Gödel, Escher, Bach - ein Endloses Geflochtenes Band

Strukturen und Organisationen, wie z. B. die verschiedenen Organe, die Form eines Gesichts, die Unterorgane des Gehirns usw.? Obgleich man über Zelldifferenzierung und Morphogenese nur wenig weiß, scheint es mir, daß der Witz der Sache in äußerst fein gestimmten Rückkopplungs- und „Vorwärtskopplungs“-Mechanismen innerhalb der Zelle und zwischen den Zellen sitzt, die einer Zelle sagen, wann sie die Erzeugung der verschiedenen Proteine „an-“ und „abschalten“ soll.
Rückkopplung und Vorwärtskopplung
    Rückkopplung findet dann statt, wenn in einer Zelle zuviel oder zuwenig der erwünschten Substanz vorhanden ist: Dann muß die Zelle irgendwie die Produktion dieser Substanz regeln. Auch Vorwärtskopplung hat mit der Regulierung eines Fließbandes zu tun, aber nicht gemäß der Menge der vorhandenen Produkte, sondern vielmehr gemäß einem Vorläufer des Endprodukts dieser Fertigungsstraße. Für die Erzielung einer negativen Rückkopplung oder Vorwärtskopplung gibt es zwei Methoden. Die eine ist die, die betreffenden Enzyme an der Ausführung ihrer Aufgabe zu hindern, das heißt, ihre „aktiven“ Stellen zu verstopfen. Das nennt man Inhibition („Hemmung“). Die andere Methode wäre die, zu verhindern, daß gewisse Enzyme überhaupt hergestellt werden. Das heißt man Repression („Unterdrückung“). Die Inhibition ist im Prinzip einfach: Man blockiert die aktive Stelle der ersten Enzyme auf der Fabrikationsstraße, und der ganze Synthetisierungsprozeß hört auf.
Repressoren und Inducer
    Die Repression ist nicht ganz so einfach. Wie hält eine Zelle ein Gen davon ab, sich auszudrücken? Die Antwort lautet: Sie hindert es daran, je transkribiert zu werden. Das bedeutet: sie muß verhindern, daß die RNS-Polymerase ihre Arbeit verrichtet. Erreichen kann man das dadurch, daß man längs der DNS, genau vor dem Gen, das die Zelle nicht transkribiert haben will, ein riesiges Hindernis in den Weg legt. Solche Hindernisse gibt es, und man nennt sie Repressoren. Sie sind echte Proteine und binden sich an besonders dafür angelegten Hindernis-Stellen der DNS, die — warum, weiß ich nicht — Operatoren heißen. Ein Operator ist somit eine Kontrollstelle für das unmittelbar folgende Gen (oder mehrere). Diese Gene nennt man Operone. Weil eine Reihe von Enzymen bei der Ausführung langer chemischer Umwandlungen gemeinsam handelt, werden sie oft nacheinander codiert, und das ist der Grund, weshalb Operone oft verschiedene Gene (und nicht nur eines) enthalten. Die erfolgreiche Repression eines Operons wirkt sich so aus, daß eine ganze Reihe von Genen an der Transkription verhindert wird, und das bedeutet, daß eine ganze Menge von verwandten Enzymen nicht synthetisiert wird.
    Wie steht es mit der positiven Rückkopplung und Vorwärtskopplung? Auch hier hat man die Wahl zwischen zwei Möglichkeiten: 1) die verstopften Enzyme befreien und 2) Repression des betreffenden Operons. (Man beachte, wie die Natur Doppelnegationen geradezu zu lieben scheint! Wahrscheinlich gibt es dafür einen tiefliegenden Grund.) Der Mechanismus, mit dem die Repression unterdrückt wird, bringt ein Molekül ins Spiel, das man Inducer nennt. Seine Rolle ist einfach: Es vereinigt sich mit einem Repressor-Protein, bevor dieses eine Gelegenheit gehabt hat, sich an einen Operator auf einem DNS-Molekül zu binden. Der so entstandene „Repressor-InducerKomplex“ ist nicht imstande, sich an einen Operator zu binden, und das läßt die Tür offen für die Transkription des entsprechenden Operons in mRNS und daran anschließend die Übersetzung in ein Protein. Oft kann das Endprodukt oder ein Vorläufer des Endprodukts als Inducer wirken.
Rückkopplung und Seltsame Schleifen — ein Vergleich
    Dies ist übrigens ein guter Zeitpunkt, um eine Unterscheidung zu treffen zwischen einfachen Rückkopplungs-Typen, wie bei Vorgängen der Inhibition und der Repression, und dem schleifenartigen Rückgriff zwischen verschiedenen Informationsebenen, wie in der Abbildung des Zentraldogmas dargestellt. Beide sind in einem gewissen Sinn „Rückkopplungen“, aber die letztere greift ungleich tiefer als das erste. Wenn eine Aminosäure, wie etwa Tryptophan oder Isoleuzin (in Form eines Inducers) als Rückkopplung fungiert, indem sie sich an ihren Repressor bindet, so daß mehr von ihr hergestellt wird, so sagt sie nicht, wie sie selbst konstruiert werden soll; sie weist die Enzyme lediglich an, mehr zu produzieren. Das ließe sich mit der Lautstärke