Genregulation bei Eukaryoten

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Emily

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Genregulation bei Eukaryoten

 Genregulation bei Eukaryoten:
sind Translation und Transkription zeitlich getrennt
Regulation auf Transkriptionsebene:
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- regulatorische Proteine - Genamplifikation - Translation - Proteinaktivität

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Genregulation bei Eukaryoten: sind Translation und Transkription zeitlich getrennt Regulation auf Transkriptionsebene: Findet bei Eukaryoten überwiegend auf Transkriptionsebene statt - Promotor Region: sie ist Erkennungsstelle für die RNA-Polymerase und bewirkt den Start der Transkription. In der Promotorregion gibt es häufig eine Basensequenz, die reich an Thymin und Adenin ist (TATA-Box). Mutationen im Bereich der TATA- Box setzen die Promotorfunktion und damit die Transkriptionsrate hinab. ● ● - Transkriptionsfaktoren: diese sind Regulatorproteine, die an Promotor-Region binden und der Anlagerung sowie Aktivierung der RNA-Polymerase dienen Enhancer und Silencer: diese zusätzlichen Kontrollsequenzen befinden sich einige tausend Basepaare vom Transkriptionsstart entfernt. Enhancer binden nach dem Schlüssel- Schloss- Prinzip Aktivatorproteine. Durch schleifenbildung der DNA wird der Kontakt zwischen ihnen und dem Transkriptionsfaktor am Promotor ermöglicht. Auf diese weise wird dann die Transkription simuliert. Silencer unterdrücken die Transkriptionsaktivität. Aus dem Zusammenspiel mehrere Silencer und Enhancer ergibt sich die Transkriptionsrate eines Gens. 0 0 regulatorische DNA-Abschnitte: Silencer oder Enhancer- 0 TATA-Box - 0 Transkriptionsfaktoren: ☐☐☐ Abb. 4.29: Transkriptionskontrolle bei Eukaryoten Promotor RNA-Poly- merase Transkriptions- beginn Deacelylierung 0 Regulation durch alternatives Spleißen: nach der Transkription kann eine Genregulation der Genexpression erfolgen Es werden nicht nur Introns sondern auch Exons entfernt Regulation durch epigentische Mechanismen: Veränderung an den Chromosomen a a aa a al Acelylierung Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 NANANANAN Exon 1 Exon 2 Exon 3 Y Exon 4 Abb. 4.32: Histonmodifikation durch Acetvlierung Alternatives to Spleißen 2 4 Von Von Protein A Protein B Methylierung von Basen: spezifische Enzyme binden Methylgruppen an einzelnen Cytosin- Basen. Dadruch wird die Raumstruktur der DNA verändert. Folge: Transkriptionsfaktoren können...

