1.3 Transkription

1.3.1 

Realisierung der genetischen Information (Fortsetzung), Genetischer Code, Ribosomen

Transkription ist der erste Schritt der Proteinsynthese. Der Vorgang findet bei den Eukaryonten im Zellkern statt.

Er ähnelt stark der Replikation, nur mit dem Unterschied, daß nicht die gesamte DNA "abgeschrieben" wird, sondern nur ein kleiner Teil: ein Gen. Gene sind Abschnitte auf der DNA, also bestimmte Nukleotidsequenzen. Weiterhin werden für die Abschrift nicht DNA-Nukleotide sondern RNA-Nukleotide verwendet.

Es entsteht also als Genkopie eine RNA, die m-RNA (messenger-RNA). Sie enthält in komplementärer Sequenz die genetische Information des Gens. Viele Proteine besitzen mehrere Untereinheiten wie z. B. das Hämoglobin. Es besteht aus 2 a- und 2 ß-Ketten. Die menschlichen ß-Globin-Gene sind auf Chromosom11 an fünf Stellen verteilt. Sie ähneln sich stark in ihrer Sequenz.

Das Abschreiben des Gens wird durch das Enzym RNA-Polymerase (und mehrere andere Proteine) bewerkstelligt, das als Substrat DNA und die Triphosphate ATP, UTP, CTP und GTP benötigt. Daraus wird komplementär zu einem DNA-Strang eine fortlaufende RNA-Kette (= mRNA) unter Abspaltung der jeweiligen beiden Phosphatreste der Triphosphate gemacht.

Die m-RNA-Polymerase bindet an der DNA-Strang, der eine bestimmte Nukleotidsequenz enthält, die man Promotor nennt. Damit ist die Richtung der Synthese festgelegt. Den DNA Strang mit dem Promotor nennt man codogenen Strang. Er enthält die Geninformation. Der RNA-Polymerase-Protein-Komplex entwindet die DNA lokal, synthetisiert die mRNA und sorgt wieder für die Spiralisierung der DNA.

Das Startsignal für die Synthese wird wiederum durch eine bestimmte Nukleotidsequenz gegeben. Sie ist meist GTA. Diese wird als erstes abgeschrieben. Man nennt sie Starter-Codogen. Die Beendigung der mRNA-Synthese ist ebenfalls durch ein Terminator-Codogen gegeben, das ATT, ATC oder ACT als Nukleotidsequenz hat.

Bei Eukaryonten enthält nur 10% der DNA Information für Proteine. Der Rest ist noch unbekannt oder enthält Nonsens-Information. Bei Bakterien und Viren wird ein größerer Teil der DNA für die Information der Proteine genutzt. Eukaryonten besitzen auch mehrere Typen an mRNA-Polymerasen.

m-RNA-Reifung

Eukaryonten-Gene enthalten meist nicht fortlaufend Information, sondern sind durch Nonsens- und andere Sequenzen unterbrochen. Man nennt diese Abschnitte Introns. Codierende Sequenzen werden als Exons bezeichnet. Je komplexer der Organismus, je umfangreicher sind die Introns in deren Gene.
Nach dem Abschreiben des Gens, muß es demnach einen Prozess geben, der die Genabschrift (mRNA) so bearbeitet, daß die Introns entfernt werden.
Diesen Vorgang nennt man mRNA-Reifung, das Herausschneiden der Introns heißt RNA-Splicing.
Das "Splicing" erfordert keine Energie in Form von ATP. Die benötigte Energie ensteht durch das Spalten und Knüpfen von Bindungen.
In der Abbildung links ist die mRNA- Reifung am Beispiel der Transcription des Ovalbumin-Gens zu sehen.

Das Herausschneiden der Introns wird durch mehrere Proteine ( U1-U6) bewerkstelligt, die mit der mRNA einen Komplex bilden. Man nennt diesen deshalb snRNP ( = small nuclear ribonucleoproteins)

Vor dem Herausschneiden der Introns wird die mRNA noch für den Transport aus dem Nukleus durch die Kernporen ins Cytoplasma etwas aufbereitet. An das 5´-Ende wird einen Art Kappe aus mehreren 7-Methylguanin-Molekülen (einer modifizierten Base) angehängt, die später wichtig für die Bindung an das Ribosom ist (= Capping). An das 3´-Ende wird eine Sequenz von bis zu 200 AMP-Nukleotide addiert, bekannt als Poly -A. Die Funktion ist noch nicht bekannt (=Polyadenylation). Nun binden für den Transport ins Cytoplasma noch einige Proteine an die mRNA. und der RibonuKleoprotein-Komplex diffundiert zu den Ribosomen.

Zusammenfassung der mRNA-Reifung:

  1. 5' Ende Modifikation der mRNA (Capping)
  2. 3' Ende Modifikation der mRNA (Polyadenylation)
  3. Splicing

Bei Prokaryonten beginnt die nachfolgende Translation noch während die Transkription im Gang ist, da keine Trennung in Zellkern und Cytoplasma gegeben ist.

Weiterführende Quellen:

Realisierung der genet. Information

http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookPROTSYn.html

RNA-Splicing

http://www.protocol-online.net/molbio/RNA/rna_splicing.htm
http://jade.ccccd.edu/BIOPAGE/faculty/cardenas/packngo/proteinsynthesis/sld012.htm
http://www.cc.ndsu.nodak.edu/instruct/mcclean/plsc731/transcript/transcript4.htm

Ribosomen

http://ntri.tamuk.edu/cell/ribosomes.html

Nobelpreis 1958 in Physiologie

http://www.nobel.se/laureates/medicine-1958.html

Genetischer Code

http://psyche.uthct.edu/shaun/SBlack/geneticd.html

Codon-Tafel der Species

http://www.kazusa.or.jp/java/codon_table_java/