Das Tryptophan-Operon (trp-Operon) von E. coli reguliert die Synthese der Aminosäure Tryptophan. Es ist das klassische Beispiel für eine Endproduktrepression: Sobald genügend Tryptophan vorhanden ist, wird seine eigene Biosynthese abgeschaltet. Im Gegensatz zum lac-Operon (induzierbar) ist das trp-Operon reprimierbar.
• Regulatorgen trpR (außerhalb): codiert den Aporepressor.
• Promotor (P) und Operator (O).
• Leadersequenz mit Attenuator (zusätzliche Feinregulation).
• Fünf Strukturgene trpE, trpD, trpC, trpB, trpA codieren die Enzyme der Tryptophanbiosynthese aus Chorismat.
Der von trpR gebildete Repressor (Aporepressor) ist alleine inaktiv und kann den Operator nicht binden. Die RNA-Polymerase transkribiert die Strukturgene, die Zelle synthetisiert Tryptophan aus Vorstufen. Das System ist also standardmäßig AN.
Trp wirkt als Korepressor: Es bindet an den inaktiven Aporepressor und verändert dessen Konformation. Der nun aktive Holorepressor bindet an den Operator und blockiert die RNA-Polymerase – die Synthese stoppt. Sobald die Trp-Konzentration wieder sinkt, löst sich der Korepressor und das Operon wird wieder aktiv.
Zusätzlich existiert ein Attenuator: Im Leaderpeptid liegen zwei Tryptophan-Codons. Bei hoher Trp-Konzentration kann das Ribosom das Leaderpeptid schnell durchlesen und es bildet sich eine Terminator-Haarnadelschleife in der mRNA – die Transkription bricht ab. Bei Trp-Mangel stößt das Ribosom an den Trp-Codons an, eine Antiterminator-Schleife bildet sich, die Transkription läuft weiter. So wird zusätzlich zur Repressor-Regulation eine quantitative Feinabstimmung erreicht.
Die Endproduktrepression spart Energie und Bausteine: Eine Aminosäure wird nur dann synthetisiert, wenn sie benötigt wird. Sie ist typisch für anabole Stoffwechselwege.
• lac: induzierbar, katabol, Substrat (Lactose → Allolactose) als Induktor.
• trp: reprimierbar, anabol, Endprodukt (Tryptophan) als Korepressor.
• In beiden Fällen wirkt das Signalmolekül allosterisch auf den Repressor.
Der Aporepressor allein bindet NICHT an den Operator. Erst zusammen mit dem Korepressor Tryptophan wird er aktiv. Endproduktrepression ist nicht dasselbe wie Endprodukthemmung (die wirkt auf Enzyme, nicht auf Gene).
Zusammenfassung: Trp-Operon ist standardmäßig AN und wird abgeschaltet, sobald Tryptophan im Überschuss vorliegt. Trp = Korepressor, der den Aporepressor aktiviert.
Abitur-Tipp: Achte auf den Unterschied zwischen Apo- und Holorepressor und vergleiche immer mit dem lac-Operon (Endprodukt vs. Substratregulation).