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nicht mehr binden, die RNA Polymerase ist blockiert. Die entsprechenden Gene sind abgeschaltet. Methylierungsmuster werden an die Tochterzelle weitergegeben oder über die Keimzelle. Durch Entfernung der Methylgruppen werden Gene wieder aktiv Translation Abb. 4.30: Alternatives Spleißen Modifikation von Histonen: spezifische Enzyme binden Acetylgruppen, Methylgruppen oder Phosphatgruppen von Histonen. Dadurch wird der Zusammenhalt zwischen den Histonen und der DNA gelockert. Gene, die zuvor durch die dichte Packung des Chromatins blockiert waren, können nun Exprimiert werden. Umgekehrt verdichtet sich die Chromatinstruktur, wenn bsp. acetylgruppen enzymatisch entfernt werden. Die Gene sind nicht lesbar, weil die RNA- Polymerase durch die enge Wicklung nicht an die DNA gelangt RNA- Polymerase RNA-Polymerase prä-mRNA 4 -Methylgruppe MILE Abb. 4.31: DNA-Methylierung keine Transkription DNA prä- mRNA DNA- Methyltrans- ferase reife mRNA Transkription möglich ● • Regulation durch RNA- Interferenz: Die DNA im Zellkern codiert kurze RNA- Stücke (=miRNA), die sich anschließend zu Doppelsträngen falten miRNA wird von sogenannten RISC- Proteinkomplexen gebunden und in Einzelstränge zerlegt - Einzelstränge miRNA binden komplementäre mRNA- Sequenzen und blockiert so die - Translation. Anschließend wird die mRNA durch die RISC- Komplexe abgebaut. So wird in Translation bestimmter Enzyme gezielt gehemmt - miRNA Zellkern Abb. 4.33: RNA-Interferenz RISC- Protein- komplex DNA Cytoplasma - mRNA keine 4 Translation Abbau des mRNA- miRNA-Komplexes O Transkription durch die Chromatinstruktur: Aktivierung der DNA Das Chromatin besteht in den aufgelockerten Chromatinfäden aus locker gepackten Euchromatin Am Rand des Zellkerns liegt das Chromatin als Heterochromatin dickt gepackt vor, es ist inaktiv; weil die Enzyme die für die Transkription verantwortlich sind das Heterochromatin nicht erreichen - Im Zentrum des ZK befindet sich eine große Menge der Enzyme Die Chromosomen werden je nach Ausmaß der Transkriptionsaktivität zum Zentrum dieses Transkriptionsappart transportiert O Trasnkriptionskontrolle durch regulatorische Proteine: - Methylierung von Cytosibasen in der DNA; dichte Verpackung der DNA So wird verhindert, dass sich besondere regulatorische Proteine, die Transkriptionsfaktoren, und die RNA-Polymerase an die DNA anlagern Methylierung der freien aus den Nucleosomen herausragenden Histonschwänzen Methylierungsgruppe dient als Signalsequenz für weitere Proteine, DNA Verdichten, anheftung RNA-Polymerase, Transkriptionsfaktoren verhindern Aktivierung der DNA werden Methylgruppen abgespalten, sodass die DNA in den aufgelockerten Zustand des Euchromatins übergeht An Histonschwänzen können Acetylgruppen angelagert werden, die aufgrund der Größe dafür sorgen, dass die Nucleosomen in einem größeren Abstand zueinander lagern als im Heterochromatin; so ist die DNA für die transkribierenden Enzyme zugänglich Die expression unterliegt strengen Kontrollen, an dem mehrere regulatorische Elemente beteiligt sind Codierende Bereich: Promotor vorangeschaltet; enthält basen Thymin und Adenin in großer Anzahl (TATA box) Transkriptionsfaktoren