Regulation der Transkription bei Eukaryoten

Die Regulation der Transkription bei Eukaryoten ist ein komplexer Prozess, der mehrere Komponenten und Schritte umfasst.

Wichtige Elemente des eukaryotischen Promotors:

1. Erkennungssequenz für die RNA-Polymerase
2. TATA-Box mit hohem Anteil an A-T-Basenpaaren

Ablauf der Transkriptionsaktivierung:

1. Bindung des Proteins TFIID an die TATA-Box
2. Anlagerung weiterer Transkriptionsfaktoren (z.B. B, E, F und H)
3. Bildung eines Transkriptionskomplexes
4. Andocken der RNA-Polymerase an die Erkennungssequenz des Promotors

Zusätzliche regulatorische Elemente:

• Enhancer-Sequenzen: Beschleunigen die Transkription
• Silencer-Sequenzen: Hemmen die Transkription

Vocabulary: Transkriptionsfaktoren - Regulatorische Proteine, die an spezifische DNA-Sequenzen binden und die Genexpression steuern

Definition: TATA-Box - Eine AT-reiche Sequenz im Promotor eukaryotischer Gene, die als Bindestelle für Transkriptionsfaktoren dient

Highlight: Die präzise Koordination von Transkriptionsfaktoren und regulatorischen DNA-Sequenzen ermöglicht eine feinabgestimmte Kontrolle der Genexpression in eukaryotischen Zellen

Example: Das Protein TFIID bindet als erster Transkriptionsfaktor an die TATA-Box und initiiert die Bildung des Transkriptionskomplexes

Genregulation bei Eukaryoten: Chromatinstruktur und Histonmodifikationen

Die Genregulation bei Eukaryoten ist komplexer als bei Prokaryoten und umfasst mehrere Ebenen der Kontrolle. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Chromatinstruktur und die Histonmodifikation.

Euchromatin und Heterochromatin:

• Euchromatin: DNA ist locker um Nukleosomen gewickelt, Gene sind lesbar und Transkription ist möglich
• Heterochromatin: DNA ist eng um Nukleosomen gewickelt, Gene sind nicht lesbar und Transkription ist blockiert

Histonmodifikationen beeinflussen den Kondensationsgrad des Chromatins:

• Acetylierung führt zu lockerem Chromatin (Euchromatin)
• Deacetylierung führt zu dichtem Chromatin (Heterochromatin)

Vocabulary: Nukleosom - Ein Komplex aus DNA und Histonproteinen, der die Grundeinheit des Chromatins bildet

Definition: Histonmodifikation - Chemische Veränderungen an Histonproteinen, die die Genexpression beeinflussen

Highlight: Die Inaktivierung von Genen durch Heterochromatinbildung kann zum Verlust von Kontrollfunktionen und ungehemmtem Zellwachstum führen, was bei der Krebsentstehung eine Rolle spielt

Example: Durch alternatives Spleißen kann eine Zelle mit ca. 25.000 Genen über 100.000 verschiedene Proteine herstellen

Genregulation bei Prokaryoten: Das Lac-Operon

Das Lac-Operon ist ein Paradebeispiel für die Genregulation bei Prokaryoten durch Substratinduktion. Es zeigt, wie Bakterien ihre Genexpression an die Verfügbarkeit von Nährstoffen anpassen.

Ohne Substrat (Lactose):

• Das Regulatorgen codiert für ein Repressorprotein
• Das Repressorprotein bindet an den Operator und blockiert die Transkription
• Die RNA-Polymerase kann die Strukturgene nicht ablesen

Mit Substrat (Lactose):

• Lactose gelangt als Effektor in die Zelle
• Der Effektor bindet an das Repressorprotein und inaktiviert es
• Das inaktivierte Repressorprotein löst sich vom Operator
• Die RNA-Polymerase kann nun die Strukturgene für den Lactoseabbau transkribieren

Vocabulary: Operon - Eine funktionelle Einheit aus Promotor, Operator und kontrollierten Genen

Definition: Substratinduktion - Die Aktivierung der Genexpression durch das Vorhandensein eines spezifischen Substrats

Example: Die lactoseabbauenden Enzyme spalten Lactose in Glucose und Galactose, die vom Bakterium weiter verwertet werden können

Highlight: Das Lac-Operon funktioniert wie ein molekularer Schalter für den Lactoseabbau, der nur bei Bedarf aktiviert wird