Die Genregulation bei Eukaryoten ist viel komplexer als bei Prokaryoten...
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Sophie@sophie_fbre
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Regulationsmöglichkeiten der Genexpression
Genregulation bei Eukaryoten funktioniert wie ein mehrstufiges Kontrollsystem - und das ist auch gut so, denn eure Zellen brauchen diese Flexibilität. Anders als bei Bakterien läuft hier alles viel komplizierter ab, weil Gene erst im Zellkern abgelesen und dann ins Cytoplasma transportiert werden müssen.
Die erste Kontrollebene ist die Chromatin-Umstrukturierung. Stellt euch vor, eure DNA ist wie ein extrem fest gewickeltes Wollknäuel um Proteine namens Histone gewickelt. Damit Gene abgelesen werden können, muss dieses Knäuel erstmal gelockert werden.
Das passiert durch das enzymatische Anheften von Acetylgruppen an die Histone. Dadurch wird das Chromatin lockerer und die RNA-Polymerase kann endlich an die Gene ran - die Transkriptionsrate steigt.
Merktipp: Acetylierung = Auflockerung = Aktivierung der Transkription!
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Regulation auf Transkriptionsebene
Transkriptionsfaktoren sind die wahren Chefs der Genregulation - sie entscheiden, welche Gene wann und wie stark abgelesen werden. Diese Proteine docken an spezifische DNA-Abschnitte an und können Gene aktivieren oder hemmen.
Allgemeine Transkriptionsfaktoren sorgen dafür, dass die RNA-Polymerase überhaupt erstmal richtig an den Promoter bindet. Der Transkriptionskomplex entsteht schrittweise: Zuerst bindet das TATA-Bindungsprotein an die TATA-Box, dann lagern sich die Transkriptionsfaktoren A bis H an.
Die TATA-Box ist eine DNA-Sequenz mit vielen Adenin- und Thymin-Basen, die ziemlich instabil ist. Das ist kein Zufall - schon die Mutation einer einzigen Base kann die ganze Promoter-Funktion lahmlegen und die Transkriptionsrate drastisch senken.
Klausurtipp: Die TATA-Box ist der Startpunkt für die Bildung des Transkriptionskomplexes - ohne sie läuft nichts!
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Spezifische Transkriptionsfaktoren und alternatives Spleißen
Enhancer und Silencer sind wie Gaspedal und Bremse der Genregulation. Das Coole daran: Sie können tausende Basenpaare vom Transkriptionsstart entfernt liegen, wirken aber trotzdem durch Schleifenbildung der DNA.
Enhancer binden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an Aktivatorproteine und stimulieren die Transkription. Silencer machen das Gegenteil - sie binden an Repressorproteine und unterdrücken die Genaktivität. Das Zusammenspiel mehrerer Enhancer und Silencer bestimmt die finale Transkriptionsrate.
Alternatives Spleißen ist ein genialer Trick der Natur: Aus derselben prä-mRNA können verschiedene reife mRNA-Moleküle entstehen, indem nicht nur Introns, sondern auch bestimmte Exons herausgeschnitten werden. So kann ein einziges Gen für mehrere verschiedene Proteine codieren.
Aha-Moment: Durch alternatives Spleißen haben Menschen trotz relativ weniger Gene (ca. 25.000) über 100.000 verschiedene Proteine!
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Epigenetische Mechanismen
Epigenetik ist Genregulation ohne Veränderung der DNA-Sequenz - Umweltfaktoren können so die Genaktivität beeinflussen, ohne die Gene selbst zu mutieren. Das ist besonders krass, weil diese Veränderungen sogar vererbt werden können!
Die Methylierung von Basen funktioniert so: Spezifische Enzyme heften Methylgruppen an Cytosin-Basen. Dadurch verändert sich die Raumstruktur der DNA, Transkriptionsfaktoren können nicht mehr binden und die RNA-Polymerase ist blockiert - das Gen ist abgeschaltet.
Bei der Modifikation von Histonen werden Acetylgruppen, Methylgruppen oder Phosphatgruppen an bestimmte Aminosäuren der Histone gehängt. Je nachdem, welche Gruppe wo anhängt, wird das Chromatin lockerer (Gene an) oder dichter gepackt (Gene aus).
Wichtig für's Abi: Methylierungsmuster werden bei der Replikation an Tochterzellen weitergegeben und können sogar über Keimzellen vererbt werden!
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Übersicht über epigenetische Vorgänge
Die epigenetischen Mechanismen lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: Veränderungen an der DNA selbst und Veränderungen der Histone. Hier ist die Übersicht, die ihr für Klausuren draufhaben müsst.
DNA-Methylierung (Cytosin-Methylierung) führt immer zur Verringerung der Transkription. Histon-Methylierung bewirkt dicht gepacktes Chromatin (Heterochromatin) und damit ebenfalls weniger Transkription. Bei beiden gilt: Demethylierung hat den gegenteiligen Effekt.
Histon-Acetylierung (oder Phosphorylierung) lockert das Chromatin zu Euchromatin und steigert die Transkription. Deacetylierung macht das wieder rückgängig. Diese Prozesse sind reversibel und ermöglichen flexible Genregulation je nach Zelltyp und Umweltbedingungen.
Eselsbrücke: "Ac-tiv" - Acetylierung aktiviert Gene durch Auflockerung des Chromatins!
Wir dachten schon, du fragst nie...
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Die Genregulation bei Eukaryoten ist viel komplexer als bei Prokaryoten - kein Wunder, schließlich müssen aus derselben DNA über 200 verschiedene Zelltypen entstehen! Von der Chromatin-Umstrukturierung bis hin zu epigenetischen Mechanismen gibt es mehrere Ebenen, auf denen Gene an- und...
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Regulationsmöglichkeiten der Genexpression
Genregulation bei Eukaryoten funktioniert wie ein mehrstufiges Kontrollsystem - und das ist auch gut so, denn eure Zellen brauchen diese Flexibilität. Anders als bei Bakterien läuft hier alles viel komplizierter ab, weil Gene erst im Zellkern abgelesen und dann ins Cytoplasma transportiert werden müssen.
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Regulation auf Transkriptionsebene
Transkriptionsfaktoren sind die wahren Chefs der Genregulation - sie entscheiden, welche Gene wann und wie stark abgelesen werden. Diese Proteine docken an spezifische DNA-Abschnitte an und können Gene aktivieren oder hemmen.
Allgemeine Transkriptionsfaktoren sorgen dafür, dass die RNA-Polymerase überhaupt erstmal richtig an den Promoter bindet. Der Transkriptionskomplex entsteht schrittweise: Zuerst bindet das TATA-Bindungsprotein an die TATA-Box, dann lagern sich die Transkriptionsfaktoren A bis H an.
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Spezifische Transkriptionsfaktoren und alternatives Spleißen
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Übersicht über epigenetische Vorgänge
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