heften an den Promotor, wobei das TATA Box bindende Protein stets zuerst gebunden wird Zusammenbau des Komplexes aus Transkriptionsfaktoren ist ein stufenweiser Vorgang, am Ende ist die RNA Polymerase Weitere regulatorische Proteine treten in mehr oder weniger großer Entfernung vom ablesendem Gen an die DNA gebunden werden - Schleifenbindung der DNA in Verbindung treten - O Transkriptionskontrolle durch Genamplifikation: im Zellkern viele dunkle gefärbte Bereiche; Nucleoli DNA wird dort im erhöhten Maße in ribosomale RNA transkribiert - - O Regulation der Translation: es können unterschiedlich lange RNA Moleküle in der Zelle existieren, die mehr oder weniger in Zelle existieren - Der RNA-Umsatz beeinflusst die Menge des gebildeten Genprodukts Die RNA kann verändert werden oder modifiziert (RNA-Prozessierung durch Spleißen) Das RNA-Molekül wird dadurch verändert Nach der Prozessierung kann durch das einfügen von Basen die vorliegende RNA-Sequenz verändert werden = RNA- Editing Bei anderen Formen des Editing werden bestimmte Basen ersetzt, wodurch neue Bindungseigenschaften entstehen - Durch diese Verbindung kann die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Transkription durch Enhancer beschleunigt oder durch Silencer verlangsamt werden - Die Gene für die rRNA liegen im Nucleoli vermehrt vor = Genamplifikation Die rRNA wird in Ribosomen eingebaut Es gibt auch Zelltypen, in denen für Proteine codierende Gene amplifiziert vorliegen O Regulation der Proteinaktivität: gebildete Proteine unterliegen der Regulation Sie können nach der Translation verändert werden und damit in einen inaktiven oder aktiven Zustand versetzt werden - Bei anderen Proteine wird der Abbauprozess unterschiedlich schnell vorangesetzt Die Gesamtmenge aktiven Proteine kann auch diese Proteinumsatz in der Zelle variieren Durch einfügen von Aminosäuren nach der Translation kann der Informationsgehalt verändert werden Erst durch die Modifikation entstehen biologisch Aktive Proteine Zellkern Chromatin Transkriptions- faktoren 2 Regulation der Chromatinstruktur Methyl- gruppe Paxos Nucleosom DNA Methylgruppe Inaktivierung der DNA Histon Histon- und DNA- Demethylierung Methylierung Histon- und DNA- xxxXxXxxxXxxxXxXx DNA Histon- Histon- Acetylierung Deacetylierung Aktivierung der DNA Histon- schwanz Acetyl- gruppe Histon RNA-Polymerase mRNA Enhancer RNA-Polymerase regulatorische DNA-Region Enhancer Transkrip- tionsfaktor wachsende RNA 3 Transkriptionskontrolle 5' TATA-Box-bindendes Protein keine Transkription Promotor mit TATA-Box Enhancer-bindender Transkriptionsfaktor Transkription RNA-Polymerase Leit-RNA 3 RNA-Editing 5' Paarung Kontrolle der vollständig bearbeitete mRNA RNA-Transkript Kontrolle durch die Lage der Chromo- Chromatinstruktur ܘܢܝܠܚ܀ RNA- Umsatz Processing RNA 204 RNA- Editing Regulation der Translation somen im Zellkern Nucleotide der Leit- RNA spezifizieren fehlende U-Nucleotide Kontrolle durch Transkriptionsfaktoren fehlende U-Nucleotide DNA Regulation der Transkription Regulationsebenen bei Eukaryoten eingefügte U-Nucleotide RNA- Protein- umsatz modifikationen Protein- Proteine Proteinaktivierungen/ -inaktivierungen Regulation der Proteinaktivität

