptofan i cellen blir lavt, opphører bindingen og genene transkriberes.

Transformering er opptak av fritt DNA fra omgivelsene. Det er den enkleste mekanismen for rekombinasjon hos bakterier, og ble først beskrevet i bakterien Streptococcus pneumonia av Fred Griffiths i 1928 i forsøk med mus.

• Les mer om transformering.

Ved transduksjon blir DNA overført fra en bakterie til en annen ved hjelp av virus (bakteriofag). Det finnes to typer transduksjon: generell transduksjon og spesiell transduksjon og forskjellen mellom dem skyldes at bakteriofager har ulik livssyklus.

• Les mer om transduksjon.

Konjugasjon hos bakterier er avhengig av kontakt mellom en donorbakterie og en mottakerbakterie og gjøres ved hjelp av spesielle typer plasmider.

• Les mer om konjugasjon.