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Cool, mit dem Lernzettel konnte ich mich richtig gut auf meine Klassenarbeit vorbereiten. Danke 👍👍

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Die Gene sind nicht lesbar, weil die RNA- Polymerase durch die enge Wicklung nicht an die DNA gelangt RNA- Polymerase RNA-Polymerase prä-mRNA 4 -Methylgruppe MILE Abb. 4.31: DNA-Methylierung keine Transkription DNA prä- mRNA DNA- Methyltrans- ferase reife mRNA Transkription möglich ● • Regulation durch RNA- Interferenz: Die DNA im Zellkern codiert kurze RNA- Stücke (=miRNA), die sich anschließend zu Doppelsträngen falten miRNA wird von sogenannten RISC- Proteinkomplexen gebunden und in Einzelstränge zerlegt - Einzelstränge miRNA binden komplementäre mRNA- Sequenzen und blockiert so die - Translation. Anschließend wird die mRNA durch die RISC- Komplexe abgebaut. So wird in Translation bestimmter Enzyme gezielt gehemmt - miRNA Zellkern Abb. 4.33: RNA-Interferenz RISC- Protein- komplex DNA Cytoplasma - mRNA keine 4 Translation Abbau des mRNA- miRNA-Komplexes O Transkription durch die Chromatinstruktur: Aktivierung der DNA Das Chromatin besteht in den aufgelockerten Chromatinfäden aus locker gepackten Euchromatin Am Rand des Zellkerns liegt das Chromatin als Heterochromatin dickt gepackt vor, es ist inaktiv; weil die Enzyme die für die Transkription verantwortlich sind das Heterochromatin nicht erreichen - Im Zentrum des ZK befindet sich eine große Menge der Enzyme Die Chromosomen werden je nach Ausmaß der Transkriptionsaktivität zum Zentrum dieses Transkriptionsappart transportiert O Trasnkriptionskontrolle durch regulatorische Proteine: - Methylierung von Cytosibasen in der DNA; dichte Verpackung der DNA So wird verhindert, dass sich besondere regulatorische Proteine, die Transkriptionsfaktoren, und die RNA-Polymerase an die DNA anlagern Methylierung der freien aus den Nucleosomen herausragenden Histonschwänzen Methylierungsgruppe dient als Signalsequenz für weitere Proteine, DNA Verdichten, anheftung RNA-Polymerase, Transkriptionsfaktoren verhindern Aktivierung der DNA werden Methylgruppen abgespalten, sodass die DNA in den aufgelockerten Zustand des Euchromatins übergeht An Histonschwänzen können Acetylgruppen angelagert werden, die aufgrund der Größe dafür sorgen, dass die Nucleosomen in einem größeren Abstand zueinander lagern als im Heterochromatin; so ist die DNA für die transkribierenden Enzyme zugänglich Die expression unterliegt strengen Kontrollen, an dem mehrere regulatorische Elemente beteiligt sind Codierende Bereich: Promotor vorangeschaltet; enthält basen Thymin und Adenin in großer Anzahl (TATA box) Transkriptionsfaktoren heften an den Promotor, wobei das TATA Box bindende Protein stets zuerst gebunden wird Zusammenbau des Komplexes aus Transkriptionsfaktoren ist ein stufenweiser Vorgang, am Ende ist die RNA Polymerase Weitere regulatorische Proteine treten in mehr oder weniger großer Entfernung vom ablesendem Gen an die DNA gebunden werden - Schleifenbindung der DNA in Verbindung treten - O Transkriptionskontrolle durch Genamplifikation: im Zellkern viele dunkle gefärbte Bereiche; Nucleoli DNA wird dort im erhöhten Maße in ribosomale RNA transkribiert - - O Regulation der Translation: es können unterschiedlich lange RNA Moleküle in der Zelle existieren, die mehr oder weniger in Zelle existieren - Der RNA-Umsatz beeinflusst die Menge des gebildeten Genprodukts Die RNA kann verändert werden oder modifiziert (RNA-Prozessierung durch Spleißen) Das RNA-Molekül wird dadurch verändert Nach der Prozessierung kann durch das einfügen von Basen die vorliegende RNA-Sequenz verändert werden = RNA- Editing Bei anderen Formen des Editing werden bestimmte Basen ersetzt, wodurch neue Bindungseigenschaften entstehen - Durch diese Verbindung kann die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Transkription durch Enhancer beschleunigt oder durch Silencer verlangsamt werden - Die Gene für die rRNA liegen im Nucleoli vermehrt vor = Genamplifikation Die rRNA wird in Ribosomen eingebaut Es gibt auch Zelltypen, in denen für Proteine codierende Gene amplifiziert vorliegen O Regulation der Proteinaktivität: gebildete Proteine unterliegen der Regulation Sie können nach der Translation verändert werden und damit in einen inaktiven oder aktiven Zustand versetzt werden - Bei anderen Proteine wird der Abbauprozess unterschiedlich schnell vorangesetzt Die Gesamtmenge aktiven Proteine kann auch diese Proteinumsatz in der Zelle variieren Durch einfügen von Aminosäuren nach der Translation kann der Informationsgehalt verändert werden Erst durch die Modifikation entstehen biologisch Aktive Proteine Zellkern Chromatin Transkriptions- faktoren 2 Regulation der Chromatinstruktur Methyl- gruppe Paxos Nucleosom DNA Methylgruppe Inaktivierung der DNA Histon Histon- und DNA- Demethylierung Methylierung Histon- und DNA- xxxXxXxxxXxxxXxXx DNA Histon- Histon- Acetylierung Deacetylierung Aktivierung der DNA Histon- schwanz Acetyl- gruppe Histon RNA-Polymerase mRNA Enhancer RNA-Polymerase regulatorische DNA-Region Enhancer Transkrip- tionsfaktor wachsende RNA 3 Transkriptionskontrolle 5' TATA-Box-bindendes Protein keine Transkription Promotor mit TATA-Box Enhancer-bindender Transkriptionsfaktor Transkription RNA-Polymerase Leit-RNA 3 RNA-Editing 5' Paarung Kontrolle der vollständig bearbeitete mRNA RNA-Transkript Kontrolle durch die Lage der Chromo- Chromatinstruktur ܘܢܝܠܚ܀ RNA- Umsatz Processing RNA 204 RNA- Editing Regulation der Translation somen im Zellkern Nucleotide der Leit- RNA spezifizieren fehlende U-Nucleotide Kontrolle durch Transkriptionsfaktoren fehlende U-Nucleotide DNA Regulation der Transkription Regulationsebenen bei Eukaryoten eingefügte U-Nucleotide RNA- Protein- umsatz modifikationen Protein- Proteine Proteinaktivierungen/ -inaktivierungen Regulation der Proteinaktivität